مدلی برای پیش بینی تاثیرات تداخل حفاظت کاتدی در دریا

طراحی و عملیات سیستم های حفاظت کاتدی (CP) برای محافظت از سازه های نفت و گاز از خوردگی در محیط دریایی وظیفه ای پیچیده است. توسعه های مدرن اغلب شامل مواردی مانند خطوط کم عمق دریا، خطوط لوله، سازه های چاهی، پوشش ها و سطح خطوط لوله در تولید، نگهداری، ذخیره سازی، و بارگذاری را شامل می شوند.

اگر چه این سازه ها اغلب با فاصله های زیادی از هم جدا می شوند ولی به علت مقاومت نسبتا کم آب دریا، آنها توانایی دخالت در یکدیگر را دارند و به طور کلی عملکرد کلی سیستم CP را تحت تأثیر قرار می دهند.

تداخل بین آندها می تواند توانایی آنها را برای تولید جریان مورد نیاز کاهش دهد، گاهی نیز تداخل بین سازه ها رخ می دهد که باعث کاهش عمر سیستم حفاظت کاتدی(CP) می شود. منابع الکتریکی خارجی همچنین می توانند باعث ایجاد اختلال شوند، مخصوصا برای خطوط لوله.

با این وجود، در سالهای اخیر، تکنولوژی های مدل سازی کامپیوتری پیش بینی های بهتر برای عملکرد سیستم حفاظت کاتدی(CP) را فراهم کرده اند، در حالی که شناسایی خطرات حفاظت و کاهش سرعت جریان دهی آند در اثر تداخل امری ضروری است.

اثرات تداخل آندها بیشتر زمانی دیده می شود که در نزدیک هم در یک دسته بندی قرار داده می شوند، که در آن خروجی  جریان آند ها می تواند به طور اساسی در مقایسه با آنچه که با محاسبات مقاومت انتظار می رود کاهش یابد. در همین حال، احتمال دخالت کمتر شناخته شده بین چندین سیستم قربانی شونده  وجود دارد. چنین تداخل می تواند در شرایط مختلف رخ دهد.

در یک مطالعه نشان داده شده است که اگر حفاظت کاتدی (CP) سیستم به درستی طراحی و اجرا نگردد، می تواند سیستم های فعلی  (ICCP) و سیستم های زیر دریایی و خطوط جریان را تحت تاثیر قرار دهند. تعاملات می تواند منجر به تضعیف سریع اند های قربانی در سیستم های زیرزمینی و کاهش حفاظت از واحد FPSO شود. سیستم های ICCP در تحقیق قبلی همچنین دارای کنترل های نامناسب بوده و باعث آسیب بیش از حد محافظت و پوشش می شوند.

از آن به بعد، مدل سازی کامپیوتری در طول سال ها توسعه یافته است و در حال حاضر به طور گسترده ای مورد استفاده برای بررسی عملکرد CP سیستم در محیط دریایی و در ساحل قرار می گیرد. یک سیستم با استفاده از این تکنیک های مدرن، بسته نرم افزاری BEASY CP است.

در این بسته، مدل کامپیوتری، فیزیک خوردگی گالوانیزه و ویژگی های یک سیستم حفاظت کاتدی(CP) شبیه سازی می شود. این مدل شبیه سازی سینتیک الکترود روی سطوح فلزی، پوشش، مقاومت الکترولیت (آب دریا)، مسیرهای مقاومت درونی در ساختارها و هندسه سه بعدی الکترولیت قرار دارد.

برای پیش بینی نحوه طراحی در طول عمر ساختار، بسته نرم افزاری یک شبیه سازی وابسته به زمان را انجام می دهد که در آن فرضات مربوط به میزان تخریب پوشش ها در طی زمان در نظر گرفته شده است.

این داده ها می توانند براساس کد طراحی شده یا بر اساس آسیب های موجود در سازه های مشابه مورد استفاده قرار گیرند. شبیه سازی در سال صفر شروع می شود و حفاظت ارائه شده به ساختار و جریان ارائه شده توسط آندها را پیش بینی می کند.

شبیه سازی بطور گام به گام ادامه می یابد و در هر مرحله از مصرف آند (و کاهش اندازه)، از جمله تخمین زدایی پوشش ها تا زمان رسیدن به طراحی، محاسبه می شود. اگر آند در زمان شبیه سازی مصرف شود، تعیین می شود که دیگر به حفاظت از ساختار کمک نمی کند. در طول فرایند زمانی، تنظیمات ICCP برای حفظ توان بالقوه حفاظت در نقطه تنظیم به عنوان ساختار سنی تنظیم می شود. به این ترتیب، مدل رفتار واقعی سیستم ICCP را شبیه سازی می کند.

مدل FPSO اندهای قربانی شونده در اتصال دهنده های زنجیره ای و برجک.

مدل FPSO اندهای قربانی شونده در اتصال دهنده های زنجیره ای و برجک.

یک پروژه اخیر با استفاده از یک مطالعه مدلسازی از بسته نرم افزاری برای تأیید اینکه سیستم حفاظت کاتدی(CP) آن با اهداف طراحی مواجه شده است. این مطالعه شامل توسعه دریایی بر اساس یک واحد FPSO با خطوط پایین و سیستم های زیردریایی بود. حفاظت توسط یک سیستم ICCP ارائه شد، و ساختارهای خاص و ضمیمه ها توسط آند های قربانی که در کانکتور های زنجیره ای، استخر ماه و برجک قرار داشت، محافظت می شد.

یکی از عوامل در نظر گرفته شده در طراحی عدم توانایی تضمین پیوستگی الکتریکی بین اتصال دهنده های زنجیره ای و برجک است. در نتیجه، یک مقاومت الکتریکی بین زنجیر و برجک در فاکتور وارد می شود.

در مطالعه موردی FPSO، شبیه سازی داده های مربوط به CP را که در طول زمان به ساختار FPSO ارائه شده است، میزان مصرف اند های فردی را به ما می دهد. با استفاده از این اطلاعات، مناطقی که حفاظت ممکن است حفظ نشود و عدم تعادل در مصرف آندها رخ دهد، شناسایی شده و مورد مطالعه و بهبود و بهینه سازی طراحی قرار می گیرد.

این مدل همچنین نشان داد که مصرف انده های قربانی در اتصال دهنده های زنجیره ای سریع تر شده است. این مصرف شتابدهنده به دلیل جریان های مداخله ای از سیستم ICCP ایجاد شد که به دلیل مقاومت بین اتصال زنجیره ای و برجک، یک IR جزئی بین این اجزا ایجاد کرده است.

پتانسیل پیش بینی شده در vessel در ابتدا، نیمه و پایان عمر طراحی.

پتانسیل پیش بینی شده در vessel در ابتدا، نیمه و پایان عمر طراحی.

پیش بینی های مدل تخریب آند همچنین می تواند برای مدیریت یکپارچگی vessel و به ویژه برای برنامه ریزی برای بهینه سازی آن مناسب باشد. مناطق مورد نظر برای نظارت منظم بر حفاظت ارائه شده و میزان مصرف آندها تعیین می شود.

طیف وسیعی از سناریوها را می توان برای پیش بینی نتایج در طول عمر ساختار شبیه سازی کرد، بنابراین در طول فرآیند طراحی اولیه می توان مشکلات را کاهش داد. در مطالعه موردی FPSO، تداخل مشخص شد که به مقاومت میان اتصال دهنده زنجیره ای و برجک حساس است، که بر نیاز به اتصالات پایدار زمین تاکید دارد.

متغیرهای طراحی مانند تجزیه پوشش و مقاومت درونی زنجیرها، خطوط پایین و اتصالات بر اساس قوانین طراحی است. با به روز رسانی مدل با داده ها از سیستم ICCP و بررسی داده های حفاظت کاتدی(CP) در طول عملیات vessel، مدل را می توان به عملکرد واقعی از پوشش ها و هر مقاومت الکتریکی کالیبراسیون کرد. به این ترتیب، مسائل تداخل و تضعیف آند تخلیه را می توان پیش بینی کرد، بنابراین می توان اقدامات اصلاحی را به طور موثر برنامه ریزی کرد.

منبع: Material performance