حماية أنابيب النفط من التآكل

من بين طبقات الحماية المستخدمة على نطاق واسع في الأنابيب الفولاذية محليًا، نجد القار البترولي، وطبقة PE، وطبقة PE الرغوية، والقار الإيبوكسي، وطلاء الزجاج المصنوع من قطران الفحم، والبودرة الإيبوكسية، بالإضافة إلى الهيكل المركب ذو الثلاث طبقات، وشريط اللف البارد من القار الإيبوكسي من نوع PF، وشريط اللف البارد من القار الإيبوكسي المصنوع من المطاط والبلاستيك من نوع RPC. أما أكثر طرق الحماية شيوعًا حاليًا فهي الهيكل المركب ذو الثلاث طبقات من نوع PE، والبودرة الإيبوكسية ذات الطبقة الواحدة، وشريط اللف البارد من نوع PF، وشريط اللف البارد من نوع RPC.

طرق الحماية من التآكل: أ. الحماية بالطلاء: يتم استخدام طلاء متساوٍ ومتماسك على سطح الأنابيب المعدنية بعد إزالة الصدأ، وذلك لعزلها عن المواد المسببة للتآكل. وهي إحدى أبسط طرق حماية الأنابيب من التآكل. منذ سبعينيات القرن الماضي، أدى تمديد الأنابيب في بيئات قاسية مثل القطبين والمحيطات، بالإضافة إلى تسخين النفط أثناء نقله مما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة الأنابيب، إلى ظهور متطلبات أكبر على أداء الطلاءات. لذلك، يتم استخدام المواد المركبة أو الهياكل المركبة بشكل متزايد في طلاءات حماية الأنابيب. 1. طلاء الحماية للجدار الخارجي: أنواع مواد طلاء الجدار الخارجي للأنابيب وشروط استخدامها. ②طبقة الحماية المضادة للتآكل على السطح الداخلي: طبقة رقيقة تُطلى على السطح الداخلي للأنابيب، وذلك لمنع التآكل داخل الأنابيب وتقليل مقاومة الاحتكاك وزيادة كمية المواد المنقولة. من أنواع الطلاءات المستخدمة بشكل شائع، راتنج الإيبوكسي المتصلب بالأمينات وراتنج الإيبوكسي البولياميد، ويتراوح سمك الطبقة من 0.038 إلى 0.2 ملم. لضمان التصاق الطلاء بجدار الأنبوب بإحكام، يجب معالجة سطح الجدار الداخلي للأنبوب. منذ سبعينيات القرن الماضي، هناك ميل إلى استخدام نفس المواد في طلاء الجدران الداخلية والخارجية للأنابيب، وذلك لتسهيل عملية الطلاء في كلا الجزئين في نفس الوقت. ③طلاء العزل والحماية من التآكل: في أنابيب نقل النفط الخام أو زيت الوقود ذات القطر المتوسط والصغير، يتم تطبيق طبقة مركبة للعزل والحماية من التآكل على الجانب الخارجي للأنابيب، وذلك للحد من فقدان الحرارة من الأنابيب إلى التربة. المادة العازلة الشائعة الاستخدام هي رغوة البولي يوريثان الصلبة، ودرجة الحرارة المناسبة لها تتراوح بين –185 و95 درجة مئوية. هذه المادة ذات قوام ناعم، ولزيادة متانتها، يتم إضافة طبقة من البولي إيثيلين عالي الكثافة فوق طبقة العزل الحراري، لتشكيل هيكل مركب يمنع تسرب المياه الجوفية إلى داخل طبقة العزل. ب. الحماية الكهربائية: طريقة تتمثل في تغيير الجهد الكهربائي للمعدن بالنسبة للوسط المحيط به، وذلك لحماية المعدن من التآكل. يشير حماية خطوط النقل الطويلة بالطرق الكهربائية إلى الحماية الكاثودية وطرق منع التآكل الكهربائي فقط. ①الحماية الكاثودية: طريقة لتحويل المعدن المراد حمايته إلى حالة كاثودية، وذلك لمنع تآكل المعدن. يُستخدم هذا الأسلوب في حماية السفن من التآكل منذ أكثر من 150 عامًا ； استُخدم لأول مرة في عام 1928 في الأنابيب، حيث تم تطبيق مبدأ عدم تأثر الكاثود بالتآكل بينما يتأثر الأنود بالتآكل في خلايا التآكل المعدنية على تقنيات الحماية من التآكل المعدني. يمكن استخدام تيار كهربائي خارجي لإجبار سطح المعدن المراد حمايته في السائل الكهربائي على التأريض بالكامل، وبذلك لا يحدث تآكل. هناك معياران لتحديد ما إذا كان الأنبوب يخضع للحماية الكاثودية أم لا. الأول هو الجهد الواقي الأدنى، وهو الجهد الذي يصل إليه المعدن عند الاستقطاب الكاثودي في محلول كهربائي حتى يتوقف عملية التآكل ； يعتمد قيمته على عوامل مثل البيئة المحيطة، والقيمة المستخدمة عادةً هي -850 مللي فولت (وذلك بالنسبة لقياسات الإلكترود المرجعي المصنوع من النحاس وكبريتات النحاس، وينطبق الأمر نفسه فيما يلي). الثاني هو الجهد الحماية الأقصى، أي أعلى قيمة جهد يمكن أن تصل إليها سطح المعدن المراد حمايته. عندما يكون تأطير الكاثود شديدًا جدًا، يتكون غاز الهيدروجين بين سطح الأنبوب والطلاء، مما يؤدي إلى تقشر الطلاء نتيجة التأثير الكاثودي. لذلك، من الضروري الحفاظ على جهد نقطة التجميع ضمن النطاق المسموح به، حتى لا يتعرض الطلاء للتلف. هذه القيمة مرتبطة بخصائص الطلاء، وعادةً ما تتراوح بين -1.20 و-2.0 فولت. هناك طريقتان لتحقيق الحماية الكاثودية للأنابيب تحت الأرض، وهما طريقة التيار الخارجي وطريقة القطب المضحي. طريقة التيار الخارجي تعتمد على مصدر تيار مستمر، حيث يتم توصيل القطب السالب بالأنبوب المراد حمايته، بينما يتم توصيل القطب الموجب بالأرضية الأنودية. بعد توصيل الدائرة، يتم قطبنة الأنابيب بالقطب السالب. عندما يصل الجهد الكهربائي للأنابيب بالنسبة للأرض إلى أدنى جهد حماية، يتم تحقيق حماية كاثودية كاملة. يكون توصيله كما في الشكل 3. يمكن استخدام مصادر الطاقة المستمرة الشائعة، ومن بينها تُعتبر أجهزة التحويل الكهربائي هي الأكثر شيوعًا. عادةً ما يكون الخرج المستمر أقل من 60 فولت و30 أمبير. تشمل مصادر الطاقة المستمرة الجديدة مولدات الفرق الحراري وخلايا الطاقة الشمسية، وتُستخدم غالبًا في المناطق التي تعاني من نقص في الكهرباء. الأرضية الأنودية هي جسم موصل متصل بالقطب الموجب لمصدر التيار المستمر، ويكون لديه اتصال كهربائي جيد مع الأرض، ويُطلق عليه أيضًا جهاز توصيل الأنود بالأرض ； المواد الشائعة الاستخدام تشمل الفولاذ الكربوني، والحديد عالي السيليكون، والجرافيت، وأكسيد الحديد المغناطيسي، وغيرها. يتم تركيب أرضية الأنود في مكان يكون فيه مقاومة التربة منخفضة، ويسهل توزيع التيار الواقي فيه، ولا يتعارض مع المنشآت الأرضية المجاورة. يتوافق موضع الأنود مع موضع الأنابيب، وهناك نوعان من الأنودات: الأنود المدفون على عمق قليل على مسافة بعيدة، والأنود العميق. لقياس معايير الحماية الكاثودية وتقييم فعالية حماية الأنابيب بواسطة الطريقة الكاثودية، يجب تحديد نقاط قياس وشرائح فحص على طول الأنابيب. أجهزة القياس المستخدمة معها تشمل جهاز قياس الجهد ذو المقاومة العالية، وجهاز قياس التيار، وأقطاب كبريتات النحاس، وغيرها. منذ سبعينيات القرن الماضي، بدأ استخدام أنظمة قياس عن بُعد لمعايير الحماية الكاثودية مع نظام المسح الجوي بالأنابيب، مع استخدام الحواسيب الإلكترونية لمعالجة البيانات المقاسة. يمكن أن تصل مسافة الحماية لكل محطة في نظام الحماية الكاثودية بواسطة التيار الخارجي إلى عشرات الكيلومترات، وغالبًا ما يتم استخدام هذه الطريقة في حماية خطوط الأنابيب طويلة المسافة. طريقة الأنود الضحية تتمثل في ربط معدن ذو جهد كهربائي أكثر سالبية من المعدن المراد حمايته بالمعدن نفسه، حيث يشكلان معًا خلية كهروكيميائية في محلول إلكتروليتي. تصبح المعادن ذات الجهد السالب (مثل المغنيسيوم والزنك والألومنيوم وسبائكها) القطب الأنودي، حيث تتآكل تدريجيًا أثناء عملية تدفق التيار، بينما يصبح معدن الأنابيب المحمي القطب الكاثودي وينجو من التآكل، ولذلك تُسمى المعادن ذات الجهد السالب بالأقطاب الأنودية التضحية. يظهر توصيله في الشكل 4. تستخدم الأنابيب تحت الأرض حماية بواسطة الأنود التضحوي، والعوامل الحاسمة في ذلك هي تيار الأنود، وعدد الأنودات، وطول المسافة المراد حمايتها. بعد تحديد نوع الأنود، فإن ما يؤثر على المعاملات المذكورة أعلاه هو مقاومة تأريض الأنود ومقاومة التسرب في الجزء المتعلق بأنبوب حماية الأنود. يعتمد الأول على مقاومة التربة، بينما يعتمد الثاني على مقاومة طلاء الأنابيب وجودة تطبيق الطلاء. يرتبط عمر الأنود المضحي بوزنه، ويمكن أن يستمر من سنوات إلى عقود حسب الحاجة. يتمتع الأنود التضحوي بمزايا مثل توفير التكاليف، وسهولة الإدارة، وعدم الحاجة إلى مصدر طاقة خارجي، بالإضافة إلى فعاليته العالية في منع التآكل الناتج عن التدخلات الخارجية، ولذلك يُستخدم على نطاق واسع في حماية الأنابيب المعدنية تحت الأرض. ②طرق منع التآكل الكهربائي: أولاً، اتخاذ تدابير على المنشآت المرتبطة بمصادر التيارات الكهربائية غير المرغوب فيها، بهدف تقليل التيارات الناتجة عن التسرب إلى أدنى حد ممكن ； ثانيًا، عند تمديد الأنابيب، يجب تجنب المناطق التي يوجد فيها تيارات كهربائية متفرقة قدر الإمكان، أو رفع جودة طبقة العزل والحماية للأجزاء المتأثرة من الأنابيب، وذلك باستخدام تدابير مثل الحماية بالعوازل أو استخدام فلانشات عازلة ； ثالثًا، توفير حماية ضد التداخل في الأنابيب، وذلك عن طريق توجيه التيارات الكهربائية العشوائية من الأنابيب المتأثرة إلى شبكة الكهرباء التي ينبعث منها هذا التيار، وبذلك يتم القضاء على تأثير التيارات العشوائية على تآكل الأنابيب. وبناءً على نطاق التطبيق والخصائص المختلفة لأجهزة التصريف، يتم تقسيمها إلى ثلاثة أنواع: التصريف المباشر، والتصريف بناءً على القطبية، والتصريف القسري. فيما يتعلق بالحماية من جهود التداخل الكهربائي، فقد وضعت العديد من ** لوائح تقنية، وتتمثل الطرق الرئيسية في استخدام المسافات الآمنة وأنظمة تصريف التيار لحماية الأنابيب من التلف.