بحث شامل عن الحماية الكاثودية

بحث مكثف حول الحماية الكاثودية غالبًا ما تستخدم الحماية الكاثودية للتخفيف من أضرار التآكل على الأسطح المعدنية النشطة.

تستخدم الحماية الكاثودية أيضًا في جميع أنحاء العالم لحماية خطوط الأنابيب ومحطات معالجة المياه وخزانات تخزين المياه الموجودة فوق وتحت.

ما هي الحماية الكاثودية (CP)؟

الحماية الكاثودية هي طريقة لمنع تآكل الهياكل المعدنية المغمورة والجوفية.

حيث تعتبر الحماية الكاثودية من أكثر الوسائل فعالية لمنع تآكل سطح المعدن.

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

المعدات البحرية والأرصفة وخطوط الأنابيب والخزانات وجميع الهياكل المعدنية المغمورة أو المدفونة.

انظر أيضًا: كيفية عزل الأسطح عن الحرارة

ما هي المبادئ الأساسية للحماية الكاثودية؟

تعتمد التقنية على جعل المناطق النشطة من سطح المعدن خاملة، بمعنى آخر، مما يجعلها الكاثود لخلية كهروكيميائية.

من خلال توفير التيار، تقل إمكانات المعدن، ويتوقف هجوم التآكل، ويتم تحقيق الحماية الكاثودية.

يمكن تحقيق الحماية الكاثودية أيضًا.

• الحماية الكاثودية لأنود الذبيحة.
• أيضًا الحماية الكاثودية المذهلة اليوم، والتي تسمى غالبًا ICCP.

حماية كاثودية من الأنود القرباني

إن أبسط طريقة لتطبيق الحماية الكاثودية هي ربط المعدن المحمي بمعدن آخر يتآكل بسهولة أكبر.

للعمل كأنود، فإن الزنك والألمنيوم والمغنيسيوم هي معادن تستخدم عادة كأنودات.

يصبح أكثر المعادن نشاطًا (والأقل نبلاً) هو الأنود للآخرين، مما يضحي بنفسه لحماية الكاثود من التآكل (التخلي عن المعدن)، ومن هنا جاء مصطلح الأنود الذبيحي.

نظرًا لأن الجهد الدافع للأنودات القربانية منخفض مقارنةً بأقطاب التيار المسلط، يجب توزيع الأنودات القربانية جيدًا.

هل هي قريبة من منطقة محمية تستخدم أنودات الألمنيوم أو الزنك في بيئات المياه المالحة؟

نظرًا لاختلاف الجهد بين القطب الموجب (الأقل نبلاً) ومنطقة الكاثود (الصلب)، فإن أيونات المعادن موجبة الشحنة تترك سطح الأنود.

وفي الوقت نفسه، تترك الإلكترونات السطح عند القطب السالب. بالنسبة لأنودات سبائك الألومنيوم، يكون تفاعل سطح الأنود هو:

–4Al → 4Al +++ + 12e

الحماية الكاثودية للتيار القسري (ICCP)

تستخدم أنظمة ICCP مصدرًا خارجيًا للطاقة الكهربائية يتم توفيره بواسطة مصدر طاقة تيار مستمر منظم.

غالبًا ما تسمى لوحة التحكم، توفر لوحة التحكم التيار اللازم لاستقطاب السطح المحمي.

يتم توزيع التيار الواقي بواسطة أنودات خاملة مصممة خصيصًا، وهي عادة مواد موصلة لا تذوب بسهولة في أيونات معدنية، ولكنها تحافظ على تفاعلات أنودية بديلة.

في ظل الظروف البيئية الجيدة لمياه البحر، تكون أكسدة أيونات الكلوريد المذابة بواسطة غاز الكلور المتولد على سطح الأنود هو التفاعل الأنودي السائد: –2Cl– → Cl2 + 2e.

وفي الوقت نفسه، فإن التفاعل الأنودي السائد في المياه منخفضة الملوحة هو تحلل الماء: –2H2O → O2 + 4H + + 4e.

MMO / Ti هو أحد أكثر أنواع الأنود ICCP شيوعًا لاستخدام مياه البحر ويتكون من ركيزة من التيتانيوم (Ti) مطلية بمحفز نبيل أو أكسيد فلز (MMO).

كيف تعمل الحماية الكاثودية؟

تعمل الحماية الكاثودية عن طريق وضع أنود أو أنود (أجهزة خارجية) في إلكتروليت لتكوين دائرة. يتدفق التيار من الأنود عبر المنحل بالكهرباء إلى سطح الهيكل.

كما يتحرك التآكل نحو القطب الموجب لإيقاف المزيد من التآكل للهيكل.

مثال على الحماية الكاثودية لخط الأنابيب

تحدث الاختلافات المحتملة على خط الأنابيب غير المحمي بشكل طبيعي، أينما انتقلت من إيجابي طفيف إلى سلبي صغير، سيحدث التدفقات الحالية والتآكل الكلفاني لخط الأنابيب.

وإذا قمت بتطبيق CP على خط الأنابيب هذا، مثل أنود MATCOR الخطي الذي يعمل بالتوازي مع خط الأنابيب، يتدفق التيار بعيدًا عن الأنود إلى خط الأنابيب، مما يمنع التآكل.

تطبيق خط أنابيب بدون CP

اقرأ أيضًا: معلومات حول الطلاء الواقي واستخدامه

تطبيق CP على خط الأنابيب

ما هي أنظمة الحماية الكاثودية؟

التآكل هو السبب الرئيسي للفشل المبكر للهياكل المعدنية. يمكن للمشغلين إطالة عمر مرافقهم ومعداتهم.

تركيب واختبار أنظمة CP بشكل دوري. يمكن لمهندسي CP تصميم أنظمة لتوفير أقصى عمر وسهولة في الاستبدال.

تم استخدام هذه الأنظمة لسنوات عديدة في مجموعة واسعة من التطبيقات المدنية والصناعية لمنع التآكل.

عادةً ما يتم تركيبها أثناء الإنشاء الأولي أو التوسع أو الترقيات الرئيسية، وعادةً ما تقوم MATCO بتصميم أنظمة تستمر لمدة 30 عامًا أو أكثر.

تحمي أنظمة الإنتاج الأنظف أصول البنية التحتية من التآكل، وتشمل هذه الهياكل:

• خزانات تخزين علوية.
• خطوط الأنابيب المدفونة.
• حديد التسليح في الهياكل الخرسانية.
• المبادلات الحرارية.
• ضع بحرية.
• ورق جدران كومة.
• الهياكل المعدنية الأخرى.

ما هي أنواع أنظمة الحماية الكاثودية؟

الحماية الكاثودية هي طريقة لمنع الهياكل المعدنية مثل خطوط الأنابيب وخزانات التخزين من التفاعل مع البيئة والتآكل.

عند تعرضه للبيئة، يتحلل الكربون الصلب والمعادن الأخرى كيميائيًا ويفشل في النهاية.

تمنع أنظمة CP عملية الأكسدة من خلال إنشاء تدفق تدفق من النظام إلى الهيكل.

هناك نوعان رئيسيان لأنظمة الحماية الكاثودية:

• كلف.
• التيار القسري.

الحماية الكاثودية الجلفانية

التآكل الجلفاني هو عملية كهروكيميائية يكون فيها أحد المعادن أكثر عرضة للتآكل من الآخر عند التحلل الكهربائي لكلا المعدنين.

الأنودات الجلفانية (وتسمى أيضًا الأنودات الذبيحة) المستخدمة لحماية الهياكل الفولاذية هي مثال على التآكل الجلفاني، حيث ينكسر الأنود الجلفاني لحماية الهيكل.

الأنود القرباني هو أنود معدني متصل كهربائياً بالهيكل المحمي ويكون أكثر تفاعلاً مع البيئة المسببة للتآكل، حيث يتآكل الأنود القرباني مع حماية معدن الهيكل المحمي.

في النظام الجلفاني، تمتلك الأنودات المتصلة بالهيكل المحمي إمكانات طبيعية سلبية أكثر من الهيكل.

وعندما يتدفق التيار من القطب الموجب (احتمال أكثر سلبية)، إلى الهيكل (جهد سلبي أقل) في دائرة التيار المستمر.

يمكنه حماية الأنودات الجلفانية بشكل صحيح (وتسمى أيضًا الأنودات القربانية).

الهياكل الفولاذية تحت الأرض والبحرية والمنزلية والصناعية غير قابلة للتآكل ولا تتطلب مصدر طاقة خارجي للعمل.

وبالتالي، فهي محدودة في استخدامها. عند تطبيقها بشكل صحيح، يمكن تصميمها لحياة طويلة مع سهولة التشغيل. الأنودات الجلفانية متوفرة في مجموعة متنوعة من التكوينات، بما في ذلك:

• الأنودات المعدنية العارية بما في ذلك المغنيسيوم والزنك والألمنيوم وسبائك أخرى.
• معبأة بكميات كبيرة للاستخدام تحت الأرض.
• مصنوعة من شرائح فولاذية خارجية للتركيب على الهياكل.
• أنواع الشريط اللاصق:
• للقضيب أشكال خاصة.

التيار القسري

في العديد من التطبيقات، يكون فرق الجهد بين الأنود الجلفاني / الذواب والهيكل الفولاذي غير كافٍ لتوليد تيار كافٍ للحماية.

في هذه الحالات، يمكن لمزود الطاقة (المعدل) أن يخلق اختلافات محتملة أكبر، مما يسمح بتدفق المزيد من التيار إلى الهيكل المحمي، وهو ما يسمى نظام الحماية الكاثودية الحالية (ICCP).

متى يتم تحقيق الحماية الكاثودية؟

سيؤدي تدفق تيار الحماية الكاثودية على أي معدن إلى تغيير إمكاناته الطبيعية في الاتجاه السلبي.

يتم أيضًا الحصول على حماية كاثودية كاملة للصلب من خلال تطبيق مستوى معين من الجهد.

اخترنا لك طريقة عزل الأسطح عن الحرارة

أخيرًا، غالبًا ما تستخدم الحماية الكاثودية لحماية الفولاذ من التآكل، حيث يحدث التآكل عند غمر معدنين مختلفين في إلكتروليت مثل الماء أو التربة أو الخرسانة.