حفاظت کاتدی مخازن رو زمینی

استاندارد API 651 یا استاندارد حفاظت کاتدی کف مخازن روزمینی، استانداردی است مناسب برای تمامی کسانی که در حوزه‌های مربوط به مخازن ذخیره روزمینی فعالیت دارند. حوزه‌هایی نظیر ساخت مخازن، تعمیر و تعویض مخازن، خطوط لوله مرتبط و هرگونه تجهیزات مرتبط دیگر که می‌بایست توسط حفاظت کاتدی از خوردگی محافظت شوند.

هدف از انتشار این استاندارد، معرفی روش‌هایی برای دستیابی به یک روش کنترل خوردگی موثر برای حفاظت کف مخازن ذخیره روزمینی می‌باشد که از حفاظت کاتدی استفاده می‌کنند که شامل مقررات برای استفاده از حفاظت کاتدی در مورد  مخازن موجود و جدید است. هدف دیگر ارائه اطلاعات وراهنمایی‌های خاص در مورد صنعت مخازن روزمینی ذخیره‌سازی فولادمی‌باشد که در سرویس هیدروکربن‌ها قرار خواهند گرفت.

برخی از اعمال توصیه شده در این جا ممکن است برای مخازن در سایر خدمات  نیز قابل اجرا باشد. این استاندارد تنها یک راهنما برای افرادی است که در حوزه حفاظت کاتدی فعالیت دارند و اطلاعات کاملی در مورد طراحی سیستم حفاظت کاتدی به شخص نمی‌دهد. هم‌چنین این استاندارد، تمامی تانک‌ها با هر شرایطی را پوشش نمی‌دهد، زیرا حفاظت کاتدی بسیار وابسته به شرایط بوده، قابل تعمیم نمی‌باشد.

 

1. تعاریف

1- آند: الکترودی در یک سل الکتروشیمیایی که اکسید می‌شود و خوردگی در آن اتفاق می‌افتد ( متضاد کاتد).

2- بستر آندی: شامل یک یا چند آند که زیر سطح زمین دفن می‌شوند و به منظور حفاظت کاتدی کاربرد دارند.

3- پشت بند (Backfill): موادی یکنواخت که در داخل حفره قرار می‌گیرند تا فاصله بین و اطراف آندها را پر کنند. البته این مواد نقش یکنواختی جریان‌دهی و نیز یکنواختی خوردگی را نیز ایفا می‌کنند. هم‌چنین آندها می‌توانند به صورت از قبل بسته شده              (  Pre-packed) و ساده‌تر نیز استفاده شوند.

4- بسترآندی عمیق: یک یا چند آند که به طور عمودی در عمق حدود 15 متر (50 فوت) و یا بیش‌تر در زیر زمین و در یک حفره نصب می‌شوند.

5- الکترولیت: ماده شیمیایی شامل یون‌ها که در یک میدان الکتریکی مهاجرت می‌کنند و می‌تواند شامل خاک، آب و یا هرگونه ماده دیگری باشد که کف تانک بر روی آن قرار می‌گیرد.

6-  مدار خارجی:  شامل سیم و کابل‌ها، کانکتورها و ابزار اندازه‌گیری، منابع جریان و غیره می‌باشد.

7- سازه خارجی: هرگونه سازه فلزی که در محدوده حفاظت کاتدی مورد نظر نبوده و به نوعی مزاحم تلقی می‌شود.

2. خوردگی کف مخازن

با توجه به آشنایی تمامی مهندسان مرتبط با خوردگی، فقط در این قسمت به ارائه مکانیزم‌های خوردگی کف مخازن پرداخته می‌شود:

2-1. خوردگی ناشی از جریان‌های سرگردان ( خوردگی تداخلی)

خوردگی که بر اثر ورود و خروج جریان‌های ناخواسته به سازه رخ می‌دهد.  در این نوع خوردگی، منبع جریان به کف تانک به طور الکتریکی متصل نمی باشد.

2-2. خوردگی گالوانیک

مربوط به اتصال فلزات متفاوت از هم ( شامل تفاوت در ترکیب شیمیایی، پتانسیل الکتریکی مختلف و . . .) می باشد. 

2-3. خوردگی داخلی

این خوردگی بستگی شدیدی به هدایت الکتریکی، مواد معلق، pH خاک، گازهای محلول (CO₂ و . . . )، باکتری SRB، دما و سایر شرایط محیطی دارد.

 

3. تعیین نیاز به حفاظت کاتدی

3-1. مواردی که کف تانک باید به صورت کاتدی حفاظت گردد

·         مخازن ذخیره جدید

·         مخازن ذخیره ساخته شده

·          داخل مخازن

3-2. محدودیت‌های حفاظت کاتدی کف تانک‌ها

حفاظت کاتدی به عنوان روشی برای کنترل خوردگی زمانی موثر است که امکان عبور جریان الکتریکی بین آند و کاتد برقرار باشد.  فاکتورهای بسیاری وجود دارند که محدودیت عبور جریان را ایجاد کرده، در عمل کنترل خوردگی با استفاده از حفاظت کاتدی را مشکل و غیرممکن می‌کنند. این موارد عبارتند از :

·         زیرلایه غیرهادی کف تانک‌ها نظیر بتنی یا آسفالت و یا ماسه روغنی.

·         لایه غیر قابل نفوذ بین پایین مخزن و آند مانند سامانه‌های مهارثانویه.

·         ماسه یا سنگ با مقاومت الکتریکی بسیار بالا و یا زیرلایه‌های خورنده

·         کف قدیمی تانک‌ها که پس از نصب کف جدید بر جای مانده‌اند.

3-3. شرایط خاک و زیرلایه تانک‌ها

3-3-1. شرایط خاک: روش‌های بسیاری برای تعیین مقاومت الکتریکی ویژه خاک وجود دارند. این روش‌ها مطابق با استاندارد ASTM G57  می‌باشد و شرایط خورندگی خاک بعد از تعیین مقاومت به شرح جدول زیر است:

جدول1: ارتباط میزان خوردگی با مقاومت الکتریکی خاک

مقاومت خاک بر حسب اهم- سانتی‌متر	میزان خوردگی
کم‌تر از 500	بسیار خورنده
1000-500	خورنده
2000-1000	ملایم
10000-2000	متوسط
بیش‌تر از 10000	بسیار کم

 

 3-3-2. زیرلایه ماسه‌ای: ماسه شسته شده، رایج‌ترین ماده مورد استفاده در زیر تانک‌ها و زیر ورق کف مخزن می‌باشد. استفاده از ماسه شسته شده، نیاز به حفاظت کاتدی را از بین نمی‌برد. زیرا به علت حضور آب در اثر شرایط جوی مانند باران و برف و یا آب‌های سطحی، خوردگی اتفاق خواهد افتاد. شرایط مورد پذیرش ماسه عبارتند از:

1- ماسه باید شسته شده،  غربال شده و فاقد هرگونه مواد باقیمانده مانند تکه‌های چوب، گیاهان، سنگ، خاک رس، کاغذ و حتی تکه‌های الکترود جوشکاری باشد.

2- استفاده از آب شهری قابل شرب برای شستن ماسه‌ها با توجه به میزان کلر موجود در آب به هیچ عنوان قابل قبول نیست.

3- ماسه مورد پذیرش باید یکی از استانداردهای ASTM C 778  نوع 30-20 و یا معادل آن، ASTM C 144 و یا معادل باشد.

4- گاهی اوقات سیمان پرتلند به نسبت تقریبی 33:1 و نیز آهک به نسبت تقریبی 95:5 برای تنظیم pH ماسه و نیز تراکم مناسب ماسه به آن اضافه می‌شود. استفاده از سیمان پرتلند زیاد و آهک بیش از حد باعث مخدوش شدن شرایط مورد پذیرش ماسه شده و شرایط خوردگی را تشدید می‌کند.

5- مقاومت الکتریکی ویژه ماسه نیز می‌بایست تعیین گردد. با استفاده از استاندارد ASTM G57 و روش‌های ذکر شده در آن، این مقدار مشخص به طراح سامانه حفاظت کاتدی اعلام می‌شود. مقدار مورد پذیرش معمولاً به مقدار رطوبت و یا مواد محتوی ماسه بستگی شدیدی دارد.

6- اندازه‌گیری pH خاک، مقدار هیدروژن موجود در خاک را نشان می‌دهد. زمانی که این عدد بین 5 تا 8 تغییر می‌‌یابد خوردگی فولاد به طور مستقیم بهpH بستگی پیدا می‌کند‌. میزان خوردگی در pHهای پایین‌تر از 5 به شدت افزایش می‌یابد در حالی که این میزان در pH های بالاتر از 8 شروع به کاهش می‌نماید. برای تعیین pH خاک از استاندارد ASTM G51 استفاده می‌شود.

7- کلر بر مقاومت ویژه خاک تأثیر می‌گذارد. هم‌چنین به عنوان عامل دپلاریزه کننده، مقدار جریان مورد نیاز برای حفاظت کاتدی را بالاتر می‌برد. در مقادیر بیش‌تر از ppm 10 کلر می‌تواند منجر به خوردگی حفره‌ای شود. مقدار کلر موجود در خاک توسط استاندارد ASTM D 512 و یا معادل آن تعیین می‌گردد. در حقیقت هیچ گونه پیش‌زمینه صنعتی برای مقدار قابل قبول کلر در خاک مورد استفاده کف مخازن وجود ندارد و کارفرمای پروژه می‌بایست مقدار قابل قبول را تعیین نماید.

8- غلظت سولفات بیش‌تر از ppm200 نشاندهنده غلظت بالای مواد آلی در خاک است. با استفاده از ASTM D 516 مقدار سولفات موجود در خاک تعیین می‌گردد. همانند کلر، در مورد مقدار قابل قبول سولفات در خاک هیچ گونه پیش‌زمینه صنعتی وجود ندارد.

9- غلظت سولفات کم‌تر از  ppm 1/0 نشاندهنده فعالیت باکتری SRB در خاک است. بر اساس استاندارد EPA 0376.1 مقدار سولفات کم تعیین و در صورت وجود شرط بالا به طراح سامانه حفاظت کاتدی اعلام می‌شود ( از کیت‌های تشخیص SRB نیز می‌توان استفاده نمود). 

دانلود فایل ورد این مقاله از اینجا