Dispozitiv de protecție electrochimică. Tehnologia protecției catodice a conductelor împotriva coroziunii

STRUCTURI METALICE»

Baza teoretica

protectie catodica structuri metalice subterane

Principiul de funcționare a protecției catodice

La contactul metalului cu soluri legate de mediile electrolitice are loc un proces de coroziune, însoțit de formarea unui curent electric, și se stabilește un anumit potențial electrod. Mărimea potențialului electrodului conductei poate fi determinată de diferența de potențial dintre cei doi electrozi: conducta și elementul sulfat de cupru nepolarizat. Astfel, valoarea potențialului conductei este diferența dintre potențialul electrodului său și potențialul electrodului de referință față de pământ. Pe suprafața conductei, procesele cu electrozi de o anumită direcție și de natură staționară se schimbă în timp.

Potențialul staționar este de obicei numit potențial natural, implicând absența curenților vagabonzi și a altor curenți induși pe conductă.

Interacțiunea unui metal corodând cu un electrolit este împărțită în două procese: anodic și catodic, care au loc simultan pe diferite părți ale interfeței dintre metal și electrolit.

La protejarea împotriva coroziunii, se utilizează separarea teritorială a proceselor anodului și catodic. O sursă de curent cu un electrod suplimentar de împământare este conectată la conductă, cu ajutorul căreia se aplică un curent continuu extern conductei. În acest caz, procesul anodului are loc pe un electrod suplimentar de împământare.

polarizare catodica conducte subterane realizat prin aplicarea unui câmp electric de la o sursă externă de curent continuu. Polul negativ al sursei de curent continuu este conectat la structura protejată, în timp ce conducta este un catod în raport cu pământul, un anod de împământare creat artificial este conectat la polul pozitiv.

schema circuitului protectia catodica este prezentata in fig. 14.1. Cu protecție catodică, polul negativ al sursei de curent 2 este conectat la conducta 1, iar cel pozitiv este conectat la electrodul anod-împământare creat artificial 3. Când sursa de curent este pornită, curge din polul său prin anodul împărțit în pământ și prin secțiunile deteriorate ale izolației 6 până la țeavă. În plus, prin punctul de drenaj 4 de-a lungul firului de conectare 5, curentul revine din nou la minusul sursei de alimentare. În acest caz, procesul de polarizare catodă începe pe secțiunile goale ale conductei.

Orez. 14.1. Schema schematică a protecției catodice a conductei:

1 - conductă; 2 - sursa externă de curent continuu; 3 - împământare anod;

4 - punct de drenaj; 5 - cablu de scurgere; 6 - contact terminal catodic;

7 - iesire catod; 8 - deteriorarea izolației conductei

Deoarece tensiunea curentului extern aplicat între electrodul de împământare și conductă depășește semnificativ diferența de potențial dintre electrozii macroperechilor de coroziune ale conductei, potențialul staționar al împământului anodului nu joacă un rol decisiv.

Cu includerea protecției electrochimice ( j 0a.adăugaţi) distribuția curenților de macroperechi de coroziune este perturbată, valorile diferenței de potențial „țeavă - pământ” a secțiunilor catodice se apropie între ele ( j 0k) cu diferența de potențial a secțiunilor anodului ( j 0а), sunt prevăzute condițiile de polarizare.

Protectia catodica este reglementata prin mentinerea potentialului de protectie necesar. Dacă, prin aplicarea unui curent extern, conducta este polarizată la un potențial de echilibru ( j 0к = j 0а) dizolvarea metalului (Fig. 14.2 a), apoi curentul anodic se oprește și coroziunea se oprește. Creșterea suplimentară a curentului de protecție este impracticabilă. Cu mai mult valori pozitive potential, apare fenomenul protectiei incomplete (Fig. 14.2 b). Poate apărea în timpul protecției catodice a unei conducte situate într-o zonă de influență puternică a curenților vagabonzi sau atunci când se folosesc protectori care nu au un potențial electrod suficient de negativ (protectoare de zinc).

Criteriile pentru protejarea metalului împotriva coroziunii sunt densitatea curentului de protecție și potențialul de protecție.

Polarizarea catodă a unei structuri metalice neizolate la un potențial de protecție necesită curenți semnificativi. Cele mai probabile densități de curent necesare pentru polarizarea oțelului în diverse medii la potenţialul minim de protecţie (-0,85 V) în raport cu electrodul de referinţă sulfat de cupru, sunt date în tabel. 14.1

Orez. 14.2. Diagrama de coroziune pentru cazul polarizării complete (a) și

polarizare incompletă (b)

În mod obișnuit, protecția catodică este utilizată împreună cu acoperiri izolante aplicate pe suprafața exterioară a conductei. Acoperirea suprafeței reduce curentul necesar cu câteva ordine de mărime. Deci, pentru protecția catodică a oțelului cu o acoperire bună în sol, este necesar doar 0,01 ... 0,2 mA / m 2.

Tabelul 14.1

Densitatea de curent necesară pentru protecția catodică

suprafață goală de oțel în diverse medii

Densitatea de curent de protecție pentru conductele principale izolate nu poate deveni un criteriu de protecție fiabil din cauza distribuției necunoscute a izolației conductei deteriorate, care determină suprafața reală de contact metal-sol. Chiar și pentru o țeavă neizolată (cartuș la un pasaj subteran prin căi ferate și autostrăzi), densitatea de curent de protecție este determinată de dimensiunile geometrice ale structurii și este fictivă, deoarece porțiunea de suprafață a cartusului rămâne necunoscută, acoperită cu prezent constant. straturi de protecție pasive (scara, etc.) și care nu participă la procesul de depolarizare. Prin urmare, densitatea de curent de protecție ca criteriu de protecție este utilizată în unele studii de laborator efectuate pe probe de metal.

Pagina 1

Protecția catodică a conductei de gaz trebuie să funcționeze neîntrerupt. Pentru fiecare SKZ, un anumit mod este setat în funcție de condițiile de funcționare a acestuia. În timpul funcționării stației catodice, se ține un jurnal al parametrilor ei electrici și al funcționării sursei de curent. De asemenea, este necesar să se monitorizeze constant împământarea anodului, a cărui stare este determinată de mărimea curentului RMS.

Caracteristicile stării stratului de protecție și conductivitatea acestuia.

Protecția catodică a conductei de gaz trebuie să funcționeze neîntrerupt. Pe tronsoane ale traseului cu întreruperi în alimentarea cu energie electrică timp de câteva ore pe zi se folosesc baterii care asigură protecție în timpul unei pene de curent. Capacitate baterie determinată de mărimea curentului de protecţie RMS.

Protecția catodică a conductelor de gaz împotriva efectelor curenților vagabonzi sau a coroziunii solului se realizează folosind un curent electric direct de la o sursă externă. Polul negativ al sursei de curent este conectat la conducta de gaz protejată, iar polul pozitiv la o masă specială - anodul.

Protecția catodică a conductelor de gaz împotriva coroziunii se realizează datorită polarizării lor catodice folosind o sursă de curent externă.

Influența protecției catodice a conductelor de gaz asupra lanțurilor feroviare ale căilor ferate.

Pentru protecția catodică a unei conducte de gaz se folosesc instrumente standard ale instalațiilor electrice și instrumente speciale de măsurare a coroziunii și auxiliare. Pentru a măsura diferența de potențial dintre o structură subterană și pământ, care este unul dintre criteriile de evaluare a riscului de coroziune și a prezenței protecției, se folosesc voltmetre cu o rezistență internă mare cu 1 pe scară, astfel încât includerea lor în circuitul de măsurare nu încalcă distribuția potențială în acesta din urmă. Această cerință se datorează atât rezistenței interne ridicate a structurii subterane - sistem de pământ, cât și dificultății de a crea o rezistență scăzută la pământ la punctul de contact al electrodului de măsurare cu pământul, mai ales când se folosesc electrozi nepolarizabili. Pentru a obține un circuit de măsurare cu o rezistență mare de intrare, se folosesc potențiometre și voltmetre de înaltă rezistență.

Pentru stațiile de protecție catodică a conductelor de gaz ca sursă de energie electrică, se recomandă utilizarea pilelor de combustie de înaltă temperatură cu electrod ceramic. Astfel de celule de combustibil pot perioadă lungă de timp lucrari la traseul gazoductului, alimentarea cu energie electrica a statiilor de protectie catodica, precum si a locuintelor reparatorilor de linii, a sistemelor de semnalizare si control automat al curtilor. Această metodă de alimentare a structurilor și instalațiilor liniare pe o conductă de gaz, care nu necesită putere mare, simplifică foarte mult întreținerea operațională.

De foarte multe ori, parametrii de protecție catodică a conductelor de gaz, obținuți prin calcul, diferă semnificativ de parametrii RMS obținuți în practică prin măsurători. Acest lucru se datorează imposibilității de a lua în considerare întreaga varietate de factori care afectează conditii naturale la setările de securitate.

M. Ivanov, Ph.D. n.

Coroziunea metalelor, în special a fierului și a oțelului nealiat, provoacă mare rău dispozitive și conducte operate în contact cu apa și aerul. Acest lucru duce la o scădere a duratei de viață a echipamentului și, în plus, creează condiții pentru poluarea apei cu produse de coroziune.

Vă puteți abona la articole la

După cum știți, coroziunea este un proces electrochimic în care metalul este oxidat, adică atomii lui eliberează electroni. Acest proces are loc într-o parte microscopică a suprafeței, numită regiunea anodică. Aceasta duce la o încălcare a integrității metalului, a căror atomi intră reacții chimice, deosebit de activ - în prezența oxigenului atmosferic și a umidității.

Pentru că metalele sunt bune conductoare electricitate, electronii eliberați curg liber către o altă regiune microscopică, unde reacțiile de reducere au loc în prezența apei și a oxigenului. Această zonă se numește catod.

Fluxul de coroziune electrochimică poate fi contracarat prin deplasarea potențialului electrodului metalului la valori la care procesul de coroziune nu are loc datorită aplicării tensiunii de la o sursă externă de curent continuu.

Pe baza acestuia, au fost construite sisteme de protecție catodică pentru conducte subterane, rezervoare și alte structuri metalice. În cazul aplicării pe metalul protejat Potential electric pe întreaga suprafață a structurii metalice sunt stabilite astfel de valori potențiale la care pot avea loc doar procese catodice reducătoare: de exemplu, cationii metalici vor accepta electroni și se vor transforma în ioni cu o stare de oxidare inferioară sau atomi neutri.

Din punct de vedere tehnic, metoda de protecție catodică a metalelor se realizează după cum urmează ( orez. unu). La structura metalică protejată, de exemplu conductă de oțel, se introduce un fir, care este conectat la polul negativ al stației catodice, în urma căruia conducta devine catod. La o anumită distanță de structura metalică, un electrod este situat în pământ, care este conectat cu un fir la polul pozitiv și devine anodul. Diferența de potențial dintre catod și anod este creată în așa fel încât să excludă complet apariția proceselor oxidative pe structura protejată. În acest caz, curenții slabi vor curge prin solul umed între catod și anod în grosimea solului. O protecție eficientă necesită plasarea mai multor electrozi anodici pe toată lungimea conductei. Dacă este posibil să se reducă diferența de potențial dintre structura protejată și sol la 0,85-1,2 V, atunci viteza de coroziune a conductei scade la valori semnificativ mici.

Deci, sistemul de protecție catodică include o sursă de curent electric continuu, un punct de control și măsurare și împământare anod. De obicei, o stație de protecție catodică constă dintr-un transformator de curent alternativ și un redresor cu diodă. De regulă, puterea sa este furnizată de la o rețea de 220 V; există și stații alimentate cu linii de înaltă tensiune (6-10 kV).

Pentru munca eficienta stația catodică, diferența de potențial dintre catod și anodul creat de acesta trebuie să fie de cel puțin 0,75 V. În unele cazuri, aproximativ 0,3 V este suficient pentru o protecție reușită. În același timp, ca parametri tehnici stațiile de protecție catodică folosesc valorile nominale ale curentului de ieșire și ale tensiunii de ieșire. Deci, de obicei nominal tensiunea de iesire stații variază de la 20 la 48 V. Cu o distanță mare între anod și obiectul protejat, valoarea necesară a tensiunii de ieșire a stației ajunge la 200 V.

Electrozii auxiliari inerți sunt utilizați ca anozi. Electrozii anodici de împământare, de exemplu, modelele AZM-3X fabricate de CJSC Katod (Razvilka, Regiunea Moscova), sunt piese turnate dintr-un aliaj rezistent la coroziune, echipate cu un fir special cu un miez de cupru în izolație întărită, precum și un cuplaj etanș. pentru conectarea la cablul principal al statiei de protectie catodica. Este cel mai rațional să se utilizeze electrozi de împământare în medii cu activitate corozivă mare și medie atunci când rezistivitate sol până la 100 Ohm.m. Pentru o distribuție optimă a intensității câmpului și a densității curentului peste carcasa echipamentului, ecranele speciale sunt plasate în jurul anozilor sub formă de umplutură de cărbune sau cocs.

Pentru a evalua eficiența stației de protecție catodică, este nevoie de un sistem care să constă dintr-un electrod de măsurare și un electrod de referință și să fie partea principală a punctului de control și măsurare. Pe baza citirilor acestor electrozi, este reglată diferența de potențial al protecției catodice.

Electrozii de măsurare sunt fabricați din oțel înalt aliat, fontă siliconică, alamă platinizată sau bronz, precum și cupru. Electrozi de referință - clorură de argint sau sulfat-cupru. Conform designului lor, electrozii de referință pot fi submersibili sau la distanță. Compoziția soluției utilizate în acestea trebuie să fie apropiată de compoziția mediului de efectele nocive ale cărora este necesară protejarea echipamentului.

De remarcat sunt electrozii de referință bimetalici cu acțiune lungă de tip EDB, dezvoltați de VNIIGAZ (Moscova). Acestea sunt concepute pentru a măsura diferența de potențial dintre un obiect metalic subteran (inclusiv o conductă) și pământ pentru a controla o stație de protecție catodică în mod automatîn condiții de sarcină mare și la o adâncime considerabilă, adică acolo unde alți electrozi nu pot asigura menținerea constantă a unui anumit potențial.

Echipamentele de protecție catodică sunt furnizate în principal de producătorii autohtoni. Deci, CJSC menționată „Katod” oferă stația „Minerva-3000” ( orez. 2), destinate să protejeze rețelele principale de alimentare cu apă. Puterea sa nominală de ieșire este de 3,0 kW, tensiunea de ieșire este de 96 V, curentul de protecție este de 30 A. Precizia menținerii potențialului și curentului de protecție este de 1 și, respectiv, 2%. Valoarea ondulației - nu mai mult de 1%.

Un alt producător rus - OJSC Energomera (Stavropol) - furnizează module ale mărcilor MKZ-M12, PNKZ-PPCh-M10 și PN-OPE-M11, care asigură o protecție catodică eficientă a structurilor metalice subterane în zonele cu risc ridicat de coroziune. Modulul MKZ-M12 are un curent nominal de 15 sau 20 A; tensiune nominală de ieșire - 24 V. Pentru modelele MKZ-M12-15-24-U2, tensiunea de ieșire este de 30 V. Precizia menținerii potențialului de protecție atinge ± 0,5%, curentul specificat ± 1%. Resursa tehnica- 100 de mii de ore, iar durata de viață este de cel puțin 20 de ani.

SRL „Electronic Technologies” (Tver) oferă stații de protecție catodică „Tvertsa” ( orez. 3), completat cu microprocesor și sistem telemecanic încorporat telecomandă. Punctele de control și măsurare sunt echipate cu electrozi de referință nepolarizați pe termen lung cu senzori de potențial electrochimic care asigură măsurarea potențialului de polarizare pe conductă. Aceste stații includ, de asemenea, o sursă reglabilă de curent catod și un bloc de senzori pentru parametrii electrici ai circuitului, care este conectat prin controler la dispozitivul de acces la distanță. Transformatorul acestei statii este realizat pe baza de miezuri de ferita de tip Epcos. De asemenea, este utilizat un sistem de control al convertizorului de tensiune bazat pe un microcircuit UCC 2808A.

Compania Kurs-OP (Moscova) produce stații de protecție catodică Elkon, a căror tensiune de ieșire variază în intervalul de la 30 la 96 V, iar curentul de ieșire - în intervalul de la 20 la 60 A. Ondularea tensiunii de ieșire - nu mai mult de 2% . Aceste stații sunt proiectate pentru a proteja împotriva coroziunii solului a unei singure linii și cu utilizarea unei unități de protecție a articulațiilor și a conductelor cu mai multe linii în zone fără curenți vagabonzi într-un climat temperat (de la -45 la +40 ° C). Stațiile includ un transformator de putere monofazat, un convertor cu reglare în trepte a tensiunii de ieșire, echipamente de înaltă tensiune, un separator bipolar cu acționare manuală și descărcătoare de supratensiune.

De asemenea, putem observa unități de protecție catodică din seria NGK-IPKZ fabricate de NPF Neftegazkompleks EHZ LLC (Saratov), ​​​​al căror curent maxim de ieșire este de 20 sau 100 A, iar tensiunea nominală de ieșire este de 48 V.

Unul dintre furnizorii de stații de protecție catodică din țările CSI este Hoffman Electric Technologies (Kharkiv, Ucraina), care oferă echipamente pentru protecția electrochimică împotriva coroziunii solului a conductelor principale.

Una dintre metodele frecvent utilizate de protecție electrochimică a diferitelor structuri metalice împotriva ruginii este protecția catodică. În cele mai multe cazuri, este utilizat împreună cu aplicarea de acoperiri speciale pe suprafețele metalice.

1 Informații generale despre protecția catodică

Pentru prima dată, o astfel de protecție a metalelor a fost descrisă în anii 1820 de Humphrey Davy. Pe baza rapoartelor sale, în 1824, teoria furnizată a fost testată pe nava HMS Samarang. Pe placa de cupru a navei au fost instalate protectoare anozi de fier, ceea ce a redus semnificativ rata de ruginire a cuprului. Tehnica a început să fie dezvoltată, iar astăzi catodul tuturor tipurilor de structuri metalice (conducte, elemente auto etc.) este recunoscut ca fiind cel mai eficient și utilizat pe scară largă.

În condiții de producție, o astfel de protecție a metalelor (este adesea numită polarizare catodică) se realizează în conformitate cu două metode principale.

1. Structura protejată împotriva distrugerii este conectată la o sursă de curent externă. ÎN acest caz produsul metalic acţionează ca un catod. Și anozii sunt electrozi suplimentari inerți. Această tehnică este folosită în mod obișnuit pentru a proteja conductele, bazele metalice sudate, platformele de foraj.
2. Polarizare catodica de tip galvanic. Cu această schemă, structura metalică este în contact cu un metal care are un potențial electronegativ mai mare (aluminiu, magneziu, aliaje de aluminiu, zinc). În acest caz, ambele metale (de bază și de protecție) sunt înțelese ca anod. Dizolvarea (însemnând pur proces electrochimic) a unui material electronegativ duce la trecerea curentului catodic necesar prin produsul de protejat. În timp, are loc distrugerea completă a metalului-„apărător”. Polarizarea galvanică este eficientă pentru structurile cu un strat izolator, precum și pentru produse metalice relativ mici.

Prima tehnică a găsit o aplicare largă în întreaga lume. Este destul de simplu și fezabil din punct de vedere economic, face posibilă protejarea metalului de coroziunea generalăși din multe dintre soiurile sale - coroziunea intergranulară a „oțelului inoxidabil”, pitting, fisurarea produselor din alamă, din cauza tensiunilor la care acţionează.

Circuitul galvanic a găsit o utilizare mai mare în Statele Unite. La noi in tara este folosit mai rar, desi eficacitatea sa este mare. Utilizarea limitată a protecției metalice în Rusia se datorează faptului că nu aplicăm un strat special pe multe conducte, iar aceasta este o condiție prealabilă pentru implementarea metodelor galvanice anticorozive.

2 Cum funcționează polarizarea catodică standard a metalelor?

Protecția anticorozivă catodică se realizează prin utilizarea curentului suprapus. Acesta intră în structură de la un redresor sau altă sursă de curent (extern), unde curentul alternativ de frecvență industrială este modificat în curentul continuu necesar. Obiectul de protejat este conectat la un curent redresat (la polul „negativ”). Structura este astfel un catod. Împământarea anodului (al doilea electrod) este conectată la „plus”.

Este important să existe un contact electrolitic și electronic bun între electrodul secundar și structură. Prima este asigurată de sol, unde sunt scufundate anodul și obiectul de protecție. Solul în acest caz joacă rolul unui mediu electrolitic. Iar contactul electronic se realizează folosind conductori din materiale metalice.

Reglarea protecției anticorozive catodice se realizează prin menținerea potențialului de protecție dintre mediul electrolitic și indicatorul de potențial de polarizare (sau direct de structură) la o valoare strict definită. Măsurați indicatorul cu un voltmetru cu o scară de înaltă rezistență.

Aici este necesar să înțelegem că potențialul are nu numai o componentă de polarizare, ci și încă o componentă - căderea de tensiune (ohmică). Această scădere se produce datorită curentului catodic care trece prin rezistența efectivă. Mai mult, calitatea protecției catodice depinde numai de polarizarea de pe suprafața produsului, care este protejată de rugină. Din acest motiv, se disting două caracteristici ale securității unei structuri metalice - cel mai mare și cel mai mic potențial de polarizare.

Reglarea eficientă a polarizării metalelor, ținând cont de toate cele de mai sus, devine posibilă atunci când indicele componentei ohmice este exclus din valoarea diferenței de potențial obținute. Acest lucru poate fi realizat folosind o schemă specială pentru măsurarea potențialului de polarizare. Nu îl vom descrie în cadrul acestui articol, deoarece este plin cu mulți termeni și concepte specializate.

De regulă, tehnologia catodică este utilizată împreună cu aplicarea de materiale speciale de protecție pe suprafața exterioară a produselor protejate împotriva coroziunii.

Pentru a proteja conductele neizolate și alte structuri, este necesar să se utilizeze curenți semnificativi, ceea ce este neprofitabil din punct de vedere economic și dificil din punct de vedere tehnic.

3 Protecția catodică a componentelor vehiculului

Coroziunea este un proces activ și foarte agresiv. Protecția de înaltă calitate a componentelor auto împotriva ruginii cauzează multe probleme șoferilor. Toate vehiculele, fără excepție, sunt supuse distrugerii corozive, deoarece ruginirea începe chiar și atunci când apare o mică zgârietură pe vopseaua mașinii.

Tehnologia catodă pentru protejarea unei mașini împotriva coroziunii este destul de comună astăzi. Se folosește împreună cu utilizarea diferitelor mastice. Această tehnică este înțeleasă ca furnizarea unui potențial electric la suprafața uneia sau alteia părți a mașinii, ceea ce duce la o decelerare eficientă și pe termen lung a ruginii.

Cu protecția descrisă vehicul catodul sunt plăci speciale care sunt aplicate pe nodurile sale cele mai vulnerabile. Și caroseria mașinii joacă rolul anodului. O astfel de distribuție a potențialelor asigură integritatea corpului mașinii, deoarece numai plăcile catodice sunt distruse, iar metalul de bază nu se corodează.

Sub vulnerabilitățile vehiculului, care pot fi protejate prin metoda catodică, înțelegeți:

• spatele și fața fundului;
• pasaj roții din spate;
• zone pentru fixarea directă a luminilor laterale și a farurilor;
• articulații aripă-roată;
• zonele interioare ale ușilor și pragurilor;
• spațiu în spatele apărătorilor roții (față).

Pentru a proteja mașina, trebuie să achiziționați un modul electronic special (unii meșteri îl fac singuri) și plăci de protecție. Modulul este montat în interiorul mașinii, conectat la rețeaua de bord (trebuie alimentat când motorul este oprit). Instalarea dispozitivului durează literalmente 10-15 minute. În plus, necesită un minim de energie și garantează o protecție anticorozivă de foarte înaltă calitate.

Plăcile de protecție pot avea dimensiune diferită. Numărul lor diferă și în funcție de locul în care sunt montate în mașină, precum și de ce parametri geometrici are electrodul. În practică, cu cât sunt necesare mai puține plăci, cu atât electrodul este mai mare.

Protecția anticorozivă a unei mașini folosind metoda catodică este, de asemenea, efectuată de alte persoane moduri simple. Cel mai elementar este să conectați firul pozitiv al bateriei mașinii la un garaj metalic obișnuit. Vă rugăm să rețineți că este necesar să utilizați un rezistor pentru a conecta.

4 Protecția conductelor prin polarizare catodică

Depresurizarea conductelor de diferite scopuri are loc în multe cazuri din cauza deteriorării lor provocate de coroziune cauzate de apariția golurilor, fisurilor și cavităților. Comunicațiile subterane sunt deosebit de susceptibile la rugină. Pe ele se formează zone cu potențiale diferite (electrod), ceea ce este cauzat de eterogenitatea solului și de compoziția eterogenă a metalelor din care sunt realizate conductele. Datorită apariției acestor zone, procesul începe formare activă componente galvanice corozive.

Polarizarea catodică a conductelor, realizată conform schemelor descrise la începutul articolului (galvanizare sau o sursă de energie externă), se bazează pe o scădere a vitezei de dizolvare a materialului conductei în timpul funcționării acestora. O reducere similară se realizează prin deplasarea potențialului de coroziune într-o zonă care are mai mulți indicatori negativi în raport cu potențialul natural.

Chiar și în prima treime a secolului al XX-lea, potențialul de polarizare catodic al metalelor a fost determinat. Indicatorul său este de -0,85 volți. În majoritatea solurilor, potențialul natural al structurilor metalice este în intervalul de la -0,55 la -0,6 volți.

Aceasta înseamnă că, pentru o protecție eficientă a conductelor, este necesară „deplasarea” potențialului de coroziune în direcția negativă cu 0,25-0,3 volți. Cu o astfel de valoare, efectul practic al ruginii asupra stării comunicațiilor este aproape complet nivelat (coroziunea pe an are o rată de cel mult 10 micrometri).

Tehnica care utilizează o sursă de curent (externă) este considerată consumatoare de timp și destul de complicată. Dar ea oferă nivel inalt protecția conductelor, resursa sa energetică nu este limitată de nimic, în timp ce rezistența (specifică) solului are un efect minim asupra calității măsurilor de protecție.

Sursele de energie pentru polarizarea catodică sunt de obicei linii electrice aeriene la 0,4; 6 și 10 kV. În zonele în care nu există, este permisă folosirea ca surse de energie a generatoarelor pe gaz, termice și diesel.

Curentul „protector” este distribuit neuniform pe lungimea conductelor. Valoarea sa cea mai mare se notează la așa-numitul punct de drenaj - în locul unde este conectată sursa. Cu cât distanța de la acest punct este mai mare, cu atât conductele sunt mai puțin protejate. În același timp, curentul excesiv direct în zona de conectare are un efect negativ asupra conductei - există o probabilitate mare de fisurare a metalelor cu hidrogen.

Metoda care utilizează anozi galvanici demonstrează o eficiență bună în soluri cu un indice ohmic scăzut (până la 50 ohm*m). Nu este utilizat în soluri din grupa de rezistență ridicată, deoarece nu dă rezultate deosebite. Merită adăugat aici că anozii sunt fabricați din aliaje pe bază de aluminiu, magneziu și zinc.

5 Pe scurt despre stațiile de protecție catodică (CPS)

Pentru protecția anticoroziune a conductelor așezate în subteran, de-a lungul traseului apariției lor, sunt instalate SKZ, inclusiv:

• impamantarea anodului;
• sursa actuala;
• punct de control și măsurare;
• cabluri și fire care îndeplinesc funcții de conectare.

Stațiile sunt conectate la rețele de curent electric sau la dispozitive autonome. Este permisă instalarea mai multor legături la pământ și surse de energie la SKZ atunci când două sau mai multe conducte sunt așezate într-un coridor subteran. Acest lucru implică însă o creștere a costului măsurilor anticorozive.

Dacă o singură instalație este montată pe comunicații cu mai multe linii, conectarea acesteia la conducte se realizează prin intermediul unor blocuri speciale. Ele nu permit formarea de perechi galvanice puternice care apar la montarea jumperilor oarbe produse pentru conducte. Aceste blocuri izolează conductele unele de altele și, de asemenea, fac posibilă selectarea potențialului necesar pe fiecare element al conductelor, ceea ce garantează protectie maxima structuri de la ruginire.

Tensiunea de ieșire la stații catodice poate fi reglat automat (în acest caz, unitatea este echipată cu tiristoare) sau manual (operatorul comută înfășurările transformatorului dacă este necesar). În situațiile în care VCS funcționează în condiții variabile în timp, se recomandă operarea stațiilor cu reglare automată a tensiunii.

Ei înșiși monitorizează indicatorii rezistenței (specifice) solului, apariția curenților vagabonzi și alți factori care au impact negativ asupra calității protecției și ajustează automat activitatea SKZ. Dar în sistemele în care curentul de protecție și rezistența din circuitul său rămân neschimbate, este mai bine să folosiți instalații cu setare manuală tensiunea de iesire.

Adăugăm că reglarea în modul automat se efectuează conform unuia dintre cei doi indicatori:

• curent de protectie (convertoare galvanostatice);
• prin potenţialul obiectului protejat (convertoare potenţiostatice).

6 Informații despre stațiile de protecție catodică cunoscute

Printre VHC-urile domestice populare se pot distinge mai multe instalații. Stația este la mare căutare. Minerva-3000 este un sistem puternic dezvoltat de inginerii francezi și ruși pentru instalațiile Gazprom. O singură Minerva este suficientă pentru a proteja în mod fiabil până la 30 de kilometri de conducte de rugină. Stația are următoarele caracteristici principale:

• fabricabilitatea unică a producției tuturor componentelor sale;
• putere crescută a SKZ (este posibil să se protejeze comunicațiile cu un strat de protecție foarte slab);
• autovindecare (după supraîncărcări de urgență) a modurilor de funcționare ale stației timp de 15 secunde;
• prezența echipamentelor digitale de înaltă precizie pentru monitorizarea modurilor de funcționare și a unui sistem de control termic;
• disponibilitatea circuitelor de protecție împotriva supratensiunii la circuitele de măsurare și intrare;
• absența pieselor mobile și etanșeitatea dulapului electric.

În plus față de Minerva-3000 este posibila conectarea instalatiilor pt telecomandă asupra funcționării stației și controlului de la distanță al echipamentului acesteia.

Sistemele au și performanțe tehnice excelente. ASKG-TM– stații moderne telemecanizate adaptive pentru protecția cablurilor electrice, a conductelor urbane și principale, precum și a rezervoarelor în care sunt depozitate gaze și produse petroliere. Astfel de dispozitive sunt produse cu indicatori diferiți (de la 1 la 5 kilowați) de putere de ieșire. Au un complex de telemetrie multifuncțional care vă permite să selectați un mod de operare specific al RMS, să monitorizați și să modificați parametrii stației, precum și să procesați informațiile primite și să le trimiteți operatorului.

Beneficiile folosirii ASKG-TM:

• posibilitatea de încorporare în complexe SCADA datorită suportului tehnologiei OPC;
• canal de rezervă și principal de comunicare;
• alegerea valorii puterii (ieșire);
• toleranță crescută la erori;
• gamă largă de temperaturi de funcționare;
• precizie unică a setării parametrilor de ieșire;
• protecția de tensiune a ieșirilor de putere a sistemului.

Există VHC-uri de alte tipuri, informații despre care sunt ușor de găsit pe site-urile specializate de pe Internet.

7 Ce obiecte pot fi protejate prin polarizare catodica?

Pe lângă protecția mașinilor și conductelor, tehnicile de polarizare considerate sunt utilizate în mod activ pentru a proteja armăturile din structurile din beton armat (cladiri, instalații rutiere, fundații și așa mai departe) împotriva coroziunii. De obicei, fitingurile sunt un singur sistem electric, care se corodează în mod activ atunci când clorurile și apa intră în el.

Polarizarea catodică în combinație cu operația de salubrizare a betonului oprește procesele de coroziune. În acest caz, trebuie utilizate două tipuri de anozi:

• cele principale sunt realizate din titan, grafit sau combinațiile lor cu un strat de acoperire de tip oxid metalic, precum și fontă siliconică;
• tije de distribuție - tije din aliaje de titan cu un strat suplimentar de protecție metalică sau cu un înveliș nemetalic conductiv electric.

Prin reglarea curentului extern furnizat structurii din beton armat se selectează potențialul de armătură.

Polarizarea este considerată o tehnică indispensabilă pentru protecția structurilor fixe situate pe platforma continentală, în zăcămintele de gaze și petrol. Acoperirile de protecție inițiale la astfel de instalații nu pot fi restaurate (trebuie demontate și transportate în hangare uscate), ceea ce înseamnă că există o singură cale de ieșire - protecția catodică a metalelor.

Pentru a proteja împotriva coroziunii marine, polarizarea galvanică a navelor civile este utilizată prin intermediul unor anozi din zinc, magneziu, aliaje de aluminiu. Pe țărm (în timpul reparațiilor și parcării), vasele sunt conectate la CPS, anozii pentru care sunt fabricați din titan platinizat.

De asemenea, protecția catodică este utilizată pentru a proteja împotriva distrugerii părților interne ale vaselor și containerelor, precum și a conductelor care sunt în contact cu apa uzată. ape industrialeși alți electroliți agresivi. Polarizarea în acest caz crește timpul de aplicare fără întreținere a acestor structuri de 2-3 ori.

Exista diverse metode prelucrare tevi metalice, dar cea mai eficientă dintre ele este protecția catodică a conductelor împotriva coroziunii. Este necesar să se prevină depresurizarea prematură a acestora, ceea ce va duce la formarea de fisuri, cavități și rupturi.

Coroziunea metalelor este un proces natural în care atomii de metal se schimbă. Ca urmare, electronii lor merg la agenții oxidanți, ceea ce duce la distrugerea structurii materialului.

Pentru conductele subterane, un factor suplimentar în efectul coroziv este compoziția solului. Conține zone cu potențial electrod diferit, motiv pentru formarea celulelor galvanice corozive.

Există mai multe tipuri de coroziune, inclusiv:

• Solid. Diferă în zona mare continuă de distribuție. În cazuri rare, provoacă daune conductei, deoarece adesea nu pătrunde adânc în structura metalică;


• Coroziunea locală - devine cea mai mare cauza comuna goluri, deoarece nu acoperă o suprafață mare, ci pătrunde adânc. Se împarte în ulcerativ, filiform, prin, sub suprafață, pete, cuțit, intergranular, fragilitate la coroziune și crăpare.

Metode de protecție a conductelor subterane

Protecția împotriva coroziunii metalului poate fi activă sau pasivă. Metodele pasive implică crearea condițiilor pentru conductă în care aceasta să nu fie afectată de solul înconjurător. Pentru a face acest lucru, i se aplică compuși speciali de protecție, care devin o barieră. Cele mai utilizate acoperiri sunt bitumul, rășinile epoxidice, benzile polimerice sau smoala de gudron de cărbune.

Pentru metoda activă cel mai des este folosită protecția catodică a conductelor împotriva coroziunii. Se bazează pe crearea polarizării, care reduce viteza de dizolvare a metalului. Acest efect se realizează datorită deplasării potențialului de coroziune într-o zonă mai negativă. Pentru a face acest lucru, un curent electric este condus între suprafața metalului și sol, ceea ce reduce semnificativ rata de coroziune.

Modalități de implementare a protecției catodice:

• Cu utilizarea surselor de curent externe care sunt conectate la conducta protejată și la împământarea anodului;


• Folosind metoda galvanică (protectori anodici sacrificiali de magneziu).

Protecția împotriva coroziunii catodice a conductelor care utilizează surse externe este mai complexă. Pentru că necesită folosire desene speciale care furnizează curent continuu. Metoda galvanică, la rândul său, este implementată prin protectori, care fac posibilă asigurarea protectie eficienta numai în soluri cu rezistenţă electrică scăzută.

Poate fi folosit pentru protecția conductelor și metoda anodului. Se utilizează în contact cu mediul chimic agresiv. Metoda anodului se bazează pe transferul stării active a metalului într-o stare pasivă și menținerea acesteia datorită influenței unui anod extern.

În ciuda anumitor dificultăți în implementare, această metodă este utilizată în mod activ acolo unde nu poate fi implementată protecția împotriva coroziunii catodice a conductelor.

Exemple de protecție împotriva coroziunii catodice a conductelor la expoziție

Experiența de utilizare și noile dezvoltări în acest domeniu sunt acoperite la expoziția anuală a industriei „Neftegaz”, care are loc la Targul Expocentre.

Expoziția este un eveniment major din industrie și o platformă excelentă pentru familiarizarea specialiștilor cu noile dezvoltări, precum și pentru lansarea de noi proiecte. Expoziția Naftogaz va avea loc la Expocentre Fairgrounds din Moscova pe Krasnaya Presnya.

Citiți celelalte articole ale noastre.