حفاظت کاتدی برج خنک کننده بتنی، از روش‌های محافظت و ترمیم این کولینگ تاور و سازه‌های فلزی وابسته به آن است. هنگامی که برج خنک کن بتنی در محیط های عملیاتی سخت قرار می‌گیرند، خوردگی شدیدی در آرماتورهای فولادی تعبیه شده در آن به وجود می‌آید. اتفاقی که باعث لایه برداری و پوسته پوسته شدن سطوح و اجزای برج خنک کننده بتنی می‌شود. به دلیل اندازه، هندسه و محدودیت‌های عملیاتی، تعیین وضعیت کولینگ تاور می‌تواند یک مسئله چالش برانگیز باشد. بنابراین داشتن برنامه ریزی منظم برای انجام عملیات تعمیر و نگهداری می‌تواند برای افزایش عمر مفید، موثر خواهد بود.
بتن ماده ای با مقاومت بالا است؛ اما در مقابل نیروهای کششی ضعیف می‌باشد. برای اینکه بتوانیم مقاومت بتن را در نیروهای کششی تقویت کنیم، نیاز به استفاده از آهن در بتن داریم. برای این کار از میلگرد در بتن استفاده می‌شود تا مقاومت کششی در بتن را افزایش دهیم. اما از طرف دیگر وجود آهن یا میلگرد در بتن باعث خوردگی آهن در طولانی مدت شده و باعث کاهش مقاومت بتن در آینده نزدیک می‌شود.
در این مقاله از کارا فناور اطلس پارسی قصد داریم تا مطالبی را درباره حفاظت کاتدی در کولینگ تاور بتنی ارائه کنیم.
انواع حفاظت کاتدی در برج خنک کننده بتنی
حفاظت کاتدی برج‌های خنک کن بتنی تکنیکی است که برای کنترل خوردگی در بتن دارای آهن استفاده می‌شود.
دو نوع حفاظت کاتدی برای برج‌های خنک کننده بتنی وجود دارد:
- Impressed current cathodic protection (ICCP): حفاظت کاتدی جریان تحت تاثیر، یک سیستم حفاظتی در برابر خوردگی است که متشکل از آندهای تیتانیوم با پوشش اکسید فلزی مخلوط (MMO) است که به یک منبع تغذیه خارجی متصل است. این منبع انرژی جریانی را فراهم می‌کند که منجر به واکنش الکتروشیمیایی مورد نیاز برای انجام حفاظت کاتدی می‌شود.
- Cathodic protection (CP): به عنوان تکنیکی برای کنترل خوردگی سطح فلز با تبدیل آن به کاتد یک سلول الکتروشیمیایی تعریف می‌شود. این امر با تزریق جریان مستقیم کم (DC) به آرماتور از طریق بتن بدست می‌آید. سپس آرماتور فولادی به صورت کاتدی محافظت شده در نظر گرفته می‌شود.
عکس ذیل نمونه ایی از سیستم حفاظتی کاتدی برای میلگرد ستون‌های برج خنک کننده بتنی است.
تقویت برج خنک کننده بتنی با شیوه CP
یکی از فناوری‌های اثبات شده در این مورد، حفاظت کاتدی (CP) است که می‌توان آن را در مرحله ساخت و ساز بر روی یک سازه جدید یا به عنوان بخشی از یک راه حل تعمیری با هدف افزایش عمر مفید سازه نصب کرد. برنامه تحقیقاتی استراتژیک در گزارش سال 1993 خود بیان کرد که “حفاظت کاتدی (CP) خود را به عنوان تنها تعمیر دائمی بتن دارای فولاد خورنده موجود ثابت کرده است. بنابراین، CP نباید به طور جداگانه در نظر گرفته شود، بلکه باید به عنوان بخشی از یک برنامه توانبخشی کامل در نظر گرفته شود.
CP به عنوان تکنیکی برای کنترل خوردگی سطح فلز با تبدیل آن به کاتد یک سلول الکتروشیمیایی تعریف می‌شود. این امر با تزریق جریان مستقیم کم (DC) به آرماتور از طریق بتن حاصل می‌شود. سپس آرماتور فولادی به صورت کاتدی محافظت شده در نظر گرفته می‌شود. منبع جریان می تواند از یک منبع تغذیه خارجی باشد یا می‌تواند از یک فلز فداکاری نصب شده در داخل یا روی سطح بتن که جریان محافظ را با فدا کردن خود (خورده شدن) ارائه می‌دهد.
دلیل اینکه CP روشی موثر و کاربردی برای کاهش آسیب ناشی از خوردگی به فولاد تقویت کننده می‌باشد، این است که می‌تواند واکنش‌های الکتروشیمیایی روی سطح فولاد را تغییر دهد. CP زمانی که به درستی طراحی و اجرا شود، اثر کلرید یا خوردگی ناشی از کربنات را با حفظ و ترمیم لایه غیرفعال روی آرماتور فولادی داخل بتن، از بین می‌برد. هیچ روش دیگری قادر نیست آسیب وارد شده به لایه غیرفعال شدن آرماتور فولادی را با چنین کارایی برای مدت زمان طولانی معکوس کند.
با استفاده از جریان تحت تاثیر (ICCP) می‌توان برای کاهش خوردگی برای سطوح شدید خوردگی و قرار گرفتن مداوم در معرض خوردگی بدون نیاز به هیچ گونه تغییر فیزیکی در سیستم طراحی شود. چنین تطبیق پذیری، ارائه شده توسط منابع تغذیه پیشرفته و تجهیزات نظارتی که قادر به ارائه جریان‌های حفاظتی دقیق میلی آمپر هستند.
در تأسیسات صنعتی، برج‌های خنک کننده که از آب دریا یا آب شور به عنوان یک سیال خنک کننده استفاده می‌کنند، با محیط های تهاجمی خوردگی مواجه می‌شوند. فراوانی کلریدها، رطوبت و اکسیژن همراه با دماهای بالا، شرایط بیشتری را برای آسیب خوردگی با سرعت بالا فراهم می‌کند.
شیوه عمل حفاظت کاتدی (CP)
برای مثال می توان پروژه ایی که در آن برج خنک کننده نیاز به تعمیر داشت را عنوان کرد. زیرا نشانه‌های قابل توجهی از نشت، ترک، بتن لایه لایه شده و خوردگی را نشان می‌داد. این برج خنک کن، آب دریا را به عنوان بخشی از محیط خنک کننده خود استفاده می‌کند که در نهایت منجر به خوردگی گسترده آرماتورهای تعبیه شده در کل ساختار بتن می‌شود.
به عنوان بخشی از روند تعمیر یک سیستم، برای انجام تعمیرات اساسی از روش CP استفاده می‌شود که برای این کار نیاز به خاموش شدن برج خنک کننده در زمان‌های برنامه ریزی شده برای تعمیر و نگهداری منظم خواهیم داشت. با توجه به مقدار کلریدها و فعالیت خوردگی مشاهده شده در عمق میلگرد، آندهای گالوانیکی برای ایجاد حفاظت در برابر خوردگی کافی نبودند. در عوض، یک سیستم ICCP انتخاب شد. با این حال، به دلیل برنامه ریزی برای توسعه ظرفیت برج خنک کننده در آینده نزدیک، دو دیوار از چهار دیوار برج خنک کن از اجرای سیستم ICCP حذف شد و تنها تعمیر بر روی دو دیوار باقی مانده انجام شد. پس از اتمام تعمیر و نصب سیستم CP، سیستم ICCP راه اندازی، بهره برداری و نگهداری شد.
بعد از گذشت هفت سال، هر دو دیوار شمالی و جنوبی علائم قابل توجهی از لایه لایه شدن، ترک ناشی از خوردگی سطحی و شکست را به دلیل آسیب ناشی از خوردگی نشان دادند (مناطق بدون ICCP). در مقابل، دیوارهای شرقی و غربی که در آن سیستم ICCP در حال کار بود، هیچ نشانه‌ای از خوردگی یا زوال فیزیکی از خود نشان ندادند. اثر داشتن سیستم ICCP که باعث افزایش عمر دیوارها بود و صرفه جویی در عدم نیاز به تعمیر روی همان دیوارها هفت سال بعد هزینه نصب سیستم را جبران کرد. شایان ذکر است که این سیستم حداقل 20 سال دیگر بدون نیاز به تعمیر و نگهداری از دیوارها محافظت می‌کند.
مزیت داشتن سیستم ICCP که سازه را در برابر خوردگی و خراب شدن محافظت می‌کند این است که مالک را از انجام تعمیرات مکرر دیوارهای برج خنک کننده بی نیاز می‌کند. مشتری مزایای مالی و عملیاتی را درک کرد و یک سیستم ICCP روی دیوار شمالی و جنوبی باقی مانده نصب کرد.
مثال بالا، همراه با بسیاری موارد دیگر، نشان می‌دهد که سیستم‌های ICCP قادر به افزایش عمر مفید برای سازه های بتن دارای فولاد هستند. هنگام انتخاب اندازه صحیح سیستم، انتظارات مالک برای افزایش عمر سرویس و همچنین نقطه ساختار در چرخه عمر آن باید مشخص شود. برای دستیابی به مناسب‌ترین طراحی سیستم، طراح باید از پارامترهای مختلفی مانند جزئیات ساخت و ساز، مصالح ساختمانی، سطوح در معرض خوردگی، خروجی آند، الزامات جریان محافظ فولاد، عملیات سیستم و لجستیک توزیع آگاه باشد. بنابراین، تجزیه و تحلیل عمیق ساختار باید قبل از طراحی یک سیستم، ترجیحاً توسط یک تیم واجد شرایط با تجربه در مسائل خوردگی و دوام مواد و همچنین درک فناوری‌های موجود برای تعمیر انجام شود.
روش دیگر، حفاظت Sacrificial Anode Cathodic Protection (SACP) است. آندهای قربانی، فلزات بسیار فعالی هستند که برای جلوگیری از خوردگی سطح مواد فعال کمتر مورد استفاده قرار می‌گیرند. در کاربرد SACP، از پتانسیل‌های الکتروشیمیایی طبیعی فلزات مختلف برای ایجاد حفاظت استفاده می‌شود. آندهای قربانی به سازه تحت حفاظت کوپل می‌شوند و تا زمانی که آند نسبت به سازه “فعال‌تر” باشد، جریان معمولی از آند به سازه می‌رود. همانطور که جریان دارد، تمام خوردگی روی آند رخ می‌دهد که خود را قربانی می‌کند تا از خوردگی سازه محافظت کند.
هنگام طراحی یک سیستم CP (حفاظت کاتدی) جدید، بایستی به پارامترهای زیر توجه داشت:
- تعیین توجیه اقتصادی برای پروژه
- مشخصات پروژه
- دستورالعمل‌های ملی و بین المللی
- مذاکره با مالکان، ارگان‌های عمومی یا سایر طرف‌های ذینفع
- نوع شیوه (جریان گالوانیکی یا تحت تاثیر)
- تقاضای فعلی و نیازهای عرضه برق
- تعداد و محل آندها یا یکسو کننده‌های ترانسفورماتور
- الزامات نظارت
ویژگی‌ها و مزایای حفاظت SACP
- نیازی به منبع مستقل برق نیست
- تأثیرات محدود بر سازه‌های مجاور
- اتصالات آند نیز محافظت می‌شوند
- انتخاب صحیح مواد، محافظت بیش از حد را تضمین نمی‌کند، بنابراین از شکنندگی فلز و آسیب پوشش جلوگیری می‌کند
- نصب، راه اندازی و نگهداری ساده است
انواع حفاظت کاتدی برج خنک کننده
دو نوع حفاظت کاتدی برج‌های خنک کن بتنی بر اساس تامین الکترون به یک ساختار وجود دارد:
- حفاظت کاتدی آند قربانی (SACP) : یک ماده کمتر نجیب به عنوان آند قربانی عمل می‌کند.
- حفاظت کاتدی جریان تحت تاثیر (ICCP) : یک منبع جریان خارجی و یکسو کننده استفاده می‌شود.
تفاوت اصلی بین این دو است که ICCP از یک منبع تغذیه خارجی با آندهای بی اثر استفاده می‌کند و SACP از تفاوت پتانسیل الکتروشیمیایی طبیعی بین عناصر فلزی مختلف برای ایجاد حفاظت استفاده می‌کند.
هر دو SACP و ICCP مزایای متفاوتی نسبت به یکدیگر دارند. انتخاب روش مورد استفاده، به مواردی چون کاربرد، کارایی، الزامات عملیاتی و تحلیل هزینه یک پروژه خاص بستگی دارد.
شرکت کارا فناور اطلس پارسی (بادران تهویه صنعت)
تلفن تماس: ۰۲۱۲۶۷۰۹۹۱۸ / ۰۲۱۲۶۷۰۹۳۶۸ / ۰۲۱۲۲۶۴۵۸۹۰ / ۰۲۱۲۶۶۰۲۷۷۶
تماس فوری / واتس اپ۰۹۲۱۳۶۰۲۶۹۰
وب سایت رسمی:Badrantahvieh.net
ایمیل:badran.tahvieh@gmail.com
گروه تلگرام:Cooling tower
سوالات تکمیلی
1. چند نوع حفاظت کاتدی برج‌های خنک کننده بتنی براساس تامین الکترون وجود دارد؟
الف. حفاظت کاتدی آند قربانی (SACP) – یک ماده کمتر نجیب به عنوان آند قربانی عمل می‌کند.
ب . حفاظت کاتدی جریان تحت تاثیر (ICCP) – یک منبع جریان خارجی و یکسو کننده استفاده می‌شود.
2. به طور کلی چند نوع حفاظت کاتدی برج خنک کننده وجود دارد؟
الف. Impressed current cathodic protection (ICCP): حفاظت کاتدی جریان تحت تاثیر، یک سیستم حفاظتی در برابر خوردگی است که متشکل از آندهای تیتانیوم با پوشش اکسید فلزی مخلوط (MMO) است که به یک منبع تغذیه خارجی متصل است. این منبع انرژی جریانی را فراهم می‌کند که منجر به واکنش الکتروشیمیایی مورد نیاز برای انجام حفاظت کاتدی می‌شود.
ب. Cathodic protection (CP): به عنوان تکنیکی برای کنترل خوردگی سطح فلز با تبدیل آن به کاتد یک سلول الکتروشیمیایی تعریف می‌شود. این امر با تزریق جریان مستقیم کم (DC) به آرماتور از طریق بتن حاصل می‌شود. سپس آرماتور فولادی به صورت کاتدی محافظت شده در نظر گرفته می‌شود.
3. آیا بتن مقاومت در مقابل نیروهای کششی را دارد؟
بتن ماده‌ای با مقاومت بالا است، اما در اثر نیروهای کششی ضعیف می‌باشد. برای اینکه بتوانیم مقاومت بتن را در نیروهای کششی تقویت کنیم نیاز به استفاده از آهن در بتن داریم برای این کار از میلگرد در بتن استفاده می‌شود تا مقاومت کششی را در بتن افزایش دهیم. اما از طرفی وجود آهن یا میلگرد در بتن باعث خوردگی آهن در طولانی مدت می‌شود و باعث کاهش مقاومت بتن در آینده نزدیک می‌گردد.
