مرکز دانلود خلاصه کتاب و جزوات دانشگاهی

مقدمه:

خوردگي تأسيسات صنعتي يكي از زمينه‌هايي است كه مورد توجه خاص دانش‌پژوهان قرار دارد. در گزارش حاضر سعي شده كه اطلاعاتي در مورد روشها، تجربيات دستگاهها و لوازم مورد نياز همراه با تئوريهاي اصول خوردگي چگونگي آزمايشها، اندازه‌گيريها، ذكر شود.

ابتدا بهتر است كه مفهوم نسبتاً صريحي از خوردگي داشته باشيم تا بتوانيم با روشي بيشتري در مرد طرق مبارزه با آن بحث نمائيم ، خوردگي تعاريف مختلفي دارد. اين تعاريف هر كدام در مواردي صحت دارند و هر كدام فقط گوشه‌اي از مطلب را بيان مي‌كند ما براي هدفي كه در پيش داريم، در مورد يك لولة مدفون شده در خاك، خوردگي را يك پديدة الكتروشيميايي تعريف كرده و وجود اكسيژن را براي ادامة خوردگي ضروري محسوب مي‌نماييم. با قبول اين مزيت به بيان شرايطي مي‌پردازيم كه با واقع شدن آنها يك سل خوردگي مي‌تواند فعاليت داشته باشد:

1- يك كاتد و يك آند بايد وجود داشته باشد.

2- بين آند و كاتد اختلاف پتانسيل برقرار باشد.

3- يك رابط فلزي بين آند و كاتد وجود داشته باشد.

4- آند و كاتد در يك الكتروليت هادي باشند ، بدين معني كه مقداري از مولكولهاي آب به صورت يون درآمده باشد،

حال براي يك لولة مدفون شده، كاتد كه خود لوله است و آند بيشتر سيليكون آيرن (silicon Iron) استفاده مي‌شود. (شرط 1). براي برقراري اختلاف پتانسيل بين آند و كاتد از قوانين و يكسوكننده استفاده مي‌شود. (شرط 1 (شرط 2) براي رابط فلزي خود لوله به صورت رابط فلزي عمل مي‌كند و شرط چهارم با توجه به رطوبت خاك فراهم مي‌شود.

اختلاف پتانسيل موجود بين آند و كاتد باعث بوجود آمدن جريان الكتروني از طرف آند به كاتد در مدار فلزي بين آند و كاتد خواهد گرديد. در آند فلز با از دست دادن الكترون، توليد يون آهن با بار مثبت خواهد كرد كه با OH موجود در آن حوالي توليد هيدروكسيد دو ظرفيتي آهن به فرمول خواهد كرد. كه با يك مرحله اكسيد شدن به صورت زنگ آهن در خواهد آمد.

در ناحية كاتدي تعداد الكترون اضافي از طرف آند تأمين شده است، اين الكترونها با يونهاي مثبت هيدروژن محيط، توليد گاز مي‌كنند كه به صورت لايه در اطراف كاتد در خواهد آمد و به قشر پلاريزاسيون موسوم است، با اين تبديل هيدروژن اتمي به هيدروژن گازي مقداري يون اضافي در ناحيه كاتدي بوجود خواهد آمد كه سبب افزايش خاصيت بازي ناحية كاتدي مي‌شود.

چند نكته:

1- جهت جريان الكتريسيته (خلاف جهت حركت الكترونها) در مدار فلزي از كاتد به آند خواهد بود.

2- جهت جريان در داخل الكتروليت از آند به كاتد خواهد بود.

3- خوردگي فلز در آند يعني قطبي كه جريان از آن به طرف الكتروليت خارج مي‌شود اتفاق مي‌افتد.

4- فلزي كه جريان از محيط اطراف دريافت مي‌كند خورده نمي‌شود.

مقدار كاهش وزن فلز با شدت جريان خوردگي متناسب خواهد بود. يك آمپر جريان مستقيم كه از فولاد به طرف خاك خارج مي‌شود، مي‌تواند سالانه حدود بيست پوند فولاد را بخورد. البته در مسائل مربوط به خوردگي خط لوله به ندرت با شدت جريان‌هاي بالا روبرو خواهيم شد و معمولاً شدت جريانها در حدود چند ميلي آمپر خواهند بود. ولي بايد توجه كرد كه حتي يك ميلي آمپر در طول سال اگر فقط از هفت نقطه لوله خارج شود، مي‌تواند باعث ايجاد هفت عدد سوراخ به قطر اينچ روي يك لولة دو اينچي با ضخامت استاندارد گردد. البته اين نكته كه تعداد نقاط خروج جريان به چند نقطه محدود نگردد، بسيار حائز اهميت است و بهتر آن است كه جريان در سطح بيشتري توزيع شود تا آنكه قدرت نفوذي آن در لوله كاهش يابد.

تأثير مقاومت در شدت جريان خوردگي:

مقاومت ظاهري مدار شامل دو قسمت خواهد بود: مقاومت اهلي اجزاء مدار و مقاومت ناشي از لاية پلاريزاسيون در كاتد. هر چه مقاومت كمتر باشد، شدت جريان بيشتر بوده و در نتيجه كاهش وزن زيادتري حاصل خواهد. مقاومت الكتروليت عبارت خواهد بود از مقاومت الكتريكي خاك يا آب كه مي‌تواند بشدت متغير باشد. براي يك الكتروليت با مقاومت الكتريكي معين سطح آند و كاتد فاكتور مهمي خواهد بود. هر چه اين سطح كوچكتر باشد، مقاومت زيادي در مدار ايجاد مي‌شود. بعضي مواقع محصولات خوردگي نيز مي‌تواند مقاومت قابل ملاحظه‌اي در مدار ايجاد كنند ولي اين مقاومت در مورد فولاد چندان نخواهد بود.

لاية پلاريزاسيون در كنترل مقدار جريان خوردگي نقش اسامي دارد به طوري كه اين لايه به صورت يك لاية‌ عايق عمل كرده و ممكن است افت ولتاژ در اين لايه با اختلاف پتانسيل بين آند و كاتد برابر گشته و جريان خوردگي را به سمت صفر سوق دهد.

از گفته‌هاي بالا مي‌توان به اين نكته پي برد كه اين لاية پلاريزاسيون مي‌تواند بخوبي از خورده شدن لوله جلوگيري نمايد اما اغلب مواردي وجود دارند كه سبب از بين رفتن اين لايه مي‌شوند مانند لوله اي كه در درون آب قرار داشته باشد كه در اين مورد جريان آب سبب از بين رفتن اين لاية هيدروژني مي‌گردد. يا مي‌توانند عامل شيميايي باشد همانند حضور اكسيژن در الكتروليت كه با هيدروژن تركيب شده سبب از بين رفتن لاية پلاريزاسيون مي‌گردد و با همچنين در خاكهاي ميكروبي ، باكتريهاي بخصوصي مي‌توانند باشند كه سبب از رفتن اين لايه گردند.

حال در اينجا سؤالي مطرح مي شود كه نقاط آندي و كاتدي در يك لولة زيرزميني چگونه بوجود مي‌آيند. شرايطي وجود دارد كه به تشكيل نقاط آندي و كاتدي منجر مي‌شوند كه با آگاهي يافتن از اين شرايط مي‌توان در مرحلة طراحي و نصب اين لوله‌ها اقداماتي را انجام داد كه منجر به خنثي كردن اين شرايط و نگهداري بيشتر لوله شود.

هر فلزي كه داخل الكتروليتي قرار دارد، پتانسيلي نسبت به آن الكتروليت پيدا خواهد كرد كه با الكترود مرجع به سادگي مي‌توان اختلاف پتانسيل را مورد محاسبه قرار داد.

در عمل ما بيشتر از الكترود مرجع مس- سولفات مس استفاده مي‌كنيم، كه در جدول زير پتانسيل بعضي از فلزات در خاك خنثي يا آب در مقايسه با الكترود و مرجع مس- سولفات مس آورده شده كه در اين جدول از بالا به پايين بر خاصيت كاتدي فلزات افزوده مي‌شود.

پتانسيل	فلز
75/1- 1/1- 05/1- 8/0- تا 5/0- 5/0- تا 2/0- 2/0- 2/0-	منيزيم خالص تجاري روي آلياژ آلومينيوم آهن (تميز و براق) آهن (زنگ زده) آهن در سيمان چدن سيليس دار

 

در بعضي مواقع ممكن است خوردگي در اثر تغيير در تركيب شيميايي خاك رخ دهد چون در عمل در بعضي موارد ممكن است كه تركيب شيميايي خاك از نقطه‌اي به نقطة‌ ديگر تغيير كند كه اين علل نيز سبب خوردگي خواهد شد. چرا كه اختلاف پتانسيل پين دو قسمت لوله واقع در اين دو محيط مختلف حاصل شده و سبب تشكيل يك پيل مي‌شود. كه در اين حالت قسمتي از لوله كاتد و قسمت ديگري از همان لوله آند خواهد شد كه آند خورده شده و عمر كوتاه‌تري خواهد داشت. يك نوع پيل ديگر ممكن است در اثر تفاوت غلظت هواي موجود در اطراف لوله بوجود آيد كه اين نوع خوردگي در گروه مهمترين پيلها و خوردگي‌ها قرار داشته باشد. بعنوان مثال براي اين مورد مي‌توان لوله‌اي را ذكر كرد كه قسمتي از آن در خاك و قسمت ديگران از زير يك جادة آسفالت عبور كرده باشد كه در اين صورت نواحي از لوله كه از زير جادة ‌آسفالت عبور كرده باشد كه در اين صورت نواحي از لوله كه در زير جادة آسفالت قرار دارد، نفوذ اكسيژن به محيط اطراف لوله مشكل تر است لذا بين اين منطقه از لوله و مناطق دورتر يك پيل غلظتي هوايي تشكيل مي‌شود و منجر به خوردگي شديد لولة زير ناحية‌ آسفالت مي‌گردد. همچنين است در مورد لوله‌اي كه از زير نهري عبور كرده باشد كه در آن صورت درباره قسمت از لوله كه در زير نهر قرار دارد آندي شده و خوردگي بيشتري خواهد داشت.

يك نوع ديگري از خوردگي زماني مي‌تواند اتفاق افتد كه يك لولة فولادي كهنه با قسمت جديدي تعويض شود. در اين صورت پتانسيل دو لوله نسبت به هم متفاوت خواهد شد، (به علت وجود محصولات خوردگي بر روي نقاط لولة‌ كهنه)، در نتيجه يك پيل خوردگي تشكيل شده و منطقة لولة جديد نسبت به لولة كهنه و قديمي خوردگي بيشتري خواهد داشت و زودتر از لولة‌قديمي سوراخ مي‌گردد. به همين علت بايد دقت شود تا در حين عمليات كندن زمين ، نوك ابزار به لوله برخورد نكند، زيرا اگر اين برخورد اتفاق افتد، سبب خراشيده شدن لوله شده و در نتيجه سطح تازة‌ فولاد را در تماس با هوا و سطح قديمي لوله قرار مي‌دهد و سبب خوردگي شديد سطح خراشيده شده و سوراخ شدن آن قسمت خواهد شد.

همچنين است در مورد پوسته‌هاي اكسيدي ناشي از نورد لوله‌هاي فولادي كه هر گاه يك لولة فولادي به همراه پوسته‌هاي اكسيدي حاصله از عمليات فورد در خاك دفن شود نقاط مربوط به پوسته هاي اكسيدي كاتد و نقاط فولاد بدون پوسته آند خواهند شد و در نقاط لوله كه عاري از پوسته‌هاي اكسيدي هستند خورندگي شديدي اتفاق خواهد افتاد .

همان‌طور كه قبلاً نيز اشاره شده نسبت سطوح آندي و كاتدي در تعيين ميزان خوردگي بسيار مؤثر است. اگر سطح قسمت آندي ما نسبت به قسمت كاتدي كم باشد شدت جريان خروجي در واحد سطح از آند زياد بوده و باعث خوردگي شديد آند شده و چون شدت جريان دريافت شده توسط كاتد كه داراي سطح بزرگي است، كم است، عمل پلاريزاسيون خيلي به كندي صورت مي‌گيرد و نتيجتاً پيل خوردگي به صورت فعال ادامه خواهد داشت. در حاليكه در شرايطي كه سطح آند بزرگ است شدت جريان خروجي آن در واحد سطح كم بوده و سرعت خوردگي نسبتاً كم خواهد بود و چون سطح كاتد كوچك است ، شدت جريان دريافتي آن زياد بوده و بزودي پلاريزه شده و باعث كم شدن شدت جريان خوردگي مي‌شود.

حال با توجه به نكاتي كه در قبل ذكر شد و همچنين با شناخت عواملي كه منجر به خوردگي يك لوله مي‌شوند مي‌توان روشهاي مقابله را تعيين نمود. كه روشهاي اصلي مقابله با خوردگي لوله عبارتند از:

1- استفاده از پوششها

2- حفاظت كاتدي

از پوشش انتظار مي‌رود كه به صورت يك قشر پيوسته و عايق الكتريكي سطح لوله را پوشانيده و نتيجتاً مقاومت زيادي در مدار خوردگي ايجاد نمايد به طوري كه شدت جريان خوردگي كاهش داده شود.

سيستم حفاظت كاتدي هم به طور ساده عبارتست از اعمال يك جريان مستقيم از يك منبع خارجي كه در جهت مخالف خروج جريان از نواحي آندي عمل مي‌كند. با اعمال اين جريان تمام ساختمان فلزي از محيط اطراف جريان دريافت كرده و به يك كاتد بزرگ تبديل خواهد شد.

كه حال به توضيح اين روشها پرداخته مي‌شود:

پوششها:

اين تصور منطقي است كه با پوشش كردن لوله مي‌توان از خوردگي آن جلوگيري كرد ولي اين نوع حفاظت وقتي كامل مي‌شود كه :

1- پوشش مصرفي عايق الكتريكي خوبي باشد.

2- در هنگام پوشش كردن بدون پاره شدن بتواند روي لوله اعمال شده و با مرور زمان نيز مقاوم و پا بر جا باشد.

3- در هنگام نصب، محلي بدون پوشش روي لوله باقي نماند.

اما حقيقت اين است كه ما هيچگاه پوشش بدون عيب نخواهيم داشت و ايرادهايي كه پوششها مي‌توانند داشته باشند به طور مختصر عبارتند از:

1- در رفتن قسمتي از لوله از زير ماشين پوشش دهنده.

2- ترك خوردن پوشش ناشي از نشتهاي حرارتي يا مكانيكي بيش از تحمل

3- خراش ناشي از حمل و نقل لولة پوشش داده شده.

4- نفوذ سنگهاي تيز در هنگام پر كردن كانال لوله.

5- تأثير حلالهاي موجود در محيط لوله كه از نشتيها و غيره بوجود آمده‌اند.

6- نفوذ ريشه‌هاي گياهي موجود در خاك در اطراف لوله.

7- تأثير بعضي از باكتريهاي موجود در خاك

يك مثال كه اهميت سالم بودن پوشش را نشان مي‌دهد: يك لولة پوشش داده شده داراي خراشي در پوشش خود در منطقه‌اي كه از زير يك نهر عبور مي‌كند مي‌‌باشد. در اين نقطه سطح عاري از پوشش لوله به يك آند كوچك و بقية لوله به يك كاتد بزرگ تبديل خواهد شد، كه در نتيجة آن خوردگي شديد مي‌تواند در آن نقطة اتفاق افتاده و منجر به سوراخ شدن لوله شود، حتي زودتر از موعدي كه لوله اصلاً پوشش نداشت. البته اين مثال نبايد به اين صورت تلقي شود كه گذاشتن لولة بدون پوشش در زمين بهتر از لولة‌ پوشش شده است زيرا كه جريان كل خوردگي در صورت وجود پوشش كاهش پيدا خواهد كرد و از مقدار خوردگي به مراتب كاسته خواهد شد و بدين ترتيب فقط نقاط محدودي باقي خواهند ماند كه بايد از آنها حفاظت نمود و همين بهترين تأئيد و توجيه براي اعمال حفاظت كاتدي مي‌باشد. پس بهترين حالت عبارتست از بهترين پوشش توام با حفاظت كاتدي كه به عنوان مهمترين و اساسي‌ترين دفاع در برابر خوردگي استفاده مي‌گردد. در انتخاب پوشش بايد دقت كافي به عمل آيد كه هر گاه مقاومت الكتريكي پوشش در بدو امر خوب بوده و با مرور زمان از مقاومت آن كاسته شود ممكن است سيستم حفاظت اوليه اگر چه قبلاً كافي بود، ديگر جوابگو نباشد و اعمال حفاظت كاتدي مجدد مستلزم هزينه بوده و هدف اصلي را كه اعمال اقتصادي‌ترين سيستم حفاظتي است، از بين خواهد برد.

اعمال پوشش:

روشهاي مناسب براي اعمال پوشش حائز اهميت است چرا كه ممكن است يك پوشش خوب و مرغوب در نتيجة نصب نامناسب داراي خواص مطلوب نشده و مشكلات زيادي را براي نگهداري لوله پديد آورد. به همين دليل به طور مختصر به شرح روشهاي استاندارد اعمال پوشش مي‌پردازيم:

1- سطح لوله خوب تميز شود، روغن، چربي و گريس موجود در سطح لوله با حلالهاي مناسبي پاك شده و سپس مورد سندبلاست قرار گيرد.

2- اعمال زير پوشش (primer) . كه براي ايجاد يك چسبندگي قوي بين لوله و پوشش اصلي لازم است كه زير پوشش مناسبي روي سطح لوله تميز و خشك شده اعمال گردد. كاركردن در شرايط باراني و در هواي يخبندان غلط است زيرا حتي يك قشر بسيار نازك از رطوبت هم، باعث تخريب پوشش در مراحل بعدي مي‌شود. پوشش را بايد بعد از خشك شدن زير پوشش اعمال نمود به خصوص در پوششهايي كه توام با حرارت اعمال مي شوند، در غير اينصورت عمل حرارت موجب تبخير حلالهاي موجود در زير پوشش شده و باعث ايجاد حفره‌هاي گاز بين زير پوشش و پوشش اصلي مي‌شوند كه نتيجه يك پوشش نامرغوب و كم مقاومت است.

3- اعمال پوشش: سطح تميز و زير پوشش داده شده لوله مطابق توصية سازنده پوشش داده مي شود.

4- نگهداري مناسب مواد پوشش و دقت در حمل و نقل آنها.

5- دقت در محل لوله به كانال و دقتي در نصب و در مرحلة پر كردن خاك اطراف اگر چه بعد از قرار گرفتن لوله در كانال بازرسي انجام گرفته و ايرادات پوشش تعمير خواهند شد، ولي يك پوشش پيوسته بهتر و مقاوم‌تر از يك پوشش وصله و پينه شده خواهد بود. معمولاً در نقاطي از بستر لوله خاك نرم يا ماسه عاري از سنگهاي تيز ريخته شده و لوله با احتياط در بستر پايين آورده مي‌شود.

6- پيروي كامل از مشخصات اعمال پوشش و كنترل دقيق در تمام مراحل

7- بازرسي از انجام مناسب كارها بعد از اتمام هر مرحله و در طول هر مرحله.

همان طور كه در بالا شرح داده، ابتدا براي اعمال پوشش بايد روي لوله پرايمر (Primer) اعمال شود كه اين primer رزين است كه متناسب با نوع پوشش سرد ما خواهد بود و همچنين حاوي مقداري پودر فلزات اكتيواست كه به عنوان محافظ كاتدي عمل مي‌كنند سپس بعد از خشك شدن primer يك نوار اولية‌ مشكي رنگ بر روي primer اعمال مي‌شود كه اين نوار چسبندگي خوبي دارد و مي‌تواند خيلي خوب به لوله بچسبد، به همين دليل است كه اين نوار اعمال مي‌شود و سپس بر روي آن يك لايه نوار سفيد رنگ اعمال خواهد شد كه اين نوارهاي سفيد رنگ مقاومت به ضربة خوبي دارند و در اثر تماس با سنگها تيزه و غيره ديرتر دچار تخريب خواهند شد و در حقيقت اين نوار سفيد رنگ به عنوان حفاظي براي نوار مشكي عمل مي‌كند و سبب طولاني شدن عمر پوشش مي گردد.

ذكر اين نكته ضروري است كه معمولاً Primer و پوشش اصلي بايد از يك كارخانه خريداري شوند كه از همة جهات با هم مطابقت داشته باشند.

همچنين بايد ذكر شود كه در لوله‌هاي نفتي مدفون در خاك بيشتر از %90 خوردگي لوله‌ها مربوط به خوردگي خارجي است كه با انتخاب يك پوشش و روش اعمال مناسب آن، مي توان بيش‌ از 90% كار حفاظت را انجام داد.

Holiday Datector : اين روش براي ايراد يابي ‌پوشش مورد استفاده قرار مي‌گيرد، بدين صورت كه در اين روش بين لوله و يك الكترود ولتاژ زيادي اعمال مي‌شود هر گاه نقطه‌اي از پوشش خراشيده شده باشد، جرياني بين الكترود و لوله در آن نقطه بوجود خواهد آمد. اين جرقه يك سيستم خبر دهنده را تحريك نموده و به اپراتور مي‌فهماند كه ايرادي در پوشش حاصل شده است. در اين روش تجربه و دقت اپراتور بسيار مهم است و ولتاژ مناسبي بايد بسته به نوع پوشش انتخاب شود.

انواع پوششها:

1- Enamel كه به دو صورت عمده Asphalt, Coal Tar و در حالت گرم اعمال مي‌شوند به همين سبب به آنها پوششهاي گرم مي‌گويند. با اين نوع پوششها يك پوشش بيروني جهت اعمال مقاومت مكانيكي با كار گرفته مي شود ضخامت يك لاية از اين پوشش حدود اينچ مي‌‌باشد. اين پوششها از قطران زغال سنگ و ذوب آهن بدست مي‌آمدند و اين پوششها به علت دارا بودن گوگرد سمي هستند و مدتهاست كه از رده خارج شده‌اند و مورد استفاده قرار نمي‌گيرند نحوه اعمال اين پوشش‌ها به صورت زير بود:

نوار فايبر گلاس ( قير ( نوار ترموپلاست ( قير

2- انواع مواد مومي كه شبيه پوشش اول با يك پوشش بيروني جهت افزايش مقاومت مكانيكي اعمال مي شود.

3- گريسها معمولاً به طور دستي و با دستكش روي لوله ماليده مي‌شوند و سپس توسط يك لاية پوشش بيروني مجهز به يك ورقة عايق پوشيده مي‌شود.

4- پوششهاي مايع كه به طور سرد اعمال مي‌شوند اين نوع پوششها با تبخير حلال و يا توسط يك مادة‌ شيميايي سفت مي‌شوند، اين نوع پوشش از يك حلال باضافة آسفالت كه ممكن است مشتق نفتي و يا آسفالت طبيعي باشد، كه خاصيت عايق بودنش بيشتر است و يا حلال باضافة قير زغال تشكيل شده است. به اين نوع نيز پوشش بيروني جهت افزايش مقاومت مكانيكي اعمال مي گردد. معمولاً عمل در چند لاية توام با پوشش بيروني در هر مرحله و با رعايت فاصلة زماني معين بين دو لايه اجرا مي گردد. ضخامت اين نوع پوششها حدود 20 هزارم اينچ مي‌باشد.

5- انواع نوارهاي محافظ از قبيل پلي وينيل كلرايد، پلي اتيلن، كه در قسمت پشت داراي چسب هستند و مستقيماً روي لوله زير پوشش زده شده اعمال مي شوند (همان طور كه قبلاً توضيح داده شد). ضخامت آنها حدود 10 الي 30 هزارم اينچ مي باشد. نصب اين پوششها چون خيلي ساده بوده و به حرارت احتياج ندارد ارزان تر تمام مي‌شوند و به خصوص براي تعميرات پوشش بسيار مفيد است. همچنين نوارهاي مخصوصي هستند كه داراي يك زيرسازي آسفالتي مي‌‌باشند كه توسط شعله نرم شده و حالت چسبناك به خود گرفته و روي لوله پيچيده مي شوند. امروزه اين نوع پوششها وسيع‌ترين كاربرد را در لوله هاي نفتي دارند.

6- پوششهاي پلاستيكي در اينكه به صورت نوار نيستند با پوششهاي قبلي متفاوت هستند، و بيشتر روي لوله‌هاي كم قطر، در مرحلة ساخت لوله به توسط اكستروژن روي لوله اعمال مي شوند (نظير كابلهاي برق كه پوشش پلاستيكي به طور پيوسته سيمهاي مسي را پوشانيده است).

7- پوششهاي مكانيكي بيروني: اين نوع پوششها بيشتر از آزبست يا الياف شيشه‌اي اشباع با قير تشكيل شده‌اند كه علاوه بر استحكام مكانيكي، خاصيت عايق خوبي هم دارند.

8- پوششهاي وزني: وقتي كه لوله‌ها قرار است زير آب باشند بايد وزن آنها را سنگين‌تر نمود تا تمايل غوطه‌ور شدن در سطح آنها از بين برود. بعضي مواقع اين سنگيني را توسط افزودن وزنه‌هايي در فواصلي از لوله از چدن يا بتن تأمين مي‌كند و در مواردي مثل پيريت آهن اعمال مي‌گردد. اين نوع پوششها معمولاً با مفتولهاي فولادي تقويت مي‌گردند ضخامت لازم بازاي وزن مورد نياز در واحد طول لوله محاسبه مي شود و اين نوع پوششها از صدمات مكانيكي پوشش اصلي لوله جلوگيري مي‌كنند. استفاده از اين پوششها در مناطقي كه احتمال صدمه خوردن وجود دارد با توجه به مشكلات زياد تعميركاري، ضروري است.

9- پوشش‌هاي بتني: اگر چه اين پوششها روي لوله چندان معمول نيستند ولي اگر افزودنيهاي به خصوصي به اين پوشش (سيمان ) اضافه شود، اين پوشش براي جلوگيري از خوردگي بسيار مفيد خواهد بود. با پوشش دادن سيماني لولة لخت، فولاد پتانسيل كاتدي به خود مي‌گيرد و ضمناً به خوبي پلاريزه شده و از دريافت يا خروج جلوگيري مي كند. اين پوشش در صورت مرغوب بودن، مي‌تواند بدون اعمال حفاظت كاتدي به كار رود. كمترين ضخامت براي اين پوشش 2 اينچ مي‌باشد.

با در نظر گرفته همة جوانب بايد اقتصادي‌ترين و مناسب‌ترين پوشش انتخاب شود. نكات عمده‌اي كه در انتخاب پوشش مؤثر است به صورت زير است:

1- آيا خاكي كه لوله در آن دفن خواهد شد، عاري از سنگ يا عوامل مكانيكي كه ممكن است به پوشش صدمه بزنند ميباشد يا خير ؟

2- آيا خاك از نوعي است كه نشتهاي ناشي از انبساط و انقباض مزاحم پوشش خواهند بود يا نه،

3- آيا لوله در مسير خود از قسمتهايي عبور مي‌كند كه دسترسي به آنها نظير تقاطع رودخانه‌ها زير دريا و ساير تأسيسات مشكل باشد؟

4- آيا درجه حرارت سرويس لوله از محيط اطراف يعني خاك، بسيار بالاتر خواهد بود يا نه،

5- دماي محيط و شرايط جوي در هنگام اعمال پوشش چگونه خواهد بود؟

6- آيا محدوديتي وجود خواهد داشت كه جريان كاتدي را به حداقل مقدار كاهش دهيم؟

ذكر اين نكته خالي از لطف نخواهد بود كه در نواحي كه لوله آندي است ، اگر آنرا پوشش كنيم، سبب خوردگي شديد لوله در نواحي كه پوشش ضعيف است خواهد شد، به طوري كه هر گاه پوشش وجود نداشت عمر لوله بيشتر مي‌بود. در اين موارد بهتر است كه نواحي كاتدي پوشش شوند كه جريان كلي خوردگي كاهش يابد. (همان طور كه قبلاً توضيح داده شد).

پس براي انتخاب مناسب‌ترين پوشش چه از نظر بهره‌‌وري و چه از نظر اقتصادي دو عامل بسيار مهم مي‌باشد:

1- اطلاعات گسترده از تمام خواص پوشش و محدوديتهاي كاربرد آن براي يك پروژه معين

2- خلاصة كاملي از شرايط كاركرد لوله و شرايط مسير.

حال با توجه به اتمام پوشش كاري لوله و قرار دادن لوله در بستر زمين براي كنترل بيشتر خوردگي بحث حفاظت كاتدي مطرح خواهد شد، كه با اين حفاظت و همچنين با وجود پوشش خوردگي لوله له حداقل ممكن خواهد رسيد.

حفاظت كاتدي:

همان طور كه قبلاً نيز ذكر شد، جريان الكتريكي كه در نواحي آندي از فلز به سمت محيط اطراف خارجي مي‌شوند، سبب خوردگي خواهند شد و در نقاط كاتدي كه جريان از محيط اطراف به كاتد وارد مي‌شوند خوردگي اتفاق نخواه افتاد، پس در حقيقت اگر جريان الكتريكي از طرف محيط به تمام سطح لوله برسد ديگر خوردگي نخواهيم داشت و بدين ترتيب كل لوله كاتدي خواهد بود. كه اين كار دقيقاً عملي است كه يك سيستم حفاظت كاتدي انجام مي‌دهد. يعني جريان مستقيم به تمام سطح لوله مي رسد و در اين صورت است كه تمام سطح لوله به كاتد تبديل شده و حفاظت به طور كامل انجام مي گردد.

بدين ترتيب جريان خروجي از نقاط آندي توسط جريان حفاظتي خنثي مي‌شوند. خروج جريان فقط از بستر آند طراحي شده اتفاق افتاده و موجبات خوردگي اين آندها فراهم خواهد شد. معمولاً سعي مي‌شود كه به عنوان آند از موادي استفاده شود كه طول عمر نسبتاً زيادي داشته باشند. پس نتيجه مي‌شود كه سيستم حفاظت كاتدي خوردگي را حذف نكرده بلكه آنرا از يك سيستم لولة مورد حفاظت به يك بستر آند طرح شده منتقل مي‌نمايد.

در حفاظت كاتدي مي‌آيند يك پيل الكتروشيميايي تشكيل مي‌‌دهند بدين ترتيب كه يك فلز بسيار آندي را با لوله‌اي كه حفاظت آن مدنظر است در تماس الكتريكي قرار مي‌دهند. با اين عمل جريان از محيط اطراف به لوله مي رسد.

به طور كلي دو نوع سيستم حفاظت كاتدي داريم:

1- حفاظت كاتدي با جريان اعمالي

2- حفاظت كاتدي بدون جريان اعمالي (حفاظت با آند فداشونده).

در حفاظت با جريان اعمالي ولتاژ از يك منبع خارجي در مدار لولة‌ تحت حفاظت و بستر آند اعمال مي‌گردد. كه به عنوان منبع جريان از يك مبدل يكسو كننده استفاده مي شود. (Trans Rectifier) . اين دستگاه علاوه بر پايين آوردن ولتاژ جريان متناوب، عمل يكسوكنندگي را نيز انجام مي‌دهد.

اما در روش حفاظت با آند فداشونده از يك آند خيلي فعال استفاده مي‌شوند (مثل منيزيم يا روي) و آند مستقيماً و بدون هيچ ترانسي در تماس با لوله قرار مي‌گيرد و از لوله حفاظت مي كند.

حال اين بحث مطرح مي شود كه مقدار جريان لازم براي حفاظت لوله چقدر بايد باشد؟ روشن است كه با توجه به شرايط خاك از نظر مقاومت الكتريكي و درجة عايقي پوشش مصرفي و سطح لوله مقدار اين جريان مورد نياز متفاوت خواهد بود. لذا مقدار جريان را نمي توان براي ارزيابي اينكه سيستم تحت حفاظت كاتدي كامل قرار دارد يا نه به عنوان معيار در نظر گرفت. پس مي‌آيند به عنوان معيار، پتانسيل جديدي را كه لوله بعد از اعمال جريان حفاظتي بدست مي‌آورد، استفاده مي كند كه اين پتانسيل در مقايسه با الكترود مرجع مس- سولفات مس بايد 85/0- تا 27/1- باشد، تا لوله مورد حفاظت قرار گيرد.

2/1- < پتانسيل لوله نسبت به زمين –0/85 <

حال براي طراحي سيستم حفاظت كاتدي سؤالاتي مطرح هستند از قبيل:

- براي حفاظت چه روشي انتخاب مي‌شود؟ (جريان اعمالي يا بدون جريان)

- شدت جريان مورد نياز

- فاصلة بسترهاي آندي و جريان مورد نياز از آنها:

- پيش‌بينيهاي لازم از نظر نقاط تست (Test Point)

- نقاط ويژه‌اي كه بايد در طرح در نظر داشت.

براي جواب اين سئوالات بايد اطلاعات زير در دارا بود:

- آيا لوله پوشش دارد يا خير؟

- جنس فلز مورد حفاظت.

- اندازة لولة از نظر قطر و طول

- تداخل ساير تأسيسات فلزي همجوار

- نوع خاك

- وجود جريانهاي نامطلوب در محيط

همان‌طور كه قبلاً نيز گفته شد، پوشش روي لوله اگر مرغوب باشد و نيز به روش مناسب و طبق استاندارد بر روي لوله اعمال شده باشد، مي‌تواند %90 لوله را از خوردگي مصون دارد. كه اگر حال بر روي لولة پوشش‌دار، حفاظت نيز اعمال شود سبب مي‌شود تا در اين حالت جريان از بستر آند به طرف محيط اطراف سرازيري گشته و از نقاط لخت لوله بدان وارد خواهد شد و به اين ترتيب جريان خوردگي كه قبلاً از نقاط لخت خارج مي‌شد، متوقف خواهد شد. مقداري از جرياني كه به لوله مي رسد از پوشش عبور مي كند (زيرا هيچ پوششي كاملاً عايق نيست) و مقدار اين جريان عبوري به ضريب هدايت يا مقاومت الكتريكي عايق به كار رفته بستگي خواهد داشت و به طور كلي مقدار آن نسبت به جريان دريافت شده توسط نقاط لخت ناچيز خواهد بود. براي درك بهتر در زير جدولي آورده شده كه در اين جدول جريان حفاظتي لازم براي يك لولة فولادي به قطر 36 اينچ و به طول 10 مايل در خاكي با مقاومت الكترونيكي 1000 اهم – سانتيمتر، براي شرايط مختلف پوشش آورده شده است. اين جريانها قادرند پتانسيل لوله را 3/0 ولت در جهت منفي افزايش دهند.

شدت جريان مورد نياز (A)	مقاومت مؤثر پوشش بازاي هر فوت مربع (برحسب اهم)
500 91/14 982/2 1491/0 0298/0 000058/0	خط لولة لخت 10000 50000 50000 1000000 5000000 پوشش كامل

مشاهده مي‌شود كه با اعمال يك پوشش نسبتاً خوب با مقاومت 000/500 اهم شدت جريان مورد نياز حفاظت از 500 آمپر براي لولة بدن پوشش به 2982/0 آمپر كاهش مي‌يابد.

با يك پوشش خوب مي‌توان حدود 50 مايل لوله را فقط از يك ايستگاه حفاظتي كنترل نمود.

حفاظت لوله‌اي با قطر بيشتر بخاطر مقاومت الكتريكي كمتر آن آسان‌تر از حفاظت لوله‌اي با قطر كمتر خواهد بود.

در بعضي مواد شدت جريان زياد مي‌تواند باعث خسارت ديدن پوشش‌ها بشود، بدين ترتيب كه جريان زياد باعث توليد هيدروژن زياد در نقاط لخت پوشش مي‌شود. اين هيدروژن مي‌تواند فشار بيش از حدي توليد كند كه بين پوشش و لوله نفوذ كرده و باعث پوسته شدن پوشش مي‌گردد و در نتيجه فلز زيادي بدون پوشش در معرض محيط قرار مي‌‌گيرد. همان طور كه در قبل بيان شد، پتانسيل لوله نسبت به زمين بايد در محدودة 85/0- تا 2/1- ولت باشد كه اگر از 85/0- كمتر باشد لوله حفاظت نخواهد شد و اگر از 2/1- بيشتر باشد، سبب جدايي پوشش از روي لوله مي‌شود.

اين ايراد جدايي پوشش از لوله با تنظيم نامناسب جريان حفاظتي پيش مي‌آيد.

هر گاه سيستم حفاظت كاتدي خوب طراحي شده و به طور مناسب نگهداري شود مي تواند به طور كاملاً مؤثري از خوردگي خط لوله جلوگيري به عمل آورد. دليل اين كارايي به خصوص وقتي به وضوح قابل مشاهده است كه يك خط لولة كهنه كه با سرعت روز افزوني ايجاد نشتي مي نمايد، سيستم حفاظت كاتدي نصب گردد، ملاحظه خواهد شده كه به طور شگرفي ايجاد نشتي‌ها متوقف مي‌گردند.

اما نكته‌اي كه در اينجا خيلي مهم و حائز اهميت است، وجود جريانهاي سرگردان (علاوه بر جريان سيستم حفاظتي، جريانهاي مستقيم ديگري نيز در زمين موجود باشند). مي‌باشد كه اين نوع جريانها مي‌توانند به طور قابل توجهي سبب افزايش خوردگي گردند. همچنين است براي يك سيستم حفاظت كاتدي، كه ممكن است لولة‌ مورد نظر را به خوبي از نظر خوردگي كنترل نمايد، ولي روي ساير لوله‌هاي زيرزميني كه تحت حفاظت نيستند، خوردگي شديدي بوجود آورد. اين نوع تأثير بيشتر در مورد سيستم‌هاي حفاظتي با جريان اعمالي مشاهده مي‌شود و در مورد آندهاي فداشونده بدليل ولتاژ كم آنها، به ندرت ممكن است اين تأثير را داشته باشند.

حال براي درك بهتر اين موضوع به ذكر مثال مي‌پردازيم:

نصب بستر آندي سيستم حفاظتي در نزديكي خط لولة بيگانه مي‌تواند بسيار مضر باشد. مثلاً يك لولة‌ بيگانه‌اي را در نظر مي‌گيريم كه از ناحية نفوذي بستر آندي عبور مي كند و در مسير خود در فاصلة قابل توجهي از بستر آندي لولة تحت حفاظت را قطع مي نمايد. در اين حالت لولة‌ بيگانه در منطقة نفوذي بستر آندي جريان زيادي دريافت مي‌كند و اين جريان را به هر حال بايد در نقطه‌اي به طرف زمين تخليه كند تا مدار كامل گردد. بهترين نقطه براي تخلية اين جريان از لولة‌بيگانه، در محل تقاطع لولة بيگانه به لولة‌ حفاظتي است كه در اين نقطه جريان لولة بيگانه را ترك كرده و از طريق زمين به لولة مورد حفاظت رسيده و به منبع جريان كاتدي برمي‌گردد. بدين ترتيب است كه خوردگي شديد و زودرسي در آن نقطة لولة بيگانة زياد باشد، آنوقت ايجاد اتصال بين دو لوله سبب خواهد شد كه مقدار عمدة جريان حفاظتي به لولة بيگانه برسد و مقدار كمتري از جريان به لولة اصلي برسد كه حتي نتواند آنرا حفاظت كند. در اين صورت بايد محل بستر آندي را تغيير داد.

همچنين يك مثال ديگر اينكه لولة بيگانه در نزديكي بستر آندي و به موازات لولة تحت حفاظت باشد، در اين حالت نيز لولة بيگانه جريان زيادي دريافت خواهد كرد، اين جريان در دو سوي خط لوله پيش خواهند رفت و در فاصلة دورتر جايي كه مقاومت زمين كم باشد، لوله را ترك كرده و از طريق زمين به لولة تحت حفاظت رسيده و به منبع جريان حفاظتي برمي‌گردند تا به اين ترتيب مدار تكميل شده باشد. در اين حالت خوردگي در مناطق مختلفي كه جريان خط لوله بيگانه را ترك مي‌كند پيش خواهد آمد، و برخلاف حالت قبل خوردگي در نقطة تقاطع متمركز نخواهد بود. در اين مورد براي پيشگيري مي‌توان دو لوله را بهم اتصال داد يا اينكه سيستم حفاظتي جداگانه‌اي براي لولة بيگانه در نظر گرفت.

اين دو مثال بالا براي حالتهايي بود كه لوله پوشش داشته باشد، اما اكنون حالتي را فرض مي‌كنيم كه لولة بيگانه، لولة بي پوششي را كه داراي حفاظت كاتدي است قطع كند. از‌ آنجائي كه لوله پوشش دارد پس در حوالي خود يك منطقة نفوذي تشكيل مي‌دهد كه نتيجة آن، اين است كه زمين اطراف لوله، نسبت به زمين دورتر منفي‌تر است. شدت اين منطقة نفوذي به مقدار جريان كه به واحد سطح لوله مي‌رسد بستگي دارد و هر چه جريان بيشتر باشد، شدت اين منطقه بيشتر است. حال هر گاه لولة بيگانه كه لولة‌ مورد حفاظت را قطع كرده، از منطقة نفوذي عبور خواهد كردو درست در اين منطقه است كه خوردگي شديدي روي آن ايجاد خواهد شد.

در منطقة نفوذي لولة بيگانه تمايل نشان مي‌دهد كه نسبت به زمين مجاور مثبت‌تر باشد و اين تمايل درست در نقطة تقاطع بيشترين است و اين اختلاف ولتاژ بين لولة بيگانه و زمين باعث مي‌شود لوله بيگانه جريان حفاظتي را از زمين دور دريافت كرده و در نقطة تقاطع آن جريان را به طرف لولة تحت حفاظت در خاك تخليه كند و همين جاست كه بيشترين مقدار خورگي در لولة بيگانه حاصل مي‌شود حال اگر برحسب تصادف لولة بيگانه از نزديكي بستر آندي هم عبور كرده باشد آنگاه دو اثر با هم جمع مي‌شود و خوردگي بسيار شديد و زودرسي اتفاق خواهد افتاد.

بررسي اينكه آيا اين تأثير روي لولة بيگانه وجود خواهد داشت يا نه، به اين ترتيب است كه پتانسيل لولة‌ بيگانه را نقطه به نقطه نسبت به خاك اندازه‌گيري مي‌نمايند. پتانسيل هاي لولة‌ بيگانه نسبت به زمين كه از منطقة نفوذي لوله تحت حفاظت عبور مي‌كند مقادير بدست آمده از اين اندازه‌گيري ، مشابه منحني نشان داده شده خواهد شد. مشاهده مي‌شود كه يك چاه پتانسيلي در منطقة تقاطع بوجود آمده است و در اين منطقه خورگي لولة بيگانه مورد انتظار است.