اندازه گیری پتانسیل و جریان با استفاده از کوپن

پلاریزیشن کوپن یا اصطلاحا کوپن حفاظت کاتدی یکی از راه های شناخته شده برای ارزیابی خوردگی و وضعیت حفاظت کاتدی یک سازه تحت حفاظت است . کوپن را میتوان شبیه ساز سطح فلز در تماس با خاک دانست به همین علت سایز انتخابی آنها بر اساس بزرگترین سایز نقطه بدون پوشش پیش بینی شده است . سازندگان مختلف اشکال مختلفی را برای کوپن ها در نظر میگیرند . برخی از سازندگان کوپن هایی با چند سطح مختلف ساخته اند که با یک سوئیچ مستوان سطح کوپن را افزایش یا کاهش داد تا از صحت اندازه گیری و تناسب آن با نقطه صدمه دیده اطمینان حاصل کرد . علاوه بر این ممکن است دو کوپن را درکنار یکدیگر قرار دهند ویا به یک کوپن دو رشته کابل متصل باشد .در برخی موارد طراحان یک کوپن آزاد در نظر میگیرند که با استفاده از آن پتانسیل طبیعی را شبیه سازی کنند . تصویر نصب پلاریزیشن کوپن تک کابل و دو کابل و اندازه گیری پتانسیل در باکس مربوطه در شکل زیر آورده شده است .تصویر ارائه شده در حالتی است که کوپن تک کابل تنها استفاده شده است . در این حالت بین تک کابل کوپن و سازه (ترمینال AوB )یک اتصال الکتریکی برقرار می شود . پتانسیل مطابق شکل ارائه شده بین الکترود مرجع ( در این تصویر مدل دائمی) و کوپن قبل از قطع کابل مشترک قرائت میشود (بیت ترمینال E و B  ). در حالتی که هدف قرائت پتانسیل قطع میباشد کابل مشترک (خط چین بین ترمینال A  و B )به صورت لحظه ای قطع (باز) خواهد شد .

جریان AC و DC : اندازه گیری جریان های مختلف با استفاده از کوپن های مبنای علمی ساده ای دارد و روش آن قرار دادن یک سطح مشخص فلز به صورت کوپن در نزدیکی سازه و یک آمپر متر در مسیر اتصال آن به سازه اصلی است . در این شرایط میتوان جریان حفاظتی به صورت DC ویا جریان سرگردان AC را اندازه گیری کرد . هر چند بنیان تئوری این روش ها ساده است اما میزان جریان کم و احتیاج به دقت بالا در اندازه گیری و کالیبره کردن هر نقطه با توجه به مقاومت های نا خواسته در مسیر اندازه گیری و پارامتر های محیطی نظیر مقاومت خاک در اجرا استفاده از آنرا مشکل ساخته است . برخی از شرکت های پیشرو با حل معضلات پیش گفته این نوع اندازه گیری ها را به عنوان تکنولوژی سر بسته و به شکل یک پکیج به فروش میرسانند.

پتانسیل DC : مبنای استفاده از کوپن بدین صورت است که کوپن در نزدیکی سازه مدفون است و از طریق کابل خط لوله اتصال داده میشود و بعد از گذشت زمان و رسیدن به حالت تعادل میتوان از آن به عنوان شبیه ساز سطح فلز در تماس با خاک استفاده کرد . در زمان استفاده از کوپن بر خلاف روش اندازه گیری پتانسیل پلاریزه و قطع کلیه منابع جریان کابل کوجپن به صورت لحظه ای قطع میشود و پتانسیل بر روی آن قرائت می شود .استفاده از کوپن در اندازه گیری پتانسیل در بسیاری از ششرایط پیشنهاد میشود. بر اساس استاندارد NACE به شماره SP-0104(نسخه ۲۰۱۴)از کوپن به منظور اندازه گیری پتانسیل در شرایط زیر استفاده میکنند :

• جریان توسط منابع مختلف جریان تشکیل میشود و نمیتوان آنها را هم زمان قطع نمود . و یا اینکه این منابع خارجی بوده و افت IR در اندازه گیری پتانسیل Off قابل تشخیص نیست.
• آند فداشونده مستقیم به سازه متصل بوده و نمی توان آن را برای اندازه گیری پتانسیل Off صحیح قطع نمود.
• اثر جریان های زمینی طولانی که میتواند در اندازه گیری پتانسیل Off خطا ایجاد کند .
• جریان سرگردان قوی که میتواند خطای زیادی در مسیر حذف IR در زمان تست پتانسیل ایجاد کند.
• وجود محل های خورنده قوی در محیط هایی که ذاتا خوردگی در آنها پایین است .
• وجود نوسان سوزنی در اندازه گیری پتانسیل Off که میتواند خطا ایجاد کند.
• با توجه به اینکه اندازه گیری درسطح زمین به نوعی میانگین گیری از پتانسیل نقاط مختلف است ممکن است موجب شود نوسان واقعی پتانسیل کمتر تخمین زده شود.
• وجود چند خط در یک محدوده که موجب می شود در اندازه گیری یکدیگر خطا ایجاد کنند.
• اگر چند خط لوله در کنار یکدیگر بود و به یکدیگر متصل باشند میتوان پتانسیل حقیقی هر خط را با قراردادن کوپن های جداگانه به راحتی بدست آورد.
• در مجتمع هایی که انواع لوله به یکدیگر متصل هستند ومنابع تامین جریان متعدد است اندازه گیری پتانسیل صحیح در بسیاری موارد مشکل و بعضا غیر ممکن است به همین دلیل استفاده از کوپن برای اندازه گیری پتانسیل صحیح در هر نقطه و بدون قطع منابع جریانی بسیار موثر خواهد بود.

برای اندازه گیری صحیح پتانسیل با استفاده از کوپن چند نکته عمده میبایست مد نظر قرار گیرد:

• محل قرارگیری کوپن در فاصله نزدیک به سازه که هم در محدوده دریافت جریان یکسان با سازه قرار گیرد و هم در محیط (بکفیل)یکسان با سازه باشد.
• مقاومت مسیر اندازه گیری هافسل تا کوپن می بایست کم باشد که هم میتواند با نصب هافسل دائمی در نزدیکی آن به این هدف رسید و هم میتوان با ایجاد مسیر اندازه گیری مناسب بین هافسل قابل حمل و کوپن مسئله را حمل نمود . برای حالت دوم ایجاد مسیر دسترسی خاک با قرار دادن لوله تا بالای کوپن قابل دسترسی است. در صورتی که مقاومت خاک بیشتر از ۱۰۰۰۰ اهم. سانتیمتر بود میتوان خاک داخل مسیر دسترسی را با بتونیت ترکیب کرد یا کاملا غرق آب کرد تا مسیر اندازه گیری مقاومت کمتری داشته باشد و خطای اندازه گیری در آن کاهش داده شود.
• در زمان اندازه گیری پتانسیل سازه هنوز به مدار حفاظت کاتدی متصل است و جریان به سمت آن در حال حرکت است. در نتیجه ممکن است در اندازه گیری پتانسیل صحیح در روی کوپن خطا ایجاد کند. این نکته در بستر های نزدیک محتمل تراست.
• نزدیک بودن کوپل به نقاط صدمه دیده پوشش که جریان بیشتری جذب میکنند نیز میتواند در اندازه گیری صحیح مشکل ایجاد کند.

کوپن های دیگر نیز ممکن است برای ارزیابی خوردگی در کنار خط لوله حفاظت شده مورد استفاده قرار گیرند. به عنوان مثال کوپن های امپدانس الکتروشیمیایی(EIS ) کوپن های مقاومت الکتریکی (ER) ویا کوپن های پلاریزاسیون خطی(LPR) که مبناهای علمی مختلفی داشته و با توجه به اینکه برای ارزیابی خوردگی و وضعیت سطح می باشند و مستقیما به عملکرد سیستم حفاظت کاتدی مرتبط نیستند در این بحث به آنها پرداخته نمی شود.

منبع : کتاب حفاظت کاتدی :اندازه گیری و معیار

نویسندگان:مهدی عطارچی و حمید رضا اطلاعی

انتشارات : هامش