عیب یابی سیستم های حفاظت کاتدی و سیستم های عملکردی

حفاظت کاتدی یک تکنیک کنترل خوردگی است که برای کاهش خوردگی سازه های فلزی زیرزمینی یا زیر آب استفاده می شود. دو نوع سیستم حفاظت کاتدی وجود دارد: جریان تحت تاثیر و آند گالوانیکی که با توجه به خواص و الزامات ساختار محافظت شده انتخاب می شوند. (برای معرفی سریع، ویدیو: حفاظت کاتدی را در 2 دقیقه صاف تماشا کنید ، یا مقاله مبانی حفاظت کاتدی را بخوانید..)

برای اطمینان از کنترل خوردگی سازه های فلزی زیرزمینی یا غوطه ور، حفاظت کاتدی کافی ضروری است. بنابراین، تست عملکرد دوره ای و عیب یابی سیستم های حفاظت کاتدی کاربردی برای اطمینان از عملکرد صحیح سیستم مورد نیاز است.

در اینجا ما در مورد تست عملکرد سیستم حفاظت کاتدی و عیب یابی صحبت خواهیم کرد.

شکل 1. سیستم آند قربانی گالوانیکی معمولی.

شکل 2. سیستم جریان تحت تاثیر معمولی.

تست عملکرد در مقابل عیب یابی

تست عملکرد آزمایشی است که برای اطمینان از عملکرد صحیح هر سیستمی لازم است. در این تست عملکرد اصلی سیستم یا اجزای آن بررسی می شود و در صورت بروز مشکل باید سیستم مورد عیب یابی قرار گیرد. هنگام انجام آزمایش باید از یک چک لیست کامل و کاملاً تعریف شده استفاده شود.

عیب‌یابی هر سیستمی به این صورت است که چگونه ممکن است نقص هر یک از اجزای آن کشف شود، که امکان تعمیر و نگهداری همه اجزا و توسعه روش‌های انجام این کار را فراهم می‌کند.

تست عملکرد سیستم های حفاظت کاتدی

عملکرد یک سیستم حفاظت کاتدی این است که ساختار محافظت شده را به یک پتانسیل خاص که منفی تر از پتانسیل اصلی آن است، قطبی کند . به منظور حصول اطمینان از حفاظت کاتدی مناسب برای هر سازه، پتانسیل پلاریزه ( پتانسیل خاموش ) سازه باید اندازه گیری شود و با یک معیار معین، mv850- برای فولاد کربن در مقابل سولفات مس/مس (Cu/CuSO 4 ) مقایسه شود. الکترود مرجع معیار حفاظت کاتدی با توجه به نوع فلز و مقاومت خاک متفاوت است . (مطالعه مرتبط: تکنیک های عملی برای اندازه گیری پتانسیل حفاظت کاتدی .)

ابزارهای مورد نیاز برای اندازه گیری پتانسیل سازه حفاظت شده عبارتند از:

• یک ولت متر DC با مقاومت داخلی بالا
• الکترود مرجع مس/سولفات مس
• سیم های سربی

اندازه گیری پتانسیل سازه حفاظت شده را می توان به صورت زیر انجام داد:

1. الکترود مرجع را تا حد امکان نزدیک به ساختار محافظت شده قرار دهید تا افت IR در خاک به حداقل برسد.
2. سیم سرب را بین الکترود مرجع و ترمینال منفی ولت متر DC وصل کنید.
3. سیم سرب را بین ساختار محافظت شده و ترمینال مثبت ولت متر DC وصل کنید.
4. منبع تغذیه سیستم حفاظت کاتدی را فوراً از طریق یک قطع کننده جریان قطع کنید و پتانسیل ساختار محافظت شده را اندازه گیری کنید.

اگر پتانسیل اندازه گیری شده مثبت تر از -850 میلی ولت برای فولاد کربنی باشد، نقص در سیستم حفاظت کاتدی وجود دارد. بنابراین عیب یابی سیستم حفاظت کاتدی ضروری است.

عیب یابی سیستم حفاظت کاتدی

عیب یابی سیستم حفاظت کاتدی باید برای هر یک از اجزای سیستم انجام شود که شامل موارد زیر است:

• منبع تغذیه برای حفاظت کاتدی تحت تاثیر جریان
• کابل های DC
• بستر زمین
• ساختار محافظت شده

شکل 3. یک ایستگاه حفاظت کاتدی. (منبع: Shimkovich Svetlana/Dreamstime.com)

عیب یابی ترانسفورماتور رکتیفایر

اگرچه انواع مختلفی از منابع برق وجود دارد، مانند ژنراتورهای ترموالکتریک، انرژی خورشیدی، ژنراتورهای بادی، ژنراتورهای موتور محور، باتری ها یا سلول های سوختی، یکسو کننده ترانسفورماتور رایج ترین منبع انرژی مورد استفاده برای کاربرد حفاظت کاتدی است.

اجزای اصلی یکسو کننده ترانسفورماتور عبارتند از:

• یک کیس یا پانل یکسو کننده
• مدار AC – پایانه های AC، قطع کننده مدار متناوب، فیوز AC و حفاظت از نوسانات متناوب
• ترانس برق
• مدار یکسو کننده – پل موج کامل، فیوزهای DC، حفاظت از نوسانات DC و پایانه های خروجی DC
• آمپرمتر DC و ولت متر با شنت

به طور معمول، منبع مشکل در یکسو کننده های ترانسفورماتور ممکن است در مدار AC، مدار DC یا مدار یکسو کننده باشد. به منظور تعیین منبع مشکل در یکسو کننده ترانسفورماتور، خروجی DC باید توسط یک مولتی متر قابل حمل اندازه گیری شود . در صورت بروز مشکل، خروجی DC یکسو کننده ترانسفورماتور ممکن است یکی از موارد زیر باشد:

ولتاژ معمولی، جریان صفر
در این حالت، مشکل در مدار DC خارجی یکسوساز است که کابل‌های DC مثبت یا منفی یا آندها (خود آندها یا کیت‌های اتصال) هستند.

ولتاژ 0-2، جریان صفر
در این حالت، مشکل در منبع AC یا مدار یکسو کننده است.

ولتاژ معمولی 0.5، جریان معمولی 0.5
در این حالت، مشکل در منبع AC یا خود دیودها است.

توجه داشته باشید که ولتاژ معمولی تقریباً 15 درصد ولتاژ جانبی ثانویه در مورد منبع تغذیه تک فاز در نظر گرفته می شود.

عیب یابی کابل های DC

کابل های DC برای اتصال بین پایانه های خروجی DC یکسو کننده ترانسفورماتور و هر دو آند، کابل مثبت، و همچنین ساختار محافظت شده، کابل منفی استفاده می شود. منشا مشکل در کابل های DC ناپیوستگی آنهاست که ممکن است به دلیل تنش های مکانیکی در خاکی باشد که در آن مدفون شده اند. همانطور که قبلا ذکر شد، کابل های DC باید با اندازه گیری مقاومت آنها توسط یک ولت متر AC در جایی که ولتاژ خروجی یکسو کننده ترانسفورماتور در محدوده نرمال است و جریان خروجی وجود ندارد، بررسی شوند.

اگر کابل مثبت منبع مشکل باشد، مقاومت آن بسیار زیاد است در حالی که مقاومت کابل منفی برابر است با مجموع مقاومت سرب تست و مقاومت کابل منفی.

اگر کابل منفی منبع مشکل باشد، مقاومت آن بسیار زیاد است، در حالی که مقاومت کابل مثبت برابر است با مجموع مقاومت سرب تست و مقاومت کابل مثبت.

عیب یابی بسترهای زمینی

بسترهای زمینی شامل یک آند منفرد یا چندگانه هستند که از طریق کیت های اتصال یا جعبه های اتصال آند به کابل مثبت اصلی متصل می شوند. منبع مشکل در بسترهای زمینی ممکن است در دم آند، اتصال آند یا خود آندها باشد.

به طور معمول، مقاومت آندها با گذشت زمان به دلیل خوردگی و برهمکنش آنها با خاک افزایش می‌یابد، جایی که ممکن است یک لایه گازی غیرفعال روی سطح آنها تشکیل شود، همانطور که روش آندهای چدنی با سیلیسیم بالا در خاک‌های غنی از کلر است. مقاومت آندها ممکن است به دلیل خشکی خاک نیز باشد که در اطراف آندها توسط یک پس‌پرده کربنی تحت تأثیر قرار می‌گیرد .

شکل 4. بستر زمین آند چاه عمیق.

هنگامی که ولتاژ خروجی یکسو کننده ترانسفورماتور نرمال است، زمانی که جریان وجود ندارد، و زمانی که وضعیت کابل های DC مثبت و منفی خوب است، بستر زمین باید بررسی شود. در صورت بروز مشکل، مقاومت بستر زمین بسیار زیاد است. پس از تعیین مقاومت بستر، مقدار اندازه گیری شده باید با مقدار طراحی و مقادیر ثبت شده قبلی مقایسه شود.

عیب یابی یک ساختار محافظت شده

هنگامی که ولتاژ و جریان خروجی ترانسفورماتور نرمال است، اما معیارهای حفاظت کاتدی در سازه محافظت شده به دست نمی آید، منبع مشکل ممکن است خرابی غیر طبیعی پوشش ، جریان های سرگردان DC ، محافظ، شورت در خطوط راه آهن و بدنه گذرگاه ها یا کوتاهی باشد. در عایق الکتریکی (برای مطالعه بیشتر، خوردگی جریان سرگردان و اقدامات پیشگیرانه را ببینید .)

به منظور ارزیابی وضعیت پوشش یا کارایی پوشش، بررسی های میدانی باید در طول مسیر خط لوله انجام شود. این ممکن است شامل بررسی پیرسون یا بررسی گرادیان ولتاژ جریان مستقیم باشد . در صورت لزوم ممکن است تعمیر پوشش انجام شود. (مطالعه مرتبط: مزایای گزارش به موقع و موثر هنگام انجام بررسی‌های فاصله نزدیک خط لوله .)

محافظ کاتدی ممکن است به دلیل وجود بلوک های بتنی در طول مسیر خط لوله باشد. با توجه به این بلوک ها، جریان حفاظت کاتدی نمی تواند به طور موثر به سطح سازه حفاظت شده برسد و در نتیجه معیارهای حفاظت کاتدی محقق نمی شود. در این مورد، حذف این بلوک ها در صورت وجود الزامی است، اما در غیر این صورت، باید از آندهای گالوانیکی برای اطمینان از سیستم حفاظت کاتدی مناسب استفاده شود.

جریان حفاظت کاتدی باید بعد و قبل از هر خط لوله محفظه ای اندازه گیری شود تا مشخص شود که آیا کمبودی بین خط لوله اصلی و خط لوله پوششی وجود دارد یا خیر.

کیت های ایزوله نیز ممکن است برای کمبود و تعمیر یا تعویض آزمایش شوند. بررسی تداخل DC باید در طول مسیر خط لوله انجام شود تا هرگونه مشکل جریان سرگردان نیز مشخص شود. (برای اطلاعات بیشتر در مورد جریان های سرگردان، خوردگی AC ناشی از خطوط لوله مدفون را بخوانید .)

بازرسی دوره ای سیستم های حفاظت کاتدی باید طبق رویه ها و برنامه های خاصی انجام شود. تمام داده های بازرسی باید ثبت شود و برای کمک به عیب یابی استفاده شود.