خوردگی در اثر جریان های سرگردان Stray Current - √دنیـــــــای متـــــــــــالورژی فقـــــــط از ایـــــــنجا
به "با سابقه ترين و محبوب ترين وبلاگ متالورژي در ايران" خوش آمديد

تاريخ : چهارشنبه ۱٠ مهر ۱۳۸٧

خوردگی در اثر جریان های سرگردان Stray Current

 

                      

 

بدترین خوردگی که برای فلزات کار گذاشته شده در خاک بوجود می آید . در محل هایی است که جریان های الکتریکی سرگردان وجود دارد . چون مقاومت ویژه خاک ها حتی وقتی دارای آب باشند زیاد است . بنابراین جریان های الکتریکی داخل زمین از طریق فلزات کارگذاشته شده درخاک که مقاومت کمی دارند عبور خواهد کرد . جریان سرگردان زمانی می تواند موجب خوردگی لوله گردد که از یک قسمت از لوله وارد واز قسمت دیگر آن تخلیه شود و در حقیقت مدار جریان کامل گردد . نقطه ورود جریان سرگردان کاتد و نقطه خروجی، آند پیل خوردگی خواهد گردید . از منابع ایجاد جریان سرگردان می توان به موارد زیر اشاره کرد:

 

وجود سیستم حفاظت کاتدی در لوله های مجاور لوله مورد تهاجم

 

استفاده از جریان مستقیم در عملیات حفاری

 

عملیات جوشکاری 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 کند.

 

جریان های سرگردان در 3 دسته طبقه بندی می شوند:

 

1- جریان های مستقیم

 

2- جریان های متناوب

 

3- جریان های تلوریک ( Telluric )

 

 

شکل 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 کاتدی ، سیستم های حمل ونقل و معدنی ، خطوط انتقال برق  فشار قوی که در این میان سهم اصلی متعلق به سیستم های حفاظت کاتدی است. مشکل اصلی در طراحی سیستم های حفاظت کاتدی ، وجود تقاطع خطوط لوله و سازه های فلزی می باشد که غالبا در زمان طراحی به علت عدم آشنایی با محیط کار 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 تئوریک و آنچه که 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 کاتدی با دو حالت مختلف مطرح می گردد:

 

1- وجود لوله بیگانه در نزدیکی حفره آندی

 

2-  تقاطع با لوله و خطوط محافظت شده 

 

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

 

پتانسیل مثبت زمین لوله بیگانه را تحت تاثیر قرار داده و در یک محدوده خاص موجب دریافت جریان توسط لوله می گردد این جریان باید به جایی  رود که مدار الکتریکی کامل شده و به قطب منفی ترانس رکتیفایر بازگشت نماید. جایی که 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 که ولتاژ بالا و نزدیکی زیاد صدمه را بیشتر می سازد در حالتی که جریان دزدی (Pick Up ) لوله بیگانه خیلی زیاد نباشد می توان با اتصال دو لوله به هم مشکل را حل کرد و این مسئله به میزان ظرفیت رکتیفایر ما که توانایی تحت حفاظت قرار دادن هر دو لوله را به طور همزمان داشته باشد، دارد. ( شکل 2 )

 

اما در حالتی که لوله بیگانه در نزدیکی حفره آندی یک سیستم حفاظت کاتدی 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 که مقاومت خاک پایین است ) ترک کرده و جهت کامل شدن مدار الکتریکی به سوی لوله حفاظت شده و در نهایت به رکتیفایر انتقال می یابد . در صورتیکه در حالت قبلی این جریان در نزدیکی محل تقاطع متمرکز می گردید.

 

راه حل درست اتصال کابل از لوله بیگانه به قطب منفی رکتیفایر می باشد تا لوله بیگانه نیز تحت حفاظت قرار گیرد تا مدار الکتریکی از طریق این کابل کامل شود. اگر حفره خیلی نزدیک به لوله بیگانه باشد جریان گرفته شده توسط لوله بیگانه بسیار زیاد خواهد بود  و این راه حل مناسب نمی باشد و در صورت امکان بهتر است محل حفره را عوض نمود.

 

در زمین اطراف لوله تحت حفاظت کاتدی یک گرادیانت[AR1]  پتانسیل وجود دارد که باعث القا جریان از زمین به لوله می گردد. این گرادیان بر عکس گرادیان پتانسیل یا منطقه تحت تاثیر اطراف حفره تخیله جریان می باشد . این به آن معناست که زمین در نزدیکی 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 میکند.

 

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

 

 

 

 

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

 

             سیستم های حمل و نقل مجهز به DC مانند قطارهای زیر زمینی نیز یکی 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 که در شکل 3 دیده می شود ، معمولا با تغذیه کننده عایق شده بالاسر که به قطب مثبت ایستگاه برق متصل می شود کار می کنند . جریان اعمالی ( که ممکن است تا هزاران آمپر هم برسد) با اتصال به قطب منفی ایستگاه توسط ریل بازگشت می شود . بدلیل اینکه قطار روی ریل زمینی حرکت کرده و کاملا 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 کرده از منطقه تاثیری ندارد . نزدیکی حالت عملی  سیستم به حالت ایده آل بستگی به تعمیرات خط آهن دارد . خط آهن باید روی قطعات سنگی که دارای مقاومت دارای مقاومت نسبتا بالائی نسبت به زمین هستند احداث می شود تا از اتلاف جریان جلوگیری شود.

 

 

 

شکل 3 - مثالی از سیستم حمل و نقل الکتریکی که 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 که در انتهای هر کدام قرار گرفته است، می باشد.  مادامیکه 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 کدام 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 که حد الامکان فاصله اتصال زمین سیستم نسبت به خط لوله زیاد باشد و محل قرار گرفتن اتصال زمین در جایی باشد که کمترین مقاومت خاک را داشته باشد؛ که اختلاف پتانسیل بین اتصال زمین و زمین دورتر را به حداقل رساند.

 

 

 

 

جریان متناوبAC :

 

شبکه هوائی انتقال برق متناوب ( فشار قوی) برخی مشکلات را بر روی خطوطه لوله ایجاد نموده است . این مشکلات در جائیکه خطوط لوله در مسیر عبور خود با خطوط هوائی انتقال برق متناوب( فشار قوی بیش از 110 کیلو وات) تقاطع داشته یا به صورت موازی در کنار یکدیگر قرار گرفته باشند ظاهر می شوند. در صورتیکه کابل زیرزمینی با ولتاژ بالا از کنار سازه عبور کند ، لوله توسط تداخلAC  باردار شده و همزمان با عبور جریان متناوب از کابل 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 کابل ایجاد شار مغناطیسی درهوا یا زمین می کند که این شار باعث تولید جریان و ولتاژ متناوب در خط لوله میشود . همچنین در نواحی از لوله که در محدوده میدان الکترومغناطیسی انتقال برق قرار دارند در صورتی که 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 کابل های هوائی

 

3- فاصله بین خط لوله و سیستم برق فشار قوی

 

4- مقاومت و کیفیت پوشش لوله

 

5- مقاومت خاک 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 خاک و یا جریان جاری در لوله در یک منطقه که در آنجا هیچ نوع منبع جریان که توسط انسان احداث شده باشد وجود ندارد، پدید می آید. علت آن معمولا در ارتباط با اختلالات مغناطیسی زمین است که 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 ممکن است با ایجاد و شکل گیری و سپس متلاشی شدن میدان مغناطیسی زمین در ناحیه خط لوله در ارتباط باشد . در یک  ژنراتور الکتریکی با عبور رسانای عایق دار از میدان مغناطیسی ولتاژ تولید می شود . مکانیزم کار این است که رسانا خطوط میدان مغناطیسی را قطع می کند اگر چه بعضی وقت ها اثر شدید است ، اما تاثیرات جریان  Telluric روی لوله بندرت مدت طولانی دارد. در یک ناحیه خاص پدیده جریان گیری و تخلیه جریان در طول زمان متمرکز می گردد.

 

 

 

کنترل خوردگی ناشی از جریان های سرگردان :

 

 

 

بعضی از روش های برای کاهش 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 الکتریکی ( Electrical Shields )

 

 

 

شکل 4 -  استفاده از آند فدا شونده در کنترل جریان های سرگردان

 

 

شکل 5 -استفاده از موانع الکتریکی در کنترل جریان های سرگردان

 

منابع :

 

 

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

 

- سیف. سیامک ، کرمی 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)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 



ارسال توسط محسن حیدری
آخرين مطالب
کارت اعتباری ویزا

کتاب کسب درآمد از اینترنت در ۷ روز

آدرس مجازی خارجی برای گوگل ادسنس