Dispositivo de protección electroquímica. Tecnología de protección catódica de tuberías contra la corrosión.

ESTRUCTURAS METÁLICAS"

Bases teóricas

Protección catódica estructuras metálicas subterráneas

Principio de funcionamiento de la protección catódica.

Cuando el metal entra en contacto con suelos relacionados con ambientes electrolíticos, se produce un proceso de corrosión, acompañado de la formación de una corriente eléctrica, y se establece un cierto potencial de electrodo. La magnitud del potencial del electrodo de la tubería se puede determinar mediante la diferencia de potencial entre dos electrodos: la tubería y el elemento de sulfato de cobre no polarizante. Por tanto, el valor del potencial de la tubería es la diferencia entre el potencial de su electrodo y el potencial del electrodo de referencia con respecto a tierra. En la superficie de la tubería, los procesos de los electrodos ocurren en una determinada dirección y los cambios en el tiempo son de naturaleza estacionaria.

El potencial estacionario generalmente se denomina potencial natural, lo que implica la ausencia de corrientes parásitas y otras corrientes inducidas en la tubería.

La interacción de un metal corroído con un electrolito se divide en dos procesos: anódico y catódico, que tienen lugar simultáneamente en diferentes áreas de la interfaz metal-electrolito.

En la protección contra la corrosión se utiliza la separación territorial de los procesos anódico y catódico. Se conecta a la tubería una fuente de corriente con un electrodo de puesta a tierra adicional, con la ayuda del cual se aplica una corriente continua externa a la tubería. En este caso, el proceso anódico se produce en un electrodo de puesta a tierra adicional.

Polarización catódica tuberías subterráneas Se lleva a cabo aplicando un campo eléctrico desde una fuente externa de corriente continua. El polo negativo de la fuente de corriente continua está conectado a la estructura que se está protegiendo, mientras que la tubería es el cátodo en relación con el suelo y el ánodo de conexión a tierra creado artificialmente es el polo positivo.

Diagrama esquemático La protección catódica se muestra en la Fig. 14.1. Con protección catódica, el polo negativo de la fuente de corriente 2 está conectado a la tubería 1, y el polo positivo está conectado al dispositivo de conexión a tierra del ánodo 3 creado artificialmente. Cuando se enciende la fuente de corriente, la fuente de corriente desde su polo a través la conexión a tierra anódica ingresa al suelo y, a través de las áreas dañadas del aislamiento 6, llega a la tubería. Luego, a través del punto de drenaje 4 a lo largo del cable de conexión 5, la corriente regresa nuevamente al menos de la fuente de energía. En este caso, el proceso de polarización catódica comienza en las secciones expuestas de la tubería.

Arroz. 14.1. Diagrama esquemático de protección catódica de tuberías:

1 - tubería; 2 - fuente de CC externa; 3 - puesta a tierra anódica;

4 - punto de drenaje; 5 - cable de drenaje; 6 - contacto del terminal catódico;

7 - terminal catódico; 8 - daño al aislamiento de la tubería

Dado que el voltaje de la corriente externa aplicada entre el electrodo de conexión a tierra y la tubería excede significativamente la diferencia de potencial entre los electrodos de los macropares de corrosión de la tubería, el potencial estacionario de la conexión a tierra anódica no juega un papel decisivo.

Con la inclusión de protección electroquímica ( j 0a.añadir) se altera la distribución de las corrientes de los macropares de corrosión, los valores de la diferencia de potencial "tubería - tierra" de las secciones catódicas ( j 0k) con la diferencia de potencial de las secciones del ánodo ( j0a), se proporcionan condiciones para la polarización.

La protección catódica se regula manteniendo el potencial protector requerido. Si, aplicando una corriente externa, la tubería se polariza al potencial de equilibrio ( j0k = j0a) disolución del metal (Fig. 14.2 a), luego la corriente anódica se detiene y la corrosión se detiene. Un aumento adicional de la corriente de protección no es práctico. Con más valores positivos potencial, se produce el fenómeno de protección incompleta (Fig. 14.2 b). Puede ocurrir durante la protección catódica de una tubería ubicada en una zona de fuerte influencia de corrientes parásitas o cuando se utilizan protectores que no tienen un potencial de electrodo suficientemente negativo (protectores de zinc).

Los criterios para proteger el metal de la corrosión son la densidad de corriente protectora y el potencial protector.

La polarización catódica de una estructura metálica desnuda al potencial de protección requiere corrientes significativas. Los valores más probables de densidades de corriente requeridas para la polarización del acero en diferentes ambientes al potencial de protección mínimo (-0,85 V) en relación con el electrodo de referencia de sulfato de cobre, se indican en la tabla. 14.1

Arroz. 14.2. Diagrama de corrosión para el caso de polarización completa (a) y

polarización incompleta (b)

Normalmente, la protección catódica se utiliza junto con revestimientos aislantes aplicados a la superficie exterior de la tubería. El recubrimiento de la superficie reduce la corriente requerida en varios órdenes de magnitud. Así, para la protección catódica de acero con un buen recubrimiento en el suelo, sólo se requieren 0,01 ... 0,2 mA/m 2.

Tabla 14.1

Densidad de corriente requerida para la protección catódica

superficie de acero desnuda en diversos entornos

La densidad de corriente protectora para tuberías principales aisladas no puede convertirse en un criterio de protección confiable debido a la distribución desconocida del aislamiento de la tubería dañada, que determina el área de contacto real del metal con el suelo. Incluso para una tubería no aislada (un cartucho en un paso subterráneo a través de ferrocarriles y carreteras), la densidad de corriente protectora está determinada por las dimensiones geométricas de la estructura y es ficticia, ya que la proporción de la superficie del cartucho permanece desconocida, cubierta constantemente con Presentan capas protectoras pasivas (incrustaciones, etc.) y no participan durante el proceso de despolarización. Por lo tanto, la densidad de corriente protectora como criterio de protección se utiliza en algunos estudios de laboratorio realizados en muestras metálicas.

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La protección catódica del gasoducto debe funcionar de forma ininterrumpida. Para cada VCS se establece un determinado modo en función de sus condiciones de funcionamiento. Cuando se opera una estación catódica, se mantiene un registro de sus parámetros eléctricos y el funcionamiento de la fuente de corriente. También es necesaria una monitorización constante de la conexión a tierra anódica, cuyo estado está determinado por el valor de la corriente RMS.

Características del estado de la capa protectora y su conductividad.

La protección catódica del gasoducto debe funcionar de forma ininterrumpida. En los tramos de la ruta donde el suministro eléctrico se interrumpe durante varias horas al día, se utilizan baterías para brindar protección durante los cortes de energía. Capacidad batería determinado por el valor de la corriente de protección RMS.

La protección catódica de los gasoductos contra los efectos de las corrientes parásitas o la corrosión del suelo se lleva a cabo utilizando corriente eléctrica directa de una fuente externa. El polo negativo de la fuente de corriente está conectado al gasoducto protegido y el polo positivo está conectado a una tierra especial: el ánodo.

La protección catódica de los gasoductos contra la corrosión se lleva a cabo debido a su polarización catódica mediante una fuente de corriente externa.

La influencia de la protección catódica de gasoductos en circuitos ferroviarios.

Para la protección catódica de un gasoducto, se utilizan instrumentos estándar de instalaciones eléctricas e instrumentos auxiliares y de medición de corrosión especiales. Para medir la diferencia de potencial entre una estructura subterránea y el suelo, que es uno de los criterios para evaluar el peligro de corrosión y la presencia de protección, se utilizan voltímetros con un valor de resistencia interna grande de 1 en la escala para que su inclusión en el circuito de medida no viola la distribución de potencial en este último. Este requisito está determinado tanto por la alta resistencia interna del sistema de tierra-estructura subterránea como por la dificultad de crear una baja resistencia a tierra en el punto de contacto del electrodo de medición con el suelo, especialmente cuando se utilizan electrodos no polarizantes. Para obtener un circuito de medida con alta resistencia de entrada se utilizan potenciómetros y voltímetros de alta resistencia.

Para las estaciones de protección catódica de gasoductos como fuente de electricidad, se recomienda utilizar pilas de combustible de alta temperatura con electrodo cerámico. Estas pilas de combustible pueden largo tiempo trabajos en el trazado del gasoducto, suministrando energía eléctrica a las estaciones de protección catódica, así como a las casas de reparadores de líneas, sistemas de señalización y válvulas de control automático. Este método de suministro de energía a estructuras lineales e instalaciones de gasoductos que no requieren alta potencia simplifica enormemente el mantenimiento operativo.

Muy a menudo, los parámetros de protección catódica de los gasoductos obtenidos mediante cálculo difieren significativamente de los parámetros SPS obtenidos en la práctica mediante mediciones. Esto se debe a la imposibilidad de tener en cuenta toda la variedad de factores que influyen condiciones naturales sobre los parámetros de protección.

M. Ivanov, Ph.D. norte.

La corrosión de los metales, especialmente el hierro y el acero sin alear, provoca gran daño Dispositivos y tuberías operados en contacto con agua y aire. Esto conduce a una reducción en la vida útil del equipo y, además, crea condiciones para la contaminación del agua con productos de corrosión.

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Como es sabido, la corrosión es un proceso electroquímico en el que se produce la oxidación de un metal, es decir, la liberación de electrones por parte de sus átomos. Este proceso tiene lugar en una parte microscópica de la superficie llamada región anódica. Conduce a una violación de la integridad del metal, cuyos átomos entran en reacciones químicas, especialmente activo en presencia de oxígeno atmosférico y humedad.

Porque los metales son buenos conductores. electricidad, los electrones liberados fluyen libremente a otra región microscópica, donde se producen reacciones de reducción en presencia de agua y oxígeno. Esta región se llama cátodo.

La aparición de corrosión electroquímica se puede contrarrestar aplicando un voltaje de una fuente externa de corriente continua para cambiar el potencial del electrodo del metal a valores en los que no se produce el proceso de corrosión.

Sobre esta base se han construido sistemas de protección catódica para tuberías subterráneas, tanques y otras estructuras metálicas. En caso de aplicación sobre el metal protegido. potencial eléctrico en toda la superficie de la estructura metálica se establecen tales valores potenciales en los que solo pueden ocurrir procesos catódicos de reducción: por ejemplo, los cationes metálicos aceptarán electrones y se transformarán en iones de un estado de oxidación más bajo o átomos neutros.

Técnicamente, el método de protección catódica de metales se lleva a cabo de la siguiente manera ( arroz. 1). A la estructura metálica a proteger, por ejemplo. tubería de acero, se suministra un cable y se conecta al polo negativo de la estación catódica, como resultado de lo cual la tubería se convierte en el cátodo. A cierta distancia de la estructura metálica, se encuentra un electrodo en el suelo, que está conectado con un cable al polo positivo y se convierte en el ánodo. La diferencia de potencial entre el cátodo y el ánodo se crea de tal manera que se elimina por completo la aparición de procesos oxidativos en la estructura protegida. En este caso, corrientes débiles fluirán a través del suelo húmedo entre el cátodo y el ánodo en el espesor del suelo. Una protección eficaz requiere la colocación de varios electrodos anódicos a lo largo de toda la tubería. Si es posible reducir la diferencia de potencial entre la estructura protegida y el suelo a 0,85-1,2 V, entonces la tasa de corrosión de la tubería se reduce a valores significativamente bajos.

Así, el sistema de protección catódica incluye una fuente de corriente eléctrica continua, un punto de control y puesta a tierra del ánodo. Normalmente, una estación de protección catódica consta de un transformador de CA y un rectificador de diodo. Como regla general, se alimenta de una red de 220 V; También hay estaciones alimentadas por líneas de alta tensión (6-10 kV).

Para trabajo eficiente estación catódica, la diferencia de potencial creada entre el cátodo y el ánodo debe ser de al menos 0,75 V. En algunos casos, para una protección exitosa son suficientes aproximadamente 0,3 V. Al mismo tiempo, como Parámetros técnicos Las estaciones de protección catódica utilizan los valores nominales de la corriente de salida y el voltaje de salida. Entonces, generalmente nominal tensión de salida las estaciones varían de 20 a 48 V. Con una gran distancia entre el ánodo y el objeto protegido, el voltaje de salida requerido de la estación alcanza los 200 V.

Como ánodos se utilizan electrodos inertes auxiliares. Los electrodos de puesta a tierra de ánodo, por ejemplo, el modelo AZM-3X fabricado por JSC Katod (pueblo de Razvilka, región de Moscú), son piezas fundidas de una aleación resistente a la corrosión, equipadas con un cable especial con un núcleo de cobre en aislamiento reforzado, así como un acoplamiento sellado para conexión al cable principal de la estación de protección catódica. Es más racional utilizar conductores de puesta a tierra en entornos con actividad corrosiva alta y moderada cuando resistividad suelo hasta 100 Ohm.m. Para una distribución óptima de la intensidad del campo y la densidad de corriente en todo el cuerpo del equipo, alrededor de los ánodos se colocan pantallas especiales en forma de relleno de carbón o coque.

Para evaluar la eficiencia de una estación de protección catódica se requiere un sistema que consta de un electrodo de medición y un electrodo de referencia y es la parte principal del punto de control y medición. A partir de las lecturas de estos electrodos se regula la diferencia de potencial de protección catódica.

Los electrodos de medición están hechos de acero de alta aleación, hierro fundido al silicio, latón o bronce platinado y cobre. Los electrodos de referencia son cloruro de plata o sulfato de cobre. Según su diseño, los electrodos de referencia pueden ser sumergibles o remotos. La composición de la solución utilizada en ellos debe ser similar a la composición del medio ambiente, de cuyos efectos nocivos es necesario proteger el equipo.

Cabe destacar los electrodos de referencia bimetálicos de acción prolongada del tipo EDB, desarrollados por VNIIGAZ (Moscú). Están diseñados para medir la diferencia de potencial entre un objeto metálico subterráneo (incluida una tubería) y el suelo para controlar una estación de protección catódica en modo automatico en condiciones de carga pesada y a una profundidad considerable, es decir, donde otros electrodos no pueden garantizar el mantenimiento constante del potencial dado.

Los equipos de protección catódica los suministran principalmente fabricantes nacionales. Así, la mencionada CJSC "Kathod" ofrece la estación "Minerva-3000" ( arroz. 2), diseñado para proteger las principales redes de suministro de agua. Su potencia de salida nominal es de 3,0 kW, el voltaje de salida es de 96 V y la corriente de protección es de 30 A. La precisión para mantener el potencial de protección y el valor de corriente es del 1 y 2%, respectivamente. El valor de ondulación no supera el 1%.

Otro fabricante ruso, Energomera OJSC (Stavropol), suministra módulos de las marcas MKZ-M12, PNKZ-PPCh-M10 y PN-OPE-M11, que proporcionan una protección catódica eficaz de estructuras metálicas subterráneas en zonas con alto riesgo de corrosión. El módulo MKZ-M12 tiene una corriente nominal de 15 o 20 A; El voltaje de salida nominal es de 24 V. Para los modelos MKZ-M12-15-24-U2, el voltaje de salida es de 30 V. La precisión para mantener el potencial de protección alcanza ±0,5%, la corriente especificada es ±1%. recurso técnico- 100 mil horas y vida útil - al menos 20 años.

LLC "Electronic Technologies" (Tver) ofrece estaciones de protección catódica "Tvertsa" ( arroz. 3), equipado con un microprocesador incorporado y un sistema telemecánico control remoto. Los puntos de control y medición están equipados con electrodos de comparación no polarizados de acción prolongada con sensores de potencial electroquímico, que miden los potenciales de polarización en la tubería. Estas estaciones también incluyen una fuente ajustable de corriente catódica y un bloque de sensores para parámetros eléctricos del circuito, el cual se conecta a través de un controlador a un dispositivo de acceso remoto. El transformador de esta estación está fabricado a base de núcleos de ferrita del tipo Epcos. También se utiliza un sistema de control de convertidor de voltaje basado en un microcircuito UCC 2808A.

La empresa Kurs-OP (Moscú) produce estaciones de protección catódica Elkon, cuyo voltaje de salida varía en el rango de 30 a 96 V, y la corriente de salida en el rango de 20 a 60 A. Ondulación del voltaje de salida: no más de 2 % . Estas estaciones están diseñadas para proteger tuberías de un solo hilo de la corrosión del suelo y, con el uso de una unidad de protección conjunta, tuberías de varios hilos en áreas sin corrientes parásitas en condiciones climáticas moderadas (de -45 a +40 ° C). Las estaciones incluyen un transformador de potencia monofásico, un convertidor con regulación escalonada de la tensión de salida, equipos de alta tensión, un seccionador manual bipolar y supresores de sobretensiones.

También se pueden observar las instalaciones de protección catódica de la serie NGK-IPKZ fabricadas por NPF Neftegazkompleks EKhZ LLC (Saratov), ​​​​cuya corriente de salida máxima es de 20 o 100 A, y la tensión de salida nominal es de 48 V.

Uno de los proveedores de estaciones de protección catódica de los países de la CEI es Hoffmann Electric Technologies (Járkov, Ucrania), que ofrece equipos para la protección electroquímica contra la corrosión del suelo de las tuberías principales.

Uno de los métodos más utilizados para la protección electroquímica de diversas estructuras metálicas contra la oxidación es la protección catódica. En la mayoría de los casos, se utiliza junto con la aplicación de recubrimientos especiales a superficies metálicas.

1 Información general sobre protección catódica

Esta protección de los metales fue descrita por primera vez en la década de 1820 por Humphry Davy. A partir de sus informes, en 1824, en el barco HMS Samarang, se puso a prueba la teoría aportada. Se instalaron protectores de ánodos de hierro en el revestimiento de cobre del barco, lo que redujo significativamente la tasa de oxidación del cobre. La técnica comenzó a desarrollarse y hoy en día el cátodo de todo tipo de estructuras metálicas (tuberías, piezas de automóviles, etc.) es reconocido como el más eficaz y utilizado.

En condiciones industriales, dicha protección de metales (a menudo llamada polarización catódica) se lleva a cabo mediante dos métodos principales.

1. La estructura, que está protegida de la destrucción, está conectada a una fuente de corriente externa. EN en este caso El producto metálico actúa como cátodo. Y los ánodos son electrodos adicionales inertes. Esta técnica se utiliza normalmente para proteger tuberías, cimientos metálicos soldados y plataformas de perforación.
2. Polarización catódica de tipo galvánico. Con este esquema, la estructura metálica está en contacto con un metal que tiene un potencial electronegativo mayor (aluminio, magnesio, aleaciones de aluminio, zinc). En este caso, el ánodo se refiere a ambos metales (principal y protector). Disolución (es decir, puramente proceso electroquímico) el material electronegativo conduce al flujo de la corriente catódica requerida a través del producto protegido. Con el tiempo, el metal "protector" se destruye por completo. La polarización galvánica es eficaz para estructuras que tienen una capa aislante, así como para productos metálicos relativamente pequeños.

La primera técnica ha encontrado un uso generalizado en todo el mundo. Es bastante sencillo y económicamente viable, ya que permite proteger el metal de corrosión generalizada y de muchas de sus variedades: corrosión intergranular del “acero inoxidable”, picaduras, agrietamiento de productos de latón debido a las tensiones bajo las cuales operan.

El circuito galvánico ha encontrado un mayor uso en Estados Unidos. En nuestro país se utiliza con menor frecuencia, aunque su efectividad es alta. El uso limitado de la protección sacrificial de metales en Rusia se debe al hecho de que muchas tuberías en nuestro país no tienen aplicado un recubrimiento especial, y este es un requisito previo para la implementación de técnicas galvánicas anticorrosión.

2 ¿Cómo funciona la polarización catódica estándar de metales?

La protección catódica contra la corrosión se logra mediante el uso de corriente superpuesta. Se suministra a la estructura desde un rectificador u otra fuente de corriente (externa), donde la corriente alterna de frecuencia industrial se modifica en la corriente continua requerida. El objeto a proteger está conectado a corriente rectificada (al polo “menos”). La estructura es, por tanto, un cátodo. La puesta a tierra anódica (segundo electrodo) está conectada al “más”.

Es importante que exista un buen contacto electrolítico y electrónico entre el electrodo secundario y la estructura. El primero lo proporciona el suelo, donde se sumergen el ánodo y el objeto protegido. El suelo en este caso actúa como medio electrolítico. El contacto electrónico se logra mediante conductores fabricados de materiales metálicos.

La regulación de la protección catódica anticorrosión se lleva a cabo manteniendo el potencial protector entre el medio electrolítico y el indicador de potencial de polarización (o la estructura misma) en un valor estrictamente definido. El indicador se mide con un voltímetro con escala de alta resistencia.

Aquí es necesario comprender que el potencial no solo tiene un componente de polarización, sino también otro componente: una caída de voltaje (óhmica). Esta caída se produce debido al flujo de corriente catódica a través de la resistencia efectiva. Además, la calidad de la protección catódica depende únicamente de la polarización de la superficie del producto, que está protegida contra la oxidación. Por esta razón, se distinguen dos características de la seguridad de una estructura metálica: los potenciales de polarización más alto y más bajo.

La regulación eficaz de la polarización de los metales, teniendo en cuenta todo lo anterior, es posible en el caso de que el indicador del componente óhmico se excluya del valor de la diferencia de potencial resultante. Esto se puede lograr utilizando un circuito especial para medir el potencial de polarización. No lo describiremos en el marco de este artículo, ya que está repleto de muchos términos y conceptos especializados.

Como regla general, la tecnología de cátodos se utiliza junto con la aplicación de materiales protectores especiales a la superficie externa de productos protegidos contra la corrosión.

Para proteger tuberías no aisladas y otras estructuras, es necesario utilizar corrientes importantes, lo que no es económicamente rentable y técnicamente difícil.

3 Protección catódica de elementos del vehículo

La corrosión es un proceso activo y muy agresivo. La protección de alta calidad de los componentes del automóvil contra la oxidación causa muchos problemas a los automovilistas. Todos los vehículos, sin excepción, están sujetos a la destrucción por corrosión, porque la oxidación comienza incluso cuando aparece un pequeño rasguño en la pintura del automóvil.

La tecnología catódica para proteger un automóvil de la corrosión es bastante común hoy en día. Se utiliza junto con el uso de todo tipo de masillas. Esta técnica se refiere a la aplicación de potencial eléctrico a la superficie de una pieza de automóvil en particular, lo que conduce a una inhibición efectiva y a largo plazo de la oxidación.

Con la protección descrita vehículo El cátodo está formado por placas especiales que se colocan sobre sus componentes más vulnerables. Y el papel del ánodo lo desempeña la carrocería del automóvil. Esta distribución de potenciales garantiza la integridad del cuerpo de la máquina, ya que solo se destruyen las placas catódicas y el metal base no se corroe.

Se entiende por puntos vulnerables de un vehículo susceptibles de protección mediante el método catódico:

• partes trasera y delantera del fondo;
• paso de rueda trasera;
• áreas para la fijación de luces de posición y faros propios;
• juntas de rueda de ala;
• áreas internas de puertas y umbrales;
• espacio detrás de los protectores de ruedas (delanteros).

Para proteger el automóvil, es necesario comprar un módulo electrónico especial (algunos artesanos lo fabrican ellos mismos) y placas protectoras. El módulo se monta en el interior del automóvil y se conecta a la red de a bordo (debe recibir alimentación con el motor del automóvil apagado). La instalación del dispositivo lleva literalmente entre 10 y 15 minutos. Además, consume un mínimo de energía y garantiza una protección anticorrosión de muy alta calidad.

Las placas protectoras pueden tener diferente tamaño. Su número también varía dependiendo del lugar del vehículo en el que se monten, así como de los parámetros geométricos del electrodo. En la práctica, cuanto menor sea el tamaño del electrodo, menos placas necesitará.

La protección contra la corrosión de los automóviles mediante el método catódico también se lleva a cabo mediante otros métodos comparativos. de maneras simples. La más básica es conectar el cable positivo de la batería del coche a un garaje metálico normal. Tenga en cuenta que debe utilizar una resistencia para la conexión.

4 Protección de tuberías mediante el método de polarización catódica.

La despresurización de tuberías para diversos fines se produce en muchos casos debido a su destrucción por corrosión provocada por la aparición de roturas, grietas y cavidades. Las comunicaciones subterráneas son especialmente susceptibles a la oxidación. Sobre ellos se forman zonas con diferentes potenciales (electrodos), lo que se debe a la heterogeneidad del suelo y la composición heterogénea de los metales con los que están hechas las tuberías. Debido a la aparición de estas zonas, se inicia el proceso. formación activa Componentes galvánicos corrosivos.

La polarización catódica de tuberías, realizada según los esquemas descritos al principio del artículo (galvanización o fuente de energía externa), se basa en reducir la tasa de disolución del material de las tuberías durante su funcionamiento. Esta reducción se logra desplazando el potencial de corrosión a una zona que tiene indicadores más negativos en relación al potencial natural.

Ya en el primer tercio del siglo XX se determinó el potencial de polarización catódica de los metales. Su indicador es -0,85 voltios. En la mayoría de los suelos, el potencial natural de las estructuras metálicas está en el rango de -0,55 a -0,6 voltios.

Esto significa que para proteger eficazmente las tuberías, es necesario "mover" el potencial de corrosión al lado negativo entre 0,25 y 0,3 voltios. Con tal magnitud, el efecto práctico de la oxidación sobre el estado de las comunicaciones se nivela casi por completo (la corrosión por año tiene una tasa de no más de 10 micrómetros).

La técnica que utiliza una fuente de corriente (externa) se considera laboriosa y bastante compleja. Pero proporciona nivel alto protección de tuberías, su recurso energético no está limitado por nada, mientras que la resistencia (específica) del suelo tiene un impacto mínimo en la calidad de las medidas de protección.

Las fuentes de energía para la polarización catódica suelen ser líneas eléctricas aéreas a 0,4; 6 y 10 kV. En zonas donde no los hay, se permite el uso de generadores de gas, térmicos y diésel como fuente de energía.

La corriente "protectora" se distribuye de manera desigual a lo largo de las tuberías. Su mayor valor se observa en el llamado punto de drenaje, en el lugar donde está conectada la fuente. Cuanto mayor sea la distancia desde este punto, menos protegidas estarán las tuberías. Al mismo tiempo, una corriente excesiva directamente en el área de conexión tiene un efecto negativo en la tubería: existe una alta probabilidad de que los metales se craqueen por hidrógeno.

El método que utiliza ánodos galvánicos demuestra una buena eficacia en suelos con baja resistividad (hasta 50 ohm*m). No se utiliza en suelos del grupo de alta resistividad, ya que no da resultados especiales. Vale la pena agregar aquí que los ánodos están hechos de aleaciones a base de aluminio, magnesio y zinc.

5 Brevemente sobre las estaciones de protección catódica (CPS)

Para la protección anticorrosión de las tuberías tendidas bajo tierra, se instalan SCP a lo largo de su recorrido, que incluyen:

• puesta a tierra anódica;
• fuente actual;
• punto de control y medición;
• Cables y alambres que realizan funciones de conexión.

Las estaciones están conectadas a redes eléctricas o a dispositivos autónomos. Se permite instalar varias conexiones a tierra y fuentes de energía en el VCS cuando se colocan dos o más tuberías en un corredor subterráneo. Sin embargo, esto conlleva un aumento de los costes de las medidas anticorrosión.

Si solo se instala una instalación en comunicaciones multilínea, su conexión a las tuberías se realiza mediante bloques especiales. No permiten la formación de fuertes pares galvánicos que surgen al instalar puentes ciegos en productos tubulares. Estos bloques aíslan las tuberías entre sí y también permiten seleccionar el potencial requerido en cada elemento de la tubería, garantizando protección máxima estructuras contra la oxidación.

Tensión de salida en estaciones catódicas se puede ajustar automáticamente (la instalación en este caso está equipada con tiristores) o manualmente (el operador cambia los devanados del transformador si es necesario). En situaciones donde los VSC operan en condiciones que varían en el tiempo, se recomienda operar estaciones con regulación automática de voltaje.

Ellos mismos controlan la resistencia del suelo (específico), la aparición de corrientes parásitas y otros factores que afectan impacto negativo sobre la calidad de la protección y ajusta automáticamente el funcionamiento del VCS. Pero en sistemas donde la corriente de protección y el indicador de resistencia en su circuito permanecen sin cambios, es mejor utilizar instalaciones con Ajuste manual tensión de salida.

Agreguemos que la regulación en modo automático se realiza según uno de dos indicadores:

• corriente de protección (convertidores galvanostáticos);
• según el potencial del objeto que se está protegiendo (convertidores potenciostáticos).

6 Información sobre estaciones de protección catódica conocidas

Entre los VCS domésticos populares, se pueden distinguir varias instalaciones. La estación tiene una gran demanda. Minerva–3000– un potente sistema desarrollado por ingenieros franceses y rusos para las instalaciones de Gazprom. Un Minerva es suficiente para proteger de forma fiable hasta 30 kilómetros de tuberías contra la oxidación. La estación tiene las siguientes ventajas principales:

• capacidad de fabricación única de todos sus componentes;
• mayor potencia del VCS (es posible proteger las comunicaciones con una capa protectora muy pobre);
• autorreparación (después de sobrecargas de emergencia) de los modos de funcionamiento de la estación durante 15 segundos;
• disponibilidad de equipos digitales de alta precisión para monitorear las condiciones operativas y un sistema de control térmico;
• la presencia de circuitos de protección contra sobretensiones en los circuitos de medición y entrada;
• ausencia de piezas móviles y estanqueidad del armario eléctrico.

Además de Minerva–3000 puedes conectar instalaciones para control remoto sobre el funcionamiento de la estación y el control remoto de sus equipos.

Los sistemas también tienen un excelente rendimiento técnico. ASKG-TM– modernas estaciones adaptativas telemecanizadas para la protección de cables eléctricos, tuberías urbanas y principales, así como tanques en los que se almacenan gas y productos petrolíferos. Estos dispositivos están disponibles con diferentes potencias de salida (de 1 a 5 kilovatios). Tienen un complejo de telemetría multifuncional que le permite seleccionar un modo de funcionamiento VCS específico, monitorear y cambiar los parámetros de la estación, así como procesar la información entrante y enviarla al operador.

Beneficios de uso ASKG-TM:

• posibilidad de integración en complejos SCADA gracias al soporte de tecnología OPC;
• canal de comunicación principal y de respaldo;
• selección del valor de potencia (salida);
• mayor tolerancia a fallas;
• amplio rango de temperatura de funcionamiento;
• precisión única en la configuración de los parámetros de salida;
• Protección de voltaje de las salidas de energía del sistema.

Hay SKZ y otros tipos, cuya información es fácil de encontrar en sitios especializados en Internet.

7 ¿Qué objetos se pueden proteger mediante polarización catódica?

Además de proteger automóviles y tuberías, las técnicas de polarización consideradas se utilizan activamente para proteger de la corrosión las armaduras incluidas en estructuras de hormigón armado (edificios, estructuras de carreteras, cimientos, etc.). Por lo general, los accesorios son un solo sistema eléctrico, que se corroe activamente cuando entran cloruros y agua.

La polarización catódica en combinación con el saneamiento del hormigón detiene los procesos de corrosión. En este caso es necesario utilizar dos tipos de ánodos:

• los principales están fabricados en titanio, grafito o su combinación con una capa de óxido metálico, así como hierro fundido al silicio;
• Varillas de distribución: varillas hechas de aleaciones de titanio con una capa adicional de protección metálica o con un revestimiento conductor de electricidad no metálico.

Al regular la corriente externa suministrada a la estructura de hormigón armado, se selecciona el potencial del refuerzo.

La polarización se considera una técnica indispensable para la protección de estructuras permanentes ubicadas en la plataforma continental, en los yacimientos de gas y petróleo. Las capas protectoras originales de dichos objetos no se pueden restaurar (requieren desmantelamiento y transporte a hangares secos), lo que significa que solo queda una opción: la protección catódica de los metales.

Para proteger contra la corrosión del mar, la polarización galvánica de los barcos civiles se utiliza utilizando ánodos de zinc, magnesio, aleaciones de aluminio. En tierra (durante reparaciones y amarres), los barcos están conectados a SCZ, cuyos ánodos están hechos de titanio platinado.

La protección catódica también se utiliza para proteger contra la destrucción de las partes internas de recipientes y contenedores, así como de tuberías que entran en contacto con aguas residuales. aguas industriales y otros electrolitos agresivos. La polarización en este caso aumenta de 2 a 3 veces el tiempo de uso sin mantenimiento de estas estructuras.

Existir varios métodos Procesando tubos metálicos, pero el más eficaz de ellos es la protección catódica de las tuberías contra la corrosión. Es necesario evitar su despresurización prematura, lo que conducirá a la formación de grietas, cavidades y roturas.

La corrosión del metal es un proceso natural en el que los átomos de un metal cambian. Como resultado, sus electrones pasan a agentes oxidantes, lo que conduce a la destrucción de la estructura del material.

En el caso de tuberías subterráneas, un factor adicional que influye en la corrosión es la composición del suelo. Contiene áreas de diferente potencial de electrodo, lo que provoca la formación de células galvánicas corrosivas.

Existen varios tipos de corrosión, entre ellos:

• Sólido. Se distingue por una gran área de distribución continua. En casos raros, causa daños a la tubería, ya que a menudo no penetra profundamente en la estructura metálica;


• Corrosión local: se convierte en la más causa común Se rompe, ya que no cubre una gran superficie, sino que penetra profundamente. Se divide en picaduras, filamentosas, transversales, subsuperficiales, irregulares, de cuchillo, intergranulares, fragilidad por corrosión y grietas.

Métodos para proteger tuberías subterráneas.

La protección contra la corrosión del metal puede ser activa o pasiva. Los métodos pasivos implican crear condiciones para la tubería en las que no se verá afectada por el suelo circundante. Para ello, se le aplican compuestos protectores especiales, que se convierten en una barrera. Los revestimientos más utilizados son el betún, las resinas epoxi, las cintas poliméricas o la brea de alquitrán de hulla.

Para método activo La más utilizada es la protección catódica de las tuberías contra la corrosión. Se basa en la creación de polarización, lo que permite reducir la velocidad de disolución del metal. Este efecto se logra desplazando el potencial de corrosión a un área más negativa. Para ello, se hace pasar una corriente eléctrica entre la superficie del metal y el suelo, lo que reduce significativamente la velocidad de corrosión.

Métodos para implementar la protección catódica:

• Utilizar fuentes de corriente externas que estén conectadas a la tubería protegida y a la conexión a tierra del ánodo;


• Utilizando el método galvánico (protectores de ánodos de sacrificio de magnesio).

La protección catódica de tuberías contra la corrosión mediante fuentes externas es más compleja. Ya que requiere uso diseños especiales, que proporcionan corriente continua. El método galvánico, a su vez, se implementa mediante protectores que permiten proporcionar protección efectiva sólo en suelos con baja resistencia eléctrica.

Puede usarse para proteger la tubería y el método anódico. Se utiliza en condiciones de contacto con un ambiente químico agresivo. El método anódico se basa en convertir el estado activo del metal en pasivo y mantenerlo por la influencia de un ánodo externo.

A pesar de ciertas dificultades de implementación, este método se utiliza activamente donde no se puede implementar la protección catódica de las tuberías contra la corrosión.

Ejemplos de protección catódica de tuberías contra la corrosión en la exposición

Las experiencias de uso y los nuevos desarrollos en este ámbito se destacan en la exposición industrial anual "Neftegaz", que tiene lugar en el recinto ferial Expocentre.

La exposición es un importante evento del sector y una excelente plataforma para presentar a los especialistas nuevos desarrollos, así como para lanzar nuevos proyectos. La exposición Neftegaz se llevará a cabo en el recinto ferial Expocentre de Moscú en Krasnaya Presnya.

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