دراسة شاملة عن الحماية الكاثودية

بحث شامل عن الحماية الكاثودية، غالبا ما يتم استخدام الحماية الكاثودية للحد من تآكل الأسطح المعدنية النشطة.

كما تستخدم الحماية الكاثودية في جميع أنحاء العالم لحماية خطوط الأنابيب، ومحطات معالجة المياه، وخزانات التخزين فوق وتحت الماء،  تابعوا موقع مقال للتعرف على بحث شامل عن الحماية الكاثودية.

ما هي الحماية الكاثودية (CP)؟

الحماية الكاثودية هي طريقة لمنع التآكل على الهياكل المعدنية المغمورة وتحت الأرض.

تعتبر الحماية الكاثودية واحدة من أكثر الطرق فاعلية لمنع التآكل على سطح المعدن.

يتم استخدام الحماية الكاثودية بشكل شائع لحماية العديد من الهياكل من التآكل، مثل السفن والعوامات البحرية.

تشمل الهياكل المعدنية المغمورة أو المدفونة المعدات البحرية والموانئ وشبكات الأنابيب والخزانات.

شاهد أيضًا: طريقة عزل الأسطح من الحرارة

ما هي المبادئ الأساسية للحماية الكاثودية؟

تعتمد التقنية على تحويل المناطق النشطة على سطح معدني إلى مناطق سلبية، وببساطة أخرى، تجعلها الكاثود في الخلية الكهروكيميائية.

من خلال توفير التيار الكهربائي، يتم تقليل فرص تآكل المعدن، وسيتم تحقيق الحماية الكاثودية.

فيمكن تحقيق الحماية الكاثودية إما:

• الحماية الكاثودية الأنود القرباني.
• تعتبر الحماية الكاثودية الحالية المبهرة، المعروفة أيضا باسم ICCP، أيضا.

حماية الكاثود الأنود القرباني – الحماية الكاثودية الانودية التضحية

أبسط طريقة لتطبيق الحماية الكاثودية هي عن طريق توصيل المعدن الذي نريد حمايته بمعدن آخر يتآكل بسهولة أكبر.

وذلك لكي يكون مثل الأنود، فإن الزنك والألمنيوم والمغنيسيوم هي المعادن المشتركة في استخدامها كأنودات عادة.

يصبح أقل المعادن نبلا ونشاطا هو الأنود للآخرين، ويضحي بنفسه عن طريق التآكل لحماية الكاثود، وبالتالي يطلق عليه مصطلح الأنود القرباني.

نظرا لأن الجهد الدافع للأنودات القربانية منخفض مقارنة بالأنودات الحالية المثيرة للإعجاب، يجب توزيع الأنودات القربانية بشكل جيد.

وتحديد موقعها بالقرب من المنطقة المحمية، التي تستخدم الألومنيوم أو أنودات الزنك في بيئات المياه المالحة؟

بسبب الاختلاف المحتمل بين الأنود (الأقطاب الموجبة) والمناطق الكاثودية (الأقطاب السالبة)، تتحرك الأيونات المعدنية المشحونة إيجابيا بعيدا عن سطح الأنود.

بينما يترك الإلكترونات السطح عند الكاثود. بالنسبة لأنودات سبائك الألومنيوم، يحدث التفاعل عند سطح الأنود

^–4Al → 4Al⁺⁺⁺ + 12e

الحماية الكاثودية المذهلة الحالية (ICCP) – الحماية الكاثودية الحالية المذهلة (ICCP)

تستخدم أنظمة ICCP مصدرا خارجيا للطاقة الكهربائية، ويتم توفيرها عن طريق مصدر طاقة مستمر منظم.

غالبا ما يشار إليه بلوحة التحكم، وتوفر لوحة التحكم التيار اللازم لحماية السطح المطلوب.

يتم توزيع التيار الواقي بواسطة أنودات خاملة مصممة خصيصا، وبشكل عام، تعتبر المادة الموصلة نوعا غير قابل للذوبان بسهولة في أيونات المعادن، بل تحافظ على تفاعلات أنودية بديلة.

في ظروف بيئية ملائمة لمياه البحر، يكون تفاعل أيونات الكلوريد المذابة هو التفاعل الأنودي المهيمن الذي يحدث على سطح الأنود، حيث يتم تطوير غاز الكلور منه: –2Cl– → Cl2 + 2e.

عندما تكون المياه منخفضة الملوحة، يحدث تحلل الماء كتفاعل أنودي سائد: –2H2O → O2 + 4H+ + 4e .

يعد MMO / Ti واحدا من أكثر أنواع أنود ICCP شيوعا في استخدام مياه البحر، ويتكون من قاعدة تيتانيوم (Ti) مغطاة بمحفز نبيل أو أكسيد معدني (MMO).

كيف تعمل الحماية الكاثودية؟

تعمل الحماية الكاثودية عن طريق وضع الأنود أو الأجهزة الخارجية في المنحل بالكهرباء لإنشاء دائرة، حيث يتدفق التيار من الأنود عبر المنحل بالكهرباء إلى سطح الهيكل.

حينه ينتقل التآكل إلى الأنود لمنع مزيد من التآكل في الهيكل.

مثال على الحماية الكاثودية لخط الأنابيب

على الأنبوب غير المحمي، تحدث التغيرات المتوقعة بشكل طبيعي، أينما تنتقل من الإيجابية الطفيفة إلى السلبية الثانوية، وسيحدث تدفق الكهرباء وتآكل الأنبوب الجلفاني.

إذا قمت بتطبيق CP على هذا الخط الأنابيب، على سبيل المثال، Anode MATCOR الخطي الذي يعمل بالتوازي مع الخط الأنابيب، يتم تصريف التيار من الأنود إلى الخط الأنابيب، مما يمنع التآكل.

تطبيق خط الأنابيب بدون CP

تابع أيضًا: معلومات عن طلاء الحماية واستخداماتها

تطبيق CP على خط الأنابيب

ما هي أنظمة الحماية الكاثودية؟

يعد التآكل سببا رئيسيا للفشل المبكر في الهياكل المعدنية؛ يستطيع المشغلون تمديد عمر خدمة منشآتهم ومعداتهم.

من خلال تركيب أنظمة CP واختبارها بانتظام، يستطيع مهندسو CP تصميم أنظمة لضمان أقصى عمر وسهولة استبدالها.

تستخدم هذه الأنظمة مجموعة كبيرة من التطبيقات المدنية والصناعية لمنع التآكل لسنوات عديدة.

عادة ما يتم تثبيتها خلال عملية البناء الأصلية أو عند القيام بتوسعات أو ترقيات رئيسية، وتصمم MATCO عادة أنظمة تعمل لمدة 30 عاما أو أكثر.

تحمي أنظمة CP البنية التحتية من التآكل، وتشمل هذه الهياكل:

• خزانات تخزين الأرضية فوقية.
• خطوط الأنابيب المدفونة.
• حديد التسليح في الهياكل الخرسانية.
• المبادلات الحرارية.
• الأكوام بحرية.
• جدران كومة الورقة.
• الهياكل المعدنية الأخرى.

ما هي أنواع أنظمة الـحماية الكاثودية؟

الحماية الكاثودية هي وسيلة لمنع المنشآت المعدنية مثل خطوط الأنابيب وخزانات التخزين من التفاعل مع البيئة وتعرضها للتآكل.

عندما يتعرض للبيئة، يتكسر الفولاذ الكربوني والمعادن الأخرى تفشل كهربيا وكيميائيا في النهاية.

تعمل أنظمة CP على منع عملية التأكسد عن طريق توجيه تدفق تيار من النظام إلى الهيكل.

وهناك نوعان أساسيان من أنظمة الحماية الكاثودية:

• الجلفانية.
• التيار القسري.

الحماية الكاثودية الجلفانية – طريقة لحماية من التآكل الكهروكيميائي

التآكل الجلفاني هو عملية كيميائية كهربائية، حيث يكون أحد المعادن أكثر عرضة للتآكل من الآخر عندما يتصل كلا المعدنين بالكهرباء.

الأنودات الجلفانية (المعروفة أيضا بالأنودات الكهروكيميائية) المستخدمة لحماية الهياكل الفولاذية تمثل مثالا على تآكل الزنك، حيث يتآكل الأنود الجلفاني لحماية الهيكل.

الأنود القرباني هو أنود معدني يكون متصلا كهربائيا بالهيكل الذي يرغب في حمايته، وهو أكثر تفاعلا مع البيئة التي تسبب التآكل، يتآكل الأنود القرباني ويحمي المعدن الهيكل المحمي.

في نظام الجلفاني، تكون للأنودات المتصلة بالهيكل المحمي إمكانيات طبيعية أكثر سلبية من البنية.

عندما يتدفق التيار الكهربائي المستمر من الأنود (ذات الشحنة السالبة الأكبر) إلى الهيكل (ذات الشحنة السالبة الأقل) في دائرة التيار المستمر.

يمكن حماية الأنود الجلفانية (المعروفة أيضا بالأنود القربانية) بشكل صحيح.

فالفولاذ الموجود تحت الأرض والهياكل البحرية والصناعية يتعرض للتآكل، ولا يحتاج إلى مصدر طاقة خارجي للعمل.

وبالتالي فإن استخدامها محدود؛ وعند استخدامها بشكل صحيح، يمكن تصميمها لتوفير عمر طويل، مع سهولة الاستخدام تتوفر الأنودات الجلفانية في مجموعة متنوعة من التكوينات، بما في ذلك:

• تشمل الأنود المعدنية العارية المغنيسيوم والزنك والألومنيوم وسبائك أخرى.
• معبأة في الردم للاستخدام تحت الأرض.
• مصنوعة من الأشرطة الفولاذية الخارجية لتركيبها على الهياكل.
• أنواع الشريط.
• القضيب وأشكال خاصة.

التيار القسري – Impressed Current

في العديد من التطبيقات، قد لا يكون الفرق المحتمل بين الأنود الجلفاني/القرباني والهيكل الفولاذي كافيا لتوليد تيار كاف للحماية.

في هذه الحالات، يمكن أن يتسبب الفرق في مصدر الطاقة (التردد) في زيادة احتمالية حدوث اختلافات أكبر، مما يسمح بتدفق تيار أكبر إلى الهيكل المحمي، ويشار إلى ذلك بنظام الحماية الكاثودية الحالية (ICCP).

متى يتم الحصول على الحماية الكاثودية؟

تدفق التيار الكاثودي الحماية على أي معدن سيغير قدراته الطبيعية بشكل سلبي.

يتم تحقيق الحماية الكاثودية الكاملة للصلب عن طريق تطبيق جهد عند مستوى محدد.

اخترنا لك: طريقة عزل الأسطح من الحرارة

في النهاية، يستخدم غالبا الحماية الكاثودية لحماية الفولاذ من التآكل، حيث يحدث التآكل عندما يتم غمر معدنين مختلفين في مادة إلكتروليتية مثل الماء أو التربة أو الخرسانة.