خطوط لولهٔ فولادی مدفون در خاک، در معرض خوردگی الکتروشیمیایی هستند. دو خط دفاعی برای آن‌ها وجود دارد: پوشش عایق که سطح فلز را از محیط جدا می‌کند، و حفاظت کاتدی که نقاط آسیب پوشش را پوشش می‌دهد. این دو مکمل یکدیگرند، نه جانشین هم.
مبنای علمی
در فرایند خوردگی، فلز در نواحی آندی حل می‌شود. حفاظت کاتدی با اعمال جریان مستقیم، کل سطح لوله را به کاتد تبدیل می‌کند و در نتیجه واکنش انحلال فلز متوقف می‌شود. معیار پذیرش رایج، رساندن پتانسیل لوله نسبت به الکترود مرجع مس/سولفات مس به منفی ۸۵۰ میلی‌ولت یا منفی‌تر است.
روش اول: آند فداشونده (Galvanic / Sacrificial)
در این روش فلزی با پتانسیل منفی‌تر از فولاد (منیزیم، روی یا آلومینیوم) به لوله متصل می‌شود و خود به جای لوله خورده می‌شود.
- مزایا: بدون نیاز به منبع برق، نصب ساده، نگهداری کم، بدون ریسک تداخل با سازه‌های مجاور، مناسب نقاط دورافتاده
- محدودیت‌ها: جریان خروجی محدود، نامناسب برای خاک با مقاومت ویژهٔ بالا، نیاز به تعویض دوره‌ای آند، توان حفاظت طول محدودی از خط
- کاربرد مناسب: خطوط کوتاه، مخازن کوچک مدفون، نقاط موضعی، خاک با مقاومت ویژهٔ پایین
روش دوم: جریان اعمالی (Impressed Current)
در این روش یک ترانس‌رکتیفایر، جریان مستقیم را از شبکهٔ برق تأمین می‌کند و از طریق بستر آندی به لوله می‌رساند.
- مزایا: جریان قابل تنظیم و زیاد، توان حفاظت طول‌های بلند خط، کارآمد در خاک با مقاومت ویژهٔ بالا، عمر طولانی بستر آندی
- محدودیت‌ها: نیاز به تغذیهٔ برق پایدار، هزینهٔ سرمایه‌ای و بهره‌برداری بیشتر، نیاز به پایش تخصصی، احتمال ایجاد تداخل با سازه‌های فلزی مجاور
- کاربرد مناسب: خطوط انتقال بلند، مخازن بزرگ، شبکه‌های گسترده
معیارهای انتخاب
- مقاومت ویژهٔ خاک: اندازه‌گیری میدانی در مسیر، پیش‌نیاز هر طراحی است.
- طول و قطر خط: تعیین‌کنندهٔ جریان کل مورد نیاز
- کیفیت و مقاومت پوشش: پوشش بهتر، جریان لازم کمتر
- دسترسی به برق
- وجود سازه‌های فلزی مجاور: ریسک تداخل و لزوم مطالعات هم‌نشینی
- هزینهٔ چرخهٔ عمر: مقایسهٔ سرمایه‌گذاری اولیه با هزینهٔ تعویض آند در روش فداشونده
اجزای یک سیستم کامل
- بستر آندی (افقی، عمودی یا عمیق)
- ترانس‌رکتیفایر با قابلیت تنظیم جریان و ولتاژ
- اتصالات و کابل‌های با عایق مناسب خاک
- نقاط آزمون (test post) در فواصل مشخص برای اندازه‌گیری پتانسیل
- عایق الکتریکی در ابتدا و انتهای خط و در نقاط اتصال به تأسیسات دیگر
- سلول مرجع دائمی در نقاط بحرانی
پایش و نگهداری
- ماهانه: ثبت جریان و ولتاژ خروجی ترانس‌رکتیفایر
- سه‌ماهه تا سالانه: اندازه‌گیری پتانسیل در نقاط آزمون
- دوره‌ای: پیمایش مسیر با روش‌هایی مانند CIPS و DCVG برای شناسایی عیب پوشش
- سالانه: بررسی وضعیت عایق‌ها و اندازه‌گیری تداخل با سازه‌های مجاور
یک سیستم حفاظت کاتدی بدون پایش، عملاً سیستمی نیست که بتوان به آن اعتماد کرد؛ داده‌های پتانسیل، تنها شاهد عملکرد آن هستند.
هم‌نشینی با پوشش
نکتهٔ مهم آن است که حفاظت کاتدی جایگزین پوشش مناسب نیست. اگر پوشش خط ضعیف یا آسیب‌دیده باشد، جریان مورد نیاز به شدت بالا می‌رود و در موارد حاد، ولتاژ زیاد می‌تواند به جداشدگی کاتدی پوشش منجر شود. بازرسی و ترمیم پوشش، بخشی از نگهداری سیستم حفاظت کاتدی است.
مشاوره و تأمین تجهیزات حفاظت کاتدی خطوط لوله و مخازن، از خدمات هایپر صنعت فراز است.
