مروری بر روشهای مدلسازی سیستمهای حفاظت کاتدیک

حفاظت کاتدیک سازه های فلزی به عنوان یک راهکار مناسب جهت جلوگیری از خوردگی آنها هم اکنون به طور وسیعی مورد استفاده است. طراحی سیستم حفاظت کاتدیک معمولا بر اساس تجربه و استفاده از یک سری اطلاعات تجربی صورت میگیرد، با این حال روشهای محاسباتی برای شبیه سازی فرآیند حفاظت کاتدیک تاکنون توسعهی بسیاری یافتهاست. در این مقاله از بین روشهای عددی موجود، دو روش المانمرزی  (BEM) و روش مدار معادل که بیشترین کاربرد را در مدلسازی سیستمهای حفاظت کاتدیک دارند، معرفی شدهاند. همچنین دو نرمافزار تجاری BEASY و CATPRO که بر اساس کدهای مذبور نگارش شده همراه با قابلیتهای آنها مورد بررسی قرار گرفته اند. با توجه به نوپا بودن این مسئله در کشور محدود فعالیتهای انجام گرفته در کشور نیز معرفی شدهاست.

دانلود فایل pdf این مقاله از اینجا

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.

 

نرم افزار طراحی سیستم حفاظت کاتدی لوله های گاز مدفون در خاک + دانلود pdf

همه ی آنچه یک مهندس خوردگی نیاز دارد اینجاست. کلیک کنید

طراحی سیستم حفاظت کاتدی لوله های گاز مدفون در خاک، مستلزم استفاده از روابط متعدد، جداول، استانداردها و تجربه میباشد که عموما زمانبر بوده و دقت فراوانی را می طلبـد. بـه دلیـل حجـم بـالای محاسبات و لزوم دقت بالا در طراحی، استفاده از کامپیوتر و روشهای شبیه سـازی عـددی، در سـالهای اخیر مورد توجه قرار گرفته است. نرم افزار معرفی شده در این مقاله پس از دریافت اطلاعات ورودی، میتواند طراحی را به طور دقیق و بـا سرعت به انجام رساند. طراحی شامل: جمع آوری اطلاعات مربوط به سازه ( جنس سازه، نوع پوشش، شکل فیزیکی و ابعاد و سطح سازه و ....) و اطلاعات مربوط به خاک (مقاومت مخصوص، حضور بـاکتری، دما و ....) میباشد و در ادامه با توجه به روابط ریاضی، جداول، اسـتانداردها و موقعیـت مکـانی سـازه، نرم افزار فوق، پارامترهای طراحـی شـامل: سـطح سـازه، جریـان حفـاظتی لازم، انتخـاب پوشـش، نـوع سیستم حفاظتی، ابعاد و جنس آند، تعداد و نحوه آرایش بستر آندی، مقاومـت مـدار (شـامل: مقاومـت سازه، آابل، پوشش و بستر آندی)، انتخاب رکتیفایر و دیگر موارد لازم را محاسبه مینماید. کاربر این امکان را دارد آه طراحی را با هر سه نوع بستر آندی (عمودی، افقی و چاهی) انجام دهد. در مواردی نظیر انتخاب رآتیفایر، سعی گردیـده از سیـستم هوشـمند در طراحـی اسـتفاده گـردد. برنامـه، دارای بانکهای اطلاعاتی متنوعی میباشد آه همگی قابلیت افزودن اطلاعات جدید را دارند. کاربر در هر لحظه میتواند نتایج طراحی خود را ملاحظه نموده و پرینـت نمایـد. همچنـین امکـان ذخیـره اطلاعات و طراحی انجامشده، در هر مرحله ای وجود دارد. پس از اتمام طراحی، امکان محاسبه هزینـه و برآورد اقتصادی آن نیز پیشبینی شده است. نرم افزار فوق بـه زبـان برنامـه نویـسی (Inprise Borland Delphi 5.0) و تحـت Windows نوشـته شـده است و به صورت Auto Run میباشد.

دانلود فایل pdf این مقاله از اینجا

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. 

دانلود کتاب های مربوط به خوردگی

همه ی آنچه یک مهندس خوردگی نیاز دارد اینجاست. کلیک کنید

 

کتاب های فارسی:

*ترجمه فصل 1،2 و 3 کتاب خوردگی زکی احمد

*خوردگی در صنایع نفت و گاز

*خوردگی فلزات

*خوردگی خارجی فلزات و روش های کنترل آن 

*خوردگی داخلی فلزات و روش های کنترل آن

*حفاظت کاتدی

*گالوانیزه گرم

*جزوه آموزشی استانداردها

کتاب های انگلیسی:

*کتاب چهار جلدی شریر (Shreir's Corrosion)

*هندبوک اوهلیگ (Uhlig's Corrosion Handbook)

*هفت جلد کتاب Advances in Corrosion Science and Technology

*(Corrosion and Corrosion Control (by R. Winston Revie and H. Uhlig

*مهندسی خوردگی (معروف به فونتانا)

*مقدمه ای بر علم خوردگی (معروف به مک کافرتی) (Introduction to Corrosion Science by: McCafferty)

*خوردگی زکی احمد ( Principles of Corrosion Engineering and Corrosion Control wrriten by Zaki Ahmad)

*مهندسی خوردگی (معروف به پوپوف)

*مبانی خوردگی (دنی جونز) (Principles and Prevention of Corrosion- Denny A. Jones)

*Peabody's Control of Pipeline Corrosion

* هندبوک داده های خوردگی (Handbook of Corrosion Data)

*طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی (Electrochemical Impedance Spectroscopy By Mark E. Orazem, Bernard Tribollet)

*Electrochemical Techniques in Corrosion Science and Engineering

* (Corrosion Engineering: Principles and Practice (by Pierre R. Roberge

*مبانی خوردگی (Fundamentals of Corrosion: Mechanisms, Causes, and Preventative Methods" by Philip A. Schweitzer)

* خوردگی داغ (High Temperature Oxidation and Corrosion of Metals)

*Introduction to the High Temperature Oxidation of Metals

*خوردگی حفره ای (pitting corrosion)

*حفاظت کاتدی جان مرگان (Cathodic Protection  by John H. Morgan)

*(Cathodic Protection Industrial Solutions for Protecting Against Corrosion(by Volkan Cicek

*An Introduction to Electrochemical Corrosion Testing for Practicing Engineers & Scientists

* مبانی  بازدارنده های خوردگی (Corrosion Inhibitors: Principles and Applications (written by Sastri

*هندبوک بازدارنده های خوردگی ( Handbook of Corrosion Inhibitors by Michael and Irene Ash)

*هندبوک پوشش (The Protective Coating User’s Handbook)

*Corrosion and Chemical Resistant Masonry Handbook

*بازدارنده های خوردگی سبز (GREEN CORROSION INHIBITORS)

*CORROSION CONTROL FOR OFFSHORE STRUCTURES

*Analytical Methods In Corrosion Science and Engineering

*Corrosion Resistance of Steels, Nickel Alloys and Zinc in Aqueous Media

* Corrosion Failures: Theory, Case Studies, and Solutions

*خوردگی بتن های مسلح (Corrosion of reinforcement in concrete)

* Fundamentals of Electrochemical Corrosion

* corrosion threats handbook

*ASM Handbook - Corrosion: Fundamentals, Testing, and Protection (by Stephen D. Cramer and Bernard S. Covino)

*خوردگی میکروبی (Microbiologically influenced corrosion‏)

*Metallurgy and Corrosion Control in Oil and Gas Production

*خوردگی جوش (Corrosion of Weldments)

*خوردگی مس و آلیاژهای آن (The Corrosion of Copper and Its Alloys)

*خوردگی آلومنیوم (CORROSION OF ALUMINIUM)

*Corrosion Prevention and Protection Practical Solutions

*Green Corrosion Chemistry and Engineering

*Techniques for corrosion monitoring

*Steelwork Corrosion Control

*خوردگی حفره ای و شیاریPitting and Crevice Corrosion

*خوردگی تنشی (SCC (Stress corrosion cracking

*(Stress corrosion cracking Theory and practice (by V. S. Raja and Tetsuo Shoji

*Corrosion-Resistant Linings and Coatings

*Guidance for corrosion management in oil and gas production and processing

*(Nace Corrosion Engineer's Reference book (2002

*آزمون ها و استانداردهای خوردگی corrosion tests and standards

*Stress Corrosion Cracking of Pipelines

*PipeLin  Corrosion and Cathodic Protection

*هندبوک حوردگی آب دریاseawater corrosion handbook

*ASM Handbook - Volume 13C Corrosion: Environments and Industries

*Control of Corrosion in Cooling Waters

*خوردگی داخلی لوله ها (internal corrosion pipeline)

*Characterization of Corrosion Products on Steel Surfaces

*Corrosion of Austenitic Stainless Steels

*خوردگی در صنایع پتروشیمی (Corrosion in the Petrochemical Industry)

* Corrosion in Systems for Storage and Transportation of Petroleum Products and Biofuels

*خوردگی فولاد در بتن (Corrosion of Steel in Concrete )

*Cathodic Protection of Steel in Concrete and Masonry

*Corrosion Inspection and Monitoring

*خوردگی سرامیک ها و مواد کامپوزیتی (Corrosion of Ceramic and Composite Materials)

*Corrosion behaviour and protection of copper and aluminium alloys in seawater

*Marine Corrosion of Stainless Steels

*شیمی خوردگی (Corrosion Chemistry by Volkan Cicek and Bayan Al-Numan )

*Metallic Materials: Physical, Mechanical, and Corrosion Properties

*The corrosion performance of metals for the marine environment: a basic guide

حفاظت کاتدی خطوط لوله (2)

اندازه گیری مقاومت زمین :

 خاک هایی که دارای ضریب مقاومت الکتریکی بالایی هستند از شدت جریان خوردگی پایینی برخوردار هستند . و اما نقاطی که دارای پتانسیل بالایی هستند دارای مقاومت الکتریکی پایینی هستند . چرا که در آنها شدت جریان خوردگی بالاست . بررسی ضریب مقاومت الکتریکی خاک می تواند راهنمای خوبی جهت تعیین مکان کار گذاردن بستر آندی و عمق آند از سطح زمین باشد . جهت اندازه گیری مقاومت خاک از روش چهار میله ونر استفاده می شود ،  4 میله به صورت عمودی در خاک قرار می گیرند . دو میله 1و2 با استفاده از یک منبع تغذیه ، جریانی را به درون خاک می فرستند و دو میله دیگر 3و 4 ولتاژ اندازه گیری می کنند.

حفاظت کاتدی خطوط لوله (1)

اصول خوردگی براساس خواص فعل و انفعالات الکتروشیمیایی است که در آند تولید الکترون و در کاتد مصرف الکترون صورت می پذیرد . واکنش های الکترو شیمیایی انحلال فلز و آزاد شدن گاز هیدروژن ، بر طبق معادلات زیر است :

M → Mn+ + ne

2H + +2e → H2

 در پروسه خوردگی لوله مدفون درخاک ، نقاط آندی و کاتدی در هر حال موجود هستند و با انتقال جریان الکتریسیته از نواحی آندی از فلز به محیط اطراف خوردگی رخ می دهد و در نقاط کاتدی که جریان از محل اطراف به فلز می رسد خوردگی صورت نمی گیرد . به همین دلیل فلز را می توان به طور جزئی بوسیله استفاده از پوشش ها حفاظت نمود. اگر پوشش ها دائمی بودند و هنگام نصب و یا کار آسیب نمی دیدند لوله های فلزی هرگز خورده نمی شدند . پیدایش عیوب در لایه های محافظ یا وجود سوراخ ها، حتی اگر اتفاقی باشد ما را ملزم می کند که حفاظت نوع دومی را هم برای فلزات مدفون در خاک بکار بریم . روش عمومی استفاده از حفاظت کاتدی است.

هزینه های ناشی از خوردگی (2)

خوردگی، زیان‌ها و روش‌های کنترل آن

 یکی از مهمترین عوامل تخریب تجهیزات صنعتی، پدیده خوردگی است که به عنوان یکی از زیانبارترین آفت‌های صنایع مطرح می‌گردد. این زیان‌ها به حدی اهمیت دارد که تحقیق در حوزه‌های مربوط به فناوری‌های کنترل خوردگی، بخش عظیمی از پژوهش‌ها و تحقیقات کشورهای پیشرفته را به خود اختصاص داده است. این مطالعات به تدوین استراتژی‌ها, قوانین، آییننامهها و روشهای مؤثری در زمینه پیشگیری و رفع اثرات خوردگی منجر شده که تحت عنوان "مدیریت خوردگی" مورد مطالعه قرار می‌گیرند.

هزینه های ناشی از خوردگی (1)

1-    مقدمه
مطالعات نشان داده‌ اند که خوردگی سازه‌های فلزی تاثیر قابل ملاحظه‌ای بر اقتصاد کشورها دارد. این هزینه‌ها در حوزه‌هایی مانند سازه‌های زیربنایی، حمل و نقل، صنایع همگانی، تولیدات و صنایع نظامی نمایان می‌شود.

اولین مطالعه در زمینه هزینه خوردگی در سال 1949 بوسیله پرفسور اولیگ (استاد دانشگاه MIT) ارائه شد که کل هزینه خوردگی را با کمک جمع هزینه مواد، عملیات‌های مربوط و هزینه‌های مربوط به کنترل خوردگی تخمین زد. گزارش پرفسور اولیگ (Uhlig) اولین گزارشی بود که باعث توجه به اهمیت خوردگی در اقتصاد شد. در سال 1960 اولین مطالعات (بعد از تخمین‌های پروفسور اولیگ) برای بررسی هزینه خوردگی در آمریکا انجام شد. در این سال مشخص شد که هزینه خوردگی در حدود 4% تولید ناخالص ملی است. براساس تحقیق دیگری در همان سال، هزینه‌های خوردگی در انگلستان نیز تقریباً مقداری مشابه بدست آمد.

خوردگی چیست؟

برای خوردگی تعاریف مختلفی ارائه شده است. به عنوان مثال فونتانا[1] خوردگی را تخریب مواد در نتیجه ی واکنش با محیط پیرامونی دانسته و اوهلیگ[2] آن را یک حمله ی مخرب شیمیایی یا الکتروشیمیایی از طرف محیط به یک فلز تعریف نموده است.

در اکثر کاربردهای مهندسی که مقاومت شیمیایی بالایی مورد نیاز است، علاوه بر قیمت و رفتار مکانیکی ماده، مقاومت به خوردگی یکی از مهمترین فاکتورها بوده که خود متاثر از عوامل متالورژیکی می باشد. بطور مثال فولاد زنگ نزن ۸-۱۸ در حالت حساس شده بوسیله اسید پلی تیونیک ظرف چند ساعت بشدت خورده میشود. عملا کلیه محیطها خورنده اند لکن قدرت خورندگی آنها متفاوت است.

بطور کلی مواد معدنی خورنده تر از مواد آلی میباشند. مثلا خوردگی در صنایع نفت بیشتر در اثر کلرورسدیم،گوگرد،اسید سولفوریک و کلریدریک وآب است تا بخاطر روغن،نفت و بنزین.
درجه حرارت ها و فشارهای بالاتر معمولا باعث ایجاد شرایط خوردگی شدیدتری میگردند.

یک مهندس خوردگی بایستی با اصول خوردگی و روشهای جلوگیری آن،خواص شیمیایی ،متالورژیکی،فیزیکی و مکانیکی مواد ،آزمایشات خوردگی،ماهیت محیط های خورنده، قیمت مواد اولیه،نحوه ساخت و تولید،کامپیوتر و طراحی قطعات آشنا باشد.

یک سیستم خوردگی را می توان به عنوان یک مدار الکتروشیمیایی در نظر گرفت که در آن واکنش آندی، انحلال یون آهن در الکترولیت و واکنش کاتدی احیای آب، یون هیدروژن یا یون فلزات موجود در الکترولیت است. در زیر شماتیکی از فرآیند خوردگی فلز به همراه واکنش های آندی و کاتدی نشان داده شده است.

پدیده خوردگی معمولا با واکنش مستقیم فلز با محیطش رخ نمی دهد بلکه ناشی از واکنش های نیم سل-دوتایی الکتروشیمیایی می باشد.

·         نیم واکنش:

در یک نیم واکنش ، الکترون ها در یکی از جهت های واکنش قرار می گیرند:

اگر الکترون ها جز محصولات باشند (جهت راست واکنش)، به این نیم واکنش سلولی، نیم واکنش اکسیداسیون می گویند.

اگر الکترون ها جز واکنش دهنده ها باشند ( جهت چپ واکنش)، این نیم واکنش، نیم واکنش احیایی می باشد.

·         نیم واکنش آندی

کاهش وزن در واکنش آندی رخ می دهد که نمونه های آن در ذیل آمده است:

Fe(s) → Fe²⁺ (aq) + 2e^-

Al (s) → Al³⁺(aq) + 3e^-

2Cu (s) + H₂O (l) → Cu₂O(s) + 2H⁺(aq) + 2e^-

هر سه نوع این واکنش ها به دلایل زیر از نوع اکسیداسیون هستند :

1- افزایش عدد اکسیداسیون

2- تولید الکترون توسط واکنش

·         نیم واکنش کاتدی

در واکنش کاتدی:

1- کاهش عدد اکسیداسیون

2- الکترون ها توسط واکنش مصرف می شوند

مثالی در مورد واکنش کاتدی، احیا دو یون هیدروژن و تبدیل شدن به دو مول گاز هیدروژن می باشد.

2H⁺ (aq) + 2e^- → H₂(g)

این واکنش غالب در محیط های اسیدی می باشد. شکل زیر شماتیک واکنش احیایی فوق را نشان می دهد.

واکنش کاتدی معمول دیگر، احیا اکسیژن محلول به یون هیدروکسیل بوده که در محلول های بازی و خنثی رخ می دهد:

O₂(g) + 2H₂O +4e^- → 4OH^-

روی سطح فلزی، واکنش های آندی و کاتدی در مکان های مختلف رخ می دهد. شکل زیر، رفتار سطح آهنی غوطه ور در محیط محلول اسید را نشان می دهد. اتم های آهن به شکل Fe2+ وارد محلول شده، دو الکترون تولیدی توسط این نیم واکنش در جای دیگر روی سطح مصرف شده و دو یون هیدروژن را به مولکول H2 تبدیل می کند.

---

[1] Fontana

[2] Uhlig