حفاظت کاتدی کشتی با آند فداشونده و ویژگی‌های آن

خوردگی کشتی و حفاظت از آن با کاتد‌ها و آندهای فداشونده

معمولا میزان خوردگی در تمامی قسمت‌های کشتی یکسان نیست. هر قسمت از کشتی دارای میزان متفاوتی از خوردگی می باشد. قسمت هایی از کشتی که بیشتر در معرض تماس با آب دریا قرار دارند بیشتر دچار خوردگی می شوند مانند مخازن و لوله های موجود در کف کشتی. در نتیجه به این مورد توجه داشته باشید که معمولا قسمت های پایینی کشتی که به صورت مداوم در آب هستند، بیشتر در معرض خوردگی قرار می گیرند. در ادامه این مقاله به دیگر قسمت های کشتی که در معرض خوردگی بیشتری قرار دارند اشاره خواهیم کرد. این قسمت ها به شرح ذیل می باشند:
بدنه خارجی کشتی یعنی قسمی از کشتی که در معرض مستقیم آب دریا قرار دارد.

• بخش هدایت کشتی
• شفت پروانه‌ای
• بلیج کیل Blige keel
• رانش کمان
• مخازن موجود در کشتی
• مخازن بالاست
• تانک های موجود دیگر در کشتی
• لوله‌های حمل بالاست

روش های مناسب برای جلوگیری از خوردگی بدنه کشتی و استفاده از آند فداشونده بدنه کشتی

نکته ای که باید بدانید این است که روش های بسیاری برای محافظت از خوردگی کشتی وجود دارد. اما این روش ها با توجه به محلی که کشتی در آن دچار خوردگی شده است متفاوت می باشد. در نتیجه در ابتدا باید محل دقیق خوردگی کشتی مشخص شود. سپس اقدام به جلوگیری از خوردگی بدنه کشتی شود. در ادامه به روش های محافظت از کشتی در برابر خوردگی اشاره خواهیم کرد.

روش های محافظت از کشتی در برابر خوردگی به شرح ذیل می باشد:

1. استفاده از رنگ های ضد خوردگی: در این روش با استفاده از رنگ کردن بدنه کشتی می توانید حفاظت از بدنه کشتی در برابر خوردگی را تامین نمایید.
2. استفاده از روش محافظت کاتدی
3. استفاده از آند فداشونده بدنه کشتی و حفاظت کاتدی

در این مقاله قصد داریم تا در رابطه با آند فداشونده بدنه کشتی اطلاعاتی را در اختیارتان بگذاریم. در ابتدا لازم است تا به بعضی از سوالات شما پاسخ دهیم.

محافظت کاتدی چیست؟

این روش یعنی حفاظت کاتدی روشی است که از آن برای محافظت از خوردگی بدنه کشتی استفاده می شود. همانطور که از نام این روش پیدا است، در این روش از کاتد برای محافظت از بدنه کشتی استفاده می شود. برای این که با نحوه کار این روش آشنایی پیدا کنید تا پایان این مقاله ما را همراهی کنید تا در خصوص استفاده از این مکانیزم اطلاعاتی را بیان کنیم. در ادامه به چرایی ایجاد خوردگی در بدنه کشتی می‌پردازیم.

پدیده خوردگی بدنه کشتی چیست و چگونه رخ می‌دهد؟

شاید برایتان جالب باشد بدانید که کشتی ها از فولاد ساخته شده اند. جزو اصلی این ماده آهن می باشد و قطعا همانطور که می دانید آهن در برابر رطوبت به راحتی دچار خوردگی و یا زنگ زدگی می شود. آهن یک عنصر الکتروشیمیایی مخصوص است. به بیانی دیگر بهتر است بگوییم آهن تمایل دارد تا الکترون های ترکیبات خود را آزاد کند تا این الکترون ها به یون های آزاد تبدیل شوند. ترکیبات آب دریا هیدروژن و اکسیژن می باشد. یون های هیدروکسید منفی، الکترولیز منفی تولید می کنند که این ترکیب باعث می شود یون های آهن به صورت کامل پذیرفته شوند. طی همین فرایند یون‌های آب با یون های هیدروکسید آب ترکیب می شوند و در انتها محصولی به عنوان هیدروکسید آهن را ایجاد می کنند. این ترکیب باعث ایجاد رنگ قهوه‌ای بر روی سطح می شود. این فرایند خوردگی و یا زنگ زدگی نام دارد. در ادامه به آند فداشونده بدنه کشتی اشاره خواهیم کرد.

منظور از آند‌های فدا شونده چیست؟

اکنون زمان آن رسیده است تا در خصوص آند فداشونده و نحوه کار آنها برای حفاظت کاتدی اطلاعاتی را بیان کنیم. آند های فداشونده به موادی گفته می شود که خیلی راحت دچار خوردگی می شوند. این سازه‌ها کاملا عمدی بر روی سازه های فلزی نصب می شوند. از آند‌ها به عنوان فداشونده استفاده می شود. با این کار تقریبا هر قطعه ای که در زیر آند‌ها باشد عاری از هر گونه خوردگی باقی می ماند. معمولا مکانیسم حفاظت از آند‌های فداشونده بسیار شبیه به واکنش سلول‌های الکتروشیمیایی است.
معمولا در آند های فداشونده فلز های محافظت شده در قسمت کاتد ها قرار می گیرند. در این قسمت یک فلز با آلیاژ واکنش پذیر ( با اختلاف پتانسیل بسیار بالاتر از فلز محافظت شده) انتخاب می شود و به عنوان آند به فلز محافظت شده متصل می شود. این ترکیب باعث ایجاد واکنش ردوکس می شود. در این هنگام یک واکنش اکسیداسیون در آهن رخ می دهد. این به معنی است که طی این فرایند فلز فداشونده مصرف می شود. دقیقا در همین زمان واکنشی تحت عنوان “کاهش مقدار کاتد” رخ می دهد و طبق این فرایند از فرسایش فلز در برابر عوامل بیرونی جلوگیری می شود. در نتیجه احتمال خوردگی فلز محافظت شده با موفقیت به آند انتقال پیدا می کند. طبق این فرایند فلز ها در برابر خوردگی در امان می مانند.

استفاده از روش آند فداشونده برای کشتی یک روش نسبتا ارزان برای محافظت از قسمت های کلیدی کشتی به شمار می رود. همانطور که در بالاتر نیز عنوان کردیم استفاده از این روش باعث کاهش زیان های وارد شده از سمت جریان الکتریسیته و آب نمک می شود. در واقع این چنین می توان گفت که آند‌ها تنها بخشی هستند که در طول فصل کشتیرانی می توانید اقدام به تخریب آن ها نمایید. مشاهده آند‌های فداشونده که به تدریج دچار خوردگی می شوند ( تا هنگامی که این فرایند با سرعت انجام نشود) باعث اطمینان شما از محافظت قسمت‌های فلزی کشتی می شود که در تماس مستقیم با آب قرار دارند.

آندها از چه اجزایی ساخته شده‌اند؟

به صورت کلی آند های ساده دارای دو قسمت می باشند. این دو قسمت تحت عنوان نام های زیر شناخته می شوند:
بدنه آند: بدنه آند در واقعا همان آند فداشونده روی و یا آلومینیوم آند می‌باشد.
میله آند: لوله و یا میله‌ای تخت است که از فولاد تشکیل شده است. در واقع از درج برای محکم کردن آند بر روی سطح استفاده می شود. این قسمت به وسیله پیچ و مهره محافظت می شود. در ادامه به توضیحاتی در خصوص آند فداشونده بدنه کشتی می پردازیم.

طبقه بندی آند‌ها

آند ها بر اساس شکل، اندازه، نوع اتصال، شیوه اتصال و جنس به دسته های مختلف طبقه بندی می شوند.

شکل آند‌ها

همانطور که در بالاتر نیز عنوان کردیم آند‌ها دارای انواع مختلفی می‌باشند که در ادامه این مقاله به پرکاربردترین آند ها اشاره کرده ایم:

• بلوک شکل و یا مسطح
• نیمه استوانه‌ای و یا استوانه‌ای
• آند‌های قطره‌ای
• آند‌های حلقه‌ای
• آند‌های دیسکی شکل
• آند‌های لوله‌ای

به طور مثال آند‌های مسطح برای سطوح بزرگ استفاده می شوند مانند سطوح کشتی‌های بزرگ. آند های قطره اشک معمولا برای قایق های تندرو مورد استفاده قرار می گیرند چرا که در این قایق‌ها جریان آب بسیار مهم می باشد. با استفاده از آند‌های اشکی مقاومت بدنه قایق در برابر عوامل بیرونی دو چندان می شود.
از آند‌های حلقه‌ای برای لوله‌ها و شفت‌های پروانه‌ای استفاده می شود و آند‌های لوله‌ای برای کابل‌ها استفاده قرار می گردد. اما در حالت کلی می توان اینگونه عنوان کرد برای استفاده از آند ها یک قانون کلی وجود ندارد و آند مورد استفاده بستگی به درخواست شما از هزینه، طراحی و انعطاف دارد. به طور مثال از آند‌های لوله‌ای می توان بر روی لوله استفاده نمود و در صورت گران بودن آند‌های حلقه‌ای می توانید از آن استفاده نکنید چرا که ضروری نیست.

ابعاد آند ها

آند‌ها می توانند کوچک و یا بزرگ باشند. اندازه آند ارتباط مستقیم با اندازه سازه دارد. چرا که این اندازه بر وزن سازه ای که قرار است محافظت شود تاثیر می گذارد. میزان استفاده از آند به عوامل بسیاری وابسته است. این عوامل به شرح ذیل می باشد:
اندازه و شکل ناحیه‌ای که قرار است از آن محافظت انجام شود: به طور مثال بدنه یک قسمت از کشتی ممکن است احتیاج به آند های بزرگ داشته باشد. در صورتی که یک سکوی کوچک قادر به تحمل یک آند هم اندازه نباشد.
در دسترس بودن و دسترسی به فضا: به طور مثال تار و یا یک فلنج دارای فضای بسیار کمی می باشند و نمی‌توان از اندازه های بزرگ بر روی آن استفاده نمود.
مقدار مقاومت سازه: ممکن است برای استفاده از آند در یک سازه احتیاج به چند آند در ابعاد کوچک باشد. چرا که اگر در یک سازه از یک آند نسبتا بزرگ و یا نسبتا کوچک استفاده شود، مقاومت سازه به طور کلی از بین می رود.
مواد تشکیل دهنده آند: در بلوک های آند بیشتر از آلومینیوم استفاده می شود اما روی و یا منیزیم گزینه‌های دیگری نیز هستند. معمولا برای استفاده در سازه های دریایی از آند آلومینیوم یا روی استفاده می شود. به طور کلی از روی برای محافظت در برابر خوردگی استفاده می شود. اگرچه معمولا از آلومینیوم به صورت گسترده استفاده می شود. دو ویژگی باعث تعیین عملکرد آند می شوند که در ادامه به آن ها اشاره می کنیم:
پتانسیل مدار بسته: اولین پارامتر در پتانسیل مدار بسته میزان سهولت خوردگی در آن می باشد. هرچقدر این مقدار منفی تر باشد آند با سهولت بیشتری دچار خوردگی می شود. به طور کلی پتانسیل کمتر از 0.8 ولت برای محافظت کاتدی فولاد کشتی سازی، مورد نیاز می باشد.
ظرفیت الکتروشیمیایی( برحسب آمپر ساعت و یا کیلوگرم) این مورد نشان دهنده سرعتی است که ماده آند در آن قرار می گیرد.
دو پارامتر روی و آلومینیوم در جدول زیر مشخص شده است.

همانطور که در جدول بالا مطرح شده است آلومینیوم پتانسیل بالاتری دارد. بنابراین این ماده در مقایسه با روی راحت تر شروع به کار می کند.
همچنین این ماده دارای ظرفیت الکتروشیمیایی بیشتری نسب به روی می باشد. به همین دلیل اندازه آند ماندگاری بیشتری خواهد داشت.
علاوه بر این در کاربرد آّب شیرین، روی تمایل به ایجاد یک روکش آهکی بر روی سطح آند دارد. این عمل باعث جلوگیری از کار موثر آن خواهد بود.
با این حال آند روی گاهی اوقات در محیط هایی با اکسیژن، عملکرد بهتری خواهد داشت. گاهی اوقات آلومینیوم کارآمد تر است اما روی در بعضی از مواقع موثر تر می باشد. توجه داشته باشید در صورتی که آند های آلومینیومی از ارتفاع بر روی فولاد اکسید شده سقوط کنند باعث ایجاد جرقه می شوند. در نتیجه استفاده از این آند بر روی مخازن باری تانکر‌های سوختی توصیه نمی شود.

چه زمانی از آندهای روی یا آندهای آلومینیومی در کشتی استفاده می‌گردد

انتخاب نوع آند بستگی به محیطی دارد که در آن قصد انجام کار را دارید. شاید برایتان جالب باشد بدانید سه ماده اصلی که می تواند در آند های فداشونده از آن ها استفاده نمود آلومینیوم، روی و منیزیم می باشد. انتخاب بهترین نوع آند در هر سازه بستگی به آبی دارد که سازه در آن قرار می گیرد. به طور معمول آند های آلومینیومی برای آب های شور مناسب هستند همچنین این آند برای آب شیرین به هیچ عنوان مناسب نیست چرا که آب شیرین باعث ایجاد یک لایه اکسید بر روی آلومینیوم می شود که این امر باعث مختل شدن کار آند می شود. آند منیزیم برای آب شیرین مناسب هستند همچنین منیزیم برای استفاده در آب شور به هیچ عنوان مناسب نیست چرا که شوری آب باعث افزایش فعالیت منیزیم می شود و همین امر باعث خوردگی بیشتر منیزیم می شود.

چه زمانی آند فداشونده را با آند جدید بدنه کشتی جایگزین نماییم؟

صرف نظر از ماده‌ای که برای آند فداشونده خود انتخاب می کنید دستورالعمل‌های ویژه‌ای برای استفاده از آند‌ها و حفظ اجزای حیاتی آند وجود دارد که باید به طور دقیق اجرایی شود:

• هنگامی که نیمی از سطح آند خورده شود اقدام به تعویض آن نمایید. اگر این اتفاق کمتر از یک سال رخ دهد، ممکن است مجبور به تعویض آند با اندازه و وزن متفاوت شوید.
• برای ایجاد عملکرد بهتر آند روی، بهتر است تا روی با فلزی که قصد کار بر روی آن را دارید تماس الکتریکی داشته باشد. اگر قادر به برقراری تماس مستقیم بین روی و فلز نیستید می توانید به وسیله یک سیم این کار را انجام دهید. هرگز آند را به وسیله رنگ نپوشانید چرا که این کار عملکرد آند را مختل می کند.
• انواع مختلفی از آند‌ها وجود دارد اما سعی بر مخلوط کردن انواع آند با یک دیگر ننمایید. به طور مثال حفاظت شفت و پایه تا حدودی ایزوله است بنابراین تغییر نوع و اندازه آند قابل قبول است. سعی کنید قبل از نصب آند، سطح زیر روی، روشن و عاری از هر گونه مواد باشد.

طول عمر آند فداشونده بدنه کشتی

معمولا مقدار آند مورد استفاده برای محافظت از یک سازه با پوششی که برای آن استفاده می شود رابطه مستقیم دارد. هرچقدر میزان این پوشش بیشتر باشد مقدار آند کمتری مورد استفاده قرار می گیرد. آندها به گونه‌ای طراحی شده‌اند که توزیع یکنواخت جریان را در کل ساختار فراهم می کنند. شکل و اندازه آند‌ها برای کاربری طولانی طراحی شده است. معمولا طول عمر آند برای کشتی‌ها بین 1 تا 5 سال می باشد.