La protección electroquímica contra la corrosión consta de protección catódica y de drenaje. La protección catódica de tuberías se lleva a cabo mediante dos métodos principales: el uso de ánodos protectores metálicos (método protector galvánico) y el uso de fuentes externas. corriente continua, cuyo menos está conectado a la tubería y el más a la conexión a tierra del ánodo (método eléctrico).
Arroz. 1. Principio de funcionamiento de la protección catódica
Protección galvánica de la banda de rodadura contra la corrosión.
La forma más obvia de hacer esto es protección electroquímica estructura metálica que tiene contacto directo con el ambiente electrolítico, es el método de protección galvánica, que se basa en el hecho de que diferentes metales en el electrolito tienen diferentes potenciales de electrodo. Por lo tanto, si se forma un par galvánico a partir de dos metales y se colocan en un electrolito, entonces el metal con un potencial más negativo se convertirá en un ánodo protector y se destruirá, protegiendo al metal con un potencial menos negativo. Los protectores sirven esencialmente como fuentes portátiles de electricidad.
El magnesio, el aluminio y el zinc se utilizan como materiales principales para la fabricación de protectores. Al comparar las propiedades del magnesio, el aluminio y el zinc, queda claro que, de los elementos considerados, el magnesio tiene la mayor fuerza electromotriz. Al mismo tiempo, una de las características prácticas más importantes de los protectores es el coeficiente acción útil, que muestra la proporción de la masa de la banda de rodadura utilizada para obtener útiles energía eléctrica en la cadena. Eficiencia protectores fabricados en magnesio y aleaciones de magnesio, rara vez superan el 50%, a diferencia de los protectores a base de Zn y Al con eficacia. 90% o más.
Arroz. 2. Ejemplos de protectores de magnesio
Por lo general, las instalaciones de protección se utilizan para la protección catódica de tuberías que no tienen contactos eléctricos con comunicaciones extendidas adyacentes, secciones individuales de tuberías, así como tanques, carcasas protectoras de acero (cartuchos), tanques y contenedores subterráneos, soportes y pilotes de acero, y otros objetos concentrados.
Al mismo tiempo, las instalaciones de las bandas de rodadura son muy sensibles a errores en su colocación y configuración. La selección o colocación incorrecta de las unidades de banda de rodadura provoca fuerte descenso su eficacia.
Protección catódica contra la corrosión
El método más común de protección electroquímica contra la corrosión de estructuras metálicas subterráneas es la protección catódica, realizada mediante polarización catódica de la superficie metálica protegida. En la práctica, esto se logra conectando la tubería protegida al polo negativo de una fuente externa de corriente continua, llamada estación de protección catódica. El polo positivo de la fuente está conectado mediante un cable a un electrodo adicional externo de metal, grafito o caucho conductor. Este electrodo externo se coloca en el mismo ambiente corrosivo que el objeto a proteger, en el caso de tuberías subterráneas de campo, en el suelo. Por lo tanto, se forma un circuito eléctrico cerrado: electrodo externo adicional - electrolito del suelo - tubería - cable catódico - fuente de CC - cable anódico. Como parte de este circuito eléctrico, la tubería es el cátodo y un electrodo externo adicional conectado al polo positivo de la fuente de corriente continua se convierte en el ánodo. Este electrodo se llama puesta a tierra del ánodo. El polo cargado negativamente de la fuente de corriente conectada a la tubería, en presencia de una conexión a tierra anódica externa, polariza catódicamente la tubería, mientras que el potencial de las secciones de ánodo y cátodo está prácticamente igualado.
Por lo tanto, el sistema de protección catódica consta de una estructura protegida, una fuente de corriente continua (estación de protección catódica), conexión a tierra del ánodo, líneas de conexión de ánodo y cátodo, el medio conductor eléctrico circundante (suelo), así como elementos del sistema de monitoreo - control. y puntos de medición.
Protección contra la corrosión del drenaje
La protección del drenaje de las tuberías contra la corrosión por corrientes parásitas se lleva a cabo mediante el drenaje dirigido de estas corrientes a una fuente o al suelo. La instalación de protección de drenaje puede ser de varios tipos: drenaje de tierra, directo, polarizado y reforzado.
Arroz. 3. Estación de protección de drenaje
El drenaje de tierra se lleva a cabo poniendo a tierra las tuberías con electrodos adicionales en los lugares de sus zonas anódicas, el drenaje directo se lleva a cabo creando un puente eléctrico entre la tubería y el polo negativo de una fuente de corrientes parásitas, por ejemplo, una red ferroviaria electrificada. ferrocarril. El drenaje polarizado, a diferencia del drenaje directo, solo tiene conductividad unidireccional, por lo que cuando aparece un potencial positivo en los rieles, el drenaje se apaga automáticamente. En el drenaje mejorado, se incluye adicionalmente un convertidor de corriente en el circuito, lo que permite aumentar la corriente de drenaje.
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 empezó 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.
- 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.
- 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.
Generalmente, tecnología catódica 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 presentación. potencial eléctrico sobre la superficie de una u otra pieza del automóvil, lo que conduce a una inhibición eficaz y duradera 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, cuantas menos placas necesite, más tamaño más grande tiene un electrodo.
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 protección efectiva Las tuberías necesitan "mover" el potencial de corrosión hacia lado negativo a 0,25-0,3 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 ha Influencia negativa 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 pares galvánicos fuertes que se producen al instalar puentes ciegos en productos de tubería. 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.
El voltaje de salida en las 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 monitorean la resistencia del suelo (específico), la aparición de corrientes parásitas y otros factores que tienen un impacto negativo en la calidad de la protección, y corrigen automáticamente el funcionamiento del VS. 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.
Añadamos ese reglamento en modo automatico producido 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 trabajo de la estación y control remoto su equipo.
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 mediante ánodos hechos de aleaciones de zinc, magnesio y 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 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.
La corrosión es una reacción química y electroquímica de un metal con su entorno, provocando su daño. Ocurre a diferentes velocidades, que pueden reducirse. Desde un punto de vista práctico, es de interés la protección catódica anticorrosión de estructuras metálicas en contacto con el suelo, el agua y los medios transportados. Las superficies exteriores de las tuberías se dañan especialmente por la influencia del suelo y las corrientes parásitas.
En el interior, la corrosión depende de las propiedades del medio ambiente. Si se trata de un gas, hay que limpiarlo minuciosamente de humedad y sustancias agresivas: sulfuro de hidrógeno, oxígeno, etc.
Principio de funcionamiento
Los objetos del proceso de corrosión electroquímica son el medio ambiente, el metal y las interfaces entre ellos. El medio, que suele ser tierra húmeda o agua, tiene buena conductividad eléctrica. Se produce una reacción electroquímica en la interfaz entre este y la estructura metálica. Si la corriente es positiva (electrodo anódico), los iones de hierro pasan a la solución circundante, lo que provoca una pérdida de masa metálica. La reacción provoca corrosión. Con corriente negativa (electrodo catódico), estas pérdidas no existen, ya que los electrones pasan a la solución. El método se utiliza en galvanoplastia para aplicar recubrimientos de metales no ferrosos al acero.
La protección contra la corrosión catódica ocurre cuando se aplica un potencial negativo a un objeto de hierro.
Para hacer esto, se coloca un electrodo de ánodo en el suelo y se le conecta un potencial positivo de una fuente de energía. La señal negativa se aplica al objeto protegido. La protección catódico-anódica conduce a la destrucción activa únicamente del electrodo anódico debido a la corrosión. Por tanto, conviene cambiarlo periódicamente.
Efectos negativos de la corrosión electroquímica.
La corrosión de estructuras puede ocurrir por la acción de corrientes parásitas provenientes de otros sistemas. Son útiles para objetivos, pero causan daños importantes a las estructuras cercanas. Las corrientes parásitas pueden propagarse desde los raíles del transporte electrificado. Pasan hacia la subestación y terminan en las tuberías. Al salir de ellos se forman zonas anódicas, provocando una intensa corrosión. Para protección, se utiliza drenaje eléctrico: un drenaje especial de corrientes desde la tubería hasta su fuente. También es posible aquí: para ello es necesario conocer la magnitud de las corrientes parásitas, que se mide con instrumentos especiales.
De acuerdo a los resultados medidas electricas Se selecciona un método para proteger el gasoducto. Un remedio universal es un método pasivo para evitar el contacto con el suelo mediante revestimientos aislantes. La protección catódica de un gasoducto es un método activo.
Protección de tuberías
Las estructuras en el suelo están protegidas de la corrosión si les conecta el menos de una fuente de CC y el positivo a los electrodos de ánodo enterrados cerca del suelo. La corriente fluirá hacia la estructura, protegiéndola de la corrosión. De esta forma se realiza la protección catódica de tuberías, tanques o tuberías ubicadas en el suelo.
El electrodo del ánodo se deteriorará y deberá reemplazarse periódicamente. Para un tanque lleno de agua, los electrodos se colocan en el interior. En este caso, el líquido será un electrolito a través del cual fluirá la corriente desde los ánodos hasta la superficie del recipiente. Los electrodos están bien controlados y son fáciles de reemplazar. Es más difícil hacer esto en el suelo.
Fuente de alimentación
Cerca de oleoductos y gasoductos, en redes de calefacción y suministro de agua que requieren protección catódica, se instalan estaciones desde las que se suministra tensión a los objetos. Si se colocan en el exterior su grado de protección debe ser al menos IP34. Cualquiera es adecuado para cuartos secos.
Las estaciones de protección catódica para gasoductos y otras estructuras de gran tamaño tienen una potencia de 1 a 10 kW.
Sus parámetros energéticos dependen principalmente de los siguientes factores:
- resistencia entre suelo y ánodo;
- conductividad eléctrica del suelo;
- longitud de la zona protectora;
- efecto aislante del revestimiento.
Tradicionalmente, el convertidor de protección catódica es una unidad transformadora. Ahora está siendo reemplazado por un inversor, que tiene dimensiones más pequeñas, mejor estabilidad de corriente y mayor eficiencia. En áreas importantes se instalan controladores que tienen las funciones de regular corriente y voltaje, igualar potenciales de protección, etc.
El equipo se presenta en el mercado en varias opciones. Para necesidades específicas, apoyando Mejores condiciones operación.
Parámetros de fuente actuales
Para la protección contra la corrosión del hierro, el potencial de protección es de 0,44 V. En la práctica, debería ser mayor debido a la influencia de las inclusiones y al estado de la superficie del metal. El valor máximo es 1 V. En presencia de recubrimientos sobre el metal, la corriente entre los electrodos es de 0,05 mA/m 2. Si se rompe el aislamiento, aumenta a 10 mA/m2.
La protección catódica es eficaz en combinación con otros métodos, ya que se consume menos electricidad. Si hay una capa de pintura en la superficie de la estructura, solo los lugares donde está dañada están protegidos por medios electroquímicos.
Características de la protección catódica.
- Las fuentes de energía son estaciones o generadores móviles.
- La ubicación de los electrodos de puesta a tierra del ánodo depende de las características específicas de las tuberías. El método de colocación puede ser distribuido o concentrado, así como ubicarse a diferentes profundidades.
- El material del ánodo se selecciona con baja solubilidad para que dure 15 años.
- Se calcula el potencial del campo de protección para cada tubería. No está regulado si no existen revestimientos protectores en las estructuras.
Requisitos estándar de Gazprom para protección catódica
- Válido durante toda la vida útil del equipo de protección.
- Protección contra sobretensiones atmosféricas.
- Colocación de la estación en cajas de bloques o en diseño independiente a prueba de vandalismo.
- La conexión a tierra anódica se selecciona en áreas con mínima resistencia eléctrica suelo.
- Las características del convertidor se seleccionan teniendo en cuenta el envejecimiento de la capa protectora de la tubería.
Protección de la banda de rodadura
El método es un tipo de protección catódica con la conexión de electrodos de un metal más electronegativo a través de un medio eléctricamente conductor. La diferencia es la ausencia de una fuente de energía. El protector contrae la corrosión disolviéndose en el entorno eléctricamente conductor.
Después de unos años, el ánodo debe sustituirse a medida que se desgasta.
El efecto del ánodo aumenta al disminuir su resistencia de contacto con el medio. Con el tiempo, puede cubrirse con una capa corrosiva. Esto conduce a una falla en el contacto eléctrico. Si el ánodo se coloca en una mezcla de sal que disuelve los productos de corrosión, la eficiencia aumenta.
La influencia de la banda de rodadura es limitada. El rango de acción está determinado por la resistencia eléctrica del medio y la diferencia de potencial entre
La protección protectora se utiliza en ausencia de fuentes de energía o cuando su uso no es económicamente viable. También es desventajoso cuando se utiliza en ambientes ácidos debido a la alta tasa de disolución de los ánodos. Los protectores se instalan en agua, en suelo o en un ambiente neutro. Los ánodos no suelen estar hechos de metales puros. La disolución del zinc se produce de manera desigual, el magnesio se corroe demasiado rápido y se forma una fuerte película de óxidos sobre el aluminio.
Materiales protectores
Para que los protectores tengan las propiedades de rendimiento necesarias, se fabrican a partir de aleaciones con los siguientes aditivos de aleación.
- Zn + 0,025-0,15% Cd+ 0,1-0,5% Al - protección de equipos ubicados en agua de mar.
- Al + 8% Zn +5% Mg + Cd, In, Gl, Hg, Tl, Mn, Si (fracciones de porcentaje): funcionamiento de estructuras en agua de mar corriente.
- Mg + 5-7% Al +2-5% Zn - protección de pequeñas estructuras en suelo o agua con baja concentración de sal.
El uso inadecuado de algunos tipos de protectores tiene consecuencias negativas. Los ánodos de magnesio pueden provocar que el equipo se agriete debido a la fragilización por hidrógeno.
La protección catódica de sacrificio combinada con revestimientos anticorrosión aumenta su eficacia.
Se mejora la distribución de la corriente protectora y se necesitan muchos menos ánodos. Un ánodo de magnesio protege una tubería recubierta de betún a lo largo de 8 km y una tubería sin revestimiento a lo largo de sólo 30 m.
Protección de carrocerías contra la corrosión.
Si el revestimiento está dañado, el espesor de la carrocería puede disminuir hasta 1 mm en 5 años, es decir, oxidarse. Restaurar la capa protectora es importante, pero además existe una forma de detener completamente el proceso de corrosión mediante protección catódica. Si convierte el cuerpo en un cátodo, la corrosión del metal se detiene. Los ánodos pueden ser cualquier superficie conductora ubicada cerca: placas de metal, un circuito de tierra, una carrocería de garaje, una superficie de carretera mojada. Además, la eficacia de la protección aumenta al aumentar el área de los ánodos. Si el ánodo es una superficie de carretera, se utiliza una "cola" de caucho metalizado para el contacto con él. Se coloca enfrente de las ruedas para permitir que caigan mejor las salpicaduras. La "cola" está aislada del cuerpo.
El plus está conectado al ánodo. batería a través de una resistencia de 1 kOhm y un LED conectado en serie con ella. Cuando el circuito se cierra a través del ánodo, cuando el negativo está conectado al cuerpo, en modo normal el LED brilla apenas perceptiblemente. Si se ilumina intensamente, hay un cortocircuito en el circuito. La causa debe ser encontrada y eliminada.
Para protección, se debe instalar un fusible en serie en el circuito.
Cuando el coche está en el garaje, se conecta al ánodo de tierra. Durante el movimiento, la conexión se produce a través de la “cola”.
Conclusión
La protección catódica es una forma de mejorar la confiabilidad operativa tuberías subterráneas y otros edificios. En este caso, se debe tener en cuenta su impacto negativo en las tuberías vecinas por la influencia de las corrientes parásitas.
Garantizar la protección de las tuberías contra los efectos corrosivos se lleva a cabo utilizando diversas tecnologías. Uno de los más técnicas efectivas cuenta procesamiento electroquímico, que también incluye protección catódica. En la mayoría de los casos, esta opción se utiliza en combinación con el tratamiento de estructuras metálicas con compuestos aislantes.
Principales tipos de protección catódica
La protección catódica de las tuberías contra la corrosión se desarrolló en el siglo XIX. Esta tecnología es la primera fueron utilizados en la industria de la construcción naval y - el casco del barco flotante estaba revestido con protectores de ánodos, lo que minimizó los procesos de corrosión de la aleación de cobre. Un poco más tarde, esta tecnología comenzó a utilizarse activamente en otras áreas. Además, la técnica catódica en actualmente considerado el más tecnología efectiva protección anticorrosión.
Existen dos tipos de protección catódica para aleaciones metálicas:
La primera opción se considera la más común en la actualidad, ya que es más rápida y sencilla. Con la ayuda de esta tecnología puedes hacer frente a diferentes tipos corrosión:
- intercristal;
- agrietamiento del latón debido a una tensión excesiva;
- corrosión causada por la influencia de corrientes eléctricas parásitas;
- corrosión por picaduras, etc.
Cabe señalar que la primera técnica permite procesar estructuras metálicas de gran tamaño, y la protección eléctrica química galvánica está destinada únicamente a productos pequeños.
La tecnología galvánica es muy popular en los Estados Unidos, pero en nuestro país casi nunca se utiliza, ya que la tecnología de construcción de tuberías en la Federación de Rusia no implica un tratamiento de aislamiento especial, necesario para la protección galvánica.
Sin dicho recubrimiento, la corrosión del acero aumenta bajo la influencia del agua subterránea, lo cual es extremadamente importante en otoño y primavera. EN periodo de invierno Una vez que el agua se congela, el proceso de corrosión se ralentiza significativamente.
Descripción de la tecnología
La protección catódica contra la corrosión se lleva a cabo mediante una corriente eléctrica directa aplicada a la pieza de trabajo, y hace que el potencial de la pieza de trabajo sea negativo. Para este fin se suelen utilizar rectificadores.
El objeto que está conectado a la fuente de corriente eléctrica se considera el “menos”, es decir, el cátodo, y la tierra conectada es el ánodo, es decir, el “más”. La condición principal es la presencia de un buen ambiente conductor de electricidad. Para las tuberías subterráneas, esto es tierra.
Al implementar esta tecnología, se debe mantener una diferencia en el potencial de la corriente eléctrica entre el suelo (el medio conductor de electricidad) y el objeto que se está procesando. El valor de este indicador se puede determinar utilizando un voltímetro de alta resistencia.
Características del trabajo eficaz.
La corrosión es a menudo la causa de la despresurización de las tuberías. Debido al daño a la estructura metálica, se forman grietas, cavidades y roturas en la estructura. Este problema es extremadamente relevante para las tuberías subterráneas, porque están constantemente en contacto con el agua subterránea.
En esta situación, la técnica catódica permite minimizar el proceso de disolución y oxidación de la aleación metálica cambiando el potencial de corrosión inicial.
Los resultados de pruebas prácticas sugieren que el potencial de polarización de las aleaciones metálicas que utilizan técnicas catódicas ralentiza la corrosión.
Para lograr una protección eficaz, es necesario, mediante corriente eléctrica continua, reducir el potencial catódico del material con el que se creó la tubería. En esta situación, la tasa de corrosión del metal no excederá los diez micrómetros por año.
Además, la protección catódica es la más la mejor decision para proteger la tubería subterránea de la influencia de corrientes eléctricas parásitas. Las corrientes parásitas son una carga eléctrica que penetra en el suelo durante el funcionamiento de un pararrayos, el movimiento de trenes eléctricos, etc.
Para proveer protección anticorrosión Se pueden utilizar líneas eléctricas o generadores portátiles que funcionen con combustible diesel o gas.
Equipamiento especial
Para fines de protección, se utilizan estaciones especiales.. Este equipo incluye varias unidades:
- fuente de corriente eléctrica;
- ánodo (puesta a tierra);
- punto de medición, control y gestión;
- conectar cables y cordones.
Una estación de protección anódica le permite proteger varias tuberías ubicadas una al lado de la otra a la vez. El ajuste de la corriente eléctrica suministrada puede ser automático o manual.
En nuestro país, la instalación Minerva-3000 es especialmente popular. Los indicadores de potencia de este SCP son suficientes para proteger de la corrosión aproximadamente 40 kilómetros de tuberías subterráneas.
Las ventajas de la instalación incluyen:
El control remoto del equipo se realiza mediante módulos GPRS integrados en el diseño.
La corrosión tiene un efecto perjudicial sobre el estado técnico de las tuberías subterráneas; bajo su influencia, la integridad del gasoducto se ve comprometida y aparecen grietas. Para protegerse contra tal proceso, se utiliza protección electroquímica del gasoducto.
Corrosión de tuberías subterráneas y medios de protección contra ella.
El estado de las tuberías de acero está influenciado por la humedad del suelo, su estructura y composición química. La temperatura del gas transportado a través de tuberías, las corrientes errantes en el suelo provocadas por el transporte electrificado y las condiciones climáticas en general.
Tipos de corrosión:
- Superficial. Se extiende en capa continua sobre la superficie del producto. Representa el menor peligro para el gasoducto.
- Local. Se manifiesta en forma de úlceras, grietas, manchas. Mayoría mirada peligrosa corrosión.
- Fallo por corrosión por fatiga. El proceso de acumulación gradual de daño.
Métodos de protección electroquímica contra la corrosión:
- método pasivo;
- método activo.
La esencia del método pasivo de protección electroquímica es aplicar una capa protectora especial a la superficie del gasoducto que evita efectos dañinos ambiente. Dicha cobertura podría ser: 
- betún;
- cinta de polímero;
- brea de alquitrán de hulla;
- resina epoxica.
En la práctica, rara vez es posible aplicar un recubrimiento electroquímico de manera uniforme a un gasoducto. En los lugares donde hay huecos, el metal aún se daña con el tiempo.
El método activo de protección electroquímica o método de polarización catódica consiste en crear un potencial negativo en la superficie de la tubería, evitando fugas de electricidad y evitando así la aparición de corrosión.
Principio de funcionamiento de la protección electroquímica.
Para proteger un gasoducto de la corrosión, es necesario crear una reacción catódica y eliminar la reacción anódica. Para ello, se crea a la fuerza un potencial negativo en la tubería protegida.
Los electrodos del ánodo se colocan en el suelo y el polo negativo de una fuente de corriente externa se conecta directamente al cátodo, el objeto protegido. Para completar el circuito eléctrico, el polo positivo de la fuente de corriente se conecta al ánodo, un electrodo adicional instalado en ambiente general con tubería protegida.
El ánodo en este circuito eléctrico realiza la función de conexión a tierra. Debido a que el ánodo tiene un potencial más positivo que el objeto metálico, se produce su disolución anódica.
El proceso de corrosión se suprime bajo la influencia del campo cargado negativamente del objeto protegido. Con protección catódica contra la corrosión, el electrodo anódico estará directamente expuesto al deterioro.
Para aumentar la vida útil de los ánodos, están hechos de materiales inertes que son resistentes a la disolución y otras influencias de factores externos.
Una estación de protección electroquímica es un dispositivo que sirve como fuente de corriente externa en un sistema de protección catódica. Esta instalación Se conecta a la red, 220 W y produce electricidad con valores de salida establecidos.
La estación está instalada en el terreno junto al gasoducto. Debe tener un grado de protección IP34 o superior, ya que funciona en exteriores.
Las estaciones de protección catódica pueden tener diferentes especificaciones técnicas y características funcionales.
Tipos de estaciones de protección catódica:
- transformador;
- inversor
Las estaciones transformadoras para la protección electroquímica van quedando poco a poco en el pasado. Son una estructura formada por un transformador que funciona a una frecuencia de 50 Hz y un rectificador de tiristores. La desventaja de estos dispositivos es la forma no sinusoidal de la energía generada. Como resultado, se produce una fuerte pulsación de corriente en la salida y su potencia disminuye.
Una estación de protección electroquímica inversora tiene una ventaja sobre una de transformador. Su principio se basa en el funcionamiento de convertidores de impulsos de alta frecuencia. Una característica de los dispositivos inversores es la dependencia del tamaño de la unidad transformadora de la frecuencia de conversión de corriente. Con una frecuencia de señal más alta, se requiere menos cable y se reduce la pérdida de calor. En las estaciones inversoras, gracias a los filtros suavizantes, el nivel de ondulación de la corriente producida tiene una amplitud menor.
El circuito eléctrico que alimenta la estación de protección catódica tiene el siguiente aspecto: puesta a tierra anódica - suelo - aislamiento del objeto protegido.
Al instalar una estación de protección contra la corrosión, se tienen en cuenta los siguientes parámetros:
- posición de la puesta a tierra del ánodo (ánodo-tierra);
- resistencia del suelo;
- Conductividad eléctrica del aislamiento del objeto.
Instalaciones de protección de drenajes para gasoductos.
Con el método de drenaje de protección electroquímica, no se requiere una fuente de corriente; el gasoducto se comunica con los rieles de tracción mediante corrientes que vagan por el suelo. transporte ferroviario. La interconexión eléctrica se logra gracias a la diferencia de potencial entre los rieles del ferrocarril y el gasoducto.
Mediante la corriente de drenaje se crea un desplazamiento del campo eléctrico del gasoducto situado en el suelo. El papel protector en este diseño lo desempeñan los fusibles, así como los interruptores automáticos de carga máxima con reinicio, que regulan el funcionamiento del circuito de drenaje después de una caída de alta tensión.
El sistema de drenaje eléctrico polarizado se realiza mediante conexiones de bloque de válvulas. La regulación de voltaje con esta instalación se realiza mediante la conmutación de resistencias activas. Si el método falla, se utilizan drenajes eléctricos más potentes como protección electroquímica, donde un riel de ferrocarril sirve como conductor de puesta a tierra del ánodo.
Instalaciones de protección electroquímica galvánica.
El uso de instalaciones de protección para la protección galvánica de tuberías se justifica si no hay una fuente de voltaje cerca de la instalación (una línea eléctrica) o si la sección del gasoducto no es lo suficientemente grande.
Los equipos galvánicos sirven para proteger contra la corrosión:
- estructuras metálicas subterráneas no conectadas circuito eléctrico a fuentes de corriente externas;
- partes individuales desprotegidas de gasoductos;
- partes de gasoductos que están aisladas de la fuente actual;
- tuberías en construcción que temporalmente no están conectadas a estaciones de protección contra la corrosión;
- otras estructuras metálicas subterráneas (pilotes, cartuchos, tanques, soportes, etc.).
La protección galvánica funcionará. la mejor manera en suelos con resistividad eléctrica dentro de 50 ohmios.
Instalaciones con ánodos extendidos o distribuidos
Cuando se utiliza una estación transformadora con protección contra la corrosión, la corriente se distribuye a lo largo de una sinusoide. Esto tiene un efecto negativo sobre el campo eléctrico protector. O se produce un exceso de tensión en el punto de protección, lo que conlleva un alto consumo de energía, o una fuga de corriente incontrolada, lo que hace que la protección electroquímica del gasoducto sea ineficaz.
La práctica de utilizar ánodos extendidos o distribuidos ayuda a solucionar el problema de la distribución desigual de la electricidad. La inclusión de ánodos distribuidos en el esquema de protección electroquímica del gasoducto ayuda a aumentar la zona de protección contra la corrosión y suavizar la línea de tensión. Con este esquema, los ánodos se colocan en el suelo a lo largo de todo el gasoducto.
Una resistencia de ajuste o un equipo especial garantiza que la corriente cambie dentro de los límites requeridos, la tensión de conexión a tierra anódica cambie y con esto se regule el potencial de protección del objeto.
Si se utilizan varios electrodos de tierra a la vez, el voltaje del objeto protector se puede cambiar cambiando el número de ánodos activos.
El ECP de una tubería que utiliza protectores se basa en la diferencia de potencial entre el protector y el gasoducto ubicado en el suelo. El suelo en este caso es un electrolito; se restaura el metal y se destruye el cuerpo protector.
