• الطلاء الواقي والحماية الكاثودية ـ
Protective coating and cathodic protection
• ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
• أولاً ــ الطلاء الواقي :
ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
1. الطلاء الواقي هو الطلاء الداخلي يكون الغرض الأساسي منه حماية المادة المخزونة من التلوث , حماية السطح الداخلي للخزان من التآكل.
2. يجب أخذ العديد من الأمور بنظر الاعتبار مثل نوع السائل المخزون , نوع السطح الذي يتم طلاؤه , نوع الطلاء المتوفر ومدى توافقه مع سطح الخزان , عدد طبقات الطلاء المطلوبة لتأمين الحماية القصوى .
• أنواع الطلاء المتوفرة :
1. قطران الفحم :
هو من أقدم الأصباغ وأكثرها وثوقاً ، وهو قليل النفاذية الى أبعد حد ويحمي السطح من الرطوبة والهواء ، وواقي ضد الماء الى حد كبير ، كما أنه مقاوم جيد للأحماض المعدنية الضعيفة ، والمواد القلوية ، والأملاح ، والمحاليل الملحية والمواد الكيمياوية القوية.
2. طلاء الراتنج (الايبوكسي) :
هو طلاء لاصق ممتاز ، قوي ، مقاوم للحك ، كما أنه مقاوم جيد للرطوبة والمواد الكيمياوية. ويتم استخدامه بكثرة في خزانات النفط الخام وخاصة ً الخزانات ذات السطح العائم ، وخزانات المذيبات وطين الحفر ، خزانات الماء الصناعي والماء المنتج ، والأنابيب.
3. البطانة المطاطية :
يستعمل كبطانة داخلية للخزانات المعرّضة الى ظروف تشغيلية قاسية مثل درجات الحرارة العالية أو الخزانات الحاوية على مواد شديدة التآكل مثل الكلوريدات المركّزة والأحماض المختلفة مثل : الكبريتيك ، الهيدروكلوريك ، الفسفوريك.
4. الطلاء بالغلونة :
يسمى أيضاً الطلاء بالزنك ، وهو مقاوم عالي الكفاءة لكل أنواع التآكل ، ويتم طلاء الخزانــات بالزنك (الغلونــة) بطريقة التغطيس الحار بعد التصنيع وقبل تشييد الخزان ، والخزانات المغلونة تستخدم لخزن النفط الحاوي على مركبات الكبريت مثل غاز كبريتيد الهيدروجين. كما تعتبر الغلونة هي الطريقة الأكثر فاعلية ً قرب سواحل البحار بسبب تعرض الخزانات الى الأملاح والتي تسرّع مشاكل التآكل.
5. الطلاء الخارجي :
أن المتطلبات الأساسية لهذا النوع من الطلاء هي العوامل الجوية بالإضافة الى إعطاءه المظهر الخارجي. وتتوفر العديد من الأنواع لهذا الطلاء تبدأ من النوع الأساسي (وبطبقة واحدة) الى عدة طبقات ، وتحدد العوامل الجوية عدد الطبقات لهذا النوع من الطلاء ، وتتطلب المعدات الموجودة في المنصات البحرية والقريبة من السواحل الى العديد من طبقات الطلاء الخارجي أكثر من مثيلاتها في المناطق الأخرى.
• تنفيذ أعمال الطلاء :
1. تحضير السطح وتهيئته لاستقبال الطلاء وفقاً للمواصفات المحددة من طرف المالك والتي عادة تكون من خلال إحدى الطرق المتعارف عليها ( الأحماض والمذيبات – التجليخ – السفح الرملي ). إتباع واستخدام المواصفات القياسية في تحديد شكل السطح من حيث النعومة والخشونة وكذلك قياس شكل السطح .
2. تطبيقات الطلاء : تتم بواسطة مختصين والتي من ضمن أعمالهم القيام بالتفتيش على السطح المعدني قبل البدء في تطبيق الطلاء للتأكد من التحضير الجيد للسطح لضمان قوة الالتصاق بين السطح المعدني والطلاء الواقي. تطبيق الطلاء الواقي وفق تعليمات المصنع لطبقات الطلاء المختلفة وكذلك مواصفات المالك وباستخدام الوسائل المتعارف عليها مثل فرشة الطلاء والبكرة والرش الهوائي والرش دون الهوائي.
3. إجراء الاختبارات اللازمة لقياس الظروف الجوية وخاصة الرطوبة النسبية كذلك الاختبارات الخاصة بالطلاء المرطب وكذلك بالتحكم في سمك الطلاء الجاف. استخدام المعدات والأدوات الحديثة في أعمال تطبيقات الطلاء وتحضيراته وتحت إشراف وتنفيذ مجموعة من المختصين أصحاب الخبرة الطويلة والمعتمدين في هذا المجال , تطبيق طلاء وطرق اختباره وفق المواصفات القياسية الدولية كما في المواصفة.
• ملاحظة ـــ يدهن سطح الخزان بأكمله بالألمنيوم وذلك لتكوين طبقة عاكسة لأشعة الشمس التي تؤثر على تبخر المواد المخزونة.
ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
• ثانياً ــ الحماية الكاثودية للاسطح المعدنية والمستودعات :
ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
1. الحماية الكاثودية طريقة لمنع التآكل والصدأ عن الأسطح الخارجية ( الأسطح المعدنية ) للخزانات والمعدات المعدنية الحديدية المدفونة أو المغمورة بالماء بجعلها أقطاب سالبة من دائرة كهربائية.
2. أو أن الحماية الكاثودية طريقة لغرض السيطرة على التآكل الإلكترو كيميائي حيث أن التيار المتولد من سطح المعدن ( القطب الموجب Anode ) من خلال الألكترولايت Electrolyte.
• استخدام الحماية الكاثودية:
هذا النوع من الحماية يقلّل من تآكل السطح المعدني من خلال استعمال تيار مباشر من مصدر خارجي لموازنة التيار المذكور للمعدن المغمور في سائل موصّل أو ألكتروليت مثل الماء أو غيره , وتستخدم في :
1. البطانات المعدنية لأبار النفط . حماية خطوط الأنابيب الفولاذية.
2. الخزانات و الهياكل الفولاذية والسفن. أرصفة تحميل النفط البعيدة عن الشواطئ.
يمكن منع تآكل المعادن في الملح أو المياه العذبة أو في التربة من خلال استخدام الأنودات المجلفنة , تستخدم أنودات المغنيسيوم في مثل هذه الأنظمة ، الأكثر شيوعًا لحماية أنابيب الغاز والنفط والمياه الجوفية
• طريقة التنفيذ للحماية الكاثودية :
ذلك بجعل الجسم المعدني المطلوب حمايته من التآكل (( كاثود )) إي سالب بالنسبة للتربة المحيطة , مرور التيار الكهربائي من القطب الموجب (( الانود )) عبر التربة ( الألكترولايت ) المحيط بالجسم الفولاذي المدفون ليكمل الدائرة الكهربائية , بذلك يحمي معدن الفولاذ من التآكل.
• ملاحظات هامة "
1. حديثاً كلّ خطوط الأنابيب الحديثة مكسوة بمواد عازلة وطلاء وقائي عضوي , والذي يعتبر مكملا لأنظمة الحماية الكاثودية , والتي تقوم بالواقع في حماية الثقوب والخدوش والخلل الموجود أو الحاصل على الطلاء والعازل , فكلما كان العازل جديد وجيد وخالي من العيوب فان تيار الحماية الكاثودية يكون بأقل ما يمكن.
2. تحتاج حماية الأسطح الغير مطلية أو معزولة إلى كمية كبيرة للتيار كهربائي , من هنا ينصح بعدم جلخ المادة المترسبة النامية على سطح المعدن في الخزانات المائية والمنشآت البحرية وقشطها لأنها تعمل كمادة عازلة وتساعد على خفض كمية تيار الحماية اللازم.
3. يحسب تيار الحماية الوقائي من قبل مهندس الحماية الكاثودية ، مستندا بذلك على سلامة طلاء الهيكل المعدني ومقاومة عزله والمقاومة النوعية للتربة وكمية التيار وفرق الجهد الكهربائي المطلوبة توفيره من المحول الكهربائي طوال العمر التشغيلي للتركيب الفولاذي المراد حمايته.
• نظام الحماية الكاثودية الجيد:
1. يعمل على حماية التركيب بدون التسبّب بتطور وتكون هيدروجين الذي قد يسبّب بتلف الترابط والتلاصق بين الهيكل المعدني والطلاء العازل نتيجة لضغط الهيدروجين المتكون , تلافيا لتجمع كميات كبيرة من الهيدروجين على سطح الأنبوب يتولد عنه ضغط مرتفع فيحدث شقوقا في غلاف الأنبوب .
2. يجب أن لا يزيد فرق الجهد بين أي نقطة على سطح الأنبوب والتربة عن (2.5) فولت .. يمكن جعل الهيكل المعدني كاثود سالب باستخدام أقطاب أنودات التضحية (الموجبة) أو بالتيار المسلط من وحدات المحولات المقومات الحماية الكاثودية.
• الحماية الكاثودية باستخدام أقطاب آنودات التضحية :
1. يلجئ لها في الحماية في المناطق التي بها العديد من الهياكل المعدنية المدفونة (المنفصلة عن بعضها) والمطلوب حمايتها , حيث تقوم كل مجموعة آنودات بحماية الهياكل المعدنية المتصلة بها فقط.
2. عندما تكون أقطاب آنودات التضحية مصممة ومصنعة ومختبرة بصورة جيدة وتم ربطها بشكل جيد وصحيح فأنها سوف لن تحتاج لتعديل وتضبيط مستمر طوال العمر التشغيلي الافتراضي للأقطاب , بعدها وعند استهلاكها يتوجب استبدالها بأقطاب أخرى جديدة.
3. أقطاب آنودات التضحية المثالية لحماية الهياكل المعدنية المدفونة بالتربة هي المصنوعة عادة من المغنيسيوم (
وتعرف بأقطاب المغنيسيوم للتضحية ) وبالنسبة للهياكل المعدنية المغمورة أو الغاطسة بمياه البحر فأن آنوداتها تكون عادة من سبائك ألمنيوم / خارصين / إن ديوم.
ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
• معلومات حول الحماية الكاثودية :
ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
1. تستخدم عادة للهياكل المعدنية الكبيرة ولكون توظيف الحماية الكاثودية باستخدام أقطاب آنودات التضحية CP by Sacrificial Anode يصبح غير اقتصادي لحماية خطوط الأنابيب الطويلة.
2. لذلك فأنها غالبا ما يستخدم هذا الأسلوب في شبكات خطوط الأنابيب الطويلة والمنشآت الصناعية والنفطية التي تحوي على أعداد كثيرة من الخزانات الكبيرة والهياكل المعدنية المدفونة.
3. الأنودات المستخدمة في هذا الأسلوب من الحماية قد يكون أسطواني الشكل وعلى شكل قضيب أو سلك أو أنبوب أو على شكل شريط , وموادها يمكن أن تكون مصنوعة من حديد السيليكون المصبوب , أو خليط أكاسيد معدنية أو الكرافايت Graphite أو سبائك المكسية بالبلاتين أو التيتانيوم أو حديد الصلب السليكونى الأكثر اقتصادا ولكن يتشقق ويتفطر بسهولة مما يستدعي العناية أتناء نصبه ودفنه وأن ينفذ العمل من قبل عمال مهرة ومحترفين ويحسنون استخدام المعدات المناسبة كون هذه الأقطاب ثقيلة الوزن , مع أهمية مراعاتهم بعدم انفصال وكسر وتلف وصلة أسلاك الربط بالأقطاب . وكذلك يمكن استخدام أقطاب أنود فليكس الأنبوبية المرنة .
4. فمنظومة حماية مثالية من هذا النوع لغرض حماية خط أنابيب طويل ستتضمن وحدات محولة / مقومة Transformer Rectifier Units [ 10- 50 أمبير وجهد 50 – 100 فولط ] كما يكمن توظيف منظومة طاقة شمسية لهذا الغرض , تكون المسافة المثالية بين الأحواض الأرضية أو محطة وأخرى (25 :50 كم).
5. في حالة استخدام وحدات محولة / مقومة Transformer Rectifier Units ذات قدرات خرج مرتفعة فيجب
أن يكون الحوض الأرضي لدفن الأنودات أكثر بعدا عن خط الأنابيب وذلك للحد ولتخفيض الارتفاع الجهد المحتمل قرب خط الأنابيب وأن لا يقل عن 80- 150 متر, وبالنسبة لحماية الخزانات تكون المسافة من 10 – 100 متر, وتحسب المسافة الأقل على أساس واعتبار قيمة مقاومة التربة النوعية.
6. في أغلب الأحيان لا يكون هناك مسافة كافية من الأرض ضمن المحرمات Right-of-Way (ROW) لتحقيق مثل هذا الشرط فيلجأ عندها إلى استخدام الأحواض الأرضية العميقة Deep Well Ground Beds حيث تكون بعمق 60 متر أو أكثر تدلى بها الأقطاب بأغلفة معدنية 20 -25 سم تحوي Conductive Coke Breeze, تدلى داخل غلاف البئر المعدني .
7. يستخدم الغلاف الفولاذي للبئر المحفورة في التربة لسلامة البئر و عند سكب الفحم Coke Breeze حول الأقطاب لمليء فجوة البئر والتي تنفذ ببطء لتجنب تكون فراغات هوائية, وعند تشغيل المنظومة سيصدأ الغلاف ويتلاشى في النهاية ويصبح جزء من التربة المحيطة.
8. يعدل خرج وحدة محولة / مقومة Transformer Rectifier Unit من قبل الفني المختص لحده الأمثل المطلوب مستندا على قياسات الكهروكيميائية و سرعة تجاوب واستكمال استقطاب التربة المحيطة بخط الأنابيب لتأمين جهد الحماية المطلوب.
• وحدة محولة / مقاومة Transformer Rectifier Unit
تربط وحدة محولة / مقاومة الطاقة الكهربائية ذات التيار المتناوب والتي تعطي كخرج Out Put لها جهد
الحماية ذو التيار مستمر اللازم لمنظومة الحماية ذات التيار المسلط. تصنع وحدات محولة / مقومة حسب الطلب المناسب لحالة منظومة الحماية اللازمة حيث تكون بأحد الأشكال التالية:
1. المحولات المقومة ذات التبريد الهوائي Air - Cooled T/R
2. المحولات المقومة ذات التبريد الزيتي Oil - Cooled T/R
3. المحولات المقومة المنيعة على اللهب Explosion Proof T/R
• أو يمكن أن تكون ذات مصادر للطاقة الكهربائية غير تقليدية Special DC - Power Sources
1. وحدات الخلايا الضوئية Solar Power Unit
2. مولدات الكهرباء الهوائية Wind Generators
3. مولدات الكهرباء الحرارية Thermal Electric Generators
حيث تعتمد فيها فكرة DC / DC للتوليد وكخرج مسيطر عليه بالنسبة لوحدات مولدات الكهرباء الحرارية و مولدات الكهرباء الهوائية وتضاف بطاريات بسعة مناسبة للمنظومات التي تستخدم وحدات الخلايا الضوئية لتغطية الفترة الليلية أو عندما يكون الجو غائم , تجهز الوحدات عادة بأجهزة القياس رقمية أو تناظرية لتبيان الجهد والتيار.
• نقاط الفحص والعزل للحماية الكاثودية: CP Test Posts and CP Isolation
1. هي هياكل و أشكال Posts قياسية تحوي على نقاط الفحص ولتوصيل أجهزة الفحص وأسلاك الفحص ولإجراء قياسات الجهد بين الهياكل المعدنية المحمية والتربة المحيطة وكذلك لربط أنودات التضحية بالهياكل المعدنية والأنابيب المراد حمايتها كاثوديا.
2. قد تؤثر كابلات الاختبار و الفحص وتعمل كمسار لتيار الحماية لأجزاء أخرى من شبكات خطوط الأنابيب و الأجسام المعدنية وخصوصا عند حيث يتم عزل المنشئات السطحية عن المنظومة المحمية.
3. في خطوط الأنابيب التي تنقل مواد هيدروكربونية يجب استخدام مانعات للتمور تركب عند وصلات العزل لضمان وتأمين العزل من الانهيار والتلف بسب ضربات الصواعق أو التوصيلات الكهربائية الخاطئة والتيارات العابرة, حيث يؤرض كلا جهتي العزل و الجزء المحمي كاثودية, ويكون تأريض الجزء المحمي كاثودية من خلال خلايا استقطاب لمنع تيار الحماية المستمر من التسرب للأرض. كذلك تحتاج الخزانات المحمية كاثودية خلايا استقطاب تربط بين نقطة التأريض وشبكة الأرضي لضمان عدم تسرب تيار الحماية الكاثودية للخزان من التسرب لشبكة الأرضي.
• اعتبارات تصميمية أخرى:
على المصمم حساب حجم ونوعية و فترة عمر استخدام أقطاب الأنودات وعلى أساس نموذجي 15 -30 سنة من الاستخدام والتشغيل بالنسبة لأسلوب الحماية باستخدام التيار الكهربائي المسلط 10 : 15 عام بالنسبة لأسلوب الحماية الكاثودية باستخدام أقطاب آنودات التضحية
حساب المسافات بين الأقطاب لضمان منع تآكل طرف توصيل الأقطاب غير الناضج والذي يؤدي إلى تلف مجموعة الأنودات وإيقاف عملها ووجوب استبدالها لتقطعها وفقدان التوصيل فيها. تدقيق وتقدير تيار كتلة الفحم ومساحة الاتصال السطحية مع الأقطاب الأنودات لمرور التيار الكافي وضمان مستوى واطئ وثابت لمقاومة حلقة الحماية الكاثودية.
• ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ إعداد / بدرالدين أحمد
تعليقات
إرسال تعليق