تنها درصدی مشخص از آب شیرین به صورت قابل دسترس و قابل استقاده در سطح کره زمین وجود دارد، که همسو با رشد جمعیت انسان، تقاضا برای آن نیز افزایش می یابد. حدودا 70 درصد سطح زمین از آب اقیانوس ها تشکیل شده است، در حالیکه حاوی نمک بسیار زیادی است که برای افراد غیر قابل نوشیدن است. به هر حال، همسو با پیشرفت تکنولوژی ، نمک زدایی – پروسه جداسازی نمک از آب – نیز به طور چشمگیری رشد و ترقی داشته است. قبل از اینکه آب دریا در محل نمک زادیی جهت اعمال پروسه قرار گیرد، ابتدا باید آب به آن مکان انتقال داده شود. در اینجا است که سیستمهای خطوط انتقال آب دریا وارد پروسه می شوند.
اهمیت حفاظت از خوردگی داخلی خط لوله
سیستم های آب دریا می تواند از فولاد ضد زنگ پرآلیاژ ایجاد شوند. این سیستم ها به دلیل وجود نمک و سایر ذرات حل شده یا معلق درون آب دریا، می توانند به شدت دچار خوردگی یا زنگ زدگی شوند. خوردگی از داخل به فلزات می چسبد و یا آن را می خورد و این باعث خسارت می شوند. این خسارت می تواند هزینه بر باشد، کارآمدی سیستم را کاهش دهد و حتی منجر به فروپاشی فیزیکی آن شود.
یک طرح نمک زدایی. تصویر توسط James Grellier– کار خود. تحت مجوز CC BY-SA 3.0,. از طریق Wikimedia Commons..
متأسفانه ، تکنیک های حفاظت کاتدی مرسوم به دلیل نرخ مصرف زیاد آند و احتمال شکنندگی هیدروژن می تواند برای فولاد ضد زنگ مناسب نباشد.
در عوض ، می توان از یک روش دیگری برای محافظت در برابر خوردگی داخلی که بر پایه سیستم حفاظت کاتدی (حفاظت از خوردگی) با مقاوت کنترل شده است، استفاده کرد. مدل آموزشی مورد بحث در اینجا برای یافتن تأثیر مقاومت کوپلینگ در سطح حفاظت از خوردگی، شبیه سازی این روش با استفاده از نرم افزار COMSOL Multiphysics® و Corrosion Module (ماژول خوردگی) را معرفی می کند. مهندسان خوردگی همچنین می توانند از این نوع مدل برای بررسی تأثیر شعاع خطوط لوله در میزان نیاز آن به محافظت در برابر خوردگی استفاده کنند.
مدلسازی یک سیستم حفاظت کاتدی (حفاظت از خوردگی) با مقاوت کنترل شده
مدلی از یک سیستم خط لوله پیچیده در زیر نشان داده شده است. دو سیکل خط لوله وجود دارد: اولی با شعاع 5/0 متر و دیگری با شعاع 2/0 متر. آند فداشونده مقاوت کنترل شده که به رنگ آبی برجسته می باشند در سراسر سیستم توزیع شده اند. این شکل همچنین دارای یک پلکان و کف است، این موارد تنها برای ایجاد یک تجسم ذهنی بهتر از پروسه می باشد.
مدل هندسی برای سیستم خط لوله
این مدل از چندین رابط و صفات بهره میگیرد:
- Current Distribution، رابط Pipe برای حل انتقال بار الکترولیت مورد استفاده قرار گرفته است.
- شرط لبه ای Pipe Electrode Surface برای تنظیم شدت جریان خوردگی موضعی بر روی سطح داخلی لوله به عنوان تابعی از پتانسیل الکترولیت در سرتاسر شبکه خط لوله استفاده شده است.
- شرط نقطه ای Pipe Point Sacrificial Anode جهت تنظیم جریان آند، براساس یک مقاومت کوپلینگ و یک پتانسیل تعادلی برای واکنش انحلال آند استفاده شده است.
برای جزئیات بیشتر در مورد نحوه استفاده از رابط ها و راهنمای مدل سازی گام به گام ، به اسناد مدل مراجعه کنید.
نگاهی به نتایج شبیه سازی
طرح زیر پتانسیل سطح لوله در برابر یک الکترود منبع مجاور در امتداد شبکه خط لوله برای ۲ اهم مقاومت کوپلینگ را نشان می دهد. پتانسیل بالاتر در این طرح به این معنی است که لوله نسبت به خوردگی بیشتر آسیب‌پذیر است. پتانسیل به طور کلی نسبت به خط لوله با شعاع کوچک‌تر بیشتر منفی است، چون مساحت داخلی کمتری نسبت به خط لوله با شعاع بزرگ‌تر دارد، در نتیجه جریان پایین‌تری برای این آند ها مورد نیاز است.
پتانسیل الکترود در مقابل منبع مجاور در سیستم خط لوله.
همچنین می‌توانید مناطقی در امتداد شبکه خط لوله، که ممکن است به اندازه کافی برای خوردگی محافظت نشده با اعمال یک فیلتر با حالت پتانسیل الکترودی در مقابل منبع مجاور > پتانسیل محافظ از خط لوله، را شناسایی کنید. روند این کار در طرح زیر نشان داده شده‌است. قسمت‌های از خط لوله که دارای حفاظت ناکافی هستند با رنگ قرمز نشان‌داده شده‌اند.
مدلسازی سیستمهای حفاظت کاتدی (حفاظت از خوردگی) با مقاوت کنترل شده برای سیستم خطوط لوله، با محافظت ناکافی که با رنگ قرمز پررنگ شده است.
خودتان امتحان کنید..
می‌خواهید مدلسازی سیستمهای حفاظت کاتدی (حفاظت از خوردگی) با مقاوت کنترل شده را امتحان کنید یا نتایج برای مقادیر مختلف اهم را ببینید؟ برای دریافت مدل آموزشی در زیر کلیک کنید. توجه داشته باشید که شما باید وارد حساب کاربری comsol شده و دارای مجوز نرم‌افزارهای معتبر باشید.
این متن از وبسایت comsol ترجمه شده است، استفاده از ترجمه با ذکر نام کامسولفا مجاز است. مشاهده متن اصلی
