M. Ivanov, Ph.D. n.
Metallide, eriti raua ja legeerimata terase korrosioon põhjustab suurt kahju vee ja õhuga kokkupuutuvatele seadmetele ja torujuhtmetele. See vähendab seadmete kasutusiga ja loob lisaks tingimused vee saastamiseks korrosioonitoodetega.
Saate tellida artikleid teemal
Nagu teate, on korrosioon elektrokeemiline protsess, mille käigus metall oksüdeerub, see tähendab selle elektronide tagasitulek aatomite poolt. See protsess toimub pinna mikroskoopilises osas, mida nimetatakse anoodpiirkonnaks. See toob kaasa metalli terviklikkuse rikkumise, mille aatomid sisenevad keemilistesse reaktsioonidesse, eriti aktiivselt - atmosfääri hapniku ja niiskuse juuresolekul.
Kuna metallid juhivad elektrivoolu hästi, voolavad vabanenud elektronid vabalt teise mikroskoopilisse piirkonda, kus vee ja hapniku juuresolekul toimuvad redutseerimisreaktsioonid. Seda piirkonda nimetatakse katoodpiirkonnaks.
Elektrokeemilise korrosiooni tekkimist saab vältida, rakendades välise alalisvooluallika pinget metallielektroodi potentsiaali nihkumisele väärtustele, mille juures korrosiooniprotsessi ei toimu.
Selle põhjal on ehitatud maa -aluste torustike, mahutite ja muude metallkonstruktsioonide katoodkaitsesüsteemid. Kui kaitstavale metallile rakendatakse elektrilist potentsiaali, määratakse sellised potentsiaaliväärtused kogu metallkonstruktsiooni pinnale, kus võivad toimuda ainult redutseerivad katoodprotsessid: näiteks metallkatioonid võtavad vastu elektronid ja muutuvad ioonideks madalam oksüdatsiooniaste või neutraalsed aatomid.
Tehniliselt kasutatakse metallide katoodilise kaitse meetodit järgmiselt ( riis. 1). Kaitstud metallkonstruktsioonile tarnitakse traat, näiteks terastorustik, mis on ühendatud katoodijaama negatiivse poolusega, mille tagajärjel muutub torujuhe katoodiks. Metallkonstruktsioonist teatud kaugusel asub maas elektrood, mis on juhtmega ühendatud positiivse poolusega ja muutub anoodiks. Võimalik erinevus katoodi ja anoodi vahel on loodud nii, et täielikult välistatakse oksüdatiivsete protsesside toimumine kaitstud struktuuril. Sellisel juhul voolavad nõrgad hoovused läbi niiske pinnase katoodi ja mullaveerus oleva anoodi vahel. Tõhusaks kaitseks on vaja paigaldada mitu anoodielektroodi kogu torujuhtme pikkuses. Kui on võimalik vähendada kaitstava konstruktsiooni ja pinnase potentsiaalset erinevust 0,85-1,2 V-ni, siis torujuhtme korrosioonikiirus väheneb märkimisväärselt madalate väärtusteni.
Niisiis, katoodikaitsesüsteem sisaldab pidevat elektrivooluallikat, juhtimis- ja mõõtepunkti ning anoodi maandust. Tavaliselt koosneb katoodkaitsejaam vahelduvvoolu trafost ja dioodide alaldist. Reeglina töötab see 220 V võrgust; on ka jaamu, mida toidavad kõrge (6-10 kV) pingeliinid.
Katoodjaama tõhusaks tööks peab katoodi ja selle loodud anoodi potentsiaalne erinevus olema vähemalt 0,75 V. Mõnel juhul piisab edukaks kaitsmiseks umbes 0,3 V -st. Samal ajal on nimiväärtused Väljundvoolust ja väljundpingest. Tavaliselt on jaamade nimiväljundpinge vahemikus 20 kuni 48 V. Kui anoodi ja kaitstud objekti vahel on suur vahemaa, jõuab jaama väljundpinge nõutav väärtus 200 V.
Anoodidena kasutatakse inertseid lisaelektroode. Anoodmaanduslülitid, näiteks CJSC Katodi (Razvilka asula, Moskva piirkond) toodetud mudel AZM-3X, on korrosioonikindlast sulamist valmistatud valandid, mis on varustatud spetsiaalse traadiga, millel on tugevdatud isolatsioonis vasksüdamik. suletud hülss katoodkaitse peajaama kaabli ühendamiseks. Kõige ratsionaalsem on kasutada maanduselektroode kõrge ja keskmise söövitava aktiivsusega keskkonnas, mille mullatakistus on kuni 100 oomi. Väljatugevuse ja voolutiheduse optimaalseks jaotamiseks üle seadme korpuse asetatakse anoodide ümber spetsiaalsed ekraanid söe või koksi tagasitäite kujul.
Katoodkaitsejaama efektiivsuse hindamiseks on vaja süsteemi, mis koosneb mõõteelektroodist ja võrdluselektroodist ning on juhtimis- ja mõõtepunkti põhiosa. Nende elektroodide näitude põhjal viiakse läbi katoodkaitse võimaliku erinevuse reguleerimine.
Mõõteelektroodid on valmistatud kõrge legeerterasest, räni malmist, plaatitud messingist või pronksist, samuti vasest. Võrdlus -elektroodid - hõbekloriid või sulfaatvask. Nende konstruktsiooni järgi võivad võrdlus -elektroodid olla sukeldatud või kaugjuhtimisega. Neis kasutatava lahuse koostis peaks olema lähedane keskkonna koostisele, mille kahjulike mõjude eest on vaja seadmeid kaitsta.
Tähelepanuväärsed on EDB tüüpi pikatoimelised bimetall-võrdlus-elektroodid, mille on välja töötanud VNIIGAZ (Moskva). Need on ette nähtud potentsiaalse erinevuse mõõtmiseks maa -aluse metallobjekti (sealhulgas torujuhtme) ja maapinna vahel, et juhtida katoodkaitsejaama automaatrežiimis rasketel koormustel ja märkimisväärsel sügavusel, see tähendab siis, kui teised elektroodid ei suuda tagada pidevat hooldust. etteantud potentsiaal.
Katoodikaitseseadmeid tarnivad peamiselt kodumaised tootjad. Niisiis, ülalnimetatud CJSC "Cathode" pakub jaama "Minerva-3000" ( riis. 2), mille eesmärk on kaitsta peamisi veevarustusvõrke. Selle nimivõimsus on 3,0 kW, väljundpinge on 96 V ja kaitsevool on 30 A. Kaitsepotentsiaali ja vooluväärtuse säilitamise täpsus on vastavalt 1 ja 2%. Ripple väärtus - mitte rohkem kui 1%.
Teine Venemaa tootja JSC Energomera (Stavropol) tarnib MKZ-M12, PNKZ-PPCh-M10 ja PN-OPE-M11 mooduleid, mis tagavad tõhusa katoodikaitse maa-aluste metallkonstruktsioonide jaoks kõrge korrosiooniohuga piirkondades. MKZ-M12 mooduli nimivool on 15 või 20 A; nimiväljundpinge-24 V. MKZ-M12-15-24-U2 mudelite puhul on väljundpinge 30 V. Kaitsepotentsiaali säilitamise täpsus ulatub ± 0,5%, seadistatud vool on ± 1%. Tehniline ressurss on 100 tuhat tundi ja kasutusiga on vähemalt 20 aastat.
LLC "Electronic Technologies" (Tver) pakub katoodkaitsepunkte "Tvertsa" ( riis. 3), mis on varustatud sisseehitatud mikroprotsessori ja telemehaanilise kaugjuhtimissüsteemiga. Juhtimis- ja mõõtepunktid on varustatud mittepolariseerivate pikaajaliste võrdlus-elektroodidega, millel on elektrokeemilise potentsiaali andurid, mis mõõdavad torujuhtme polarisatsioonipotentsiaali. Need jaamad sisaldavad ka reguleeritavat katoodvooluallikat ja vooluahela elektriliste parameetrite anduriplokki, mis on kontrolleri kaudu ühendatud kaugjuurdepääsuseadmega. Selle jaama trafo on valmistatud Epcos-tüüpi ferriitsüdamike baasil. Kasutatakse ka pingemuunduri juhtimissüsteemi, mis põhineb UCC 2808A mikroskeemil.
Ettevõte "Kurs -OP" (Moskva) toodab katoodkaitsejaamu "Elkon", mille väljundpinge varieerub vahemikus 30 kuni 96 V ja väljundvool - vahemikus 20 kuni 60 A. Väljundpinge pulsatsioon - mitte rohkem kui 2% ... Need jaamad on mõeldud kaitsmiseks üheliine mulla korrosiooni eest ning ühise kaitseüksuse ja mitmerealiste torujuhtmete kasutamisega piirkondades, kus parasvöötmes (vahemikus -45 kuni +40 ° C) ei esine hulkuvvoolu. Jaamad sisaldavad ühefaasilist jõutrafot, astmeliselt juhitava väljundpingega muundurit, kõrgepingeseadmeid, käsitsi juhitavat kahepooluselist lahutit ja liigpingepiirikuid.
Samuti võib märkida OOO NPF Neftegazkompleks EKhZ (Saratov) toodetud NGK-IPKZ seeria katoodkaitse paigaldusi, mille maksimaalne väljundvool on 20 või 100 A ja nimiväljundpinge 48 V.
Üks katoodikaitsejaamade tarnijaid SRÜ riikidest on firma "Hoffman Electric Technologies" (Kharkov, Ukraina), mis pakub seadmeid magistraaltorustike mulla korrosiooni eest elektrokeemiliseks kaitseks.
Elektrokeemiline kaitse- tõhus viis valmistoodete kaitsmiseks elektrokeemilise korrosiooni eest. Mõnel juhul on värvkatte või kaitsva ümbrismaterjali uuendamine võimatu, siis on soovitav kasutada elektrokeemilist kaitset. Maa -aluse torujuhtme või merelaeva põhja katmine on väga töömahukas ja kulukas, mõnikord on see lihtsalt võimatu. Elektrokeemiline kaitse kaitseb toodet usaldusväärselt, vältides maa -aluste torujuhtmete, laevade põhja, erinevate paakide jms hävitamist.
Elektrokeemilist kaitset kasutatakse juhtudel, kui vaba korrosiooni võimalus on mitteväärismetalli intensiivse lahustumise või uuesti passiveerimise piirkonnas. Need. kui toimub metallkonstruktsiooni intensiivne hävitamine.
Elektrokeemilise kaitse olemus
Valmis metalltootega on väljastpoolt ühendatud alalisvool (alalisvooluallikas või kaitsja). Elektrivool kaitstud toote pinnal tekitab mikrogalvaaniliste paaride elektroodide katoodilise polarisatsiooni. Selle tulemusel muutuvad metallpinna anoodipiirkonnad katoodseks. Ja söövitava keskkonna mõju tõttu ei hävitata mitte konstruktsiooni metalli, vaid anoodi.
Sõltuvalt sellest, millises suunas (positiivne või negatiivne) nihutatakse metalli potentsiaali, jagatakse elektrokeemiline kaitse anoodseks ja katoodiliseks.
Katoodiline korrosioonikaitse
Katoodilist elektrokeemilist korrosioonikaitset kasutatakse juhul, kui kaitstud metall ei ole passiivne. See on üks peamisi metalli korrosioonikaitse liike. Katoodkaitse põhiolemus seisneb toote negatiivse pooluse välisvoolu rakendamises, mis polariseerib söövitavate elementide katoodiosad, tuues potentsiaalse väärtuse anoodilistele lähemale. Vooluallika positiivne poolus on anoodiga ühendatud. Sellisel juhul vähendatakse kaitstud konstruktsiooni korrosiooni peaaegu nullini. Anood hävib järk -järgult ja seda tuleb perioodiliselt muuta.
Katoodkaitseks on mitu võimalust: välise elektrivoolu allika polarisatsioon; katoodprotsessi kiiruse vähenemine (näiteks elektrolüüdi õhutumine); kokkupuude metalliga, millel on selles keskkonnas rohkem elektronegatiivset vaba korrosiooni potentsiaali (nn kaitsekaitse).
Välise elektrivooluallika polarisatsiooni kasutatakse väga sageli pinnases, vees asuvate struktuuride (laevade põhjad jne) kaitsmiseks. Lisaks kasutatakse seda tüüpi korrosioonikaitset tsingi, tina, alumiiniumi ja selle sulamite, titaani, vase ja selle sulamite, plii, samuti kõrge kroomi, süsiniku, legeeritud (nii madala kui ka legeeritud) terase puhul.
Väline vooluallikas on katoodikaitse jaam, mis koosneb alaldist (muundurist), kaitstud konstruktsiooni vooluallikast, anoodi maanduslülititest, võrdlus -elektroodist ja anoodkaablist.
Katoodikaitset kasutatakse iseseisva ja täiendava korrosioonikaitse tüübina.
Peamine kriteerium, mille järgi saab hinnata katoodkaitse tõhusust, on kaitsva potentsiaaliga... Kaitsepotentsiaali nimetatakse potentsiaaliks, mille juures metalli korrosioonikiirus teatud keskkonnatingimustes võtab madalaima (nii palju kui võimalik) väärtuse.
Katoodkaitse kasutamisel on puudusi. Üks neist on oht uuesti kaitsma... Ülekaitset täheldatakse kaitstava objekti potentsiaali suure nihkega negatiivses suunas. Samas paistab see silma. Tulemuseks on kaitsekatete hävitamine, metalli rabedus vesiniku käes ja korrosioonipragunemine.
Turvise kaitse (turvise rakendus)
Teatud tüüpi katoodkaitse on kaitsev. Kaitsekaitse kasutamisel ühendatakse kaitstava objektiga elektronegatiivsema potentsiaaliga metall. Sel juhul ei hävitata mitte struktuuri, vaid kaitsjat. Aja jooksul turvis korrodeerub ja tuleb asendada uuega.
Turvisekaitse on efektiivne juhtudel, kui turvise ja keskkonna vahel on väike kontakttakistus.
Igal kaitsel on oma kaitsetegevuse raadius, mille määrab maksimaalne võimalik kaugus, milleni kaitsme saab eemaldada ilma kaitseefekti kaotamata. Kaitsekaitset kasutatakse kõige sagedamini siis, kui konstruktsiooni voolu tarnimine on võimatu või keeruline ja kulukas.
Kaitsmeid kasutatakse struktuuride kaitsmiseks neutraalses keskkonnas (mere- või jõevesi, õhk, pinnas jne).
Kaitsmete valmistamiseks kasutatakse järgmisi metalle: magneesium, tsink, raud, alumiinium. Puhtad metallid ei täida täielikult oma kaitsefunktsioone, mistõttu kaitsmete valmistamisel legeeritakse need lisaks.
Raudkaitsmed on valmistatud süsinikterasest või puhtast rauast.
Tsingikaitsmed
Tsingikaitsmed sisaldavad umbes 0,001 - 0,005% pliid, vaske ja rauda, 0,1 - 0,5% alumiiniumi ja 0,025 - 0,15% kaadmiumi. Tsinkprojektoreid kasutatakse toodete kaitsmiseks merekorrosiooni eest (soolases vees). Kui tsingikaitset kasutatakse kergelt soolases, magevees või mullas, kaetakse see kiiresti paksu oksiidide ja hüdroksiidide kihiga.
Magneesiumi kaitsja
Magneesiumkaitsmete valmistamiseks mõeldud sulamid on legeeritud 2–5% tsingi ja 5–7% alumiiniumiga. Vase, plii, raua, räni, nikli kogus sulamis ei tohiks ületada kümnendikke ja sajandikku protsenti.
Magneesiumi kaitset kasutatakse kergelt soolases magevees, mullas. Kaitset kasutatakse keskkonnas, kus tsingi ja alumiiniumi kaitsed on ebaefektiivsed. Oluline aspekt on see, et magneesiumikaitsmeid tuleb kasutada keskkonnas, mille pH on 9,5–10,5. Selle põhjuseks on magneesiumi kõrge lahustumiskiirus ja selle pinnale halvasti lahustuvad ühendid.
Magneesiumi kaitsja on ohtlik, sest on vesinike rabeduse ja struktuuride pingekorrosiooni pragunemise põhjus.
Alumiiniumist kaitsmed
Alumiiniumist kaitsmed sisaldavad lisandeid, mis takistavad alumiiniumoksiidide teket. Sellistesse kaitsmetesse lisatakse kuni 8% tsinki, kuni 5% magneesiumi ja kümnendik-sajandikku räni, kaadmiumi, indiumi, talliumi. Rannikuriiulis ja voolavas merevees kasutatakse alumiiniumist kaitsmeid.
Anoodne korrosioonikaitse
Anoodset elektrokeemilist kaitset kasutatakse titaanist, vähese legeeritud roostevabast terasest, süsinikterasest, kõrge legeeritud ferriidsetest sulamitest ja erinevatest passiveeritud metallidest valmistatud konstruktsioonide jaoks. Anoodikaitset kasutatakse kõrge juhtivusega söövitavas keskkonnas.
Anoodkaitsega nihkub kaitstud metalli potentsiaal positiivsemale poolele, kuni saavutatakse süsteemi passiivne stabiilne olek. Anoodilise elektrokeemilise kaitse eelised ei ole mitte ainult väga oluline korrosioonikiiruse aeglustumine, vaid ka asjaolu, et korrosioonitooted ei satu tootesse ega keskkonda.
Anoodikaitset saab rakendada mitmel viisil: nihutades potentsiaali positiivsele poolele, kasutades välist elektrivooluallikat, või viies söövitavasse keskkonda oksüdeerijaid (või sulami elemente), mis suurendavad metalli katoodprotsessi efektiivsust pinnale.
Anoodne kaitse oksüdeerijate kasutamisega kaitsemehhanismi abil sarnaneb anoodpolarisatsiooniga.
Kui kasutatakse oksüdeerivate omadustega passiivseid inhibiitoreid, läheb kaitstud pind tekitatud voolu toimel passiivsesse olekusse. Nende hulka kuuluvad dikromaadid, nitraadid jne. Kuid need reostavad tehnoloogilist keskkonda üsna tugevalt.
Kui sulamisse lisatakse lisaaineid (peamiselt sulamist väärismetalliga), toimub katoodil toimuv depolarisaatorite redutseerimisreaktsioon madalama ülepingega kui kaitstud metall.
Kui elektrivool lastakse läbi kaitstud konstruktsiooni, nihkub potentsiaal positiivsele poolele.
Anoodilise elektrokeemilise korrosioonikaitse paigaldus koosneb välisvooluallikast, võrdluselektroodist, katoodist ja kaitstavast objektist endast.
Selleks, et teada saada, kas teatud objektile on võimalik rakendada anoodset elektrokeemilist kaitset, võetakse anoodpolarisatsioonikõverad, mille abil on võimalik määrata uuritava konstruktsiooni korrosioonipotentsiaali teatud söövitavas keskkonnas. Stabiilne passiivsus ja voolutihedus selles piirkonnas.
Katoodide valmistamiseks kasutatakse halvasti lahustuvaid metalle, näiteks kõrge legeeritud roostevaba teras, tantaal, nikkel, plii ja plaatina.
Selleks, et anoodne elektrokeemiline kaitse oleks teatud keskkonnas tõhus, on vaja kasutada kergesti passiivseid metalle ja sulamid, võrdluselektrood ja katood peavad olema kogu aeg lahuses ning ühenduselementid kvaliteetsed.
Iga anoodkaitse korral on katoodlahendus kavandatud individuaalselt.
Selleks, et anoodkaitse oleks konkreetse objekti jaoks tõhus, on vaja, et see vastaks teatud nõuetele:
Kõik keevisõmblused peavad olema hea kvaliteediga;
Tehnoloogilises keskkonnas peab materjal, millest kaitsealune objekt valmistatakse, minema passiivsesse olekusse;
Õhutaskute ja pragude arv peaks olema minimaalne;
Konstruktsioonil ei tohiks olla needitud liigendeid;
Kaitstud seadmes peavad võrdluselektrood ja katood olema alati lahuses.
Anoodilise kaitse rakendamiseks keemiatööstuses kasutatakse sageli soojusvahetit ja silindrikujulisi seadmeid.
Roostevabade teraste elektrokeemiline anoodne kaitse on ette nähtud väävelhappe, ammoniaagil põhinevate lahuste, mineraalväetiste, aga ka igasuguste kollektorite, mahutite, mõõtepaakide tööstuslikuks ladustamiseks.
Anoodikaitset saab kasutada ka keemiliste nikeldamisvannide, soojusvahetite, tehiskiudude ja väävelhappe tootmisel tekkivate korrosioonikahjustuste vältimiseks.
Torujuhtmed on kaugelt kõige levinumad energiakandjate transpordivahendid. Nende ilmselge puudus on nende vastuvõtlikkus rooste tekkimisele. Selleks teostatakse magistraaljuhtmete katoodiline kaitse korrosiooni eest. Mis on selle tegevuspõhimõte?
Korrosiooni põhjused
Päästetorustikud on levinud kogu Venemaal. Nende abiga transporditakse tõhusalt gaasi, vett, naftasaadusi ja naftat. Mitte nii kaua aega tagasi pandi ammoniaagi transportimiseks torustikud. Enamik torujuhtmete tüüpe on valmistatud metallist ja nende peamine vaenlane on korrosioon, mida on palju.
Metallpindadele rooste tekkimise põhjused põhinevad keskkonna omadustel, nii torujuhtmete välisel kui ka sisemisel korrosioonil. Sisepindade korrosioonioht põhineb:
- Koostoime veega.
- Leeliste, soolade või hapete olemasolu vees.
Sellised asjaolud võivad tekkida magistraaltorustiku, sooja veevarustuse (sooja vee), auru ja küttesüsteemide puhul. Sama oluline tegur on torujuhtme paigaldamise meetod: maapealne või maa all. Esimest on rooste tekkepõhjuseid lihtsam hooldada ja kõrvaldada, võrreldes teisega.
Toru-toru paigaldusmeetodi korral on korrosioonioht väike. Torujuhtme otsese paigaldamisega vabas õhus võib atmosfääriga suhtlemisel tekkida rooste, mis toob kaasa ka konstruktsiooni muutmise.
Maa -alused torustikud, sealhulgas aur ja kuum vesi, on korrosiooni suhtes kõige haavatavamad. Tekib küsimus veeallikate põhjas asuvate torude korrosioonitundlikkuse kohta, kuid nendes kohtades asub ainult väike osa torujuhtmetest.
Korrosiooniohuga torujuhtmed jagunevad vastavalt nende kasutusotstarbele järgmisteks osadeks:
- pagasiruumi;
- kaubanduslik;
- küttesüsteemide ja elanike elutoetuse jaoks;
- tööstusettevõtete reovee jaoks.
Magistraaljuhtmete võrkude korrosioonitundlikkus
Seda tüüpi torujuhtmete korrosioon on kõige paremini uuritud ja nende kaitse väliste tegurite eest määratakse kindlaks standardnõuetega. Normatiivdokumentides käsitletakse kaitsemeetodeid, mitte põhjuseid, mille põhjal rooste tekib.
Sama oluline on arvestada, et sel juhul peetakse silmas ainult välist korrosiooni, millega torujuhtme välimine osa puutub kokku, kuna inertgaasid läbivad torujuhtme. Metalli kokkupuude atmosfääriga pole sel juhul nii ohtlik.
Korrosiooni eest kaitsmiseks võetakse GOSTi kohaselt arvesse torujuhtme mitmeid sektsioone: suurenenud ja kõrge ohtlikkusega, samuti korrosiooniohtlik.
Atmosfääri negatiivsete tegurite mõju kõrge riskiga piirkondadele või korrosioonitüüpidele:
- Alalisvooluallikatest, hulkuvate voolude esinemine.
- Kokkupuude mikroorganismidega.
- Tekkinud pinge provotseerib metalli pragunemist.
- Jäätmete ladustamine.
- Soolased mullad.
- Transporditava aine temperatuur on üle 300 ° C.
- Naftajuhtme süsinikdioksiidi korrosioon.
Paigaldaja maa -aluste torujuhtmete korrosiooni eest kaitsmiseks peab teadma torujuhtme konstruktsiooni ja SNiP nõudeid.
Elektrokeemiline korrosioon pinnasest
Torujuhtmete üksikute sektsioonide pingete erinevuse tõttu tekib elektronide voog. Rooste tekkimise protsess toimub vastavalt elektrokeemilisele põhimõttele. Selle efekti põhjal praguneb osa anooditsoonides olevast metallist ja voolab pinnase alusesse. Pärast elektrolüüdiga suhtlemist moodustub korrosioon.
Üks oluline kriteerium negatiivsete ilmingute eest kaitse tagamiseks on rea pikkus. Teel on erineva koostise ja omadustega mullad. Kõik see aitab kaasa pingeerinevuse tekkimisele paigaldatud torujuhtmete osade vahel. Liinidel on hea juhtivus, seetõttu moodustuvad galvaanilised paarid piisavalt pika pikkusega.
Torujuhtme korrosioonimäära suurenemine kutsub esile suure elektronvoo tiheduse. Kiirteede sügavus pole samuti vähem tähtis, kuna sellel jääb märkimisväärne protsent niiskust ja temperatuur, mis jääb alla “0” märgi, ei vabane. Pärast töötlemist jääb torude pinnale ka veski, mis mõjutab rooste tekkimist.
Uurimistööga loodi otsene seos metallile tekkinud rooste sügavuse ja pindala vahel. See põhineb asjaolul, et suurema pindalaga metall on väliste negatiivsete ilmingute suhtes kõige haavatavam. Konkreetsed juhtumid hõlmavad oluliselt väiksemate kahjude ilmnemist, mis on põhjustatud teraskonstruktsioonide elektrokeemilisest protsessist.
Muldade agressiivsuse metalli suhtes määravad ennekõike nende konstruktsioonikomponent, niiskus, vastupidavus, küllastumine leelistega, õhu läbilaskvus ja muud tegurid. Paigaldaja maa -aluste torujuhtmete korrosiooni eest kaitsmiseks peaks olema tuttav torujuhtme ehitamise projektiga.
Hulkuvate hoovuste tõttu tekkinud korrosioon
Rooste võib tekkida vahelduvast ja pidevast elektronide voolust:
- Rooste teke pideva voolu tõttu. Hulkuvad voolud on pinnases ja maa all paiknevates konstruktsioonielementides esinevad hoovused. Nende päritolu on antropogeenne. Need tekivad hoonetest või rajatistest levivate alalisvoolu tehniliste seadmete töö tulemusena. Need võivad olla keevitusmuundurid, katoodikaitsesüsteemid ja muud seadmed. Vool kipub liikuma mööda vähima vastupanu teed, mistõttu on olemasolevate torujuhtmetega maapinnal palju lihtsam voolu läbi metalli läbida. Anood on torujuhtme osa, kust voolab hulkuv vool pinnase pinnale. Torujuhtme osa, millesse vool siseneb, toimib katoodina. Kirjeldatud anoodpindadel on voolude tihedus suurenenud, seetõttu moodustuvad neis kohtades märkimisväärsed korrosioonilaigud. Korrosioonikiirus ei ole piiratud ja võib ulatuda kuni 20 mm aastas.
- Rooste on põhjustatud vahelduvvoolust. Kui see asub elektriliinide võrgu lähedal, mille võrgupinge on üle 110 kV, samuti torujuhtmete paralleelsel paigutamisel vahelduvvoolu mõjul, tekib korrosioon, sealhulgas torujuhtmete isolatsiooni all olev korrosioon.
Stresskorrosiooni pragunemine
Kui metallpinda mõjutavad samaaegselt välised negatiivsed tegurid ja jõuülekandeliini kõrgepinge, mis tekitab tõmbejõude, tekib rooste. Läbiviidud uuringute kohaselt on vesinik-korrosiooni uus teooria võtnud oma koha.
Kui toru on vesinikuga küllastunud, tekivad väikesed praod, mis seejärel suurendab rõhku seestpoolt kuni aatomite ja kristallide vahelise sideme määratud ekvivalendini.
Prootoni difusiooni mõjul hüdrogeenitakse pinnakiht hüdrolüüsi mõjul katoodikaitse kõrgemal tasemel ja anorgaaniliste ühendite samaaegsel toimel.
Pärast prao avanemist kiireneb metalli roostetamise protsess, mille tagab mulla elektrolüüt. Selle tulemusena toimub metall mehaaniliste mõjude mõjul aeglaselt.
Mikroorganismide põhjustatud korrosioon
Mikrobioloogiline korrosioon on rooste tekkimise protsess torustikul elusate mikroorganismide mõjul. See võib olla vetikad, seened, bakterid, sealhulgas algloomad. On kindlaks tehtud, et bakterite paljunemine mõjutab seda protsessi kõige enam. Mikroorganismide elulise aktiivsuse säilitamiseks on vaja luua tingimused, nimelt on vaja lämmastikku, niiskust, vett ja soola. Samuti sellised tingimused nagu:
- Temperatuuri ja niiskuse indikaatorid.
- Rõhk.
- Valgustuse olemasolu.
- Hapnik.
Happe eraldumisel võivad organismid põhjustada ka korrosiooni. Nende mõjul ilmuvad pinnale õõnsused, millel on must värv ja ebameeldiv vesiniksulfiidi lõhn. Sulfaate sisaldavaid baktereid leidub peaaegu kõigis muldades, kuid nende arvu suurenemisega suureneb korrosioonikiirus.
Mis on elektrokeemiline kaitse
Torujuhtmete elektrokeemiline korrosioonikaitse on meetmete kogum, mille eesmärk on vältida elektrivälja mõjul korrosiooni teket. Alalisvoolu muundamiseks kasutatakse spetsiaalseid alaldeid.
Korrosioonikaitse viiakse läbi elektromagnetvälja loomisega, mille tulemusena omandatakse negatiivne potentsiaal või sait mängib katoodi rolli. See tähendab, et rooste tekkimise eest kaitstud terastorustike osa omandab negatiivse laengu ja maandus - positiivse.
Torujuhtmete katoodikaitsega korrosiooni eest kaasneb elektrolüütiline kaitse, millel on keskkonna piisav juhtivus. Seda funktsiooni täidab muld maa -aluste metallteede paigaldamisel. Elektroodid puutuvad kokku juhtivate elementide kaudu.
Korrosiooninäitajate määramise indikaator on kõrgepinge voltmeeter või korrosiooniandur. Selle seadme abil juhitakse elektrolüüdi ja maapinna vahelist indikaatorit spetsiaalselt selle juhtumi jaoks.
Kuidas klassifitseeritakse elektrokeemiline kaitse
Peatorustike ja mahutite korrosiooni ja kaitset selle eest kontrollitakse kahel viisil:
- Metallpinnale tarnitakse vooluallikas. See sektsioon omandab negatiivse laengu, see tähendab, et see mängib katoodi rolli. Anoodid on inertsed elektroodid, millel pole disainiga mingit pistmist. Seda meetodit peetakse kõige tavalisemaks ja galvaanilist korrosiooni ei esine. Selle meetodi eesmärk on vältida järgmist tüüpi korrosiooni: aukude tekkimist, hulkuvate voolude tõttu, roostevabast terasest kristallilist tüüpi, samuti messingist elementide pragunemist.
- Galvaniseerimise meetod. Peatorustike kaitset või turvise kaitset teostavad alumiiniumist, tsingist, magneesiumist või nende sulamitest valmistatud kõrge negatiivse laenguga metallplaadid. Anoodid on kaks elementi, nn inhibiitorid, samas kui kaitsja aeglane hävitamine aitab tootes katoodvoolu säilitada. Kaitsekaitset kasutatakse äärmiselt harva. ECP viiakse läbi torujuhtmete isoleerkihiga.
Elektrokeemilise kaitse omaduste kohta
Torujuhtmete hävitamise peamine põhjus on metallpindade korrosiooni tagajärg. Pärast rooste tekkimist moodustavad nad pragusid, purunemisi, õõnsusi, mis järk -järgult suurenevad ja aitavad kaasa torujuhtme purunemisele. See nähtus esineb sagedamini maanteedel või põhjaveega kokkupuutuvatel maanteedel.
Katoodkaitse tööpõhimõte põhineb pinge erinevuse tekitamisel ja toimel kahe ülalkirjeldatud meetodi abil. Pärast otse torujuhtme asukohas teostatud mõõtmistöid leiti, et nõutav potentsiaal, mis aeglustab hävitamise protsessi, peaks olema 0,85 V ja maa -aluste elementide puhul on see väärtus 0,55 V.
Korrosioonikiiruse aeglustamiseks tuleks katoodpinget vähendada 0,3 V võrra. Sellises olukorras ei ületa korrosioonikiirus 10 mikronit aastas ja see pikendab oluliselt tehniliste seadmete kasutusiga.
Üks olulisi probleeme on hulkuvate hoovuste olemasolu pinnases. Sellised hoovused tekivad hoonete, rajatiste, rööbasteede ja muude seadmete maandamisel. Lisaks on võimatu täpselt hinnata, kus need võivad ilmuda.
Hävitava efekti loomiseks piisab elektrolüütilise keskkonna suhtes positiivse potentsiaaliga terastorustike laadimisest, nende hulka kuuluvad ka maapinnale paigaldatud maanteed.
Vooluahela varustamiseks vooluga on vaja toita välist pinget, mille parameetritest piisab pinnase vundamendi takistuse ületamiseks.
Sellised allikad on reeglina elektriliinid, mille võimsus on 6–10 kW. Kui elektrit ei ole võimalik tarnida, saab kasutada diisel- või gaasigeneraatoreid. Paigaldaja, kes kaitseb maa -aluseid torujuhtmeid korrosiooni eest, peab enne töö teostamist olema tuttav projekteerimislahendustega.
Katoodiline kaitse
Rooste protsendi vähendamiseks torude pinnal kasutatakse elektroodide kaitsejaamu:
- Anood, valmistatud maandusjuhtide kujul.
- Pidevad elektronvoo muundurid.
- Protsessi juhtimispunkti seadmed ja kontroll selle protsessi üle.
- Kaabli- ja juhtmeühendused.
Katoodkaitsejaamad on üsna tõhusad, kui need on otse elektriliini või generaatoriga ühendatud, pakuvad nad voolude pärssivat toimet. Samal ajal tagatakse torujuhtme mitme lõigu kaitse korraga. Parameetreid reguleeritakse käsitsi või automaatselt. Esimesel juhul kasutatakse trafo mähiseid ja teisel türistore.
Venemaa territooriumil on kõige levinum kõrgtehnoloogiline paigaldus-Minera-3000. Selle võimsusest piisab 30 000 m kiirteede kaitsmiseks.
Tehnilise seadme eelised:
- suure võimsusega omadused;
- töörežiimi värskendamine pärast ülekoormust veerand minuti jooksul;
- digitaalse reguleerimise abil juhitakse tööparameetreid;
- väga kriitiliste ühenduste tihedus;
- seadme ühendamine protsessi kaugjuhtimispuldiga.
Kasutatakse ka ASKG-TM, kuigi nende võimsus on madal, võimaldab nende varustamine telemeetria kompleksi või kaugjuhtimispuldiga olla vähem populaarne.
Veevarustuse või gaasijuhtme isolatsioonitoru skeem peab olema töökohal.
Video: katoodkorrosioonikaitse - mis juhtub ja kuidas seda tehakse?
Korrosioonikaitse drenaaži korraldamisega
Paigaldaja maa -aluste torujuhtmete korrosiooni eest kaitsmiseks peab tundma äravooluseadet. Sellise kaitse torujuhtmete rooste tekkimise eest hulkuvate voolude eest tagab drenaažiseade, mis on vajalik nende voolude juhtimiseks teisele maa -alale. Drenaaživõimalusi on kokku mitu.
Täitmise sordid:
- Teostatakse maa all.
- Sirge.
- Polaarsustega.
- Tugevdatud.
Mulla äravoolu teostamisel paigaldatakse anooditsoonidele elektroodid. Sirge äravoolutoru tagamiseks tehakse elektriline hüppaja, mis ühendab torujuhtme negatiivse poolusega vooluallikatest, näiteks maandus elamust.
Polariseeritud drenaažil on ühesuunaline juhtivus, see tähendab, et kui maapinnale ilmub positiivne laeng, lülitatakse see automaatselt välja. Tugevdatud drenaažifunktsioonid voolumuundurilt, mis on täiendavalt ühendatud elektriahelaga ja see parandab hulkuvate voolude eemaldamist liinist.
Torujuhtme korrosiooni hüvitis arvutatakse vastavalt RD -le.
Lisaks kasutatakse inhibiitorite kaitset, see tähendab, et torudel kasutatakse spetsiaalset kompositsiooni agressiivse keskkonna eest kaitsmiseks. Seisev korrosioon tekib siis, kui katlavarustus on pikka aega tühikäigul, nii et seda ei juhtu, on seadmete hooldus vajalik.
Inseneril, kes kaitseb maa -aluseid torujuhtmeid korrosiooni eest, peavad olema teadmised ja oskused, kes on saanud reeglite järgi koolituse ja läbima perioodiliselt tervisekontrolli ning läbima eksamid Rostechnadzori inspektori juuresolekul.
Metalli kaitsmist korrosiooni eest, rakendades välist alalisvoolu, mille käigus materjali elektroodipotentsiaal muutub radikaalselt ja selle korrosioonikiirus muutub, nimetatakse elektrokeemiliseks kaitseks. See kaitseb pindu usaldusväärselt korrosiooni eest, hoides ära maa -aluste mahutite, torujuhtmete, laevapõhjade, gaasimahutite, hüdrauliliste konstruktsioonide, gaasijuhtmete jne hävitamise. Seda meetodit kasutatakse juhtudel, kui korrosioonipotentsiaal on intensiivse lagunemise piirkonnas või ajal passiveerimine, see tähendab metallkonstruktsioonide aktiivse hävimise korral.
Elektrokeemilise kaitse toimimise põhimõte
Alalisvooluallikas on väljastpoolt ühendatud metallkonstruktsiooniga. Toote pinnal moodustab elektrivool elektroodide katoodilise polarisatsiooni, mille tagajärjel toimub vahetus ja anoodiosad muundatakse katoodilisteks. Selle tagajärjel hävib söövitava keskkonna mõjul anood, mitte lähteaine. Seda tüüpi kaitse on jagatud katoodiliseks ja anoodseks, see sõltub sellest, millises suunas (negatiivne või positiivne) metalli potentsiaali nihutatakse.
Katoodiline korrosioonikaitse
Näide: (+0,8) Au / Fe (-0,44)
Agressiivse keskkonnaga kokkupuutuvate või merevee või pinnase mõjul töötavate metallosade stabiilsuse suurendamiseks kasutatakse katoodkorrosioonikaitset. Sel juhul saavutatakse ladustatud metalli katoodne polarisatsioon, moodustades mikrogalvaanilise paari teise metalliga (alumiinium, tsink, magneesium), vähendades katoodprotsessi kiirust (elektrolüüdi õhutustamine) või rakendades elektrivoolu väljastpoolt.
Seda tehnikat kasutatakse reeglina mustmetallide säilitamiseks, sest enamik pinnases ja vees paiknevatest objektidest on valmistatud neist - näiteks muulid, vaiakonstruktsioonid, torustikud. See meetod on leidnud laialdast rakendust masinaehituses, uute ja kasutusel olevate masinate korrosiooniprotsesside ennetamisel, auto kere, külgmiste osade õõnsuste, šassiisõlmede jms töötlemisel, mis sageli puutuvad kokku agressiivse keskkonnaga.
Katoodikaitsel, millel on palju eeliseid, on endiselt puudusi. Üks neist on kaitse üleküllus, seda nähtust täheldatakse, kui ladustatud toote potentsiaal on tugevalt negatiivses suunas nihkunud. Tulemuseks on metalli rabedus, materjali pragunemine korrosiooniga ja kõigi kaitsekatete hävitamine. Kaitsekaitse on selle tüüp. Selle kasutamisel kinnitatakse salvestatud eseme (kaitsja) külge negatiivse potentsiaaliga metall (kaitsja), mis hiljem, objekti säilitades, hävitatakse.
Anoodikaitse
Näide: (-0,77) Cd / Fe (-0,44) 
Anoodilist kaitset metallide korrosiooni eest kasutatakse kõrge legeeritud rauasulamitest, süsiniku- ja happekindlast terasest valmistatud toodete puhul, mis asuvad hea elektrijuhtivusega söövitavas keskkonnas. Selle meetodi abil nihutatakse metalli potentsiaal positiivses suunas, kuni see saavutab stabiilse (passiivse) oleku.
Anoodi elektrokeemiline paigaldis sisaldab: vooluallikat, katoodi, võrdluselektroodi ja salvestatud objekti.
Selleks, et kaitse oleks konkreetse teema puhul võimalikult tõhus, tuleb järgida teatavaid reegleid:
pragude, pragude ja õhutaskute arvu minimeerimiseks;
metallkonstruktsioonide keevisõmbluste ja vuukide kvaliteet peaks olema võimalikult kõrge;
katood ja võrdluselektrood tuleb asetada lahusesse ja püsida seal pidevalt
METALLIKONSTRUKTSIOONID "
Teoreetiline alus
Maa -aluste metallkonstruktsioonide katoodkaitse
Katoodkaitse toimimise põhimõte
Kui metall puutub kokku elektrolüütilisse keskkonda kuuluvate muldadega, tekib korrosiooniprotsess, millega kaasneb elektrivool, ja luuakse teatud elektroodipotentsiaal. Torujuhtme elektroodipotentsiaali väärtust saab määrata kahe elektroodi: torujuhtme ja mittepolariseeritava vasksulfaadielemendi vahelise potentsiaalide erinevusega. Seega on torujuhtme potentsiaali väärtus selle elektroodi potentsiaali ja võrdluselektroodi potentsiaali vahe maapinna suhtes. Torujuhtme pinnal toimuvad teatud suunaga elektroodiprotsessid ja statsionaarsed muutused ajas.
Statsionaarset potentsiaali nimetatakse tavaliselt looduslikuks potentsiaaliks, mis tähendab, et torujuhtmel pole hulkuvate ja muude indutseeritud voolude puudumist.
Söövitava metalli vastasmõju elektrolüüdiga jaguneb kaheks protsessiks: anoodseks ja katoodiliseks, mis toimuvad samaaegselt metalli-elektrolüüdi liidese erinevates osades.
Korrosioonikaitseks kasutatakse anood- ja katoodprotsesside territoriaalset eraldamist. Torujuhtmega on ühendatud täiendava maanduselektroodiga vooluallikas, mille abil kantakse torujuhtmele väline alalisvool. Sellisel juhul toimub anoodprotsess täiendaval maanduselektroodil.
Maa -aluste torujuhtmete katoodne polarisatsioon viiakse läbi välise alalisvooluallika elektrivälja rakendamisega. Alalisvooluallika negatiivne poolus on ühendatud kaitstud konstruktsiooniga, samal ajal kui torujuhe on maapinna suhtes katood, kunstlikult loodud anood-maaelektrood on ühendatud positiivse poolusega.
Katoodikaitse skemaatiline diagramm on näidatud joonisel fig. 14.1. Katoodkaitsega on vooluallika 2 negatiivne pool ühendatud torujuhtmega 1 ja positiivne pool kunstlikult loodud anood-maanduselektroodiga 3. Kui vooluallikas on sisse lülitatud, voolab see oma pooluselt läbi anoodi maanduse maasse ja isolatsiooni 6 kahjustatud osade kaudu torusse. Lisaks jõuab vool tagasi toiteallika miinusesse läbi äravoolupunkti 4 mööda ühendustraati 5. Sellisel juhul algab katoodpolarisatsiooni protsess gaasijuhtme tühjal lõigul.
Riis. 14.1. Torujuhtme katoodkaitse skemaatiline diagramm:
1 - torujuhe; 2 - väline alalisvooluallikas; 3 - anoodi maandus;
4 - drenaažipunkt; 5 - drenaažikaabel; 6 - katoodi väljalaskeava kontakt;
7 - katoodi väljalaskeava; 8 - torujuhtme isolatsiooni kahjustus
Kuna maanduselektroodi ja torujuhtme vahele rakendatud välisvoolu pinge ületab oluliselt torujuhtme söövitava makropaari elektroodide potentsiaalide erinevust, ei mängi anoodi maanduse statsionaarne potentsiaal otsustavat rolli.
Kaasa arvatud elektrokeemiline kaitse ( j 0a.lisa) söövitavate makropaaride voolude jaotus on häiritud, katoodiosade potentsiaalse erinevuse "toru -maa" väärtused ( j 0k) anoodiosade võimaliku erinevusega ( j 0а), on polarisatsiooni tingimused ette nähtud.
Katoodikaitset reguleeritakse nõutava kaitsepotentsiaali säilitamisega. Kui torujuhtme välisvoolu rakendamisega polariseeritakse tasakaalupotentsiaal ( j 0к = j 0а) metalli lahustumist (joonis 14.2 a), siis peatub anoodvool ja peatub korrosioon. Kaitsevoolu edasine suurendamine on ebapraktiline. Potentsiaali positiivsematel väärtustel ilmneb mittetäieliku kaitse nähtus (joonis 14.2 b). See võib ilmneda gaasijuhtme katoodkaitse ajal, mis asub tormivoolude tugeva mõju tsoonis, või kui kasutatakse kaitsmeid, millel puudub piisav negatiivne elektroodipotentsiaal (tsingikaitsed).
Metalli korrosioonivastase kaitse kriteeriumid on kaitsev voolutihedus ja kaitsepotentsiaal.
Isoleerimata metallkonstruktsiooni katoodne polarisatsioon kaitsepotentsiaaliks nõuab märkimisväärseid voolusid. Tabelis on esitatud terase polarisatsiooniks vajalike voolutiheduste kõige tõenäolisemad väärtused erinevates keskkondades minimaalse kaitsepotentsiaalini (-0,85 V) vasksulfaadi võrdluselektroodi suhtes. 14.1
Riis. 14.2. Korrosiooniskeem täieliku polarisatsiooni korral (a) ja
mittetäielik polarisatsioon (b)
Tavaliselt kasutatakse katoodikaitset koos torujuhtme välispinnale paigaldatud isolatsioonikatega. Pinnakate vähendab vajalikku voolu mitme suurusjärgu võrra. Niisiis, pinnase hea kattega terase katoodkaitseks on vaja ainult 0,01 ... 0,2 mA / m 2.
Tabel 14.1
Katoodkaitseks vajalik voolutihedus
paljas teraspind erinevates keskkondades
Isoleeritud magistraaltorustike kaitsevoolutihedus ei saa muutuda usaldusväärseks kaitsekriteeriumiks kahjustatud gaasijuhtme isolatsiooni teadmata jaotumise tõttu, mis määrab tegeliku metalli-maa kontaktpinna. Isegi isoleerimata toru (padrun maa -aluses raudteed ja maanteed läbiv läbipääs) korral määratakse kaitsevoolu tihedus konstruktsiooni geomeetriliste mõõtmete järgi ja see on väljamõeldis, kuna osa padrunipinnast on kaetud püsivalt passiivsete kaitsekihtidega ( skaala jne) ja ei osale depolarisatsiooniprotsessis. Seetõttu kasutatakse mõnes metalliproovidega tehtud laboriuuringus kaitsekriteeriumina kaitsva voolutihedust.
Laadimine ...