حساب وتطبيق الحماية الكاثودية المؤقتة لخزانات مياه البحر

Thread Content

التآكل الذي يصيب الخزانات في مياه البحر هو بشكل أساسي تآكل كهروكيميائي، أي أن هناك تدفقًا كهربائيًا صغيرًا أثناء عملية التآكل. ووفقًا لمبادئ الكهروكيمياء، فإن الكاثود في خلية التآكل لا يتعرض للتآكل، بينما يحدث التآكل فقط في الأنود. لذلك، إذا تم تحويل المعدن المراد حمايته إلى كاثود، يمكن منع تآكل المعدن؛ وتُعرف هذه الطريقة بحماية الكاثود. تحت تأثير أسعار النفط الدولية، تشهد مشاريع استثمار وتشييد مستودعات تخزين النفط الخام نموًا متزايدًا من قبل الشركات الحكومية والخاصة، وخاصةً في الموانئ المحلية. وأثناء بناء الخزانات الكبيرة، يُعد اختبار الضغط بالماء خطوة ضرورية؛ وبسبب الظروف الجغرافية والاقتصادية، تلجأ معظم مشاريع تخزين النفط إلى استخدام مياه البحر في هذا الاختبار. وللحد من تآكل الصفائح الفولاذية بفعل مياه البحر خلال الاختبار، يجب تركيب حماية كاثودية مؤقتة في الأجزاء ذات الصلة من الخزان. لتحديد شكل وعدد أجهزة الحماية الكاثودية، وبالاستناد إلى المعيار GB50393-2008 وغيره من المواصفات ذات الصلة، تم حساب عدد أجهزة الحماية اللازمة لخزان سعة 100 ألف متر مكعب، وتم تطبيق ذلك عمليًا، حيث أثبتت التجربة العملية صحة الحسابات. عند إجراء اختبار الضغط بمياه البحر للخزانات الكبيرة، يُستخدم عادةً أسلوب الأنودات القابلة للتضحية.

1. البارامترات الأساسية للخزان
1.1 جدول بارامترات الحماية الكاثودية المؤقتة للسطح الداخلي للخزان
1.3 قطر الخزان: 80 مترًا؛
1.4 أعلى مستوى للماء داخل الخزان أثناء اختبار الضغط: 20.2 مترًا؛
1.5 الظروف الجغرافية: مياه البحر نقية، والموقع ليس عند مصب نهر، ونسبة الملوحة في الماء مرتفعة نسبيًا، كما أن مياه البحر تتسم بتأثير تآكلي قوي على الفولاذ.
1.6 مدة الحماية الكاثودية المؤقتة: أقصى مدة هي 65 يومًا؛

2. المواصفات التقنية للتصميم
2.1 الجهد الكهربائي للوسط أثناء فترة الحماية الكاثودية: من -0.85 فولت إلى -1.10 فولت (مقارنةً بقطب مرجعي من نوع Cu/CuSO4)؛
2.2 نطاق الحماية: السطح السفلي للحجرة العائمة، والسطح الداخلي لقاع الخزان، والسطح الداخلي لجدران الخزان؛
2.3 مدة الحماية الكاثودية: 65 يومًا.
2.4 تأثير الحماية: لا يحدث تآكل للخزان في مياه البحر، ويتم غسل بقع الصدأ الأصفر الموجودة على الصفائح الفولاذية، ويمكن فحص ذلك بالعين المجردة أثناء تصريف الماء؛ ولكن بعد التصريف، إذا لم يتم غسل جدران الخزان بالماء العذب فورًا، فإن الجدران المكشوفة ستتكون عليها طبقة من الصدأ المؤكسد في الهواء، ويمكن إزالة هذه الطبقة بقطعة قماش؛ كما تتكون كميات قليلة من مركبات الكالسيوم والمغنيسيوم على السطح السفلي للحجرة العائمة والسطح الداخلي لقاع الخزان.

3. الحسابات التصميمية
3.1 حساب مساحة الحماية
3.2 التيار الواقي
3.2.1 اختيار كثافة التيار
تبلغ مدة اختبار الضغط لهذا الخزان حوالي 65 يومًا، وهي ليست مثل المشاريع البحرية التي تستخدم في مياه البحر لعقود من الزمن؛ لذا يُسمح في المرحلة الأولى باستخدام كثافة تيار منخفضة، بحيث يتكون تدريجيًا طبقة واقية من الكالسيوم والمغنيسيوم على سطح الفولاذ، تشبه طبقة الطلاء. تسمح هذه العملية بتحقيق الجهد الواقي المطلوب خلال شهر إلى نصف عام دون التأثير بشكل كبير على فعالية الحماية. أما مدة اختبار الضغط للخزان فهي فقط بضعة عشرات من الأيام، لذا يجب أن يكون معدل الاستقطاب سريعًا؛ فأينما وصلت مياه البحر، يجب أن يتم الحماية فورًا في ذلك المكان. وعليه، تم اختيار كثافة التيار الواقي على النحو التالي:
3.2.2 حساب التيار الواقي

4. اختيار الأنودات
يجب أن يستوفي اختيار الأنودات الشروط التالية:
(1) الحاجة إلى كمية هائلة من التيار الاستقطابي للخزان بأكمله، لذا يجب أن يكون التيار المنتج من كل أنود بحد أقصى؛
(2) مدة الحماية الكاثودية المؤقتة قصيرة، فهي عادةً من شهر إلى 3 أشهر، وفي أقصى الحالات نصف عام؛ لذا يجب أن يكون اختيار الأنودات فعالًا قدر الإمكان لتقليل الهدر غير الضروري؛
(3) يجب أن تتطابق التركيبة الكيميائية للأنود مع سرعة الاستقطاب اللازمة للحماية الكاثودية في بيئة مياه البحر هذه؛
(4) خلال فترة الحماية المؤقتة بأكملها، يجب مراعاة الاحتياجات الهندسية الفعلية للخزان عند اختيار مواد الحماية الكاثودية، مع تجنب تكوين كميات مفرطة من مركبات الكالسيوم والمغنيسيوم التي قد تغطي لحامات الخزان وتصعب تنظيفها.
وعليه، فإن اختيار الأنودات وتركيبتها الكيميائية في هذا التصميم هي كالتالي:
(1) السطح الداخلي لقاع الخزان والسطح السفلي للحجرة العائمة: الطراز: HCAJ-D/10
(2) جدران الخزان: الطراز: HCAJ-D/22
(3) التركيبة الكيميائية للأنود: أنود متخصص للحماية الكاثودية المؤقتة للخزانات الفولاذية من نوع HC.

5. حساب مقاومة الماء للأنود المختار والتيار المنتج منه
0.85 - معامل استخدام الأنود.
بناءً على الحسابات السابقة:
(1) التيار المنتج من كل أنود تحت السطح السفلي للحجرة العائمة هو 10.20 أمبير، ومدة حياته هي 77 يومًا؛
(2) التيار المنتج من كل أنود على السطح الداخلي لقاع الخزان هو 10.20 أمبير، ومدة حياته هي 77 يومًا؛
(3) التيار المنتج من كل أنود على السطح الداخلي لجدران الخزان هو 20.27 أمبير، ومدة حياته هي 85 يومًا.
ومن خلال حساب عمر الأنودات، يتضح أن كل أنود يفي بمتطلبات الحماية الكاثودية المؤقتة لمدة 65 يومًا.

6. حساب عدد الأنودات
IP12: كمية التيار المنتجة من كتل الأنودات المصنوعة من سبائك الألومنيوم القابلة للتضحية المثبتة على السطح الداخلي لقاع الخزان؛

7. تأثير التطبيق العملي
في مشروع قاعدة ** لتخزين النفط في تيانجين، تم استخدام مياه البحر في اختبار الضغط للخزانات، ووفقًا للحسابات المذكورة أعلاه، تم استخدام أنودات من سبائك الألومنيوم والمغنيسيوم والإنديوم والكادميوم للحماية الكاثودية؛ وبعد انتهاء اختبار التعبئة بالماء، تبين أن تأثير الحماية كان جيدًا، حيث ** قلل من تآكل مياه البحر للصفائح الفولاذية.