١٧-١٥-١ کلیات
حفاظت کاتدی نوعی سیستم الکتریکی برای جلوگیری از خوردگی بوده و برای فلزاتی که با خاك، آب و یا سایر الکترولیت‌ها در تماس باشند، مورد استفاده قرار می‌گیرد. با استفاده از بهترین انواع پوشش‌ها و کاربرد بهترین روشهای اجرایی عایقکاری نمی‌توان سطح خارجی لوله‌ها را برای مدت طولانی و به طور صد در صد از خطر زنگ‌زدگی محفوظ نگاه داشت، به همین دلیل برای حفاظت لوله‌های مدفون از زنگ زدگی از سیستم حفاظت کاتدی استفاده میشود. این سیستم که برای حفاظت لوله‌های فولادی در برابر خوردگی ناشی از زنگ‌زدگی می‌باشد، سیستمی است تکمیلی و حفاظت از زنگ‌زدگی لوله‌ها را کامل کرده و نواقص عایق لوله را پوشش داده و ضریب اطمینان حفاظت از لوله را در برابر زنگ‌زدگی افزایش می‌دهد.
نصب سیستم حفاظت کاتدی برای شبکه‌های لوله کشی گاز با لوله‌های فولادی مدفون و با فشار ٢ الی ٦٠ پوند بر اینچ مربع (١٣٧٩٠ الی ٤١٣٦٨٦ پاسکال) و با سطح بیش از ٥ متر مربع، الزامی است، برای حفاظت شبکه‌های لوله کشی گاز با سطحی کمتر از ٥ متر مربع اجرای پوشش باید مطابق بخش ١٧- ١٣ باشد.
قبل از اقدام به طراحی سیستم حفاظت کاتدی، باید مقاومت مخصوص خاك در محل مورد نظر برای لوله گذاری و نصب شبکه حداقل در یک نقطه به ازاء هر ٥٠٠ متر از طول شبکه در عمق‌های دفن لوله و ا متر پایین تر اندازه گیری شود.
در صورتیکه مقاومت مخصوص خاك در محل نصب شبکه از ده هزار اهم سانتیمتر بیشتر باشد، به شرط عدم وجود باکتریهای احیاء کننده سولفات، داشتن PH خنثی و کمتر بودن مقادیر نمکهای کلریدی، سولفاتی و بی کربناتی از حدود بحرانی، برقراری سیستم حفاظت کاتدی الزامی نخواهد بود.
١٧-١٥-٢ سیستم‌های حفاظت کاتدی
سیستم‌های حفاظت کاتدی به دو دسته کلی تقسیم می‌شوند: حفاظت کاتدی به روش آندهای فداشونده و حفاظت کاتدی به روش تزریق جریان مستقیم. سیستم‌های حفاظت کاتدی را می‌توان با هر دو روش نامبرده اجرا نمود. در صورتی که حجم تأسیسات قابل توجه باشد بهتر است از روش تزریق جریان و در صورتیکه حجم تأسیسات کوچک باشد حتی المقدور از روش آندهای فداشونده استفاده شود و در هر حال در انتخاب هریک از دو روش، لازم است بازدهی مطلوب و جنبه‌های اقتصادی مورد توجه قرار گیرد. انتخاب هرکدام از روشهای فوق بستگی به نوع و حجم لوله کشی، هزینه و امکانات اجرائی و سایر عوامل طراحی دارد.
١٧-١٥-٣ حداقل پتانسیل حفاظتی
به منظور حفاظت از زنگ زدگی لوله‌های فولادی مدفون در خاك، حداقل پتانسیل ناشی از جریان فعال شده در لوله باید به شرح زیر باشد:
اختلاف پتانسیل در کلیه نقاط شبکه لوله کشی مدفون نسبت به نیم پیل مس/سولفات مس برای هر نوع پوشش باید ٨٥/٠- ولت یا منفی تر باشد.
لازم به ذکر است در زمینهایی که احتمال وجود باکتریهای احیاء کننده سولفات[1] وجود دارد، اختلاف پتانسیل در کلیه نقاط شبکه لوله کشی مدفون نسبت به نیم پیل مس/ سولفات مس 0/95- ولت یا منفی‌تر باید باشد.
ولتاژ لوله نسبت به خاك در حالت طبیعی بین 0/4- الی 0/65- ولت می‌باشد. اگر پس از نصب آندها، پتانسیل اندازه گیری شده لوله نسبت به خاك با استفاده از نیم پیل مس/ سولفات مس منفی‌تر از 0/85- ولت باشد و یا اختلاف پتانسیل در حالت محافظت 0/3- ولت از حالت بدون محافظت منفی‌تر باشد، حفاظت برقرار است.
١٧-١٥-٤ حفاظت کاتدی به روش آندهای فداشونده
آندهای فداشونده از نظر نوع جنس معمولا در سه نوع منیزیم، روی و آلومینیم می‌باشند. در زمینهایی که مقاومت مخصوص خاك حدود ٣٠٠ تا ٥٠٠٠ اهم سانتیمتر باشد، باتوجه به بازدهی جریان الکتریکی بیشترمعمولاً از آندهای منیزیم استفاده میشود. به منظور افزایش کارآیی این نوع آندها (در زمینهایی با مقاومت مخصوص خاك بالا) معمولا از پشت بند استفاده میشود. یک نمونه از این پشت بندها شامل ٧٠ درصد سولفات کلسیم (گچ)، ٢٥ درصد بنتونایت و ٥ درصد سولفات سدیم می باشد. آندهای منیزنم
معمولأ در کیسه‌های پارچه‌ای قرار داده شده و اطراف آنها به وسیله پشت بند احاطه می‌گردد. این آندها توسط سازندگان آن در وزنهای مختلف ساخته و بسته بندی می‌شوند.
آندها باید طوری انتخاب و طراحی شوند که حداقل برای ٢٠ سال شبکه را حفاظت نمایند و پس از گذشت ٥ سال باید آندها به صورت کامل تعویض شوند.
شمای عمومی نصب و نحوه اتصال آندهای فداشونده به لوله در شکل شماره پ-٥-٤ بخش پیوست نشان داده شده است.
١٧-١٥-٥ حفاظت کاتدی به روش تزریق جریان مستقیم
در این روش جریان برق از یک مبدل یکسو کننده گرفته شده و از طریق بستر آندی به لوله‌ها و تاسیسات مدفون اعمال می‌گردد. بستر آندی با استفاده از انواع آندهای گرافیتی یا چدن های سیلیس دار به فاصله مناسبی از خط لوله و تأسیسات نصب میشود. جهت تعیین مقاومت الکتریکی سیستم لازم است محل نصب حتی‌المقدور دارای مقاومت مخصوص کم بوده و اضافه بر آن از پشت بند خرده ذغال کک در تمام طول بستر آندی استفاده شود، چنانچه در عمق مورد نظر بستر آندی به آبهای تحت الارضی برخورد شود کاربرد پشت بند ضرورت ندارد.
١٧-١٥-٥-١ بستر آندی
در سیستم حفاظت کاتدیک نحوه استقرار و محل دفن آندها که بستر آندی نام دارد دارای اهمیت زیادی می‌باشد. با توجه به وضعیت استقرار آندها و عمق دفن آنها بسترهای آندی به انواع مختلف تقسیم بندی می‌شوند. بسترهای آندی می‌توانند بر اساس موقعیت مکانی و عوامل طراحی به صورتهای مختلف اجرا شوند که عبارتند از: بستر آندی سطحی افقی، سطحی عمودی، چاهی ذغالی و چاهی آبی.
در محل‌هایی که به دلیل عبور جاده و یا تراکم تأسیسات و همچنین بالا بودن فوق العاده مقاومت مخصوص زمین، امکان نصب و بازدهی مطلوب از بستر سطحی وجود نداشته باشد، از بسترهای چاهی استفاده میشود. در حالت استفاده از بستر چاهی آبی عمق چاه باید متناسب با سطح آب در چاه باشد به طوری که فاصله اولین آند تا سطح آب حداقل ده متر باشد. در صورتیکه محل فاقد آب باشد باید از ذغال کک به عنوان پشت بند استفاده شود.
برای محاسبات مربوط به طراحی سیستم‌های حفاظت کاتدی می‌توان به منابع معتبر مراجعه نمود.
در طراحی بستر آندی عوامل اقتصادی نیز باید در نظر گرفته شوند و طرح به گونه‌ای باشد که علاوه بر تامین ایمنی لازم از نظر اقتصادی نیز به صرفه باشد.
١٧-١٥-٦ کنترل و ارزیابی
جهت اطمینان از کارایی و بازدهی سیستم‌های حفاظت کاتدی نصب شده باید به طور ادواری و حداقل هر سه ماه یکبار، اندازه گیری پتانسیل لوله نسبت به خاك اطراف آن با استفاده از یک دستگاه ولت متر که دارای مقاومت داخلی حداقل ٥٠ هزار اهم به ازای یک ولت باشد و نیم پیل مس/ سولفات مس انجام شود.
١٧-١٥-٧ نقاط اندازه گیری
اندازه گیری پتانسیل لوله نسبت به خاك از طریق نقاطی که روی خطوط لوله یا تأسیسات مدفون تعبیه یا پیش‌بینی گردیده است انجام میشود. در سیستم‌های حفاظت کاتدی شبکه‌های لوله کشی گاز محوطه‌ها و شهركهای مسکونی که به روش تزریق جریان انجام میشود، فواصل نقاط باید متناسب با گستردگی شبکه باشد.
حداقل فاصله بین دو نقطه ٣٠٠ متر در نظر گرفته شود. در مورد آندهای فداشونده، نقاط اندازه گیری باید در محل‌هایی که فاصله آن از دو حفره متوالی آندی به یک اندازه است، پیش بینی و نصب شوند.
به عنوان نمونه شمای عمومی نقاط اندازه گیری در شکل شماره پ-٥-٤ بخش پیوست نشان داده شده است.
١٧-١٥-٨ اتصالات عایقی
اتصالات عایقی قطعاتی هستند که ارتباط الکتریکی بین دو طرف آنها قطع گردیده است. این قطعات به منظور جداسازی الکتریکی بین دو قسمت از شبکه یا خطوط فولادی گاز به کار می‌روند. اتصالات عایقی باید از نوع لبه جوشی و یا عایق بین فلنجی بوده و بر طبق استانداردهای مندرج در جدول پ-٤-١٣ بخش پیوست تولید و آزمایش شده باشند. نصب اتصالات عایقی در مبادی ورودی و خروجی ایستگاه های تقلیل فشار و اندازه گیری به منظور جداسازی الکتریکی ایستگاه از خط لوله فشار قوی ورودی و لوله فشار ضعیف خروجی الزامی است.
حفاظت از لوله‌ها و ملزومات ایستگاه به لحاظ رو زمینی بودن باید با رنگ آمیزی ایستگاه انجام شود.
١٧-١٥-٩ جعبه‌های اتصال
برای اتصال کابل‌های ارتباطی بین تجهیزات و بستر آندی سیستم حفاظت کاتدی و همچنین جهت کنترل و ارزیابی میزان تأثیر جریانهای سرگردان و یا القائی باید نصب شوند.
[1] – SRB : Sulphide Reducing Bacteria