Cathodic Protection Report 1 مقدمة Introduction تعتبر الواليات المتحدة االمريكية اول من اتبع وعمل على تطوير نظام الحماية الكاثودية وتعتبر الحماية الكاثودية هى الطريقة االساسية لحماية اى منشأ معدنى من التآكل فى اى وضع (معدن مغمور فى الماء او مدفون تحت االرض او متبث فى خرسانة )embedded in concreteولكن الحماية الكاثودية ال يتم استخدامها فى الحماية من التآكل الهوائى (.)Atmospheric Corrosion النقاط التالية هى النقاط الرئيسية التى سيتم شرحها شرح تفصيلي : -1معنى التآكل وأسبابه ) Corrosion ( meaning & causes -2صور وانواع التآكل Forms and types of corrosion -3طرق الحماية من التآكل Methods of corrosion protection -4مبدأ الحماية الكاثودية وتطبيقاتها Concept of cathodic protection -5طرق الحماية الكاثودية Methods of cathodic protection التيار المسلط Impressed current االوانيد المضحية Sacrificial anodes -6قياسات الحماية الكاثودية Measurements of cathodic protection -7تصميم الحماية الكاثودية -8نظام الحماية الكاثودية بالنوبارية Design of cathodic protection NUBARIA cathodic protection system 2 Cathodic Protection Report -1معنى التآكل Meaning of corrosion تعريف التآكل : Definition of Corrosion * يعتبر التآكل corrosionاحدى المشاكل التى تتعرض لها و تعانى منها الكثير من المنشآآت البتروليآة كخطآوط البترول و الغاز و الخزانات و أبراج التقطيآر كمآا يحآد فآى الكثيآر مآن القطاعآات ااخآرى الهامآة كقطاعآات الصناعة و النقل البحرى و المعدات و المنشآت العسكرية و يحد التآكل تلف شديد فى المنشآت ممآا ينآتع عنآه تكاليف ضخمة تتمثل فى فواقآد االنتآاج و بالتآالى قلآة الكفآاءة) .(Low Efficencyويعآر التآكآل بأنآه التلآف ( جزئى أو كلى ) الذى يحد للفلز أو السبيكة من حيث المظهر أو ااداء بسبب التفاعآل الآذى يحآد بآين الفلآز أو السبيكة مع ااجواء المحيطة به سواء كانت غازية أو سائلة أو هو تلآف المعآدن)(Metal Deterioration نتيجة تدهور فى خواصه الطبيعية أثر التفاعالت التى تحد له فى التربة المحيطة . صور توضح اثر التآكل فى جسم المعدن 3 Cathodic Protection Report شروط التآكل Conditions of Corrosion * لكى يحد التآكل فهناك شروط يجب وجودها لتكوين خلية التآكل : -1الكاثود ( Cathodeالقطب السالب : ) -ve معدن له مستوى أقل من الطاقة ( القيمة المطلقة لفآرق الجهآد ) أو ( فآرق جهآد قطبآى Vأعلى مع وضع االشارة فى االعتبار طبقا ً لترتيبه فى السلسآلة الكهروكيميائيآة ) و ينساب منه التيار خالل سلك التوصيل و هو الجسم الذى يتم حمايته من التآكل. -2اانود ( Anodeالقطب الموجب : ) +ve معدن له مستوى أعلى من الطاقة ( القيمة المطلقة لفرق الجهد ) أو ( فرق جهآد قطبآى Vأقل مع وضع االشآارة فآى االعتبآار طبقآا ً لترتيبآه فآى السلسآلة الكهروكيميائيآة ) و ينساب منه التيار خالل التربة و هو الجسم الذى يحد له التآكل. -3الوسط االلكتروليتى : Electrolyte هو الذى يسمح بمرور التيار خالله من المصعد إلى المهبط ( من اآلنآود إلآى الكآاثود ) و يكون تربة أو ماء. -4الموصل المعدني : Metallic conductor هو جزء معدنى أو كربونى ينساب فيه التيآار الكهربآى بواسآطة حركآة االلكترونآات مآن الكاثود إلى اانآود و هنآاك نوعآان مآن الموصآالت همآا :الموصآل االلكترونآى و هآو المعدنى ،و الموصل اايونى و هو المحلول. وصف عملية التآكل :Description of cathodic protection * تعتبرعملية التآكل عملية طبيعية فى البيئة تحد نتيجة تكآون خاليآا التآكآل) (Corrosion Cellsالتآى تعتبآر رد فعل كهروكيميائى ) (Electro-Chemical Reactionللمعادن المحاطة بمواد كيميائية مآن التربآة أو مآاء و هذه تشكل خاليا توصيل تولد الكهرباء (وتكون اتجاه االلكترونات من المنطقة االنودية الى المنطقة الكاثودية) نتيجة فرق الجهد الطبيعى بين المعادن و الذى ينتع عنه ذوبان المعدن ااكثر نشاطا ً ويسمى القطب الذي يخرج منه التيار" أنود" ،ويسمى القطب الذي يستقبل التيآار "كآاثود" ،ويترتآب علآى سآريان التيآار فآي الخليآة حآدو تأكل على اانود بينما يبقى الكاثود سليما. 4 Cathodic Protection Report * يعتمد فرق الجهد الطبيعى إعتمادا كليا على السلسلة الكهروكيميائية والتى هى عبارة عن ترتيب المعادن المختلفآة طبقا ً للجهد الكهربآى الطبيعآى لهآا مآن ااكبآر لصصآغر أو هآى ترتيآب المعآادن طبقآا ً " لمآدى مقاومتهآا للتآكآل فآى ظرو معينة و كل معدن فى هذه السلسلة يكون مصعد ) ( ANODEللمعادن السابقة له فى السلسلة. 5 Cathodic Protection Report السلسلة الكهروكيميائية Electro-Chemical Series جهد القطب القياسى (V) رمز العنصر العنصر 3.01- Li Lithium الليثيوم 2.92- K POTASSIUM البوتاسيوم 2.84- Ca CALCIUM الكالسيوم 2.71- Na SODIUM الصوديوم 2.38- Mg MAGNESIUM ماغنسيوم 1.66- Al ALUMINUM ألومنيوم 0.76- Zn ZINC خارصين- زنك 0.71- Cr CHROMIUM كروم 0.44- Fe IRON حديد 0.4- Cd CADMMIUM كادميوم 0.23- Ni NICKEL نيكل 0.14- Sn TIN قصدير 0.13- Pb LEAD رصاص صفر H HYDROGEN هيدروجين 0.34+ Cu CUPPER نحاس 0.8+ Ag SILVER فضة 0.83+ Pd PLLADIUM بالديوم 0.85+ Hg MERCURY زئبق 1.2+ Pt PLATINUM بالتين 1.42+ Au GOLD ذهب Cathodic Protection Report 6 -2صوروأنواع التآكل Forms and types of corrosion اوال :صور التآكل Forms of Corrosion يحد التآكل في صور عديدة ومختلفة وتنقسم هذه الصور كما يلي : -1حسب طبيعة الوسط اآلكل: حيث ينقسم التآكل في هذه الحالة إلى مبتل وجا 0وحسب التسمية فإنه من الضروري تواجد سوائل أو رطوبة لكي يحد التآكل الرطب بينما ال يستوجب الجا ذالك وعادة يحد التآكل الجا عند درجات الحرارة العالية أي بين الفلزات والغازات كما يحد في بعض المداخن . -2حسب ميكانيكية عملية التفاعل: أي حسب المسلك اللذي تسلكه عملية التآكل وبهذا الخصوص ينقسم التآكل إلى تآكل كيميائي وإلى تآكل كهروكيميائي - 3حسب المظهر للفلز المتآكل: وفي هذه الحالة يتم تقسيم التآكل إلى تآكل متجانس يحد عند السطح المتآكل كله وتآكل موضعي أو مركز وفي هذه الحالة يتركز في مساحات محددة ويجب علينا التمييز بين نوعين من التآكل الموضعي أحدهما يسمى بالتآكل الماكروسكوبي حيث يمكن رؤية أثر التآكل الموضعي بالعين المجردة ومن انواعه (التآكل الجلفاني ,تآكل البري ,التآكل التشققي ,التآكل التنقري ,التآكل التقشري و تآكل إختياري ) بينما اآلخر يسمى بالتآكل الميكروسكوبي والذي ال يمكن رؤية آثاره اال بالمجهر ومن أنواعه ( التآكل بين الحبيبات والتآكل التشققي ااجهادي). 7 Cathodic Protection Report ثانيا :انواع التآكل Types of corrosion -1التآكل العام GENERAL CORROSION و هو ما يطلق عليه التآكآل المنآتظم ) (Regular Corrosionومعآدل التآكآل ثابآت علآى ااسآطح الداخليآة و الخارجية للمعدات بأنواعهآا سآواء كانآت خطآوط أو أوعيآة ضآغط أو مواسآير أو غيرهآا و يقآا معآدل التآكآل ) (Corrosion Rateالمأخوذ بداللة نقصان السمك بالمعدن عن السمك ااصلى للمعدن -2التآكل الجلفانى GALVANIC CORROSION يحد هذا النوع من التآكل عند تالمس أو اتصال معدنين مختلفين فى الجهد الكهربى أى يشكل أحد المعدنين منطقة آنود و اآلخر منطقة كاثود و يمكن معرفة ذلك بدراسة السلسلة الكهروكيميائية ) )GALVANIC SERIESحيث يبين الجدول أن القطب الذى يكون موجب يكون كاثود و اآلخر السالب آنود 8 Cathodic Protection Report -3التآكل بين الفجـوات CREVICE CORROSION يحد هذا النوع من التآكل فى الفجوات الصغيرة الموجودة بين معدنين مثل فجوات المسامير المقلوظة وخالفه و التى يكون تركيز ااكسجين فى تلك الفجوات محدود ( آنود ) بينما السطح الخارجى يكون (كاثود ) به تركيز عالى من ااكسوجين مما يؤدى لحدو تآكل لتلك الفجوات ( اآلنود ) -4التآكل بالـنـقـر PITTING CORROSION التآكل بالنقر هو عبارة عن هجوم موضعى سريع ينشأ عآن تكآوين تجويآف داخآل المعآدن الغيآر معآرض للتآكآل مما يآؤدى إلآى وصآول التخانآة فآى بعآض المنآاطق إلآى الصآفر و يآؤدى لحآدو الثقآوب العديآدة نتيجآة تعآرض المعدن اوساط أكالة شديدة و يحد هذا النوع دائما ً فى أنواع عديدة من ).(STAINLESS STEEL و يحد التآكل بالنقر عادة فى المعادن التى تظهر فيها ظاهرة الخمول أو التى تغطى بطبقة من ااكسيد حيث يحد بها خدش ينتع عنه مساحة آنودية صغيرة و تكون المساحة الكاثودية كبيرة و يكون تيار التآكل عالى يؤدى لتآكل السطح 9 Cathodic Protection Report -5التآكل االختيـارى SELECTIVE CORROSION يحد هذا النوع من التآكل فقآط بالنسآبة للسآبائك التآى تتكآون مآن معآدنين أو أكثآر و يبآدأ التآكآل بسآبب اخآتال موضعى فآى التركيآب و نتيجآة لآذلك يبقآى المعآدن ااكثآر كاثوديآة بينمآا يتآكآل المعآدن ااكثآر نوديآة و مقاومآة السبيكة تعتمد على تركيبها و تزداد المقاومة للتآكل بزيادة تركيز المعدن ااكثر كاثودية فى السبيكة -6التآكل المصاحب بعامل ميكانيكى EROSION CORROSION و يحد نتيجة قوى القص و االحتكاك بين السائل و المعدن و يرجع هذا النآوع مآن التآكآل إلآى التآكآل النآاتع عآن تأثير الفعل الميكانيكى للسائل على المعدن . -7التآكل التشرخى اإلجهادى STRESS CORROSION التشرخ اإلجهادى التآكلى يطلق على التآأثير المشآترك بآين اجهآادات الشآد و الوسآط ااكآال علآى المعآدن و هآى اجهادات يمكن أن تكون مطبقة على المعدن أو اجهآادات متخلفآة داخآل المعآدن ( ) RESIDUAL STRESS و التى تنشأ نتيجة ظرو عديدة منها التصميم الغير جيآد -التشآغيل علآى البآارد -عمليآات اللحآام و يتشآابه هآذا النوع من التآكل مع التآكل بالنقر فى حدوثه للسبائك القابلة للخمول . 10 Cathodic Protection Report -3طرق الحماية من التآكل Methods of Corrosion Protection تنقسم طرق الحماية من التآكل الى طريقيتين رئيسيتين: -1طريقة تغطية المعدن المراد حمايته Coating of metal surface تعتبر فكرة التغطية عامة من اهم الطرق المستخدمة فى الحماية من التآكل وهى وسيلة الغرض منها تكوين غشاء متصل من مادة عازلة للكهرباء على سطح المعدن المراد حمايته عن الوسط االلكتروليتى المالمس له و المحيط به و كذلك اعتراض الدائرة ( اآلنودية – الكاثودية ) عن طريق ذلك الغشاء ذو المقاومة الكهربية العالية و بالتالى يضمحل بل و يكاد يتالشى تيار التآكل ومن انواعها ما يلى : -A التغطية عن طريق التغليف المعدنى () Metallic Coatingوهى ما تسمى بالجلفنة وتتم الجلفنة بالغمر فى مصهور فلز الزنك و الجلفنة تعتمد فى المقام ااول على أن الزنك يحتل مكانا ً متقدما ً فى ترتيب الفلزات بالنسبة لجهد القطب القياسى و يالحظ وجود مسام مجهرية فى بعض الحاالت تسبب خلق خاليا مجهرية بين المعدنين. -B التغطيات العضوية ( )Organic Coatingومنها (الورنيشات والبويات المانعة للتآكل) وهي مواد تضاف الى السوائل فتمنع التآكل على جدار الوعاء الذي يحتويها ألنها تعمل على عدم حدوث تفاعالت عند األنود أو الكاثود أو كليهما وتوقف بالتالي مفعول خاليا التآكل كما أنها تترك طبقة خفيفة عازلة على جدار الوعاء ويضاف مانع التفاعل الكيميائي الى السوائل بتركيز معين ويمكن استعمال هذا األسلوب في آبار الحفر ومنظومات المياه. -C التغطيات الفلزية :ومن أشهرها الرش الفلزي ،التكسية ،الطالء الكهروكيميائي. -D التغطيات غير العضوية ) :(Inorganic Coatingحيث يتم تغطية الفلزات بطبقة من الخز أو الزجاج عن طريق صهرها على سطوح الفلزات بقصد حمايتها من التآكل. * وتعتبر التغطيات الفلزية والغير عضوية هي من التغطيات الشائعة للسيطرة على التآكل ويتوقف اختيار نوع التغطية )(Coating Typeعلى كل من الوسط اآلكل وطريقة التطبيق ونوع الفلز المراد تغطيته إضافة إلى نوع الترابط بين الفلز المغطى والتغطية نفسها. -2تغيير جهد الوسط ااكال Change of corrosive medium voltage 11 Cathodic Protection Report عندما يتآكل فلز فانه يتم مرور تيار كهربي بين المساحات اآلنودية والمساحات الكاثودية المتواجدة على سطح الفلز ( ،وأنه كلما زادت قيمة هذا التيار كلما زاد معدل التآكل) فإذا استخدمنا دائرة كهربائية خارجية فإنه يمكننا فرض تيار إضافي على الفلز ،ومن ثم نتمكن من تغيير السيطرة على معدل التآكل) (Corrosion Rateالخاص به و نستطيع أن نطبق تيار معاكس( )Reversable Currentايقا التآكل تماما كما هو الحال في الحماية الكاثودية( )Cathodic Protectionأو كماهو الحال في بعض الحاالت فإننا يمكن أن نضبط من جهد الفلز المتآكل بحيث يبقى الفلز معرضا للتآكل ولكن بمعدل أقل انه يكون على هذه الصورة سلبيا كما هو الحال في الحماية اآلنودية( )Anodic Protectionوكال الطريقتين شائعتين تماما في التطبيقات التجارية والصناعية)(Industrial and Commercial applications كطرق ناجحة للحماية من التآكل .فى الجزء القادم سو يتم تناول نظام الحماية الكاثودية حيث انة النظام المتبع بخط صلب النوبارية . -4مبدأ الحماية الكاثودية وتطبيقاتها 12 Cathodic Protection Report Principle and Applications of Cathodic Protection تعتبر الحماية الكاثودية هى طريقة لمكافحة التآكل) (Corrosion Inhibitorكما تم شرحها سابقا وهى من طرق تغيير جهد الوسط ااكال وتهد تكوين دائرة كهربية والتى تهد الحماية الكاثودية) (Cathodic Protectionالى الى تحويل السطح المراد حمايتة الي كاثود وبذلك يكون فى وضع اكتساب الكترونات دائما وليس فقد الكترونات وتعتبر التيار المسلط (Impressed ) Curentواالوانيد المضحية ) (Sacrificial Anodesهما الطريقتين االساسيتين فى الحماية الكاثودية التى سيتم شرحهم تفصيليال فيما بعد رسم يوضح طريقتى التيار المسلط واالوانيد المضحية قبل التطرق الى تطبيقات الحماية الكاثودية البد من معرفة عدة مصطلحات وهى ما يسمى (الحماية العامة والحماية الشاملة ( )General & Complete Protectionففى حالة اخذ قياسات جهد اانابيب كل كيلو متر أو نصف ميل من أطوالها فإذا كانت القياسات ال تقل عن ( )0.85فولت يمكن القول أن على اانابيب حماية عامة ()General Protectionولكن ال يعني أن عليها حماية شاملة فهذه تتحقق فقط عندما يكون جهد كل نقطة على سطح اانبوب في المستوى المطلوب كما انه البد من معرفة ان هناك نوعين من التربة وهما التربة المتجانسة) (Homogeneous Soilوالتربة الغير المتجانسة ) (Non Homogeneous Soilففي التربة المتجانسة أو الماء يمكن الجزم بأن هناك حماية شاملة على اانبوب إن توفرت عليه الحماية العامة نظرا ان جهد اانبوب في هاتين البيئتين يتالشى بانسياب مع البعد من محطة الحماية وعليه فأنه إذا توافر مستوى الحماية المطلوب عند نقطتين على امتداد اانبوب فمن الواضح أن هناك حماية كافية على كل نقطة من سطح اانبوب أما 13 Cathodic Protection Report في التربة غير المتجانسة فال يمكن الجزم بذلك لوجود ظاهرة حجب التيار) (Current Veilعن الخطوط في بعض المواقع مما يجعل جهد اانبوب فيها دون مستوى الحماية الشاملة وأن زيادة التيار في المحطات المجاورة لهذا الموقع لن يغير من اامر شيئ ولذلك فتطبيق الحماية الكاثودية على خط أنابيب في تربة متجانسة أو في الماء ال يشكل صعوبة ولكن هناك صعوبة بالغة في تطبيقها في ااراضي الصحراوية والصخرية(التربة الغير متجانسة) وخصوصا إذا كان هناك عدة أنابيب متوازية وكانت حالتها متفاوتة. من التطبيقات الشائعة فى الحماية الكاثودية : a. Underground Pipelines b. Underground Storage Tanks c. Aboveground Storage Tank d. Internal surfaces of tanks e. Offshore structures -5طرق الحماية الكاثودية 14 Cathodic Protection Report Methods of cathodic protection تنقسم طرق الحماية الكاثودية الى طريقيتين رئيسيتين IMPRESSED CURRENT. التيار المسلط-A Cathodic Protection Report 15 تعتمد هذه الطريقة على وجود مصدر تيار مستمر( يتم الحصول عليه عن طريق تحويل مصدر التيار المتردد الى تيار مستمر عن طريق الــ ( (Transformer Rectifierبحيث يتم توصيل جسم المعدن المراد حمايته بالطر السالب لمصدر التيار ويتم توصيل الطر الموجب بالــ Ground bedتكون من الحديد السليكونى وتبعد عن مصدر التيار فى حدود 150 – 100متر ويتم استخدام الحماية الكاثودية من النوع التيار المسلط في حالة الحاجة لحماية خطوط اانابيب وقواعد الخزانات ذات ااسطح الكبيرة والتي تتطلب تيار حماية عالي ولفترات طويلة تمتد على مدى عمر المنشآت التي تعود إليها ( 20سنة فأكثر) كما انه يتوفر في هذه المنظومات إمكانية السيطرة على الحماية ومراقبتها المستمرة. مميزات هذه الطريقة : -1استخدامها فى المشاريع او التطبيقات ذات مساحة كبيرة وتكون اقل تكلفة من طريقة االوانيد المضحية فى هذة الحالة. -2طالما المصدر الكهربى موجود فيكون النظام فعال وبذلك يكون لها عمر زمنى اكبر من طريقة االولنيد المضحية. -3القدرة على مقاومة كثافة تيار عالية على سطح المعدن. -4قدرة توصيل كهربية عالية . عيوب هذه الطريقة : -1احتياجها الى صيانة. -2صعوبة الحصول على مصدر التيارالمستمر فى بعض الحاالت. 16 Cathodic Protection Report أوانيد اارضي ()The Ground bed ااوانيد الشائعة االستخدام هي أوانيد الحديد السليكوني Fe-Siوالذي يبلغ معدل استهالكه من 0.1حتى 0.5كجم/أمبير/سنة وهناك كذلك أوانيد من نوع الجرافيت يحيط بها مسحوق خشن من فحم الكوك وبهذا يكبر حجم اانود وتقل تبعا لذلك مقاومته مع التربة والتي يبلغ استهالكها من 0.1حتى 2 كجم/أمبير/سنة وال يجوز تحميل أوانيد الجرافيت أكثر من ( )3.5أمبير ان ذلك يسارع في تآكله. بعد تحديد كثافة التيار المطلوب لتوفير الحماية وبمعرفة المساحة السطحية للمعدن المراد حمايته وعمر المنظومة المفترض بالسنوات يمكن حساب الوزن الكلي لصوانيد التي يتطلب استخدامها وبالتالي حساب أعدادها حسب وزن اانود الواحد. طريقة دفن ااوانيد تعتمد على طبيعة المنطقة والمقاومة النوعية للتربة specific soil resistivety ويتم تقسيمها كااتى: -A فى حالة مستوى المياه عالي يمكن استخدام أحواض أرضية سطحية Shallow Ground Bedsوتدفن االنودات أفقيا )(Horizontalعلى أعماق قليلة 3-2متر -Bيتطلب دفن االنودات عموديا على أعماق كبيرة Vertical Ground Bedsبهد الوصول إلى طبقات التربة قليلة المقاومة. -Cفي المناطق ذات المقاومة النوعية المرتفعة جدا ولغرض الوصول إلى الطبقات السفلى ذات المقاومة النوعية الصغيرة يتطلب االمرالى حفر أحواض أرضية عميقة Deep Wellsمن النوع المغلق ( (Closed Holeيمكن أن يكون العمق 30متر فاكثر. 17 Cathodic Protection Report صورة توضح الطرق المختلفة لدفن ااوانيد اختيار موقع الحوض اارضي تكون فيه مقاومة التربة ) (Soil Resistanceمنخفضة ،حيث تقا المقاومة في عدة مواقع وعلى أعماق مختلفة ،يختار الموقع الذي تقل فيه المقاومة مع العمق لتأمين انتشار أوسع للتياركما انه يستحسن عدم وضع ااحواض اارضية ) (Ground Bedsفي الوديان ان ذلك يؤدي الى اندفاع الجزء ااكبر من التيار الى مقطع اانبوب المقابل للحوض اارضي وبذلك يتقلص طول مقطع اانبوب الذي تغطيه المحطة تدفن ااوانيد في مسحوق من الفحم الحجري لتقليل مقاومة التما بين االنودات والتربة وبالتالي تقليل جهد الدائرة الكهربائية لدفع تيار الحماية وتقليل معدل استهالك ااوانيد ( )Consumption rateكما يتم ايضا دفن ااوانيد بعمق أكثر من ( )1.5متر يساعد في الحد من جفا من جفا الحوض ،حيث يمكن الحد عن طريق تعويضه بالرطوبة من باطن التربة عن طريق االمتصاص. 18 Cathodic Protection Report المحوالت المقومة ()Transformer Rectifier وهي على ثالثة أنواع وتتوفر بطاقات مختلفة .1المحوالت المقومة ذات التبريد الهوائي Air - Cooled T/R .2المحوالت المقومة ذات التبريد الزيتي ( Oil - Cooled T/Rوهو النوع المستخدم بالشركة) .3المحوالت المقومة المنيعة على اللهب Explosion Proof T/R شبكات الحماية الكاثودية تعود ملكيتها الى جهات عديدة كذلك فأن هذه الخطوط ذات مستوى متفاوت من حيث قدمها وحالتها وحسن تغليفها وأسلوب تشغيلها وحمايتها ،فبعضها قديم ومتآكل وبعضها جديد ،نظام التغليف المستخدم لها مختلف من أنبوب الى آخر ،هذا مما يستوجب تسليط تيار الحماية لها بكثافة ومقدار مختلف مما يستوجب استخدام محوالت مقومة( )Transformer Rectifierمختلفة ومنفصلة لكل منها ،او استخدام المحوالت المقومة( ) Transformer Rectifierمن نوع خاص تحتوي على إمكانية إعطاء مستويات مختلفة من تيار الحماية وبها نقاط مختلفة للربط باانابيب ،حيث يعطى كل أنبوب كفايته من الحماية محسوب على أسا حالته وحاجته وذلك لتجنب تعريض كل اانابيب الى جهد عالي .محوالت المقومة هذه تحتوي على معدالت ومنظمات للتيار تعطي اانابيب القديمة وذات العزل الرديء) (Poor Insulationتيار أعلى من ااخرى وتعطي اانابيب جيدة العزل تيار حماية أقل ولتحقيق ذلك فأن هذه الوحدات مجهزة بما يلي: Blocking Diode لمنع سريان التيار بين اانابيب مقاومة متغيرة Variable Resistorلتنظيم التيار الواجب تسليطه على اانابيب كل حسب حاجته. حماية ضد االرتفاع اللحظي للجهد Surge Protection 19 Cathodic Protection Report -Bااوانيد المضحية SACRIFICIAL ANODES منظومات الحماية باستخدام أقطاب التضحية Sacrificial Anodesيعتمد هذا ااسلوب على الفعالية الجلفانية Galvanic Actionبين المعدن المراد حمايته وأقطاب التضحية المستخدمة ,حيث تستخدم أقطاب تضحية من معادن تأتي في مقدمة السلسلة الكهروكيميائية مقارنة بالمعدن المراد حمايته أي أنها ذات جهد طبيعي أكثر سلبا More Negativeمقارنة بجهد المعدن المراد حمايته. 20 Cathodic Protection Report يستخدم هذا النوع من المنظومات في حالة الحاجة لحماية جيدة انابيب ذات مساحة سطحية محدودة) (Limited Areaأو لغرض الحماية من تأثيرات التداخل عند وجود هياكل معدنية قريبة من السطوح المراد حمايتها ,أو في حالة عدم توفر مصدر للطاقة الكهربائية ,أو في حالة الحماية الوقتية خالل مرحلة التشييد ,وكذلك في بعض حاالت حماية ااسطح الداخلية للخزانات و ااوعية يوجد انواع عديدة من ااوانيد المضحية حيث انه على سبيل المثال يمكن حماية الحديد باستخدام أي من الماغنسيوم Mgأو االومنيوم Alأو الزنك Znويعتبر الماغنسيوم هو النوع المستخدم لدينا فى الشركة. رسم يوضح تكوين أنود الماغنسيوم : ANODE CORE (STEEL ROD) -1قضيب حديدى : MAGNESIUM METAL INGOT -2أنود الماغنسيوم : CLOTH SACK -3حافظة قماش لحماية اانود : ABSORBENT MATERIAL -4المادة المحيطة بأنود الماغنسيوم : CONNECTION WIRE -5السلك الخاص بتوصيل أنود الماغنسيوم بنقطة الـ P..T 21 Cathodic Protection Report جدول يوضح خصائص الماغنسيوم وااللومنيوم والزنك كأنود مضحى مميزات هذه الطريقة : -1تتميز هذة الطريقة بالمرونة حيث انه من الممكن انشاء هذا النظام فى تطبيقات متنوعة -2ال يحتاج الى مصدر تيار كهربى عيوب هذه الطريقة : -1 االحتياج الى تغيير االوانيد المضحية فى حالة فسادها -2 صعوبة السيطرة على مستوى الحماية -3 لها عمر زمنى محدد يعتمد على كفاءة اانود 22 Cathodic Protection Report -6قيا إن قيا جهد نقط الحماية الكاثودية فرق الجهد بين الخطوط و التربة المحيطة بها مهم جدا ً سواء فى تأثير التآكل على الخط أو فى مسآتوى الحماية الكاثودية له و يتم قيآا فآرق الجهآد بآين معآدن الخآط و الخليآة ( )Half Cellالتآى توضآع فآى التربآة والخلية عبارة عن قطب مآن النحآا )(Copper Poleمغمآور فآى كبريتآات النحآا وتسآتخدم كقطآب قياسآى )(Referance Poleلتسجيل قراءة الحماية الكاثودية . نقطة التوصيل بالـ half cell لقياس جهد الحماية الكاثودية قطب نحاس داخل الــ half cell محلول كبريتات النحاس داخل الــ half cell 23 Cathodic Protection Report يتم استخدام جهازاافوميتر نظرا ً لكبر المقاومة الداخلية للجهاز و التى يمكن أن تالفى أى خطأ فى قراءة الجهاز نتيجة فقد التيار فى مقاومة الدائرة الخارجية ( الخط – أسالك التوصيل – التربة – الخلية ) و بذلك تكآون قآراءة الجهاز هى الجهد الفعلى للخط كما يتم وضع كمية من الماء حول الخلية فى التربة لتقليل مقاومة التربة. أوالً :دالالت نتائع قياسات فرق الجهد -: -1إذا وجد أن فرق الجهد بآين الخآط و التربآة مآا بآين ( 1700- ، 850-مللآى فولآت ) تكآون هآذه المنطقآة آمنة و الخط فيها بحالة جيدة من حيث التغليف و الحماية . -2إذا وجد أن فرق الجهد بين الخط و التربة ما بين ( 850- ، 250-مللى فولت ) تكون هذه المنطقآة غيآر آمنة و يمكن تقسيمها كاآلتى -: إذا كان جهد الخط مآن ( 650- ، 850-مللآى فولآت ) فآإن الخآط فآى هآذه الحالآة يكآون مغلآف و لكآن بآدون حماية و الخط معرض للتآكل . إذا كان جهد الخط من ( 450- ، 650-مللى فولت ) فإن الخط فى هذه الحالة يكون مغلف تغليف ضآعيف و بدون حماية أى أن اانود متآكل أو غير موصول و الخط معرض للتآكل . إذا كآآان جهآآد الخآآط مآآن ( 250- ، 450-مللآآى فولآآت ) فآآإن هآآذا يمثآآل الجهآآد الطبيعآآى للصآآلب فآآى السلسآآة الكهروكيميائية أى أن الماسآورة عاريآة ( بآدون تغليآف ) و بآدون حمايآة أى أن اآلنآود متآكآل تمامآا ً أو غيآر موصول و الخط معرض للتآكل . -3أما فى حالة وجود فرق الجهد بين خط الخدمة و التربة بالموجب فإن هذا يعنى أن ذرات المعدن تحولت إلى أيونات موجبة بفعل التأثيرات الكهربية و هذا يعنى وجود تآكل بالخط و فى هذه الحالة يلآزم تركيآب آنود جديد لكى يوقف تحول ذرات المعدن إلى أيونات -4كل النقاط التى تم ذكرهآا هآى تخآص معآدن واحآد وهآو الصآلب STEELو تختلآف هآذة االرقآام فآى حالة وجود انواع اخرى من المعادن. 24 Cathodic Protection Report جدول يوضح اختال باختال جهد القيا الجسم المراد حمايته ثانيا :طريقـة القيـا كيفية اجراء قياسات فرق الجهد : -1يتم قيا فرق الجهد بين الخط و التربة بتوصيل جهآاز قيآا فآرق الجهآد " الفآولتميتر " و الخليآة علآى التوازى و يترك الجهاز لفترة حتى تستقر القراءة على شاشة الجهاز. رسم توضيحى لطريقة قيا جهد الحماية الكاثودية 25 Cathodic Protection Report -2يوضع حول مكان تثبيت الخلية بالتربة قليل من الماء لتقليل مقاومة التربة و توضآع فآوق الخآط مباشآرة لتقليل مقاومة الدائرة و ابعاد تاثير جهد اآلنود على قراءة الجهاز. -3يتم توصيل خط الخدمة بالطر بالطر الموجب لجهاز قيا السالب للجهازعلى العلم بآاختال فآرق الجهآد " الفآولتميتر " و يآتم توصآيل الخليآة شآكل الآـ TEST POSTفآى طريقآة التيآار المسآلط عنهآا فى طريقة االوانيد المضحية كاآلتى : فى التيار المسلط يوجد عدد 2كابل فقآط وهمآا الكآابالت القادمآة مآن خآط الصآلب ويآتم القيا عن طريق توصيل طر الخلية بالطر اى من الكابلين بالطر الموجب لالفوميتر وتوصيل السالب . شكل الكابالت فى الــ TEST POSTفى حالة الحماية بطريقة التيار المسلط 26 Cathodic Protection Report فى طريقة ااوانيد المضحية يوجد 5كابالت 2 ,كابآل وهمآا الكآابالت القادمآة مآن خآط الصلب او الجراب المراد حمايته كمآا هآو مسآتخدم بالشآركة حيآث يآتم اسآتخدام طريقآة ااوانيد المضحية لحماية الجرابات المستخدمة لحماية خآط الصآلب فآى حالآة التعآديات, ويوجد 3كابالت قادمة من 3أوانيد بذاتها ويتم توصيل كابل مآن الكآابالت القادمآة مآن الجراب مع كابل من كابالت اانود معا على ان يتم توصيل الكابل اآلخر مآن الجآراب مع كابلين من كابالت ااوانيد الموجودة ,ويتم القيا عن طريق توصيل طر اى من الكابلين القادمين من الجراب (مع ضمان توصيلهم توصآيال جيآدا مآع الكآابالت القادمآة من االوانيد) بالطر الموجب لالفوميتر وتوصيل الخلية بالطر السالب . توصيل الجراب مع ااوانيد داخل الــ Test Post نقطة تجميع بين الجراب واانود لقياسهما معا 27 Cathodic Protection Report ايضا يتم قيا االنود بذاتة بدون اى توصيالت مع الجراب وذلك لفحص جهد االنود ومعرفة مدى قدرة هذا اانود على الحماية كابالت قادمة من الجراب كابالت قادمة من أوانيد الماغنسيوم 28 Cathodic Protection Report - 7تصميم الحماية الكاثودية Design of cathodic protection عند تصميم منظومة حماية كاثودية يتطلب ااخذ فى االعتبار النقاط الرئيسية التالية: نوع المنشأ والمعدن المطلوب حمايته Type of Protected Metal المساحة السطحية للمنشأ المطلوب حمايته من التآكل Area of Protected Surface المقاومة الكهربية لصنود Electric Resistance of Anode نوع التغليف المستخدم في تغطية السطح المطلوب حمايته Types of Coating كثافة التيار Current Density جدول يوضح اختال كثافة التيار باختال التربة المقاومة النوعية للتربة أو المحيط الذي يشكل وسط التآكل وتعتبر المقاومة النوعية من النقاط الهامة التى تؤدي للتوصل إلى نتائع أولية لتقديرات كثافة تيار الحماية المطلوب (أمبير /متر^ )2وبالتالي إلى تقديرات التيار الكلية جدول يوضح اختال المقاومة النوعية باختال 29 التربة Cathodic Protection Report تصميم نظام الحماية فى طريقة ااوانيد المضحية الهد الرئيسى من عملية التصميم هى حساب كمية التيار المراد استخدامها وايضا يتم حساب عدد ااوانيد المطلوبة لحماية الخط والعوامل الرئيسية التى تدخل فى حسابات تصميم نظام الحماية الكاثودية عن طريق ااوانيد المضحية كما يلى : -1كثافة التيار و التي تعادل كمية التيار المطلوبة لنظام الحماية ()The design current denisty -2مساحة اانبوب المراد حمايته ()Area of the pipe -3معدل استهالك اانود ()Consumption rate -4معدل انهيار التغليف ()Coating breakdown factor Design parameter Typical Value Anode Consumption Rate 1280 A hours/ pound Coating Breakdown Factor )(FBE Design current density for steel in seawater Design current density in sand or mud )0.5% to 1.0% (initial )10% (after 20 years )12mA/ft2 (initial )7mA/ft2 (after polarization 2mA/ft2 (initial and after )polarization جدول يوضح عناصر التصميم وقيمها التى تدخل فى حسابات التصميم طريقة تصميم وحساب التيار وعدد االوانيد كما يلى : -1يتم حساب كمية التيار المراد لمنظومة الحماية كاآلتى : معادلة رقم ()1 Ireq = Idesign * Apipe *FC /1000 Where: كمية التيار المطلوبة لنظام الحماية )(Ireq) is the total current demand (Amps كثافة التيار وتعتمد على طبيعة ونوع التربة ) Idesign( is the design current density مساحة االنبوب المراد حمايته )Apipe( is the total area of the pipeline معدل انهيار التغليف )FC ( is the coating breakdown factor 30 Cathodic Protection Report : يتم حساب وزن ااوانيد لمنظومة الحماية كاآلتى-2 Wanodes = (Ireq * 8760 hr/year * expected life) / (Consumption rate * efficiency) )2( معادلة رقم Where: )Wanodes( is the total anodes weight need to provide the current requirement هو وزن ااوانيد الكلى المطلوب لتحقيق كمية التيار المطلوبة لنظام الحماية )Ireq( is the required current calculated in equation (1). كمية التيار التى تم حسابها )1(من المعادلة رقم (Consumption rate) معدل استهالك اانود : يتم حساب عدد ااوانيد المراد استخدامها كاآلتى-3 Ntotal = Wanodes/ W bracelet )3( معادلة رقم Where: )Ntotal( is the total number of bracelet anodes requires هو عدد ااوانيد المطلوبة )Wanodes( is the total weight calculated in equation (2). وزن ااوانيد التى تم حسابها من )2( معادلة رقم )W bracelet( is the weight of each individual bracelet وزن اانود Cathodic Protection Report 31