الحماية الكاثودية لمعدات انتاج ونقل النفط

بسم الله الرحمن الرحيم

الحماية من التاكل لمعدات انتاج ونقل وتصنيع البترول والغاز /// المهندس الاستشاري محمد احمد السيد خليل    12/4/2016

الفصل الثامن

الحماية الكاثودية

مقدمة :

الحماية الكاثودية يمكن تعريفها :

 بانها التقنية لخفض تأكل سطح المعدن وذلك بتمرير تيار كاثودي كافي نحوه ليسبب انخفاض معدل تأكله الانودي الى حد الغير مقدر .

 بمعنى ابسط فانة استخدام التيار الكهربائي المستمر من مصدر خارجي ليعارض صرف تيار التأكل من المناطق الانودية للمنشأ المعدني المغمور في مجال موصل او اليكتروليت مثل التربة والماء . عند الانشاء الجيد لنظام الحماية الكاثودية فان جميع اجزاء المنشأ المحمي تجمع التيار من الاليكتروليت المجاور حيث يصبح اجمالي السطح المعرض منطقة – كاثودية واحدة – ولهذا كانت التسمية .

من الواضح فان الحماية الكاثودية تكون قابلة للتطبيق فقط لمقاومة التأكل الناتج من تدفق تيارات مستمرة مقاسة من احد اجزاء المنشأ ( المنطقة الانودية ) خلال الاليكتروليت الى جزء اخر من المنشأ ( المنطقة الكاثودية ) هذا التأكل هو كهروكيميائي بطبيعتة والمنطقة الانودية حيث يتم صرف التيار الاليكتروليت تتأكل على العكس المنطقة الكاثودية تجمع التيار ولا تتأكل اي انها محمية كاثوديا .

لتفهم الحماية الكاثودية واستخداماتها الى اي درجة مفيدة فانة يكون من الضروري اولا تفهم اساسيات وطبيعة واسباب التأكل الكهروكيميائي .

التأكل الكهروكيميائي :

يحدث نوعين اساسيين من التأكل الكهروكيميائي على المعادن المغمورة في الاليكتروليت . وهما ذلك الذي يحدث طبيعيا وذلك الذي يحدث بفعل الانسان . الاخير عادة يعرف بالتحلل الكهربي ( electrolysis  ) ذلك رغم ان هذه التسمية تستخدم بطريقة خاطئة لتغطية كلا النوعين . التحليل الكهربي ( electrolysis ) يسمى كذلك تأكل التيار الشارد (  stray current corrosion ) الناتج عن صرف التيار المستمر نحو التربة او الماء ( الاليكتروليت ) من خلال انشاءات الحماية الكاثودية او عربات الترولي التي تعمل بالتيار الثابت او من خلال معدات اللحام . عند النقاط هذه التيارات من الاليكتروليت على احد المساحات للمنشأ المعدني  ( بخلاف قضبان عربات الترولي او نظم الحماية الكاثودية ) وتصرف في منطقة او مساحة اخرى لذلك المنشأ المعدني فانة يحدث تأكل كهروكيميائي في منطقة صرف التيار ( الانودية ) وينتج عن ذلك درجة من الحماية الكاثودية في منطقة التجميع ( الكاثودية ) للمنشأ .

ان حدوث التأكل الكهروكيميائي للمعدن في التربة او في المعدن هو من الحالات الطبيعية ذات العلاقة اليومية في عمليات انتاج البترول والتي تستخدم لمقاومتها الحماية الكاثودية .

مبادئ الحماية الكاثودية :

تيارات التأكل الكهروكيميائي يمكن انعكاسها بالاستخدام المناسب للحماية الكاثودية والتي تجعل كل المنشأ كاثودي حيث يلغى او يبطل المناطق الانودية التي تحدث طبيعيا بفعل التيار المستمر الذي يغذي المنشأ من الخارج من انود اكثر قوة المصدر الحقيقي لهذا التيار الخارجي غي هام .

الشكل ( 1/8 ) يوضح في مخطط مبسط الدائرة الاساسية للحماية الكاثودية لاحظ ان تيار التأكل الكهروكيميائي من الانود الى الكاثود ( غير موضح ) تم استبداله بالتيار من انود اضافي .

الحماية الكاثودية ليست بالضرورة تبعد التأكل ولكنها تنقل التأكل من المنشأ تحت الحماية وتركزه عند موقع اخر معلوم حيث انود صرف التيار او الانودات يمكن ان تصمم لمدة زمنية طويلة مع سهولة استبدالها .

الحماية الكاثودية ذات قيمة فقط لسطح المعدن المعرض لنفس الاليكتروليت مثل الانود فمثلا الحماية الكاثودية المستخدمة للقاع الخارجي لخزان المياه المالحة ليس لها تأثير على التأكل الداخلي والعكس صحيح .

معيار او قواعد الحماية الكاثودية ( criteria cathodic protection  )

خلال السنين تم عمل مختلف المعايير لتعيين تأثير استخدامها على مختلف المنشآت تلك الاكثر استخداما في قياسات الفولت ( فرق الجهد ) بين المنشأ المحمي والاليكتروليت .

من المحتمل ان يكون اكبر معيار مستخدم يشمل استخدام قطب النحاس / كبريت النحاس كنصف بطارية قياسية للمعايرة . يتوقف القطب ببساطة من قضيب من النحاس مغمور في محلول مشبع من كبريتات النحاس وكلاهما تحتوية اسطوانة من البلاستك ولها سدادة مثقبة عند نهاية القاع ( للالتصاق مع الاليكتروليت ) وقضيب النحاس ممتد الى خارج القمة ( للاتصال بالمقياس عالي المقاومة الفولتميتر او البوتنشيوميتر ) .

لقد اظهرت الخبرة انه عندما تكون قراءة الفولت ما بين المنشأ والاليكتروليت = -0.850 فولت او اكثر سلبا بالنسبة لقطب النحاس كبريتات النحاس فان التأكل يتوقف اساسا على المنشآت من الصلب في التربة الطبيعية والماء ، الحماية الزائدة للصلب الوصول الى جهود سالبة كثيرا الى 0.850- فولت ليست ضار عادة ولكنة مضيع للجهد وقد يسبب التلف لطبقات تغطية معينة على المنشأ وخاصة في حالة صغر سمك طبقات التغطية . المعيار المتعلق بالصلب هو بتغيير الجهد 300 مليفولت ( 0.3 فولت ) في الاتجاه السالب ، او الاتجاه الكاثودي من قيمته الاولية .

من الطبيعي ، ان الملاحظة البصرية المباشرة نحو تأثير الحماية الكاثودية قد تكون ممكنة في كثير من الحالات ، او قد تجهز عينة اختبار من نفس المعدن على المنشأ المحمي لإمكان المراجعة من آن الى اخر . لدرجة التأثير لتيار الحماية المستخدم .

اخيرا ، حيث اظهرت الخبرة ان كثافة تيار معينة كانت مؤثرة في حماية الصلب في بيئة متجانسة نسبيا ، عندئذ فان كثافة التيار هذه المستخدمة بتجانس وانتظام يمكن اعتبارها كمعيار غير مباشر للحماية .

كثافات التيار بقيمة واحد مليامبير على القدم على سطح ماسورة صلب عاري ( غير مغطى ) سوف يوفر الجهد المطلوب .

اكثر نشاطا	المغنيسيوم / سبائك المغنيسيوم
اكثر ندرة	الزنك
	الصلب المحلبق
	الالمنيوم / سبائك الالمنيوم
	الصلب المطاوع
	الحديد الزهر
	الصلب المقاوم
	الرصاص
	القصدير
	سبائك النيكل
	سبائك النحاس الاصفر
	النحاس
	الفضة
	الجرافيت
اكثرا نشاطا	الذهب
اكثر ندرة	البلاتين

جدول ( 1/8 ) التسلسل الجلفاني لمختلف المعادن في مياه البحر

للتجاوب في معظم انواع التربة في مياه البحر ، يكون المطلوب عادة كثافة تيار بين 7-8 مليامبير ، القدم المربع للحماية الاولية لمناطق التأكل على المنشآت الصلب . في البيئات القاسية حيث درجات الحرارة المنخفضة و / او معدلات التدفق العالية فان المتطلبات يمكن ان تكون افضل كثيرا . الاستقطاب وتأثيرات الامبير / ساعة تعمل على خفض متطلبات كثافة التيار لاستمرار جهد الحماية الى حوالي نصف القيمة الاولية .

مصادر التيار الثابت للحماية الكاثودية :

توجد طريقتين لتوفير تيار الحماية الكاثودية الضروري وهما مختلفتين بما يتطلب مناقشتهما وهم

 1 - الانودات الجلفنية  المرتبطة مباشرة بالمنشأ المطلوب حمايته .

2- انوادت التيار المسلط  . والتي تكون خاملة نسبيا وتتطلب مصدر طاقة خارجي للتيار المستمر لدفع التيار لكي يسري .

الانودات الجلفانية   galvanic anodes  :

الانودات الجلفانية هي عبارة عن سبائك خاصة عالية النقاء من المغنيسيوم ، الزنك ، الالمنيوم ، والتي تعطي الجهد الكافي العالي الذي يوفر السريان الكافي للتيار خلال الاليكتروليت الى المنشأ المطلوب حمايته ، المبدأ هو ذلك لخلية التأكل بالمعدنين الغير متماثلين الموضحة في الشكل ( 2/8 ) والسبب في ان كلا من المغنيسيوم والزنك يعملوا بهذا الشكل فهو موضح طبقا لمكانهم بالنسبة للصلب في التسلسل الجلفني العملي الموضح في الجدول ( 1/8 ) استخدام الانوادت الجلفنية من سبيكة الالمنيوم محدود فقط في مياه البحر او المياه عالية الملوحة حيث يكون اداءها جيد . انودات الالمنيوم تم اختبارها في استخدامات التربة ولكن لم تثبت الصلاحية . انودات المغنيسيوم كثيرة الاستخدام في تطبيقات التربة بسبب جهدها النشط تستخدم انودات الزنك على نطاق واسع في التربة ذات المقاومة المنخفضة وفي المياه . الالمنيوم كما تم ذكرة فهو ممتاز في المياه المالحة وله الميزة الاضافية وهي الطاقة العالية لكل رطل من الانود .

عند المقارنة في ظروف الاستخدام العادية ، فان المغنيسيوم يستهلك بمعدل 17 / رطل الامبير في العام تقريبا ، والزنك عند معدل 26 رطل ، كما يوجد سبيكة الالمنيوم التجاري الممتاز حيث معدلك  استهلاكها 6.8 رطل .

نظام التيار المسلط (  impressed current  )  :

كميات كبيرة من تيار الحماية يتطلب عادة نوع نظام التيار المسلط الشكل ( 3/8 ) يوضح نموذج لنظام معدل التيار ( rectifier  ) على خط مواسير مدفون حيث يتحول التيار المتغير الى التيار المستمر والذي يتم بعد ذلك تسليطه على طبقة ارضية من انودات الجرافيت . طبقة الانود متصلة بالجانب الموجب ( + ) لمحول التيار ، بينما خط المواسير يكون متصلا بالجانب السالب ( - ) لإكمال الدائرة . مثل هذه التجهيزات عادة تولد من 10 الى 100 امبير او اكثر ، من تيار الحماية في مكان واحد .

الانودات الاخرى المستخدمة في مثل هذه الحالة ( والتي تسمى انودات التيار المسلط ) هي سبائك السيليكون – الحديد حتى خردة الحديد مثل المواسير او القضبان . يستهلك الصلب بمعدل عالي ( حوالي 20 رطل لكل امبير يتم صرفة في العام ) ، والانودات الشبة خاملة من الجرافيت او السيليكون – حديد تستخدم عادة في التربة بصفة خاصة ، في المياه المالحة انود سبيكة الرصاص ( 6% انتيمون ، 1 % فضة ) زاد استخدامه بسبب انخفاض معدل استهلاكه ، والذي يكون 0.1 رطل لكل امبير في العام . اقطاب المعادن الثمينة مثل التيتانيوم المعالج بالبلاتين تستخدم كذلك ( platinized titanium   ) عند عدم توفر مصدر طاقة كهربية متغيرة ( ac  ) ، فانة يمكن استخدام مولد التيار المستمر (  dc  ) للأحمال الثقيلة ، او المعدات الكهرو حرارية حيث المطلوب تيار اقل ( thermoelectric generators  ) .

عموما يتم استخدام الأنودات الجلفنية حيث كمية تيار الحماية المطلوب تكون صغيرة او يجب ان تكون موزعة بطريقة جيدة مثل خط المواسير العاري ( الغير مغطى ) الطويل لذلك فان استخدامها محدود في التربة والمياه ذات المقاومة المنخفضة بما فيه الكفاية بحيث ان كمية التيار المنتج لكل انود تكون ذات استخدام عملي على الجانب الاخر فان نظم التيار المسلط قادرة على انتاج مثل هذه الكمية الكبيرة من التيار في مجال بيئي معين ولكن تحتاج الى مصدر طاقة خارجي .

المشكلة الرئيسية عند استخدام معدلات التيار ( rectifier  ) كمصدر للطاقة هي تلك بالنسبة للتداخل بسبب الخطوط الغير محمية الشكل ( 4/8 ) يمكن ملاحظة ان الخط الغريب يستقبل حماية حيث يدخل التيار الماسورة ، ولكن التأكل المعجل يحدث حيث يترك التيار الخط الغريب . في حالة وضع توصيل معدني مناسب بين الخطوط المحمية والغير محمية ، فان هذه المشكلة لا تحدث اطلاقا . فان ذلك يعني ان كلا المنشأين يستقبل تيارات كاثودية وان التيار المطلوب لتوفير الحماية المناسبة بالتالي سيزداد .

في جميع انشاءات الحماية الكاثودية ، يكون من المهم ان يتم الانشاء الجيد للأنودات بحيث يكون هناك ادنى مقاومة كهربية ، بين الأنود والتربة المحيطة حيثما امكن يتم وضع الأنودات في الاماكن حيث مقاومة التربة منخفضة كما في حالة حفر الطفلة القديمة . عادة يتم التخشين بمادة ذات مقاومة منخفضة حول الأنود للعمل كتخشينه ملئ . نموذج لأنود الجرافيت ( او انود السيليكون المنشأ مع تراب الكوك للمليء والتحشية موضح في الشكل ( 5/8 ) .

دور طبقات التغطية : role of coatings

لقد استخدمت التغطية للحد من التأكل الكهروكيميائي بدرجات من النجاح . في حالة توفير طبقة للتغطية بتكلفة مناسبة والتي تحقق العزل الكهربي الجيد ما بين المنشأ والألكتروليت ، وان يتم استخدام طبقة التغطية هذه واستمرارها في حالة جيدة بدون اي تفويتات دهان او شروخ او ثقوب عندئذ لا تكون هناك حاجة لأي شكل اخر من اشكال الحماية من التأكل . سيكون واقع خلايا التأكل غير متصل عمليا . كل طبقات التغطية بها عيوب ، حيث يحدث التأكل عند مناطق تلفيات طبقات الطلاء هذه عادة بمعدل عالي ذلك بسبب صغر مساحة المعدن المعرض ولكن طبقات الحماية هي سلاح مؤثر جدا في الحماية من التأكل ، وعند استخدامها مع استخدام الحماية الكاثودية فأنها تحقق الحماية الكاملة مع ادنى استخدام للتيار الكهربي المطلوب .

في كثير من الحالات فان التغطية لا يمكن اقرارها اقتصادية كوسيلة لخفض تكاليف الحماية من التأكل بطريقة الحماية الكاثودية ، كمثال كما في حالة المساحة المغمورة لأرصفة الصلب البحرية ، ولكن في كثير من الحالات الاخرى تكون التغطية لا مفر منها كما في حالة خطوط المواسير المدفونة ذات الضغط العالي . من الطبيعي فان الخطوط العارية الموجودة يجب قبولها كما هي ويتم عادة استطلاعها وحمايتها عند النقط الساخنة فقط لأسباب اقتصادية .

طبقات التغطية العادية لخطوط المواسير تكون سميكة وتكون مبنية من البيتومين المستخدم على الساخن مع مختلف التقويات ومواد التغليف . مواد مشابهة قد تستخدم للخزانات المدفونة او لقيعان الخزانات . فأنها يمكن ان تكون مؤثرة بنسبة 99 % او اكثر بالنسبة لعزل المعدن وعدم التصاقه مع التربة او الماء وكذلك في خفض كمية تيار الحماية الكاثودية المطلوبة .

تستخدم كذلك كثيرا طبقات تغطية ذات سمك رقيق وصغير حدث تطور كبير نحو تغطية خطوط المواسير بالشرائط ( tap  ) . وهي تستخدم حاليا على نطاق واسع بينما طبقة التغطية الرقيقة التقليدية من الايبوكسات والفنيلات (  vinyls and epoxies  ) استخدمت للتبطين الداخلي لخطوط المواسير والخزانات واواني ومستودعات حقول البترول . رغم ان الشرائط تعطي نتائج تشبه لطبقة البيتومين المستخدم على الساخن على خطوط المواسير . الفينيل و الأيبوكسي يجب التعامل معهم بحرص عند استخدام الحماية الكاثودية . فهذه عموما ليست مؤثرة في خفض متطلبات التيار للحماية الكاثودية مثل التغطية بالبيتومين وبالشرائط بالإضافة الى انها اكثر عرضة للتلف من زيادة الحماية ( dver protection  ) اي من زيادة فرق الجهد الناتج خلالها ما بين الكاثود والألكتروليت تستخدم احيانا التغطية او التبطين بالمونة الاسمنتية حول قيسونات البئر وداخل خطوط المواسير التي تتداول المياه العدوانية ، تأثيرها بالنسبة لمقاومة التأكل يرجع الى سمكها وكذلك للتغطية المستمرة . مثل هذه التغطيات تكون موصلة نسبيا ولا تعمل على خفض متطلبات التيار للحماية الكاثودية كما تفعل زيادة التغطية التقليدية .

تتكون الترسيبات والتغطية بالمواد الحجرية الركامية ( calcerous ) ببطيء على المنشآت المحمية كاثوديا مع مرور الوقت . ولكن هذه التغطية شديدة الضعف في التقدير العام فهي يمكن ان تخفض متطلبات التيار بنسبة 50 % او اكثر كما انها تساعد جدا في اطالة انتشار التيار على طول خط المواسير الغير مغطى او قيسون البئر المحمي كاثوديا .

طرق المساحة الارضية في اعمال الحماية الكاثودية :

لتعيين الحاجة الى ملائمة استخدام الحماية الكاثودية فان ذلك يتطلب اجهزة خاصة وتقديرات . لان كلا من التأكل والحماية الكاثودية ذات طبيعة كهروكيميائية فان اعمال المساحة الارضية للحماية الكاثودية تتكون اساسا من قياسا كهربية منظمة ومرتبطة ببعضها جيدا اهم هذه هي :

1 – قياسات جهد المنشأ مع التربة

2 – قياسات تدفق التيار (  ir drop  ) اما في المنشأ نفسة او في الاليكتروليت المحيط بالمنشأ .

3 – قياسات مقاومة الاليكتروليت

4 – اختبار متطلبات التيار

قياسات الجهد (  potential measurements  )

عادة تعطى قراءة الجهد بالمليفولت او الفولت نظرا لان الفولت هو حقيقة الفرق بين جهدين . فان الجهد كما يقرا هو قراءة الفولت ما بين المنشأ الجاري بحثة وقطب قياسي مناسب ( reference electrode  ) ( عادة نصف بطارية من النحاس / كبريتات النحاس ) موضوع في الاليكتروليت قريبا من المنشأ القيم النموذجية لجهود مختلف المعادن في التربة المتعادلة او الماء مقاسة بالنسبة لقطب النحاس / كبريتات النحاس موضحة في الجدول ( 2/8 ) :

المعدن	الفولت
مغنيسيوم نقي تجاري	1.75-
سبيكة مغنيسيوم ( 6 % الومنيوم ، 3 % زنك ، 0.15 % منجنيز )	1.6-
زنك	1.1-
سبيكة الومنيوم ( 5 % زنك )	1.05-
الومنيوم تجاري نقي	0.8-
صلب مطاوع ( نظيف ولامع )	0.8-__0.5-
حديد زهر	0.5-
رصاص	0.5-
صلب مطاوع في الخرسانة	0.2-
نحاس ، نحاس اصفر ، برونز	0.2-
حديد زهر عالي السيليكون	0.2-
ترسيبات الصدأ على الصلب	0.2+
الفحم ، الكربون ، الكوك	0.3+
هذه الجهود في التربة المتعادلة والماء مقاسة بالنسبة لقطر النحاس / كبريتات النحاس القياسي

جدول ( 2/8 ) التسلسل الجلفني العملي

المنشآت المعدنية يمكن ان تكون تلك المغمورة في او ملتصقة بالتربة او الماء او محتوية على الماء وسيتم مناقشة نوع واحد من الانشاءات وهو خط المواسير المدفون مع معرفة ان هذا مطبق على اي منشأ في بيئة معينة .

الجهود التي نقابلها عادة تتراوح ما بين مليفولتات قليلة الى عدة فولتات وللحصول على قياسات جهد دقيقة مقابل قطب النحاس / كبريتات النحاس او اي قطب قياسي اخر فانة يلزم استخدام جهاز قياس ذو حساسية عالية جدا في حالة استخدام مقياس المليفولتات او الفولت ذو المقاومة العالية . فان مقاومته يجب ان تكون لا تقل عن 50000اوم / الفولت . المقاييس العادية متعددة الاختبار ( multi- test ) لا يمكن استخدامها بما يكفي في الاعمال المساحية للحماية الكاثودية . القراءات الاكثر دقة تتطلب اي من ( potentiometer – voltmeter or straight potentiometer   ) فكلاهما هما اجهزة من نوع الاتزان ( balancing type ) يمكن كذلك استخدام الفولتيميترات من نوع الاليكتروني للقراءة المباشرة .

ذلك المقياس الحساس الاضافة الى قطبين القياسيين عادة (  النحاس / كبريتات النحاس ) وخوابير الاختبار الضرورية ( test / eads ) وتجهيزات الالتصاق كل هذة هي ادنى معدات لازمة للاعمال المساحية للجهد .

عند تنفيذ الاعمال المساحية فان المنشا يتم التوصيل عند الجزء المرتفع (  risers   ) خلال صناديق المحبس او باستخدام تجهيزة توصيل مثل خابور التوصيل من المهم جدا تنفيذ توصيل منخفض المقاومة مع المنشا المدفون . الطرف السالب للفولتميتر يتم توصيلة خلال اسلاك توصيل مناسبة ملتصقة بخط المواسير الطرف الموجب يتم توصيلة بقطب المعايرة في حالة استخدام قطب المعايرة من النحاس / كبريتات النحاس فان الماسورة سوف يظهر استقطاب سالب ( negative polarity ) وهذا موضح في الشكل :

جهد المنشا يتم اخذة مع الدفن الجيد للقطب في التربة مباشرة فوق المنشا يتم تسجيل الجهد ما بين الماسورة والتربة ( p/s ) يتم تكرار هذة الطريقة على فترات مناسبة خلال كل النظام الجاري دراسة – المناطق ذات الجهد الاكثر سلبا تبين المناطق الانودية او التي تتاكل .

تدفق التيار او فرق الجهد : ir drop ( current flow)

1 – اتجاه سريان التيار المستمر في المنشأ ( خط الانابيب ) يمكن تعيينه باستخدام القراءات المباشرة للفولتميتر او البوتنشيوميتر .

المساحة او المكان حيث يسري التيار من المنشأ الى التربة يكون حيث يحدث التأكل . يمكن التعرف والكشف على ذلك بملاحظة اتجاه وقيمة سريان التيار في الماسورة . النقطة التي تصل عندها الى اقصى قيمة وتعكس اتجاهها للسريان هي النقطة التي يحدث عندها التأكل . قيمة سريان التيار التي يمكن حسابها او تقديرها من قراءات المليفولت ومقاومة الماسورة بين نقاط الاتصال توفر تقريب لما يحدث من فقد للمعدن في العام .

يمكن ان يستمر حدوث التأكل في عدم وجود سريان تيار مقاس في المنشأ بسبب اداء الخلية الموضعية بين نقاط الاتصال . لهذا السبب فان قياس الجهد او تدفق التيار ( ir drop ) في المنشأ يكون مفيدا فقط في تعيين مكان المناطق الانودية الكثيفة . الطريقة موضحة في الشكل .

نظرا لانه قد يكون المطلوب القراءة الدقيقة حتى واحد مليفولت فان المقاومة لخوابير الاختبار والتوصيلات مع المنشا يجب ان تكون منخفضة بما قيمتة 1% مقارنة بالمقاومة الداخلية للفولتميتر .

عند معرفة مقاومة الماسورة فان سريان التيار يمكن حسابة من قانون اوم اي

I=E/R

 حيث I  = التيار بالامبير

E = الجهد بالفولت

R = مقاومة الماسورة بالاوم  ( بين نقط التوصيل ) .

في حالة عدم معرفة مقاومة الماسورة الجار دراستها ، فانة يمكن تقديرها من الجداول التي تنشر لمختلف اقطار مواسير الصلب ، او ان يتم معايرتها في المواقع وذلك بادخال تيار معلوم خلال مقطع اختبار للماسورة وملاحظة فرق الجهد الناتج (  IR DROP  ) .

2- حيث ان نفس التيار الذي يسري في الماسورة يجب كذلك ان يسري في التربة المجاورة حيث الزيادة الاكبر في مقاومة التربة تنتج قراءات مليفولت ذات قيمة اكبر كثيرا عن المستخدمة في التربة ، تعديل التقنية يستخدم كثيرا على المواسير المدفونة والغير مغطاة بطبقة حماية . وهذا يسمى الجهد السطحي ( surface potential  ) او المساحة بالقطبين ( 2 electrode survey ) .

المساحة الحقلية للجهد السطحي تتطلب مليفولتميتر او بوتنشيوميتر – فولتميتر مع مفتاح عكس الاستقطاب ( polarity reversal switch  ) قطبين من النحاس / كبريتات النحاس ومجسات اختبار مناسبة .

كذلك فان طاقم الاستطلاع الكامل يجب ان يكون معه محدد لموقع الماسورة (  pipe locator ) ومقياس لمقاومة التربة بمحاذاة الماسورة ذلك لانة من المهم التوقف في الحال فوق الماسورة لمعرفة مقاومة التربة عند الاماكن الانودية . قطبي النحاس / كبريتات النحاس والذي يجب المحافظة عليهم في حالة جيدة بحيث يمكن القراءة في خلال 2 مليفولت لكل منهما ، يتم وضعهم فوق الماسورة بفاصل بينهما بمسافة مناسبة عادة 20 قدم ويتم قراءة فرق الجهد ( بالمليفولت ) واستقطاب القطب (  electrode polanty ) على العداد وتسجيلها . يتم عندئذ تحريك الاقطاب اسفل الخط 20 قدم مع المحافظة على الفاصل بينهما . بهذة الطريقة فان قراءات المليفولت واستقطاب القطب يتم تسجيلهم على الطول الكلي للخط الجاري دراسة المساحة .

الطريقة موضحة في الشكل ( 8/8 ) يجب ملاحظة ان الجهود ما بين الماسورة والتربة رغم انه يمكن الحصول عليها بسرعة عند اي نقطة حيث يكون ذلك مطلوبا وذلك بتوصيل الماسورة .

يتم التعرف على المساحات الانودية والكاثودية عند نقطة عكس الجهد ( potential reversal  ) نظرا لان المناطق الانودية هي الاكثر اهمية فانة يمكن التعرف عليها اثناء عملية اجراء المساحة قياسات مقاومة التربة عادة مع قراءات مليفولت لجانب الصرف ( drain side ) يتم الحصول عليها في نفس المكان هذة سيتم الحاجة اليها فيما بعد بواسطة مهندس التاكل للتقييم السليم لمدى عدوانية المناطق الانودية واختيار عدد وقطر الانوادات المطلوبة لعكس (  reversal  ) سريان تيار التاكل في تلك النقط الساخنة قرار مهندس التاكل له اهمية بالغة في توفير النجاح بهذة التقنية على الاف الاميال من خطوط المواسير العادية .

قياسات مقاومة التربة او الماء :

حيث ان سريان التيار الى ومن الماسورة يحدث عموما عند المساحات ذات ادنى مقاومة للتربة من المنطقي فرضية ان التربة ذات المقاومة المنخفضة يمكن ان تكون انودية . عندئذ هذة الطريقة تحدد فقط فرصة التأكل المرتبطة بمقاومة التربة وكذلك تحديد المكان الذي يمكن ان يحدث فيه التأكل وهي لا تبين ما اذا كان التأكل يحدث حقيقة او مدى سرعته .

التقنية هي واحدة لتحديد مقاومة التربة مقيم بطريقة صحيحة بالأوم سنتيميتر عند مناطق سبق اختبارها باستخدام جهاز الاربع اقطاب ( vibroground or megger ) او المجسات ذات النقطة الواحدة ( single pointe probes ) مثل ( agra rod  ) القيمة الحقيقية للمقاومة فقط عادة ذات معنى قليل الاهمية الاكبر للبيانات المساحية تقع في الاختلافات في قيم مقاومة التربة على طول الخط .

بعض الشركات اختارت 2000 اوم – سنتميتر كقيمة الشك ( suspect  ) وهذا يعني عند مقاومة اقل من تلك القيمة يتوقع حدوث تأكل حاد كما يجب ملاحظة انه يمكن حدوث التأكل الحاد كذلك على الماسورة العارية والغير مغطاة وذلك عند حدوث تغيير حاد في مقاومة التربة ( 5000 – 50000 اوم / سم ) .

نتيجة الاعمال المساحية هذة يمكن ان تستخدم لاختبار المناطق حيث يتم تنفيذ اجراءات الحماية مثل طبقات التغطية والحماية الكاثودية .

الاعمال المساحية لمتطلبات التيار (  current reguirement surverys )

الكمية الحقيقية للتيار المطلوب للحماية الكاثودية لمنشأ معين يمكن الوصول اليها بواسطة مهندس التأكل بعدة طرق . وهنا نعني بالحماية الكاثودية انها توفر الحماية التامة من التأكل ( ويمكن تحقيقها باستخدام بعض القواعد المختارة مثل جهد 0.85 – فولت بالنسبة لقطب النحاس / كبريتات النحاس وليس بطريقة الحماية للنقط الساخنة .

في حالة وجود خط مواسير غير مغطى او اي منشأ اخر في التربة او الماء ذو خواص عامة معينة فان ذلك يمكن مهندس التأكل من تصميم الحماية الكاثودية بناءا على استخدام كثافة تيار يتم اخبارها ( مليامبير / القدم المربع ) الى المنشأ شريطة ان يقوم بتوزيع التيار بطريقة مناسبة .

في حالة المنشآت الضخمة العارية فانة من الناحية العملية نادرا ما تستخدم بصفة مؤقتة كمية التيار المطلوبة للحصول على جهود الحماية لذلك فان تصميم الحماية الكاثودية عادة يبنى على اساس كثافة التيار التي سبق وصفها في المناطق حيث لا تتوفر الخبرة السابق ( مثل الانهار الملوثة .. الخلجان .. المياه المنتجة )

فان استخدام عينات الاختبار في مجال من كثافات التيار المستخدمة لفترة زمنية عدة اسابيع او عدة اشهر قد ساعد في الوصول الى كثافة التيار المناسبة التي على اساسها يبنى التصميم .

في حالة المنشات المغطاة مع اخذ خط المواسير مثلا فانة يمكن عمل نقطة صرف لحماية كاثودية مؤقتة وتعيين كمية التيار المطلوب لحماية اما الخط كلة في حالة كونة قصير نسبيا وان يكون معزولا عن المنشات الاخرى او جزء مغطى من الخط في حالة الخطوط الطويلة فانة قد يكون من الضروري العديد من هذة الاختبارات وخاصة في حالة وجود اختلافات كبيرة في حالة طبقة التغطية و / او مقاومة التربة في مناطق مختلفة يمكن استخدام تيار اختبار مؤقت بحوالي 10 امبير ببطارية شحن وحتى 100 امبير بواسطة مولد اللحام الطبقة الارضية المؤقتة المستخدمة لصرف تيار الاختبار في التربة يمكن ان تكون اي منشا موجود غي هام ليش متصلا كهربيا بخط مواسير تحت الاختبار . مثل مقاطع المواسير او قيسونات الابار المهجورة والغير مستخدمة في كثير من الحالات يجب انشاء طبقة ارضية ( ground bed ) مناسبة ومؤقتة لاغراض الاختبار من قضبان الصلب او لفائف الالمنيوم او من الانوادات الحقيقية حيث يمكن تركها في المكان لانشاءات ثابتة فيما بعد او ان تنشا بالطريقة بما يمكن من قابليتها سحبها لاعادة الاستخدام من المرغوب فيه وضع طبقات الاختبار على الاقل لصرف التيار الضخم عند مسافة من خط المواسير تشبة لما هو متوقع لانشاءات الطبقة الارضية الثانية فيما بعد .

الاعمال المساحية لقيسونات البئر لاستخدام الحماية الكاثودية قد تشمل عديد من التقنيات التي تم وصفها سابقا اداة تعيين الجهد على امتداد القيسون ( casing potential profile  ) التي تم شرحها في الفصل الثالث . تستخدم اولا لتعيين المساحات الانودية الكبيرة والمساحات الكاثودية ثم تاكيد تاثيرات الحماية الكاثودية المؤقتة المستخدمة عند راس البئر .

المنحني شكل ( 11/2) يمثل السجل ( log ) الذي يجب الحصول علية عند استخدام التيار الى القيسون من مصدر مؤقت . في هذا السجل تم تحريك المنحنى الكلي نحو اليمين والجزء الانودي الاولى ( a  الى  b  ) يكون الان الانودي ، مبينا ان تيار الاختبار يكون داخلا للقيسون عند كل النقط من القمة الى القاع . كما تم ذكرة سابقا هذة الامثلة مثالية الى حد ما وفي كثير من الحالات يمكن استخدام قيم مختلفة ومتعددة لتيار الاختبار وذلك قبل اختبار الكمية الصحيحة للمحافظة على وقت التسجيل ( بالاضافة الى خفض الوقت لتسجيل بئر الزيت او الغاز )  تقديرات التيار المقدر ( predicted   ) تعمل كثيرا كما توجد تقنيات كثيرة مستخدمة لعمل هذة التقديرات . بعض الفنيين يستخدم كقاعدة عامة كمية معينة من التيار لوحدة المساحة ( الكمية النموذجية هي 1 امبير لكل قدم مربع ) للوصول الى تقدير التاكيد بواسطة سجل الفولت ( voltage profile log  ) والبعض الاخر يستخدم تقنية الـــ ( E LOG I   ) التي سيتم وصفها في الفقرة التالية لعمل تقديراتهم .

التقنية الاخرى لتعيين التيار المطلوب للحماية الكاثودية لقيسونات البئر والذي في الاستخدام العادي يسمى الطريقة المساحية ( E LOG I  ) .

اساسا تتكون هذة الطريقة من استخدام زيادة قليلة من التيار الى القيسون البئر لفترات محددة من الوقت مثل دقيقتين  او ثلاث دقائق بعد كل فترة زمنية من الوقت يتم فصل التيار ويتم الحصول على جهد لحظي (( للدائرة المفتوحة )) للقيسون بالنسبة لوضع جيد لقطب قياسي على السطح . عند توقيع هذة البيانات على ورقة شبة لوغارتمية تعطي منحنى مثل الموضح في الشطل ( 9/8 ) من الاعتبارات النظرية التيار المعطى بواسطة تقاطع اجزاء خطين متقاطعين لهذا المنحنى ( النقطة A  في الكل ( 9/8 ) ستبين التيار المناسب للاستقطاب اي لحماية القيسون الاعتبارات الاخرى وبسبب علاقة افضل بتاثير التيارات المستخدمة على جهد القيسون الجانبي فلقد كان الاداء العادي استخدام قيمة تيار للنقطة الاولى لتقع على اجزاء الخط المستقيم الثاني للمنحنى ( النقطة B  ) في تصميم نظم الحماية الكاثودية لقيسونات البئر .

معظم مهندسي التاكل يقبلوا الحقيقة التي اقرت بان متطلبات التيار المطلوبة لحماية قيسونات البئر ليست اي شيء مثل العلم الحقيقي ولكن عدة الاف من الابار تم حمايتها بالطريقة الكاثودية على اساس مثل هذة البيانات مع الوصول الى نتائج باهرة .