Катодний захист: застосування та стандарти

Корозія - це хімічна та електрохімічна реакція металу з навколишнім середовищем, що викликає його пошкодження. Вона протікає з різною швидкістю, яку можна зменшити. З практичної точки зору інтерес представляє антикорозійна катодний захист металевих споруд, що контактують з землею, з водою і з транспортируемими середовищами. Особливо пошкоджуються зовнішні поверхні труб від впливу грунту та блукаючих струмів. Всередині корозія залежить від властивостей середовища. Якщо це газ, він повинен бути ретельно очищений від вологи та агресивних речовин: сірководню, кисню та ін

Принцип роботи

Об'єктами процесу електрохімічної корозії є середовище, метал і межі розділу між ними. Середа, якою зазвичай є вологий грунт або вода, володіє хорошою електропровідністю. На межі розділу між нею і металевою конструкцією відбувається електрохімічна реакція. Якщо струм позитивний (анодний електрод), іони заліза переходять у навколишній розчин, що призводить до втрати маси металу. Реакція викликає корозію. При негативному струмі (катодний електрод) цих втрат немає, оскільки в розчин переходять електрони. Спосіб використовується в гальванотехніці для нанесення на сталь покриттів з кольорових металів.


Катодний захист від корозії здійснюється, коли до об'єкта із заліза підводять негативний потенціал. Для цього в грунті розміщують анодний електрод і підключають до нього позитивний потенціал від джерела живлення. Мінус подається на об'єкт. Катодно-анодна захист приводить до активного руйнування від корозії тільки анодного електрода. Тому його слід періодично змінювати.

Негативна дія електрохімічної корозії

Корозія конструкцій може відбуватися від дії блукаючих струмів, що потрапляють з інших систем. Вони корисні для цільових об'єктів, але завдають істотної шкоди близкорасположенним споруд. Блукаючі струми можуть поширюватися від рейок електрифікованого транспорту. Вони проходять у напрямку до підстанції і потрапляють на трубопроводи. При виході з них утворюються анодні ділянки, викликають інтенсивну корозію. Для захисту застосовують електродренаж - спеціальний відвід струмів від трубопроводу до їх джерела. Тут також можлива катодний захист трубопроводів від корозії. Для цього необхідно знати величину блукаючих струмів, яку вимірюють спеціальними приладами.


За результатами електричних вимірювань вибирається спосіб захисту газопроводу. Універсальним засобом є пасивний спосіб ізоляції труб від контакту з грунтом з допомогою ізолюючих покриттів. Катодний захист газопроводу відноситься до активного способу.

Захист трубопроводів

Конструкції в землі захищають від корозії, якщо підключити до них мінус джерела постійного струму, а плюс - до анодним електродів, закопаним в грунт. Струм піде до конструкції, захищаючи її від корозії. Таким чином проводиться катодний захист трубопроводів, резервуарів або трубопроводів, що знаходяться в грунті. Анодний електрод буде руйнуватися, і його слід періодично змінювати. Для бака, заповненого водою, електроди розміщують всередині. При цьому рідина буде електролітом, через яку струм піде від анодів до поверхні ємкості. Електроди добре контролюються, і їх легко замінити. У грунті це робити складніше.

Джерело живлення

Біля нафто - і газопроводів, в мережах опалення та водопостачання, для яких необхідна катодний захист, встановлюють станції, від яких подається напруга на об'єкти. Якщо вони розміщуються на відкритому повітрі, ступінь їх захисту повинна бути не нижче IP34. Для сухих приміщень підходить будь-яка. Станції катодного захисту газопроводів та інших великих споруд мають потужність від 1 до 10 кВт. Їх енергетичні параметри насамперед залежать від наступних факторів:

опір між грунтом і анодом;

електропровідність ґрунту;

довжина захисної зони;

ізолююча дія покриття.

Традиційно перетворювач катодного захисту являє собою трансформаторну установку. Зараз на зміну їй приходить інверторна, володіє меншими габаритами, кращою стабільністю струму і більшої економічністю. На важливих ділянках встановлюють контролери, що володіють функціями регулювання струму і напруги, вирівнювання захисних потенціалів та ін Обладнання представлено на ринку в різних варіантах. Для конкретних потреб застосовується індивідуальне проектування, що забезпечує найкращі умови експлуатації.

Параметри джерела струму

Для захисту від корозії для заліза захисний потенціал становить 044 Ст. На практиці він повинен бути більше з-за впливу включень і стану поверхні металу. Максимальна величина становить 1 Ст. При наявності покриттів на деревині струм між електродами становить 005 мА/м 2 . Якщо ізоляція порушиться, він зростає до 10 мА/м 2 . Катодний захист ефективна в комплексі з іншими способами, оскільки менше витрачається електроенергії. Якщо на поверхні конструкції є лакофарбове покриття, електрохімічним способом захищаються тільки місця, де воно порушено.

Особливості катодного захисту

Джерелами живлення служать станції або мобільні генератори.

Розташування анодних заземлювачів залежить від специфіки трубопроводів. Спосіб розстановки може бути розподіленим або зосередженим, а також розташовуватися на різній глибині.

Матеріал анода вибирається з низькою розчинністю, щоб його вистачило на 15 років.

Потенціал захисного поля для кожного трубопроводу розраховується. Він не регламентується, якщо на конструкціях відсутні захисні покриття.

Стандартні вимоги "Газпрому" до катодного захисту

Чинність протягом усього строку експлуатації засобів захисту.

Захист від атмосферних перенапруг.

Розміщення станції в блок-боксах або у окремо стоїть в антивандальному виконанні.

Анодне заземлення вибирається на ділянках з мінімальним електричним опором грунту.

Характеристики перетворювача вибираються з урахуванням старіння захисного покриття трубопроводу.

Протекторний захист

Спосіб являє собою вид катодного захисту з підключенням електродів з більш електронегативного металу через електропровідних середу. Відмінність полягає у відсутності джерела енергії. Протектор бере корозію на себе, розчиняючись в електропровідної навколишньому середовищі.
Через кілька років анод слід замінити, оскільки він виробляється. Ефект від анода збільшується зі зниженням у нього перехідного опору з середовищем. З часом він може покриватися корозійних шаром. Це призводить до порушення електричного контакту. Якщо помістити анод в суміш солей, що забезпечує розчинення продуктів корозії, ефективність підвищується. Вплив протектора обмежена. Радіус дії визначається електричним опором середовища і різницею потенціалів між анодом і катодом. Протекторний захист застосовується при відсутності джерел енергії або коли їх використання економічно недоцільно. Вона також невигідна при застосуванні в кислих середовищах з-за високої швидкості розчинення анодів. Протектори встановлюють у воді, грунті або в нейтральному середовищі. Аноди з чистих металів зазвичай не роблять. Розчинення цинку відбувається нерівномірно, магній кородує занадто швидко, а на алюмінії утворюється міцна плівка окислів.

Матеріали протекторів

Щоб протектори володіли необхідними експлуатаційними властивостями, їх виготовляють із сплавів з наступними легуючими добавками.

Zn + 0025-015 % Cd+ 01-05 % Al - захист устаткування, що знаходиться в морській воді.

Al + 8 % Zn +5 % Mg + Cd, In, Gl, Hg, Tl, Mn, Si (частки відсотка) - експлуатація споруд в проточній морській воді.

Mg + 5-7 % Al +2-5 % Zn - захист невеликих конструкцій у ґрунті або у воді з низькою концентрацією солей.

Неправильне застосування деяких видів протекторів призводить до негативних наслідків. Аноди з магнію можуть бути причиною розтріскування обладнання з-за розвитку водневого окрихчення. Спільна протекторна катодний захист з антикорозійними покриттями підвищує її ефективність. Розподіл захисного струму поліпшується, а анодів потрібно значно менше. Один магнієвий анод захищає покритий бітумом трубопровід завдовжки 8 км, а без покриття - всього на 30 м.

Захист кузовів автомобілів від корозії

При порушенні товщина покриття кузова автомобіля може зменшитися за 5 років до 1 мм, тобто проржавіти наскрізь. Відновлення захисного шару важливо, але крім нього є спосіб повного припинення процесу корозії за допомогою катодно-протекторного захисту. Якщо перетворити кузов в катод, корозія металу припиняється. Анодами можуть бути будь-які струмопровідні поверхні, розташовані поруч: металеві пластини, контур заземлення, корпус гаража, вологе дорожнє покриття. При цьому ефективність захисту зростає з ростом площі анодів. Якщо анодом є дорожнє покриття, для контакту з них застосовується "хвіст" з металлизованной гуми. Його поміщають навпаки коліс, щоб краще потрапляли бризки. "Хвіст" ізолюється від корпуса. До анода підключається плюс акумуляторної батареї через резистор 1 кОм і послідовно з'єднаний з ним світлодіод. При замиканні ланцюга через анод, коли мінус з'єднаний з кузовом, в нормальному режимі світлодіод ледве помітно світиться. Якщо він яскраво горить, значить, у ланцюзі сталося коротке замикання. Причину треба знайти і усунути. Для захисту послідовно в ланцюзі потрібно встановити запобіжник. При знаходженні автомобіля в гаражі його підключають до заземлювального анода. Під час руху підключення відбувається через "хвіст".

Висновок

Катодний захист є способом підвищення експлуатаційної надійності підземних трубопроводів та інших споруд. При цьому слід враховувати її негативний вплив на сусідні трубопроводи від впливу блукаючих струмів.