برق. قدرت. کنترل. الکترونیک. مخابرات. تاسیسات.

دایره المعارف تاسیسات برق (اطلاعات عمومی برق)

دید کلی
بطور کلی ، فلزات سه دسته‌اند. یک دسته ، آنهایی که مثلا طلا و پلاتین ، در مجاورت هوا اکسید نمی‌شوند و نیازی به محافظت ندارند.

دسته دوم ، آنهایی که وقتی در مجاورت هوا قرار می‌گیرند، اتمهای سطحشان اکسید می‌شوند، ولی اکسید آنها مقاوم است و چسبیده به فلز باقی می‌ماند و خود لایه محافظی برای فلز می‌شود. این گونه فلزات هم نیازی به محافظت ندارند. مثل Zn ، Al ، CO ، Ni ، Sn ، Cr و نظیر آنها.

دسته سوم فلزاتی که وقتی سطح آنها در مجاورت هوا اکسید می‌گردد، اکسید آنها متخلخل است و به فلز نمی‌چسبد و از بدنه فلز کنده می‌شود که فلز به تدریج فاسد شده ، از بین می‌رود؛ مثل آهن. اینگونه فلزات را به روشهای متفاوت از زنگ زدن محافظت می‌نمایند، روشهایی مثل رنگ زدن ، زدن ضد زنگ ، چرب کردن سطح فلز بوسیله یک ماده روغنی مانند گریس ، لعاب دادن ، آب فلز کاری و حفاظت کاتدی.
اصول حفاظت کاتدی
در کنار فلز فاسد شدنی ، یک فلز با پتانسیل احیاء کمتر قرار می‌دهند تا اگر این دو فلز باهم یک پیل الکتروشیمیایی تشکیل دادند، فلز دارای E احیای بیشتر، در نقش کاتد پیل قرار گیرد و خورده نشود. در این پیل ، فلز دارای E کمتر خورده می‌شود و فلز مقابلش را ازخطر زنگ زدن می‌رهاند. این طریقه حفاظت را حفاظت کاتدی می‌نامند.

امروزه ، بدنه کشتیها ، پایه‌های اسکله‌ها و لوله‌های انتقال نفت و گاز را که در زیر زمین کار می‌گذارند، با همین روش حفاظت می‌نمایند. مثلا در کنار آهن ، فلز منیزیم قرار می‌دهند که منیزیم ، الکترون می‌دهد و خورده می‌شود.


گالوانیزاسیون به روش غوطه‌وری


آب فلز کاری
آب کاری فلزات به دو روش صورت می‌گیرد:
گالوانیزاسیون
در این روش ، فلز فاسد شدنی را در مذاب یک فلز فاسد نشدنی فرو می‌برند و بیرون می‌آورند تا سطح آن از یک لایه فلز فاسد نشدنی پوشیده شود. مثلا ورقه‌های نازک آهنی را در مذاب فلز روی فرو می‌برند و بیرون می‌آورند تا سطح آنها از فلز روی پوشیده شود و به این طریق ورقه‌های آهن سفید یا آهن گالوانیزه تهیه می‌نمایند که در ساختن لوازمی مثلا لوله بخاری ، کانال کولر ، شیروانی منازل و از این قبیل بکار می‌رود. لوله‌های آب هم ، آهن سفید هستند.

اگر ورقه‌های آهنی را در قلع مذاب بزنیم و بیرون آوریم و سطح آنها را قلع اندود کنیم، حلبی بدست می‌آید که از آن در ساختن قوطی مواد غذایی ، نظیر کنسروها استفاده می‌گردد.
الکترولیز
در این روش ، فلز آب گیرنده یا فاسد شدنی را بجای کاتد و فلز پوشش دهنده را بجای آند قرار می‌دهند و در ظرف الکترولیز ، محلولی از یک نمک فلز آب دهنده (فلز پوشش دهنده) را به عنوان الکترولیت می‌ریزند. با برقراری جریان ، اتمهای فلز آب دهنده (فلز پوشش دهنده) به صورت یون مثبت از آند کنده می‌شود و از طریق الکترولیت ، بطرف کاتد یا آب گیرنده (فلز مورد آبکاری) رفته ، از آن الکترون می‌گیرند و مجددا به صورت فلز در آمده ، بر سطح فلز (مورد آبکاری) می‌نشینند و تمامی سطح آن را می‌پوشانند.

به عنوان نمونه در آب فلز کاری یک قاشق مسی در نقش کاتد و نقره در نقش آند است. قاشق مسی را به کاتد وصل می‌کنیم و الکترولیت می‌تواند محلول نیترات نقره باشد. اتمهای نقره به صورت یون از ورقه نقره‌ای جدا شده و بسوی قاشق مسی می‌روند. از آن الکترون می‌گیرند و به صورت اتم در آمده بر سطح قاشق می‌نشینند.

زیرا با این که در آب ، یون هم وجود دارد، یونهای در رقابت با یونهای برنده می‌شوند و به کاتد می‌روند. در رقابت میان یونهای ، نیز یونهای برنده شده ، به آند می‌روند و الکترون اضافی خود را از دست داده و گاز اکسیژن تولید می‌نمایند.


ظرف الکتولیز


تفاوت آهن گالوانیزه و حلبی
اگر سطح آهن سفید خراش بردارد، آهن و روی باهم پیل الکتروشیمیایی تشکیل می‌دهند. در این پیل ، روی خرده می‌شود، زیرا پتانسیل احیاء روی از پتانسیل احیاء آهن کمتر است. اما اگر سطح حلبی خراش بردارد، قلع و آهن باهم پیل الکتروشیمیایی تشکیل می‌دهند. در این پیل ، آهن خورده می‌شود، زیرا پتانسیل احیاء قلع از پتانسیل احیاء آهن بیشتر است و آهن در نقش آند پیل عمل می‌کند و از بین می‌رود که این طریقه زنگ زدن را زنگ زدن الکتروشیمیایی می‌نامند.
روئین شدن
باید بدانیم که آهن ، در محیط مرطوب و اکسیژن‌دار زنگ می‌زند و زنگ تولید شده ، اکسید آهن III آبدار است که فرمول آن را معمولا بصورت و می‌نویسند. چون مقدار آب آن در همه موارد یکسان نیست، اغلب موارد آن را به صورت و نشان می‌دهند. محیط اسیدی (مثلا هوای دارای و ) در مجاورت با فلزی که تمایل کمتری برای از دست دادن الکترون دارد، به زنگ زدن یک فلز کمک می‌نماید.

روئین شدن یا پاسیو شدن بعضی از فلزات را مربوط به تشکیل لایه‌ای از اکسید می‌دانند که سطح فلز را می‌پوشاند و در اسید حل نمی‌شود. در مورد آهن که اکسید مغناطیسی تشکیل می‌دهد، این اکسید در بعضی اسیدها حل نمی‌شود.

http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%d8%ad%d9%81%d8%a7%d8%b8%d8%aa+%da%a9%d8%a7%d8%aa%d8%af%db%8c&SSOReturnPage=Check&Rand=0

تاریخچه

حفاظت کاتدی اولین بار توسط همفری دیوی ، در سال۱۸۲۴ میلادی، در شهر لندن و در میان سلسله مقالاتی که ایشان به انجمن سلطنتی ارائه می‌کردند مطرح گردید. بعد از یک سری آزمایشات موفق، اولین استفاده عملی از این فناوری جدید در همان سال و در رزم ناو اچ ام اس سمرینگ به وقوع پیوست. ساختار اولیه این سیستم عبارت بود از یک آند فداشونده که از آهن ساخته شده بود که اطراف آن غلافی از جنس فلز مس (همجنس بدنه اصلی کشتی) قرار داده بودند و به بدنه کشتی در زیر آب متصل کرده بودند و واکنش شیمیایی که بین آهن و مس انجام می‌شد، از سرعت خورده شدن فلز مس در اطراف میله آهنی می کاست و آن را حفاظت می‌کرد. این دانشمند پیشنهاد نمود که برای حفاظت کاتدی کشتیهای با بدنه مسی قطعاتی از آهن به عنوان آندهای از بین رونده روی بدنه کشتی ها نصب شود به طوری که نسبت سطحی آهن به مس۱ به۱۰۰ باشد. به هر ترتیب یکی از نتایجی که حفاظت کاتدی به همراه داشت، رشد و توسعه دریانوردی بود. به دلیل اینکه این تکنولوژی جدید می‌توانست رشد دریانوردی را تسریع ببخشد و این امر نیز منجر به تحولاتی بنیادین و ساختار شکنانه در استفاده از کشتی های ساخته شده در آن زمان می‌شد؛ نیروی دریایی سلطنتی بریتانیا در اقدامی پیشگیرانه و محافظه کارانه، تصمیم به کنار گذاشتن این تکنولوژی و ترجیح دادن به تعمیر بدنه‌های مسی پوسیده کشتی ها گرفت. بعد از او ادموند دیوی دستگاهها و وسائل آهنی شناور در دریا را با نصب قطعاتی از فلز روی حفاظت کاتدی نمود، روبرت مالت در سال۱۸۴۰ آلیاژی از فلز روی ساخت که به عنوان آندهای از بین رونده مورد استفاده قرار گرفت. کاربرد آندهای از بین رونده ادامه داشت تا اینکه به تدریج رنگهای ضد زنگ ساخته شد و استفاده از آنها به منظور حفاظت کاتدی و نیز صرفه جوئی در هزینه تعمیرات رواج بیشتری یافت. استفاده از پوششهای روی در روی فولاد از زمانهای قدیم (قبل از ۱۷۴۲) معمول بوده است، ولی کاربرد اعمال جریان الکتریکی جهت حفاظت کاتدی لوله‌ها و تاسیسات زیر زمینی از حدود سال۱۹۱۰ آغاز شد و با سرعت زیاد گسترش پیدا نمود به طوری که امروزه تقریباً در تمام خطوط لوله و کابل های زیر زمینی از آن استفاده می‌شود. حفاظت کاتدی همچنین در موارد متعدد دیگر از قبیل دریچه ها، کانال ها، خنک کننده‌های آبی، زیر دریائیها، مخازن آب، اسلکه‌ها و تاسیسات دریائی، دستگا هها و وسایل مختلفی که در تماس با مواد شیمیایی می‌باشند بکار برده می‌شود.
[ویرایش]
تعریف



حفاظت کاتدی به عنوان موثر ترین روش حفاظتی به منظور جلوگیری از خوردگی سازه‌های مدفون در خاک شناخته شده است که به طور گسترده در حفاظت از خوردگی لوله‌های توزیع و انتقال گاز، مواد نفتی و آب مورد استفاده قرار می‌گیرد. حفاظت کاتدی عبارت است از جلو گیری یا کاهش سرعت خوردگی فلزات به طوری که توسط اعمال یک جریان الکتریکی خارجی( یکسو) و یا تماس آن با یک آند از بین رونده، روی سطح فلز مورد نظر که دارای مناطق کاتدی و هم آندی می‌باشد( که در مناطق آندی خوردگی صورت می‌گیرد). در این حال مناطق آندی تبدیل به کاتد شده و در نتیجه دستگاه یا شبکه مورد نظر کلاً کاتدی شود. حفاظت کاتدی از مهمترین و موثرترین طرق کنترل خوردگی می‌باشد، به طوریکه با اجرای این روش می‌توان فلزات را بدون اینکه خورده شوند به مدتی طولانی در محیطهای خورنده نگهداری نمود. مکانیزم حفاظت کاتدی مربوط به جریان خارجی است که در نتیجه آن عناصر کاتدی پیل های موضعی به پتانسیل مدار باز آندها پلاریزاسیون می‌شوند، یعنی در این حالت تمام سطح فلز هم پتانسیل گشته ( پتانسیل های آند و کاتد معادل هم می‌شوند) و جریانهای خوردگی متوقف می‌گردند. همچنین می‌توان چنین بیان کرد که به علت ایجاد یک شدت جریان خارجی شبکه‌ای از جریان مثبت در کلیه مناطق سطح فلز وارد شده و بدین ترتیب از ورود یون های فلز به محلول یا محیط اطراف جلوگیری بعمل می‌آید. عملیات حفاظت کاتدی را می‌توان در مورد خوردگی فلزاتی از قبیل فولاد، مس، سرب، و برنج در زمین ( خاک) و محلولهای مختلف آبی بکار برد. به کمک حفاظت کاتدی می‌توان از خوردگی حفره‌ای فلزات روئین از جمله فولادهای ضدزنگ جلوگیری نمود. همچنین جهت تقلیل ترک خوردگی تنشی در فلزاتی مانند برنج ها، فولادها، فولادهای ضد زنگ، منیزیم، آلومینیوم و غیره و نیز خوردگی خستگی در اغلب فلزات، خوردگی بین دانه‌ای در فلزاتی مانند دورآلومین، فولادهای ضدزنگ آستنیتی و یا زدایش روی برنجها می‌توان از حفاظت کاتدی استفاده نمود. با اعمال حفاظت کاتدی نمی‌توان از خوردگی در قسمتهای بالائی مخازن که در تماس با آب نیستند، جلوگیری نمود، زیرا جریان اعمال شده نمی‌تواند در مناطقی از فلز که در تماس با الکترولیت نیست وارد شود ( مانند سطح داخلی لوله ها) که در این صورت بایستی آندهای کمکی داخل لوله‌ها کار گذاشته شوند.
[ویرایش]
اجرای عملی حفاظت کاتدی

برای اجرای سیستم حفاظت کاتدی دو روش کلی وجود دارد: الف) با استفاده از آندهای از بین رونده که در آن فلزات فعالی مانند منیزیم یا روی را به عنوان آند به کار می‌برند. ب) با استفاده از اعمل جریان خارجی یکسو که در این روش از منبع جریانی مانند ژنراتور، رکتیفایر ( یکسو کننده) و یا باطری همراه با یک آند کمکی که معمولاً از جنس آهن یا گرافیت است استفاده می‌شود.
[ویرایش]
سیستم آندهای فداشونده


در صورتی که آند کمکی نسبت به فلزی که باید حفاظت شود بر طبق جدول سری گالوانیکی فعالتر باشد پیل گالوانیکی به وجود می‌آید. در صورت استفاده از این نوع آندها که آنها را آندهای از بین رونده می نامند و دیگر نیازی به منبع جریان خارجی یا یکسو کننده نمی‌باشد. اختلاف پتانسیل بین آندهای از بین رونده و فلز مورد حفاظت سبب تخلیه جریانی از طرف محیط به سمت فلز وجود داشته می‌گردد. فلزات از بین رونده که برای حفاظت کاتدی به کار می‌روند اغلب منیزیم و آلیاژهای آن و در برخی موارد روی و آلومینیوم می‌باشند. اصولاً آندهای از بین رونده به عنوان منابع انرژی الکتریکی عمل می نمایند، اهمیت آنها مخصوصاً در مواردی است که امکان دسترسی به نیروی برق وجود نداشته ویا در نقاطی که نصب خطوط نیرو با صرفه نباشد.

در این روش یک الکترود که آند نامیده می‌شود در مخزن آب در نزدیکی فلز تحت حفاظت قرار گرفته است. آند مذکور از موادی ساخته شده است که نسبت به آهن فعالتر می‌باشد. این بدان معنا است که در الکترولیت آب دریا آند نسبت به آهن منفی تر می‌شود. معمولترین ماده‌ای که مورد استفاده قرار می‌گیرد روی است که به صورت یک سلسله صفحات در نزدیکی تحت حفاظت سازه و در تمام طول آن پخش می‌شود. روی ها توسط اتصالات مکانیکی و یا باندینگ بصورت موضعی در بسیاری از نقاط به فولاد متصل می‌شوند. روی و آهن به همراه آب دریا که بصورت یک الکترولیت عمل می‌کند تشکیل یک سل آب دریا را می‌دهند که در آن آهن مثبت و روی منفی می‌باشد. جریان از آهن مثبت از طریق اتصال با مقاومت کم، به سمت روی منفی رفته و سپس از طریق آب دریا به آهن باز می‌گردد، شبیه یک باطری اتصال کوتاه شده. از آنجائیکه جریان از آندهای روی با از بین رفتن تدریجی روی همراه است، پس از مدتی فلز روی کوچک شده و اثر و راندمان خود را از دست می‌دهد و باید جایگزین شود. به همین دلیل به آنها آند فناشونده اطلاق می‌شود. تاثیر آنها بشکل مداوم پیگیری شود تا زمان لزوم جایگزینی مشخص گردد. این عمر معمولاً 10 سال می‌باشد. باید توجه داشت که سیستم آندهای فداشونده به هیچ منبع انرژی خارجی نیاز ندارندو جریان الکتریکی از انرژی شیمیایی ماده آند تامین می‌شود.
[ویرایش]
حفاظت کاتدی به روش جریان اعمالی


برخلاف روش آندهای فداشونده در روش جریان اعمالی به یک منبع خارجی جهت تامین جریان مورد نیاز برای حفاظت نیاز می‌باشد. جنس آندهای استفاده در این روش به دلیل عدم تجزیه آنها مهم نمی‌باشد. در این روش آندها نسبت به سازه مثبت نگه داشته شده که این عمل توسط یک منبع جریان مستقیم انجام می‌گیرد. لذا در این روش بر خلاف روش آندهای فداشونده که آندها منفی بودند، آندها از سازه مثبت تر هستند. منبع جریان یکسو را به این ترتیب در سیستم قرار می‌دهند که قطب مثبت آن متصل به آند کمکی و قطب منفی آن به فلز دستگاه مورد نظر وصل شود. به طوریکه جریان در داخل الکترولیت از آند به سمت فلز مورد نظر برقرار می‌گردد.

ولتاژ اعمال شده باید به مقداری تنظیم شود که بتواند شدت جریان کافی برای تمام نقاط دستگاهی که تحت حفاظت کاتدی قرار گرفته است تامین نماید. در مورد خاکها یا آبهای با مقاومت زیاد ولتاژ اعمال شده باید بیشتر از محیط هایی با مقاومت کم باشد. همچنین هنگامی که طول زیادی از یک خط لوله فقط به وسیله یک آند حفاظت شود به ولتاژ اعمال شده بیشتری نیاز دارد. اجرای سیستم حفاظت کاتدی اغلب در مورد لوله‌ها و پوشش کابل های زیر زمینی بکار می‌رود. در شبکه‌های لوله کشی شهرها و خطوط لوله طویل و سرتاسری و کابل کشی های مخابرات و نیرو(برق) اغلب از سیستمهای با اعمل جریان خارجی استفاده می‌گردد. وقتی که در مورد تاسیسات طویل زیر زمینی نظیر لوله‌ها و کابل های پتانسیلی جریان برق اعمال می‌شود، جریان معمولاً در تمام طول آن تاسیسات وارد شده و به طرف محل اتصال می‌رود، و چون این قبیل تاسیسات از نظر الکتریکی متصل است لذا جریانهای طولی مسئله‌ای را به وجود نمی‌آورند. ولی در بعضی لوله کشی ها ممکن است نقاط اتصالی وجود داشته باشد که دارای مقاومت الکتریکی زیادی بوده و در نتیجه جریانهای طولی، مناطق آندی در یک طرف نقاط اتصال ایجاد می‌گردد. به همین منظور و قبل از اجرای عملیات حفاظت کاتدی لازم است که در این قبیل موارد اتصال الکتریکی مناسب تامین شود.

شبکه‌های لوله کشی گاز شهرها در منازل مخصوصاً در دستگاههای حرارتی بصورت تصادفی به هم مربوطند. همچنین فاز خنثی مدارهای الکتریکی اغلب به لوله‌های آب وصل می‌شود که در نتیجه، متصل به پوششهای کابل های نیرو می‌گردند. لذا در صورت اطمینان کامل از این اتصالات کلیه شبکه‌های زیر زمینی را می‌توان به صورت یک واحد حفاظت نمود.
[ویرایش]
تست پوشش

این تست شامل اندازه گیری عایقی( مقاومت الکتریکی ) پوشش می‌باشد. قسمت تحت آزمایش توسط یک ایستگاه حفاظت کاتدی( موقت یا دائم ) با سیستم جریان اعمالی بطور مجزا تحت حفاظت واقع می‌گردد. قبل از این تست، پیمانکار از سلامت کلیه اتصالات عایقی که قسمت مورد آزمایش را از شبکه‌های دیگر مجزا نموده اطمینان کافی کسب کند.
[ویرایش]
دستگاهها و وسایل مورد نیاز برای تست پوشش:
ترانس رکتیفایر ترجیحاً با ظرفیت های پایین
ولت متر با امپدانس بالا
هافسل ( مس/ سولفات مس )
بستر آندی ( موقت یا دائم)
کابلهای ارتباطی
[ویرایش]
بستر آندی موقت

این بستر متشکل از یک شاخه لوله قراضه که ترجیحاً سندبلاست شده و عاری از خوردگی باشد ( عموماً یک سایز بالاتر از سایز خط ) بوده که آن را در عمق حداقل برابر عمق لوله مدفون و به فاصله حداقل۵۰ متر از خط اصلی قرار می‌دهند. بطوریکه در هنگام دفن جهت تقویت و آمپردهی بهتر، از مقداری نمک، ذغال کک و آب استفاده می‌شود.
[ویرایش]
مراحل اندازه گیری تست پوشش

الف)اندازه گیری پتانسیل طبیعی لوله نسبت به زمین از نقاط اندازه گیری پتانسیل:

قبل از روشن کردن ایستگاه حفاظت کاتدی با اعمال جریان، اپراتور باید توسط یک هافسل از جنس مس/ سولفات، ولتاژ طبیعی خط لوله را از طریق کلیه نقاط اندازه گیری پتانسیل نسبت به زمین قرائت نماید. این ولتاژ جهت اندازه گیری مقاومت عایقی پوشش مفید نیست، لیکن به منظور پیدا کردن شرایط نامتعارف( در صورت وجود) باید اندازه گیری صورت پذیرد.

ب)اندازه گیری جریان الکتریک حفاظت کاتدی:

جهت اندازه گیری جریان مستقیم، باید سیستم حفاظت کاتدی با جریان اعمالی، را روشن نموده و تنظیم کرد. پس از تنظیم ولتاژ تزریق، به منظور تثبیت پتانسیل و همچنین اطمینان از پلاریزاسیون، خط مورد تست باید به مدت۷۲ ساعت تحت جریان تزریقی قرار بگیرد. جهت پلاریزاسیون می‌توان ولتاژ نقطه تزریق را در کمتر از مقدار حد بالایی تنظیم نموده و پس از اتمام مدت زمان پلاریزاسیون، ولتاژ در حد بالایی تنظیم و مراحل بعدی تست انجام پذیرد. یادآوری می‌گردد در خصوص ولتاژ های تزریقی در نظر گرفتن حد بالایی این ولتاژ الزامیست. در خصوص پوشش های اناملی ( انامل پایه نفتی و انامف پایه ذغال سنگی ) حداکثر ولتاژ تزریقی ۲٫۱– ولت و در خصوص پوشش های بیتوسیل، نوار سرد و پلی اتیلن سه لایه حداکثر ولتاژ تزریقی ۱٫۵- ولت می باشد. پس از اتمام مدت زمان پلاریزاسیون و تنظیم ولتاژ تزریقی در حد بالایی، مقدار جریان در این ولتاژ اندازه گیری و ثبت گردد.

ج) اندازه گیری پتانسیل لوله نسبت به زمین:

با استفاده از یک تایمر اتوماتیک، که به صورت خودکار جریان تزریقی را قطع و وصل می‌کند که عموماً در مدار ترانس های رکتیفایر تعبیه شده است، عمل خاموش و روشن شدن سیستم حفاظت کاتدی صورت می پذیرد. تنظیم مدت زمان قطع و وصل باید بر اساس زمان های پیشنهادی زیر صورت پذیرد: مدت زمان روشن بودن سیستم:۲۰ ثانیه مدت زمان خاموش بودن سیستم:۱۰ ثانیه پس از اطمینان از برقراری حالت خاموش و روشن سیستم، قرائت از کلیه نقاط اندازه گیری پتانسیل باید انجام گرفته و یادداشت ‌گردد. لازم به ذکر است اولین عدد تثبیت شده در زمان خاموشی سیستم، به عنوان ولتاژ حالت خاموش مد نظر می‌باشد.

http://fa.wikipedia.org/wiki/حفاظت_کاتدی

صفحات جانبی

نظرسنجی

    لطفاً نظرات خود را درمورد وبلاگ با اینجانب در میان بگذارید.(iman.sariri@yahoo.com)نتایج تاکنون15000مفید و 125غیرمفید. با سپاس


  • آخرین پستها

آمار وبلاگ

  • کل بازدید :
  • تعداد نویسندگان :
  • تعداد کل پست ها :
  • آخرین بازدید :
  • آخرین بروز رسانی :