تبلیغات
وبلاگ تخصصی مهندسی متالوژی - خوردگی در اثر جریان های سرگردان
خوردگی در اثر جریان های سرگردان | مقاله ,

خوردگی در اثر جریان های سرگردان Stray Current

بدترین خوردگی كه برای فلزات كار گذاشته شده در خاك بوجود می آید . در محل هایی است كه جریان های الكتریكی سرگردان وجود دارد . چون مقاومت ویژه خاك ها حتی وقتی دارای آب باشند زیاد است . بنابراین جریان های الكتریكی داخل زمین از طریق فلزات كارگذاشته شده درخاك كه مقاومت كمی دارند عبور خواهد كرد . جریان سرگردان زمانی می تواند موجب خوردگی لوله گردد كه از یك قسمت از لوله وارد واز قسمت دیگر آن تخلیه شود و در حقیقت مدار جریان كامل گردد . نقطه ورود جریان سرگردان كاتد و نقطه خروجی، آند پیل خوردگی خواهد گردید . از منابع ایجاد جریان سرگردان می توان به موارد زیر اشاره كرد:

وجود سیستم حفاظت كاتدی در لوله های مجاور لوله مورد تهاجم

استفاده از جریان مستقیم در عملیات حفاری

عملیات جوشكاری با استفاده از جریان مستقیم

سیستم های قطار برقی زیر زمینی و نظایر آنها و همچنین میدان مغناطیسی زمین در اطراف لوله تهاجم نیز تاثیر گذاشته و اختلال ایجاد می كند.

جریان های سرگردان در 3 دسته طبقه بندی می شوند:

1- جریان های مستقیم

2- جریان های متناوب

3- جریان های تلوریك ( Telluric )

 نوشته شده توسط علیرضا م در شنبه ۲۳ دی ۱۳۸۵ و ساعت 14:26

خوردگی در اثر جریان های سرگردان Stray Current

                        

بدترین خوردگی كه برای فلزات كار گذاشته شده در خاك بوجود می آید . در محل هایی است كه جریان های الكتریكی سرگردان وجود دارد . چون مقاومت ویژه خاك ها حتی وقتی دارای آب باشند زیاد است . بنابراین جریان های الكتریكی داخل زمین از طریق فلزات كارگذاشته شده درخاك كه مقاومت كمی دارند عبور خواهد كرد . جریان سرگردان زمانی می تواند موجب خوردگی لوله گردد كه از یك قسمت از لوله وارد واز قسمت دیگر آن تخلیه شود و در حقیقت مدار جریان كامل گردد . نقطه ورود جریان سرگردان كاتد و نقطه خروجی، آند پیل خوردگی خواهد گردید . از منابع ایجاد جریان سرگردان می توان به موارد زیر اشاره كرد:

وجود سیستم حفاظت كاتدی در لوله های مجاور لوله مورد تهاجم

استفاده از جریان مستقیم در عملیات حفاری

عملیات جوشكاری با استفاده از جریان مستقیم

سیستم های قطار برقی زیر زمینی و نظایر آنها و همچنین میدان مغناطیسی زمین در اطراف لوله تهاجم نیز تاثیر گذاشته و اختلال ایجاد می كند.

جریان های سرگردان در 3 دسته طبقه بندی می شوند:

1- جریان های مستقیم

2- جریان های متناوب

3- جریان های تلوریك ( Telluric )

شكل 1- خوردگی در اثر جریان های سرگردان

خوردگی جریان های مستقیم :

به طور معمول جریان های سرگردان مستقیم ، دارای 3 منبع هستند ایستگاه های حفاظت كاتدی ، سیستم های حمل ونقل و معدنی ، خطوط انتقال برق  فشار قوی كه در این میان سهم اصلی متعلق به سیستم های حفاظت كاتدی است. مشكل اصلی در طراحی سیستم های حفاظت كاتدی ، وجود تقاطع خطوط لوله و سازه های فلزی می باشد كه غالبا در زمان طراحی به علت عدم آشنایی با محیط كار و یا عدم پیش بینی های لازم توسط طراح ، جریان های سرگردان و تداخل در نظر گرفته نمی شوند و به همین دلیل نتایج محاسبات تئوریك و آنچه كه در عمل اتفاق می افتد متفاوت بوده و همچنان معضل خوردگی در این قسمت ها وجود داشته و با تاثیر سوء، تداخل به صورت تصاعدی رشد می نماید.

بحث ایستگاه های حفاظت كاتدی با دو حالت مختلف مطرح می گردد:

1- وجود لوله بیگانه در نزدیكی حفره آندی

2-  تقاطع با لوله و خطوط محافظت شده 

درحالتی كه تقاطع وجود دارد، یك لوله بیگانه از منطقه تحت تاثیر پتانسیل مثبت اطراف یك حفره آندی سیستم جریان اعمالی عبوركرده و سپس در نقطه ای دورتر با لوله محافظت شده تقاطع دارد.

پتانسیل مثبت زمین لوله بیگانه را تحت تاثیر قرار داده و در یك محدوده خاص موجب دریافت جریان توسط لوله می گردد این جریان باید به جایی  رود كه مدار الكتریكی كامل شده و به قطب منفی ترانس ركتیفایر بازگشت نماید. جایی كه تخلیه جریان از لوله بیگانه صورت می گیرد ( محل تقاطع ) لوله بیگانه خورده می شود. شدت تاثیرات به میزان ولتاژ اعمالی حفره آندی و دوری لوله بیگانه بستگی دارد . به این معنی كه ولتاژ بالا و نزدیكی زیاد صدمه را بیشتر می سازد در حالتی كه جریان دزدی (Pick Up ) لوله بیگانه خیلی زیاد نباشد می توان با اتصال دو لوله به هم مشكل را حل كرد و این مسئله به میزان ظرفیت ركتیفایر ما كه توانایی تحت حفاظت قرار دادن هر دو لوله را به طور همزمان داشته باشد، دارد. ( شكل 2 )

اما در حالتی كه لوله بیگانه در نزدیكی حفره آندی یك سیستم حفاظت كاتدی بوده اما با لوله حفاظت شده تقاطعی ندارد : در این حالت لوله بیگانه تحت تاثیر میدان تحت الشعاع حفره آندی با پتانسیل مثبت قرار می گیرد و جریان از هر دو سوی لوله بیگانه به صورت "از انتها" ( Endwise ) انتقال می یابد . این جریان سرگردان ، لوله بیگانه را در نقاط بیشتر و دورتر ( مانند منطقه ای كه مقاومت خاك پایین است ) ترك كرده و جهت كامل شدن مدار الكتریكی به سوی لوله حفاظت شده و در نهایت به ركتیفایر انتقال می یابد . در صورتیكه در حالت قبلی این جریان در نزدیكی محل تقاطع متمركز می گردید.

راه حل درست اتصال كابل از لوله بیگانه به قطب منفی ركتیفایر می باشد تا لوله بیگانه نیز تحت حفاظت قرار گیرد تا مدار الكتریكی از طریق این كابل كامل شود. اگر حفره خیلی نزدیك به لوله بیگانه باشد جریان گرفته شده توسط لوله بیگانه بسیار زیاد خواهد بود  و این راه حل مناسب نمی باشد و در صورت امكان بهتر است محل حفره را عوض نمود.

در زمین اطراف لوله تحت حفاظت كاتدی یك گرادیانت[AR1]  پتانسیل وجود دارد كه باعث القا جریان از زمین به لوله می گردد. این گرادیان بر عكس گرادیان پتانسیل یا منطقه تحت تاثیر اطراف حفره تخیله جریان می باشد . این به آن معناست كه زمین در نزدیكی لوله نسبت به زمین دورتر منفی خواهد شد. شدت میزان تحت تاثیر لوله حفاظت شده تابعی از مقدار جریان ورودی در واحد سطح به لوله می باشد. جریان بیشتر شدت بالاتری ایجاد میكند.

برای لوله ای كه به خوبی پوشش شده باشد ، جریان خیلی كم است و در نتیجه گرادیانت پتانسیل در اطراف لوله ناچیز است . ولی یك لوله بدون پوشش تحت حفاظت كاتدی می تواند جریان زیادی بگیرد. یك لوله مجاور یا هر ساختار فلزی مدفون در تقاطع با لوله بدون پوشش حفاظت شده از میان گرادیان پتانسیل اطراف لوله عبور كرده و ممكن است هدف صدمات خوردگی قرار گیرد. به همین دلیل لوله بیگانه بیشترین صدمه را در محل تقاطع با لوله بدون پوشش خواهد خورد.

شكل 2 -  خوردگی در اثر تقاطع با لوله و خطوط محافظت شده

             سیستم های حمل و نقل مجهز به DC مانند قطارهای زیر زمینی نیز یكی از بزرگترین منابع جریان های سرگردان می باشد . ولی امروزه سیستم رایجی نبوده  و به استثنای جاهای محدود مورد استفاده قرار نمی گیرد . سیستم های حمل و نقل DC  همانگونه كه در شكل 3 دیده می شود ، معمولا با تغذیه كننده عایق شده بالاسر كه به قطب مثبت ایستگاه برق متصل می شود كار می كنند . جریان اعمالی ( كه ممكن است تا هزاران آمپر هم برسد) با اتصال به قطب منفی ایستگاه توسط ریل بازگشت می شود . بدلیل اینكه قطار روی ریل زمینی حركت كرده و كاملا بازمین عایق نشده است مقداری از جریان اعمالی وارد زمین شده و هدر می رود و در مسیر زمین به ایستگاه برگشت می شود . خط لوله موجود در منطقه خط آهن مسیر مناسبی برای انتقال جریان زمین می باشد . به صورت ایده آل اگر تمامی جریان منفی بازگشتی توسط خود سیستم حمل و نقل بازگشت نماید پدیده جریان های سرگردان روی خطوط لوله عبور كرده از منطقه تاثیری ندارد . نزدیكی حالت عملی  سیستم به حالت ایده آل بستگی به تعمیرات خط آهن دارد . خط آهن باید روی قطعات سنگی كه دارای مقاومت دارای مقاومت نسبتا بالائی نسبت به زمین هستند احداث می شود تا از اتلاف جریان جلوگیری شود.

 

شكل 3 - مثالی از سیستم حمل و نقل الكتریكی كه باعث بوجود آمدن جریان های سرگردان می شود

اخیرا احتمال بروز خوردگی در اثر نصب خطوط لوله انتقال برق فشار قوی DC  روی خطوط لوله مورد توجه متصدیان خطوط لوله زیرزمینی قرار گرفته است.  انتقال برق DC برای مسافت های دور مقرون به صرفه تر می باشد. سیستم دارای دو واحد تبدیل و اتصال به زمین كه در انتهای هر كدام قرار گرفته است، می باشد.  مادامیكه بار دو نیمه  سیستم ( به طور مساوی) تقسیم شده باشد . هیچ تبادل جریانی بین دو اتصال نباید وجود داشته باشد . در غیر این صورت جریانی نامیزان بین دو محل اتصال زمین ایجاد می گردد . جهت این جریان بستگی به بالاتر بودن بار هر كدام از اتصالات دارد . اگر خطوط انتقال برق   فشار قوی با اتصالات زمینی شرح داده شده احداث شود، تاثیر جریان سرگردان روی خطوط لوله گسترش می یابد موثر ترین راه حل این است كه حد الامكان فاصله اتصال زمین سیستم نسبت به خط لوله زیاد باشد و محل قرار گرفتن اتصال زمین در جایی باشد كه كمترین مقاومت خاك را داشته باشد؛ كه اختلاف پتانسیل بین اتصال زمین و زمین دورتر را به حداقل رساند.

 

جریان متناوبAC :

شبكه هوائی انتقال برق متناوب ( فشار قوی) برخی مشكلات را بر روی خطوطه لوله ایجاد نموده است . این مشكلات در جائیكه خطوط لوله در مسیر عبور خود با خطوط هوائی انتقال برق متناوب( فشار قوی بیش از 110 كیلو وات) تقاطع داشته یا به صورت موازی در كنار یكدیگر قرار گرفته باشند ظاهر می شوند. در صورتیكه كابل زیرزمینی با ولتاژ بالا از كنار سازه عبور كند ، لوله توسط تداخلAC  باردار شده و همزمان با عبور جریان متناوب از كابل مقداری از جریان از طریق زمین به لوله منتقل می شود و پس از گرفتن جریان توسط لوله در جای دیگری از لوله خارج می شود. جریان متناوب در كابل ایجاد شار مغناطیسی درهوا یا زمین می كند كه این شار باعث تولید جریان و ولتاژ متناوب در خط لوله میشود . همچنین در نواحی از لوله كه در محدوده میدان الكترومغناطیسی انتقال برق قرار دارند در صورتی كه لوله به زمین وصل شود . بار خازنی بزرگی درلوله ایجاد می شود. به نظر می رسد اینگونه تداخل در لوله های بدون پوشش اتفاق نمی افتد .

عوامل موثر در میزان تداخل جریان در اثر برق متناوب به صورت زیر خلاصه می شود:

1- ولتاژ خط انتقال برق فشار قوی

2- نسبت هندسی خط لوله و كابل های هوائی

3- فاصله بین خط لوله و سیستم برق فشار قوی

4- مقاومت و كیفیت پوشش لوله

5- مقاومت خاك اطراف لوله

6- تعداد تقاطع و طول مسیر موازی خط لوله خطوط انتقال نیرو

جریان سرگردان منتج از اختلالات مغناطیسی Telluric  :

بعضی اوقات اختلالاتی در اندازه گیری پتانسیل لوله نسبت به خاك و یا جریان جاری در لوله در یك منطقه كه در آنجا هیچ نوع منبع جریان كه توسط انسان احداث شده باشد وجود ندارد، پدید می آید. علت آن معمولا در ارتباط با اختلالات مغناطیسی زمین است كه اصطلاحا به" طوفان های مغناطیسی" معروف است.

در زمان فعالیت شدید لحظه ای خورشید، فعالیت اختلالات مغناطیسی شدت می یابد. جریان سرگردان منتج از این منبع  Telluric  نامیده می شود.

علت تاثیر روی لوله ممكن است با ایجاد و شكل گیری و سپس متلاشی شدن میدان مغناطیسی زمین در ناحیه خط لوله در ارتباط باشد . در یك  ژنراتور الكتریكی با عبور رسانای عایق دار از میدان مغناطیسی ولتاژ تولید می شود . مكانیزم كار این است كه رسانا خطوط میدان مغناطیسی را قطع می كند اگر چه بعضی وقت ها اثر شدید است ، اما تاثیرات جریان  Telluric روی لوله بندرت مدت طولانی دارد. در یك ناحیه خاص پدیده جریان گیری و تخلیه جریان در طول زمان متمركز می گردد.

كنترل خوردگی ناشی از جریان های سرگردان :

بعضی از روش های برای كاهش یا حذف تداخل جریان های سرگردان عبارت از :

حذف یا تقلیل منبع جریان

اتصال بین خطوط مهاجم و متاثر

استفاده از آند های فدا شونده و نقاط تقاطع

استفاده از پوشش و یا موانع الكتریكی ( Electrical Shields )

شكل 4 -  استفاده از آند فدا شونده در كنترل جریان های سرگردان

شكل 5 -استفاده از موانع الكتریكی در كنترل جریان های سرگردان

منابع :

 

- مارس .ج. فونتانا : مهندسی خوردگی ، ترجمه دكتر احمد ساعتچی ، مركز انتشارات جهاد دانشگاهی واحد صنعتی اصفهان ، چاپ سوم پاییز 1380

- سیف. سیامك ، كرمی نوری. حسین : تحلیلی از تداخل و جریان های سرگردان ، خرداد 1382

-Pierre R. Roberge: Handbook of Corrosion Engineering, McGraw-Hill, New York, 2000

-Metals handbook, 9th Ed, Vol 1, 1978, ASM, Metals Park Ohio

-A.W.Peabody: Control of Pipeline Corrosion, national association of corrosion Engineers (NACE)

 

 

 

 

 

 


نوشته های پیشین
+ ترجمه تخصصی+ این وبلاگ بروز نخواهد شد+ توضیحات مهم+ فرآیند جوش نقطه‌ای(2)+ فرآیند جوش نقطه‌ای(1)+ جوش MAG + سال نو مبارك + حفاظت كاتدی خطوط لوله - 2 + حفاظت كاتدی خطوط لوله - ۱ + اثرات زیست محیطی استخراج آلومینیوم+ خوردگی در اثر جریان های سرگردان + كاربرد بیوتكنولوژی در متالوژی+ آشنایی با دستگاه C-Scan + فروم تخصصی متالوژی+ سخنی با خوانندگان

صفحات: