كيف يسبب تآكل التيار الشارد ضررًا للبنية التحتية الحيوية

وسط كل الضجيج وصراخ سائقي سيارات الأجرة في نيويورك، ارتاح 7,400 ميل من مجاري مياه الصرف الصحي خطوط الأنابيب. هناك أنظمة بنية تحتية لا حصر لها في المدن الكبرى، تمامًا مثل "التفاحة الكبيرة"، بما في ذلك خزانات التخزين، وأنظمة النقل، وشبكات المرافق، والمرافق الصناعية. في كل تلك الحالات، غالبًا ما يمر خطر التآكل دون أن يلاحظه أحد. عندما تختلط الرطوبة، والتعرض للأكسجين، وكيمياء التربة، والمواد المتقادمة، يميل التيار الكهربائي إلى التدفق إلى أماكن غير مخصصة له.

عندما يحدث تآكل التيار الشارد، فإنه يتلف البنية التحتية. بدلاً من استغراق عقود عبر التآكل التقليدي، فإن تآكل التيار الشارد يسرع فقدان المعدن. لهذا السبب قد تفشل بعض الأنظمة قبل الأوان، حتى عندما تبدو مصانة جيدًا.

بالنسبة لأي جهة تتعامل مع مثل هذه المشكلات، مثل البلديات أو مقدمي الخدمات، من الضروري تقليل المسؤولية وإطالة العمر التشغيلي للأنابيب من خلال الحماية الكاثودية. بخلاف ذلك، يمكن لهذه التيارات الكهربائية الشاردة أن تلحق ضررًا بما هو أبعد من مجرد جزء صغير من المعدن.

ما هو تآكل التيار الشارد؟

عادة ما يحدث التآكل عندما يفقد المعدن مادته بسبب تفاعل كهروكيميائي في بيئته. وهذا أمر طبيعي وقد يستغرق عقودًا ليحدث، اعتمادًا على المادة الأساسية، وإجراءات الحماية، والبيئة المحلية.

التآكل بالتيار الشارد مختلف قليلاً. عندما تترك تيار كهربائي غير مقصود مسارًا واحدًا وتنتقل عبر نظام معدني مجاور، فإنه يزيل المعدن. يحدث هذا عندما يخرج التيار من هيكل معدني واحد ويعود إلى البيئة المحيطة. النتيجة هي مئات إلى آلاف المرات ضرر أكبر على الأنظمة مقارنة بالتآكل الجلفاني أو الجوي القياسي.

إحدى طرق النظر إلى هذا الاختلاف هي من خلال التآكل. تميل المواقف التقليدية إلى التأثير على جزء أوسع من البنية التحتية بشكل أكثر انتظامًا. من السهل تتبعها وقياسها بسبب هذا الانتظام. يميل تآكل التيار الشارد إلى أن يكون أكثر تركيزًا، مما يؤدي إلى تآكل شديد وفقدان للمعادن يفشل بشكل أسرع ويصعب قياسه.

لماذا أصبح تآكل التيار الشارد أكثر شيوعاً

قبل خمسين عامًا أو أكثر، لم تكن مشكلة تآكل التيار الشارد بنفس القدر الذي هي عليه الآن. هناك العديد من الأنظمة المترابطة والمتوازية حول المنشآت الصناعية، وتركيبات الطاقة المتجددة، وتخزين البطاريات، وشحن المركبات الكهربائية، وممرات المرافق، مما يجعل من الشائع جدًا لتيار أن “يقفز” إلى آخر دون تأريض أو حماية مناسبة.

يمكن للأنظمة الكهربائية أن تتعايش مع خطوط الأنابيب وخزانات التخزين وأنظمة المياه والبنى التحتية المدفونة التي طال نسيانها. أي مسار كهربائي غير منضبط يتسبب في سعي التيارات للحصول على مسارات بديلة. كل هذه المعادن هي الوسيط المثالي، حيث إنها موصلة بشكل جيد، مما يؤدي إلى أضرار التآكل.

مثال واقعي: أنظمة النقل وتلف خطوط الأنابيب

مثال جيد على تحليل التآكل وتدهور التربة تُوفّر أنظمة السكك الحديدية الكهربائية الكشف عن احتمالية تآكل التيار الشارد. أماكن مثل SEPTA في فيلادلفيا، أو Caltrain في سان فرانسيسكو، أو CTA في شيكاغو، كلها أمثلة جيدة.

تعتمد أنظمة النقل بالتيار المباشر هذه على تيارات العودة. عندما تصبح مسارات العودة هذه غير فعالة، يتسرب التيار الكهربائي إلى التربة المحيطة والبنية التحتية المدفونة من عقود من التطوير والبناء. من الشائع جدًا أن “تضيع” الخطط أو لا تكون متوافقة تمامًا عند تقديمها إلى البلديات.

أي عمليات خطوط أنابيب تقع بالقرب من الممرات الحديدية، مثل تلك المدن، تميل إلى التعرض لتآكل متسارع من التيارات الشاردة. لهذا السبب، فإن المنظمات مثل الرابطة الوطنية لمهندسي التآكل (الآن AMPP) تنشر إرشادات وأبحاث وعمليات للتخفيف السليم من مخاطر تآكل التيار الشارد.

على الرغم من أن هذه الأنظمة تتم صيانتها جيدًا ويتم تحديثها باستمرار، إلا أن المخاطر واضحة. البنية التحتية القريبة هي ببساطة مسار جذاب للغاية للتيارات الشاردة.

العلاقة بين الحماية الكاثودية وتآكل التيار الشارد

تعد الحماية الكاثودية إحدى الطرق الأكثر فعالية لتقليل مخاطر تآكل التيار الشارد. هذه الأنظمة ضرورية لأن التيار المطبق لحماية خطوط الأنابيب والأصول المعدنية الأخرى يضمن وجود مسار أفضل للتيار الشارد ليتحرك عبره.

يكمن السر في ضمان أن أنظمة الحماية الكاثودية مصممة بشكل صحيح، ويتم صيانتها جيدًا، ومراقبتها بشكل كافٍ. العمل مع فريق ذي خبرة مثل فريقنا في Dreiym Engineering هو الطريقة التي تحصل بها على هذا الاطمئنان، بما في ذلك فحوصات الصيانة المنتظمة والمراقبة عن بُعد لزيادة تقليل المخاطر.

بالإضافة إلى تصميم مخصص خطة الحماية الكاثودية, ، يمكن للمهندسين الشرعيين ذوي الخبرة المناسبة إجراء تحليلات للتآكل وتدهور التربة. هكذا يمكن التنبؤ بشكل أفضل بكيفية انتقال التيار عبر التربة المختلفة بناءً على:

• مقاومة التربة
• محتوى الرطوبة
• التركيب الكيميائي
• تركيز الكلوريد
• مستويات الكبريتات
• التغيرات البيئية الموسمية

كلما فهمت العوامل في بيئة التشغيل الخاصة بك بشكل أفضل، كلما تمكنت من الحماية بشكل أفضل ضد تآكل التيار الشارد.

كيف يحقق المهندسون في تآكل التيار الشارد

عند ظهور أنماط تآكل مشبوهة، حتى عندما يكون نظامان للحماية الكاثودية قريبين جدًا من بعضهما البعض، يتم إجراء تحقيق رسمي للتآكل. غالبًا ما يتم استدعاء فريقنا في Dreiym Engineering لمثل هذه التحقيقات بعد وقوع الحوادث.

يتمثل دورنا في تحديد سبب حدوث الضرر، وما إذا كان النظام لا يزال معرضًا للخطر، والأطراف المسؤولة. سننظر في عدد من الأنظمة والعوامل المحددة، على سبيل المثال لا الحصر:

• قياسات الجهد الكهربائي
• تحليل تدفق التيار
• فحص التربة
• تقييمات الطلاء
• مسوحات خطوط الأنابيب
• تقييمات نظام التأريض
• مراجعات نظام الحماية الكاثودية
• تحليل بيانات التشغيل التاريخية

الهدف هو تحديد المسارات الحالية، وتحديد نقاط التدخل، وتحديد ما إذا كانت العوامل البيئية ستستمر في المساهمة في التدهور. تُستخدم نتيجة هذا التحقيق لتحديد اعتبارات الصيانة والتحديث المستقبلية، وصولًا إلى الإجراءات القانونية التي تشمل المساءلة البلدية ومدفوعات التأمين عن أي أضرار.

الهندسة الجنائية ضرورية كلما فشلت البنية التحتية من أي نوع. إنها تتجاوز عمليات الفحص الأساسية بالتركيز على إعادة بناء ما أدى إلى الضرر أو الفشل. في حالات تآكل التيار الشارد، غالباً ما يكشف هذا التخصص عن تأريض غير صحيح، أو أخطاء في التصميم، أو تفاعلات المرافق، أو مصادر تداخل مدفونة غير معروفة سابقاً.

حماية البنية التحتية الحيوية من الأضرار المستقبلية

الخبر السار هو أن معظم مناطق الولايات المتحدة يمكنها منع تآكل التيار الشارد إذا تم اكتشافه مبكرًا. عندما تستخدم المواقع الصناعية ومزودو المرافق برامج مراقبة أفضل، ودراسات كهربائية، وتقييمات للحماية الكاثودية، فإن ذلك يساعد. يمكن أن يساعد أيضًا في جدولة تقييمات التربة المنتظمة في أوقات مختلفة من العام أو بعد أحداث مناخية رئيسية، مثل الفيضانات أو ذوبان الجليد العميق.

بغض النظر عن الظروف، يجب على المنشآت التي تستخدم خطوط أنابيب طويلة أو خزانات تخزين أو بنى تحتية معدنية أخرى أن تبذل قصارى جهدها دائمًا لتحديد أنظمة السكك الحديدية المجاورة أو ممرات الخدمات أو المنشآت الصناعية أو الأنظمة ذات الجهد العالي. تظهر وكالة معلومات الطاقة the strongest four-year growth of electrical demand occurred recently and is likely to jump 25% by 2030 and 78% by 2050. The simple truth is that the risk of stray current corrosion is only going to get worse.

Working with teams like ours at Dreiym Engineering goes a long way to avoiding such damages. We offer over 30 years of experience, covering everything from corrosion and soil degradation analysis near shoreline facilities to cathodic protection design for local pipeline-dependent systems. We have licensed and certified experts on hand to help you get the solutions, management, and preventative information needed for greater overall reliability.

اتصل بدرييم للهندسة اليوم, and let’s have a closer look at your pipelines and other metal-related systems so you can mitigate the risk of stray current corrosion now and in the future.