بررسی اثرات جریان های سرگردان DC ناشی از مترو بر روی شبکه گاز رسانی شهری و راهکارهای جلوگیری از آن

چشم انداز مثبت و رو به رشد صنعت گاز در جهان و ویژگیهای منحصر به فرد آن موجب شد قرن بیست و یکم از بعد تامین انرژی به عنوان قرن گاز شناخته شود. به گونهای که پیش بینی میشود رشد مصرف گاز طبیعی از رشد مصرف سایر حاملهای انرژی پیشی گیرد و میزان مصرف تا سال 2020 میالدی به دو برابر و تا سال 2030 میالدی به سه برابر میزان فعلی برسد. ضمن اینکه در 20 سال آینده رشد مصرف انرژی فسیلی به دو برابر میزان فعلی بالغ خواهد شد. کشور جمهوری اسالمی ایران با داشتن حدود 26/6 تریلیون متر مکعب ذخایر گاز طبیعی، معادل 17% کل ذخایر گاز دنیا، 47/7% ذخایر گاز خاورمیانه و 38% از کل ذخایر گاز کشورهای صادرکننده نفت ،اپک را دارا میباشد. ویژگیهای منحصر به فرد گاز طبیعی به عنوان سوختی ارزان و پاک موجب شده تا نقش این حامل در تامین انرژی مورد نیاز کشور روز به روز پر رنگتر شود و سهم آن در سبد انرژی مصرفی کشور بطور چشمگیر افزایش یابد. 

از آنجا که خطوط لوله گاز درون شهری نقش شاهرگ حیاتی را در تامین گاز به واحدهای صنعتی و منازل ایفا می‌کند، بحث پیشگیری از خوردگی و تخریب این لولهها از دیدگاه اقتصادی و ایمنی دارای اهمیت بسیار است. خوردگی فلزات به هر دلیلی که روی دهد، اعم از نامرغوبی فلزات و یا آلودگی محیط )وجود جریانهای سرگردان و خاک‌های خورنده(، به علت رشد روز افزون استفاده و بهره برداری از فلزات، یک مسئله جدی و خطرناک است و هزینههای مستقیم و غیر مستقیم زیادی به صنایع تحمیل می‌کند. اگر جریان عبوری از فلزات به اندازه کافی بزرگ باشد، ممکن است خسارات جدی و جبران ناپذیری به تجهیزات وارد نماید. مقدار، سرعت و شدت خوردگی و تخریب فلزات به نوع دامنه و مدت زمان عبور جریان از آنها و همچنین جنس فلزات بستگی دارد. بطور مثال جریان مستقیم )DC( یک آمپری میتواند بیش از ٩کیلوگرم فلز فوالد را در طول یک سال تجزیه و حل کند. ولتاژ ناشی از جریان سرگردان با دامنه ٠/١٥ ولت میتواند آلومینیوم را تخریب کند و یا ولتاژ ٠/٣ ولت میتواند فلز چدن را تهدید کند. استانداردهای مربوط به خوردگی، حداکثر ولتاژ مجاز ناشی از جریانهای سرگردان DC را درحدود ٠/١ ولت بیان می‌ک ً نند. بنابراین تقریبا هر مقدار از جریان و یا ولتاژ سرگردان میتواند باعث تخریب و خوردگی فلزات گردد . البته یکی از مهمترین روشهای حفاظتی برای لولههای مدفون استفاده توام از پوششهای مقاوم و بکارگیری سیستمهای حفاظت کاتدی میباشد. ولی متاسفانه اغلب به هنگام طراحی و راه اندازی سیستمهای حفاظت کاتدی، مساله جریانهای سرگردان و تداخلی نادیده گرفته میشود. جریانهای سرگردان DC، جریانهای الکتریکی هستند که به منظور دستیابی به مسیرهای با مقاومت الکتریکی کمتر، از مسیر اصلی خود خارج شده و وارد محیطهای الکترولیتی مانند آب و خاک میشوند. تا به امروز یکی از بزرگترین منابع غیر طبیعی جریان سرگردان DC، خطوط راه آهن الکتریکی بوده است. باید متذکر شد که در این سیستمها از ریل انتظار می رود که مسیر برگشتی جریان را فراهم کند. شاید اینطور به نظر برسد که چنانچه اتصاالت ریل به زمین به شکل مناسبی عایق شده باشند، هیچ مشکلی پیش نخواهد آمد، ولی به هر حال این موضوع کامال صحیح نمیباشد. زیرا جریانهای الکتریک ً ی تماما مسیرهایی با کمترین مقاومت را تعقیب نمی‌کند. حداقل اینکه این جریان ً ها عموما از این مسیر عبور نمی‌کند. هنگامی که دو یا تعداد بیشتری مسیر موازی در سر راه جریان الکتریکی قرار میگیرد، جریان به تناسب مقاومت، بین مسیرها تقسیم میشود. چنانچه مسیر ریل یک دهم مقاومت مسیر زمین را دارا باشد، مسیر ریل ده برابر جریان مسیر زمین را تحمل خواهد کرد. اما بخش باقیمانده جریان که یک یازدهم از کل جریان میباشد، در زمین شارش یافته و برای ایجاد تخریبی بزرگ برای سازههای درون زمین کافی است. در حالیکه جریانهای سرگردان میتوانند در نزدیکی سازه، خوردگی ایجاد کنند، احتمال اینکه خوردگی روی خود سیستم حمل و نقل هم به وجود آید، وجود خواهد داشت. مباحث مطرح شده نشان میدهند که این احتمال زمانی که جریانها از ریل خارج میشوند، وجود دارد. در سیستمهای حمل و نقل الکتریکی، کاهش خطرات جریانهای سرگردان سالها مورد بحث و مطالعه بوده است. سیستم حمل و نقل ریلی برقی )مترو(، یکی از عوامل عمده تولید جریانهای سرگردان دینامیکی DC در شهر تهران است. به دلیل نشت جریانهای الکتریکی از طریق خطوط ریلی به زمین، امکان نفوذ این جریانها به لولههای گاز مدفون که به صورت موازی و یا متقاطع با خطوط ریلی مترو قرار دارند، وجود دارد. این جریانها، همانطور که گفته شد، از مسیرهای با کمترین مقاومت و در جایی که پوشش سطح لولهها معیوب باشد به داخل لوله انتشار مییابند و هنگام خروج و برگشت به مدار اصلی، سبب خوردگی خط لوله در نقطه خروج جریان میشود. در این زمینه، پژوهشگران دانشکده مهندسی متالورژی و مواد دانشگاه تهران به سرپرستی اینجانب، با حمایت شرکت گاز استان تهران، مطالعات گسترده و بررسیهای میدانی و آزمایشگاهی وسیعی جهت شناسایی، ارزیابی و مقابله با اثرات مخرب جریانهای سرگردان ناشی از خطوط ریلی متروی تهران بر روی شبکه گازرسانی انجام داده و به موفقیتهای چشمگیری در این زمینه دست یافته است. از جمله مهمترین دستاوردهای این پژوهش، تعیین مناطق تحت تاثیر این جریانها در حوالی خطوط ریلی و تیپبندی این مناطق به 9 منطقه متاثر از جریانهای سرگردان DC بوده است. به علاوه اینکه در این پروژه به جای خنثی سازی جریانهای ناخواسته در محل نشتی آنها، برای اولین بار برای جلوگیری و کنترل این جریانها از طریق طراحی و توسعه یک سیستم هوشمند فیلترینگ جریانهای سرگردان بر روی خطوط لوله گاز مدفون تحت حفاظت صورت گرفته است که با بکارگیری این سیستم در ایستگاههای حفاظت کاتدی، امکان خنثی سازی جریان های تداخلی را تا حد بسیار زیادی عملی خواهد ساخت. با وجود برنامه های موجود در توسعه خطوط ریلی برقی در شهر تهران، و شهرهای بزرگ دیگر کشور عزیزمان، توجه ویژه به پدیده خوردگی ناشی از جریان های سرگردان به منظور پیشگیری از حوادث ناگوار، بسیار حیاتی به نظر می رسد و امید است که این مقوله، با توجه به اهمیت ویژه آن در امنیت جانی شهروندان عزیز و جلوگیری از تخریب شبکه گاز رسانی کشور مورد توجه ویژه قرار بگیرد.

نویسنده دکتر الله کرم

برای دانلود فایل ورد این مقاله اینجا کلیک کنید