17-15-1 کلیات

حفاظت‌ کاتدی‌ نوعی‌ سیستم‌ الکتریکی‌ برای‌ جلوگیری‌ از خوردگی‌ بوده و برای‌ فلزاتی‌ که‌ با خاک، آب و یا سایر الکترولیت‌ها در تماس باشند، مورد استفاده قرار می‌گیرد. با استفاده از بهترین‌ انواع پوشش‌ها و کاربرد بهترین‌ روش‌های‌ اجرایی‌ عایق‌کاری‌ نمی‌توان سطح‌ خارجی‌ لوله‌ها را برای‌ مدت طولانی‌ و به‌ طور صد در صد از خطر زنگ‌زدگی‌ محفوظ نگاه داشت‌، به‌ همین‌ دلیل‌ برای‌ حفاظت‌ لوله‌های‌ مدفون از زنگ‌ زدگی‌ از سیستم‌ حفاظت‌ کاتدی‌ استفاده می‌شود. این‌ سیستم‌ که‌ برای‌ حفاظت‌ لوله‌های‌ فولادی‌ در برابر خوردگی‌ ناشی‌ از زنگ‌زدگی‌ می‌باشد، سیستمی‌ است‌ تکمیلی‌ و حفاظت‌ از زنگ‌زدگی‌ لوله‌ها را کامل‌ کرده و نواقص‌ عایق‌ لوله‌ را پوشش‌ داده و ضریب‌ اطمینان حفاظت‌ از لوله‌ را در برابر زنگ‌زدگی‌ افزایش‌ می‌دهد.

نصب‌ سیستم‌ حفاظت‌ کاتدی‌ برای‌ شبکه‌های‌ لوله‌کشی گاز با لوله‌های‌ فولادی‌ مدفون و با فشار 2 الی‌ 60 پوند بر اینچ‌ مربع‌ (13790 الی‌ 413686 پاسکال) و با سطح‌ بیش‌ از 5 متر مربع‌، الزامی‌ است‌، برای‌ حفاظت‌ شبکه‌های‌ لوله‌کشی گاز با سطحی‌ کمتر از 5 متر مربع‌ اجرای‌ پوشش‌ باید مطابق‌ بخش‌ 17- 13 باشد.

قبل‌ از اقدام به‌ طراحی‌ سیستم‌ حفاظت‌ کاتدی‌، باید مقاومت‌ مخصوص خاک در محل‌ مورد نظر برای‌ لوله‌گذاری و نصب‌ شبکه‌ حداقل‌ در یک‌ نقطه‌ به‌ ازاء هر 500 متر از طول شبکه‌ در عمق‌های‌ دفن‌ لوله‌ و ا متر پایین‌‌تر اندازه‌گیری‌ شود.

در صورتیکه‌ مقاومت‌ مخصوص خاک در محل‌ نصب‌ شبکه‌ از ده هزار اهم‌ سانتی‌متر بیشتر باشد، به‌ شرط عدم وجود باکتری‌های‌ احیاء کننده سولفات، داشتن‌ PH خنثی‌ و کمتر بودن مقادیر نمکهای‌ کلریدی‌، سولفاتی‌ و بی‌کربناتی‌ از حدود بحرانی‌، برقراری‌ سیستم‌ حفاظت‌ کاتدی‌ الزامی‌ نخواهد بود.

17-15-2 سیستم‌های‌ حفاظت‌ کاتدی‌

سیستم‌های‌ حفاظت‌ کاتدی‌ به‌ دو دسته‌ کلی‌ تقسیم‌ می‌شوند: حفاظت‌ کاتدی‌ به‌ روش آندهای‌ فداشونده و حفاظت‌ کاتدی‌ به‌ روش تزریق‌ جریان مستقیم‌. سیستم‌های‌ حفاظت‌ کاتدی‌ را می‌توان با هر دو روش نامبرده اجرا نمود. در صورتی‌ که‌ حجم‌ تأسیسات قابل‌ توجه‌ باشد بهتر است‌ از روش تزریق‌ جریان و در صورتیکه‌ حجم‌ تأسیسات کوچک‌ باشد حتی‌ المقدور از روش آندهای‌ فداشونده استفاده شود و در هر حال در انتخاب هریک‌ از دو روش، لازم است‌ بازدهی‌ مطلوب و جنبه‌های‌ اقتصادی‌ مورد توجه‌ قرار گیرد. انتخاب هرکدام از روش‌های‌ فوق بستگی‌ به‌ نوع و حجم‌ لوله‌کشی‌، هزینه‌ و امکانات اجرائی‌ و سایر عوامل‌ طراحی‌ دارد.

17-15-3 حداقل‌ پتانسیل‌ حفاظتی‌

به‌ منظور حفاظت‌ از زنگ‌ زدگی‌ لوله‌های‌ فولادی‌ مدفون در خاک، حداقل‌ پتانسیل‌ ناشی‌ از جریان فعال شده در لوله‌ باید به‌ شرح زیر باشد:

اختلاف پتانسیل‌ در کلیه‌ نقاط شبکه‌ لوله‌کشی مدفون نسبت‌ به‌ نیم‌ پیل‌ مس‌/سولفات مس‌ برای‌ هر نوع پوشش‌ باید 85_/0- ولت‌ یا منفی‌‌تر باشد.

لازم به‌ ذکر است‌ در زمین‌هایی‌ که‌ احتمال وجود باکتریهای‌ احیاء کننده سولفات[1] وجود دارد، اختلاف پتانسیل‌ در کلیه‌ نقاط شبکه‌ لوله‌کشی مدفون نسبت‌ به‌ نیم‌ پیل‌ مس‌/ سولفات مس‌ 0/95- ولت‌ یا منفی‌تر باید باشد.

ولتاژ لوله‌ نسبت‌ به‌ خاک در حالت‌ طبیعی‌ بین‌ 0/4- الی‌ 0/65- ولت‌ می‌باشد. اگر پس‌ از نصب‌ آندها، پتانسیل‌ اندازه‌گیری‌ شده لوله‌ نسبت‌ به‌ خاک با استفاده از نیم‌ پیل‌ مس‌/ سولفات مس‌ منفی‌تر از 0/85- ولت‌ باشد و یا اختلاف پتانسیل‌ در حالت‌ محافظت‌ 0/3- ولت‌ از حالت‌ بدون محافظت‌ منفی‌تر باشد، حفاظت‌ برقرار است‌.

17-15-4 حفاظت‌ کاتدی‌ به‌ روش آندهای‌ فداشونده

آندهای‌ فداشونده از نظر نوع جنس‌ معمولا در سه‌ نوع منیزیم‌، روی‌ و آلومینیم‌ می‌باشند. در زمینهایی‌ که‌ مقاومت‌ مخصوص خاک حدود 300 تا 5000 اهم‌ سانتی‌متر باشد، باتوجه‌ به‌ بازدهی‌ جریان الکتریکی‌ بیشترمعمولاً از آندهای‌ منیزیم‌ استفاده می‌شود. به‌ منظور افزایش‌ کارآیی‌ این‌ نوع آندها (در زمینهایی‌ با مقاومت‌ مخصوص خاک بالا) معمولا از پشت‌بند استفاده می‌شود. یک‌ نمونه‌ از این‌ پشت‌بندها شامل‌ 70 درصد سولفات کلسیم‌ (گچ‌)، 25 درصد بنتونایت‌ و 5 درصد سولفات سدیم‌ می‌باشد. آندهای‌ منیزنم‌

معمولأ در کیسه‌های‌ پارچه‌ای‌ قرار داده شده و اطراف آن‌ها به‌ وسیله‌ پشت‌بند احاطه‌ می‌گردد. این‌ آندها توسط‌ سازندگان آن در وزنهای‌ مختلف‌ ساخته‌ و بسته‌بندی‌ می‌شوند.

آندها باید طوری‌ انتخاب و طراحی‌ شوند که‌ حداقل‌ برای‌ 20 سال شبکه‌ را حفاظت‌ نمایند و پس‌ از گذشت‌ 5 سال باید آندها به‌ صورت کامل‌ تعویض‌ شوند.

شمای‌ عمومی‌ نصب‌ و نحوه اتصال آندهای‌ فداشونده به‌ لوله‌ در شکل‌ شماره پ-5-4 بخش‌ پیوست‌ نشان داده شده است‌.

17-15-5 حفاظت‌ کاتدی‌ به‌ روش تزریق‌ جریان مستقیم‌

در این‌ روش جریان برق از یک‌ مبدل یکسو کننده گرفته‌ شده و از طریق‌ بستر آندی‌ به‌ لوله‌ها و تاسیسات مدفون اعمال می‌گردد. بستر آندی‌ با استفاده از انواع آندهای‌ گرافیتی‌ یا چدن‌های سیلیس‌دار به‌ فاصله‌ مناسبی‌ از خط‌ لوله‌ و تأسیسات نصب‌ می‌شود. جهت‌ تعیین‌ مقاومت‌ الکتریکی‌ سیستم‌ لازم است‌ محل‌ نصب‌ حتی‌المقدور دارای‌ مقاومت‌ مخصوص کم‌ بوده و اضافه‌ بر آن از پشت‌بند خرده ذغال کک‌ در تمام طول بستر آندی‌ استفاده شود، چنانچه‌ در عمق‌ مورد نظر بستر آندی‌ به‌ آبهای‌ تحت‌ الارضی‌ برخورد شود کاربرد پشت‌بند ضرورت ندارد.

17-15-5-1 بستر آندی‌

در سیستم‌ حفاظت‌ کاتدیک‌ نحوه استقرار و محل‌ دفن‌ آندها که‌ بستر آندی‌ نام دارد دارای‌ اهمیت‌ زیادی‌ می‌باشد. با توجه‌ به‌ وضعیت‌ استقرار آندها و عمق‌ دفن‌ آن‌ها بسترهای‌ آندی‌ به‌ انواع مختلف‌ تقسیم‌بندی‌ می‌شوند. بسترهای‌ آندی‌ می‌توانند بر اساس موقعیت‌ مکانی‌ و عوامل‌ طراحی‌ به‌ صورت‌های‌ مختلف‌ اجرا شوند که‌ عبارتند از: بستر آندی‌ سطحی‌ افقی‌، سطحی‌ عمودی‌، چاهی‌ ذغالی‌ و چاهی‌ آبی‌.

در محل‌هایی‌ که‌ به‌ دلیل‌ عبور جاده و یا تراکم‌ تأسیسات و هم‌چنین‌ بالا بودن فوق العاده مقاومت‌ مخصوص زمین‌، امکان نصب‌ و بازدهی‌ مطلوب از بستر سطحی‌ وجود نداشته‌ باشد، از بسترهای‌ چاهی‌ استفاده می‌شود. در حالت‌ استفاده از بستر چاهی‌ آبی‌ عمق‌ چاه باید متناسب‌ با سطح‌ آب در چاه باشد به‌ طوری‌ که‌ فاصله‌ اولین‌‌اند تا سطح‌ آب حداقل‌ ده متر باشد. در صورتیکه‌ محل‌ فاقد آب باشد باید از ذغال کک‌ به‌ عنوان پشت‌بند استفاده شود.

برای‌ محاسبات مربوط به‌ طراحی‌ سیستم‌های‌ حفاظت‌ کاتدی‌ می‌توان به‌ منابع‌ معتبر مراجعه‌ نمود.

در طراحی‌ بستر آندی‌ عوامل‌ اقتصادی‌ نیز باید در نظر گرفته‌ شوند و طرح به‌ گونه‌ای‌ باشد که‌ علاوه بر تامین‌ ایمنی‌ لازم از نظر اقتصادی‌ نیز به‌ صرفه‌ باشد.

17-15-6 کنترل و ارزیابی‌

جهت‌ اطمینان از کارایی‌ و بازدهی‌ سیستم‌های‌ حفاظت‌ کاتدی‌ نصب‌ شده باید به‌ طور ادواری‌ و حداقل‌ هر سه‌ ماه یکبار، اندازه‌گیری‌ پتانسیل‌ لوله‌ نسبت‌ به‌ خاک اطراف آن با استفاده از یک‌ دستگاه ولت‌ متر که‌ دارای‌ مقاومت‌ داخلی‌ حداقل‌ 50 هزار اهم‌ به‌ ازای‌ یک‌ ولت‌ باشد و نیم‌ پیل‌ مس/ سولفات مس‌ انجام شود.

17-15-7 نقاط اندازه‌گیری‌

اندازه‌گیری‌ پتانسیل‌ لوله‌ نسبت‌ به‌ خاک از طریق‌ نقاطی‌ که‌ روی‌ خطوط لوله‌ یا تأسیسات مدفون تعبیه‌ یا پیش‌بینی‌ گردیده است‌ انجام می‌شود. در سیستم‌های‌ حفاظت‌ کاتدی‌ شبکه‌های‌ لوله‌کشی گاز محوطه‌ها و شهرکهای‌ مسکونی‌ که‌ به‌ روش تزریق‌ جریان انجام می‌شود، فواصل‌ نقاط باید متناسب‌ با گستردگی‌ شبکه‌ باشد.

حداقل‌ فاصله‌ بین‌ دو نقطه‌ 300 متر در نظر گرفته‌ شود. در مورد آندهای‌ فداشونده، نقاط اندازه‌گیری‌ باید در محل‌هایی‌ که‌ فاصله‌ آن از دو حفره متوالی‌ آندی‌ به‌ یک‌ اندازه است‌، پیش‌بینی‌ و نصب‌ شوند.

به‌ عنوان نمونه‌ شمای‌ عمومی‌ نقاط اندازه‌گیری‌ در شکل‌ شماره پ-5-4 بخش‌ پیوست‌ نشان داده شده است‌.

17-15-8 اتصالات عایقی‌

اتصالات عایقی‌ قطعاتی‌ هستند که‌ ارتباط الکتریکی‌ بین‌ دو طرف آن‌ها قطع‌ گردیده است‌. این‌ قطعات به‌ منظور جداسازی‌ الکتریکی‌ بین‌ دو قسمت‌ از شبکه‌ یا خطوط فولادی‌ گاز به‌ کار می‌روند. اتصالات عایقی‌ باید از نوع لبه‌ جوشی‌ و یا عایق‌ بین‌ فلنجی‌ بوده و بر طبق‌ استانداردهای‌ مندرج در جدول پ-4-13 بخش‌ پیوست‌ تولید و آزمایش‌ شده باشند. نصب‌ اتصالات عایقی‌ در مبادی‌ ورودی‌ و خروجی‌ ایستگاه‌های تقلیل‌ فشار و اندازه‌گیری‌ به‌ منظور جداسازی‌ الکتریکی‌ ایستگاه از خط‌ لوله‌ فشار قوی‌ ورودی‌ و لوله‌ فشار ضعیف‌ خروجی‌ الزامی‌ است‌.

حفاظت‌ از لوله‌ها و ملزومات ایستگاه به‌ لحاظ رو زمینی‌ بودن باید با رنگ‌آمیزی‌ ایستگاه انجام شود.

17-15-9 جعبه‌های‌ اتصال

برای‌ اتصال کابل‌های‌ ارتباطی‌ بین‌ تجهیزات و بستر آندی‌ سیستم‌ حفاظت‌ کاتدی‌ و هم‌چنین‌ جهت‌ کنترل و ارزیابی‌ میزان تأثیر جریان‌های‌ سرگردان و یا القائی‌ باید نصب‌ شوند.

[1] – SRB: Sulphide Reducing Bacteria