همانطور که می‌دانید حفاظت کاتدی روشی برای محافظت از فلزات در برابر خوردگی است و کاربرهای بسیاری در تاسیسات مختلف دارد. اما چطور می‌توان مطمئن شد که این روش به درستی پیاده‌سازی شده و سازه مورد نظر ما به طور کامل محافظت شده است ؟ برای این منظور چند استاندارد بین المللی تعریف شده است که ما در ادامه به بررسی و توضیح این مورد می‌پردازیم :
حفاظت کاتدی، پدیده‌ای مبتنی بر پلاریزاسیون است. در واقع زمانی که جریان حفاظت کاتدی از آند به سمت سازه مورد نظر حرکت می کند، پتانسیل سازه به طرف مقدار منفی‌تر جابجا می‌شود، به این جابجایی در پتانسیل، پولاریزاسیون گفته می‌شود. حفاظت کاتدی شامل کاهش اختلاف پتانسیل بین نقاط آندی و کاتدی بر روی سطح فلز تا زمان به صفر رسانیدن آن است. این امر با پلاریزه کردن پتانسیل نقاط کاتدی تا پتانسیل نقاط آندی انجام می‌شود.
پلاریزاسیون نقاط کاتدی نسبت به پتانسیل مدار باز نقاط آندی معیاری واقعی برای از بین بردن خوردگی است. با این حال، اساساً تعیین پتانسیل مدار باز فعال‌ترین نقطه آندی امری غیرممکن است. از آنجایی که پیل‌های خوردگی معمولاً در مقیاس میکروسکوپی هستند و مقادیر پتانسیل اندازه‌گیری شده، پتانسیل مختلط خوردگی هستند، به احتمال زیاد مقادیر اولیه اندازه‌گیری شده میانگین مقادیر پتانسیل خوردگی پیل‌های متعدد خوردگی است. از این رو، معیارهای متعددی از سوی انجمن ملی مهندسان خوردگی (NACE International-AMPP) و سایر سازمان‌های استاندارد بین المللی برای کمک به اندازه‌گیری معیار واقعی توصیه شده‌اند.
این معیارها در روش‌های اجرایی مختلفی ارائه شده‌اند. در ادامه، به توضیح روش‌های اجرایی توصیه شده خواهیم پرداخت.
توجه داشته باشید که در بسیاری از موارد، این موضوع بیان می‌شود که برای تفسیر معتبر پتانسیل‌های اندازه‌گیری شده، باید کلیه مقادیر مربوط به افت ولتاژ (افت IR)، به جز مقادیر یاد شده در مرز سازه با الکترولیت در نظر گرفته شود. درک و شناخت کامل این موضوع امری بسیار مهم است زیرا اگر مقادیر افت IR در نظر گرفته نشود، ممکن است اندازه‌گیری‌های شما نشان دهند که سازه محافظت شده، در حالیکه که در عمل چنین اتفاقی رخ نداده باشد.
مقادیر افت IR
پتانسیل پلاریزه شده را می‌توان پتانسیل الکتریکی در فصل مشترک سازه و الکترولیت (حد فاصل سازه تا الکترولیت) تعریف کرد. این پتانسیل مجموع پتانسیل خوردگی و پلاریزاسیون کاتدی است.
بنابراین پتانسیل مورد نظر برای تعیین کارایی سیستم حفاظت کاتدی، پتانسیل پلاریزه شده در حد فاصل سازه با الکترولیت است. با این حال زمانی که مقدار پتانسیلی اندازه‌گیری می‌شود، نتیجه آن حاصل مجموع جبری کلیه مقادیر افت ولتاژ در مدار اندازه‌گیری است. این موضوع در شکل زیر نشان داده شده است.
برای این که مقدار پتانسیل اندازه‌گیری شده بیانگر پتانسیل پلاریزه شده در حد فاصل سازه با الکترولیت باشد، کلیه افت ولتاژ سایر مقاومت-های مدار اندازه‌گیری باید ناچیز باشد. از آنجایی که ولتاژ (یا افت IR) حاصل ضرب جریان و مقاومت است، زمانی که جریان یا مقاومت کاهش یابد، ولتاژ کاهش می‌یابد.
منظور از جریان معمولاً جریان حفاظت کاتدی اعمال شده است. با این حال، مقدار جریان اندازه‌گیری (جریان مورد نیاز برای کار کردن ولت سنج) یا مقادیر جریان سرگردان می‌توانند قابل توجه باشد. اگر مقاومت ورودی ولت سنج زیاد باشد، مقدار جریان مدار اندازه‌گیری کم است. این موضوع یکی از دلایل استفاده از ولت سنج‌های با مقاومت درونی بالا (مگا اهم)در اندازه‌گیری پتانسیل می‌باشد.
معمولا مقادیر افت ولتاژ در مدار اندازه گیری در برخی شرایط از جمله وارد زیر بسیار ناچیز است :
- مسیرهای فلزی: زمانی که طول مسیر کوتاه باشد و یا سطح مقطع عبور جریان زیاد باشد.
- سطح تماس بین سلول مرجع و الکترولیت: زمانی که سطح تماس مرطوب و یا وسیع باشد.
- نقاط اتصال: زمانی که تماس خوب فلز و فلز برقرار شود.
- مدار داخلی ولت سنج: زمانی که از ولت سنج با مقاومت ورودی بالا (به عنوان مثال 10 مگا اهم) استفاده شود.
- الکترولیت: زمانی که مقدار مقاومت ویژه محیط و یا دانسیته جریان حفاظت کاتدی کم باشد.
کلیه افت ولتاژهای صورت گرفته در مدار اندازه‌گیری، به جز افت ولتاژ از طریق الکترولیت قابل کنترل هستند. افت IRبا استفاده از الکترولیت را می‌توان با قرار دادن الکترود مرجع در نزدیکی سازه و قطع جریان، تقریباً به صفر کاهش داد.
علاوه بر یافتن راهکار برای به حداقل رسانیدن افت IR راهکار دیگر، تعیین بزرگی افت IR از طریق اندازه گیری یا محاسبه و تنظیم پتانسیل اندازه‌گیری شده تا حذف افت IR می‌باشد.
افت IR بر دقت قرائت‌های انجام شده برای سنجش پتانسیل حفاظت کاتدی تأثیر می‌گذارد. در ادامه بحث، معیارهای ذکر شده از اسناد و مدارک مرجع مورد بررسی قرار گرفته خواهند شد. در بسیاری از موارد معیارهای دیگری نیز اعمال می‌شوند. به عنوان مثال، معیار پلاریزاسیون 100 میلی ولت در بسیاری از موارد کاربرد دارد. بسیار مهم است که ما معیارهای مشخص شده برای سازه‌های مورد آزمایش خود را بشناسیم و از آنها اطلاع داشته باشیم. همانطور که قبلاً ذکر شد، معیار و شاخص واحد و کلی برای بررسی عملکرد سیستم حفاظت کاتدی وجود ندارد.
معیارهای پیشنهادی
بطورکلی سه معیار برای تعیین کارایی حفاظت کاتدی مورد استفاده قرار می‌گیرند، دو معیار شامل پتانسیل سازه نسبت به خاک با مقدار -850 میلی ولت نسبت به الکترود مرجع سولفات مس-مس اشباع شده (CSE) و دیگری تغییر پلاریزاسیون 100 میلی ولتی است. سه معیار کلی تعریف شده عبارتند از:
- پتانسیل منفی (کاتدی) با حداقل 850 میلی ولت در حالت روشن. این پتانسیل با در نظر گرفتن الکترود مرجع سولفات مس- مس اشباع شده در تماس با الکترولیت اندازه‌گیری می‌شود. در این حالت می بایست به منظور امکان تفسیر صحیح پتانسیل اندازه‌گیری شده، کلیه افت ولتاژهای مربوط، به جز افت ولتاژ فصل مشترک سازه و الکترولیت در نظر گرفته شود.
- پتانسیل پلاریزه شده منفی با حداقل 850 میلی ولت نسبت به الکترود مرجع مس سولفات مس اشباع شده.
- حداقل 100 میلی ولت پلاریزاسیون کاتدی بین سطح سازه و الکترود مرجع استقرار یافته و در تماس با الکترولیت. امکان اندازه‌گیری تشکیل یا از بین رفتن پلاریزاسیون با هدف تحقق این معیار وجود دارد.