M. Ivanov, Ph.D. n.m.
La corrosion des métaux, en particulier du fer et de l'acier non allié, cause de graves dommages aux appareils et aux canalisations fonctionnant au contact de l'eau et de l'air. Cela conduit à une réduction de la durée de vie de l'équipement et crée en outre des conditions de pollution de l'eau par les produits de corrosion.
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Comme vous le savez, la corrosion est un processus électrochimique dans lequel le métal est oxydé, c'est-à-dire le retour de ses électrons par les atomes. Ce processus a lieu sur une partie microscopique de la surface appelée région anodique. Cela conduit à une violation de l'intégrité du métal, dont les atomes entrent dans des réactions chimiques, particulièrement activement - en présence d'oxygène et d'humidité atmosphériques.
Étant donné que les métaux conduisent bien le courant électrique, les électrons libérés s'écoulent librement vers une autre région microscopique, où des réactions de réduction ont lieu en présence d'eau et d'oxygène. Cette région est appelée la région cathodique.
La corrosion électrochimique peut être contrecarrée en appliquant une tension à partir d'une source CC externe pour déplacer le potentiel de l'électrode métallique à des valeurs auxquelles le processus de corrosion ne se produit pas.
Sur cette base, des systèmes de protection cathodique pour les canalisations souterraines, les réservoirs et autres structures métalliques ont été construits. Si un potentiel électrique est appliqué au métal à protéger, de telles valeurs de potentiel sont fixées sur toute la surface de la structure métallique à laquelle seuls les processus cathodiques réducteurs peuvent se dérouler : par exemple, les cations métalliques accepteront les électrons et se transformeront en ions de un état d'oxydation inférieur ou des atomes neutres.
Techniquement, la méthode de protection cathodique des métaux est réalisée comme suit ( riz. un). Un fil est fourni à la structure métallique protégée, par exemple un pipeline en acier, qui est connecté au pôle négatif de la station cathodique, à la suite de quoi le pipeline devient la cathode. À une certaine distance de la structure métallique, une électrode est située dans le sol, qui est connectée avec un fil au pôle positif et devient l'anode. La différence de potentiel entre la cathode et l'anode est créée de manière à exclure complètement l'apparition de processus oxydants sur la structure protégée. Dans ce cas, des courants faibles traverseront le sol humide entre la cathode et l'anode dans la colonne de sol. Une protection efficace nécessite le placement de plusieurs électrodes anodiques sur toute la longueur du pipeline. S'il est possible de réduire la différence de potentiel entre la structure protégée et le sol à 0,85-1,2 V, le taux de corrosion du pipeline diminue jusqu'à des valeurs significativement basses.
Ainsi, le système de protection cathodique comprend une source de courant électrique constant, un point de contrôle et de mesure et une mise à la terre de l'anode. Typiquement, une station de protection cathodique se compose d'un transformateur CA et d'un redresseur à diodes. En règle générale, il est alimenté par un réseau 220 V ; il existe également des stations alimentées par des lignes à haute tension (6-10 kV).
Pour le bon fonctionnement de la station cathodique, la différence de potentiel entre la cathode et l'anode créée par celle-ci doit être d'au moins 0,75 V. Dans certains cas, pour une protection réussie, environ 0,3 V est suffisant. Parallèlement, les valeurs nominales du courant de sortie et de la tension de sortie. Ainsi, la tension de sortie nominale des stations est généralement comprise entre 20 et 48 V. Avec une grande distance entre l'anode et l'objet protégé, la valeur requise de la tension de sortie de la station atteint 200 V.
Des électrodes inertes auxiliaires sont utilisées comme anodes. Les sectionneurs de terre à anode, par exemple, le modèle AZM-3X fabriqué par CJSC Katod (colonie de Razvilka, région de Moscou), sont des moulages d'un alliage résistant à la corrosion, équipés d'un fil spécial avec une âme en cuivre à isolation renforcée, ainsi que d'un manchon étanche pour le raccordement au câble principal du poste de protection cathodique. Il est plus rationnel d'utiliser des électrodes de terre dans des environnements avec une activité corrosive élevée et moyenne avec une résistivité du sol jusqu'à 100 Ohm.m. Pour une répartition optimale de l'intensité du champ et de la densité de courant sur le boîtier de l'équipement, des écrans spéciaux sont placés autour des anodes sous la forme d'un remblai de charbon ou de coke.
Pour évaluer l'efficacité de la station de protection cathodique, un système est nécessaire, qui se compose d'une électrode de mesure et d'une électrode de référence et constitue la partie principale du point de contrôle et de mesure. Sur la base des lectures de ces électrodes, la différence de potentiel de protection cathodique est régulée.
Les électrodes de mesure sont en acier fortement allié, en fonte au silicium, en laiton ou bronze platiné, ainsi qu'en cuivre. Électrodes de référence - chlorure d'argent ou sulfate de cuivre. De par leur conception, les électrodes de référence peuvent être immergées ou déportées. La composition de la solution utilisée dans ceux-ci doit être proche de la composition de l'environnement, des effets nocifs dont il est nécessaire de protéger l'équipement.
A noter les électrodes de référence bimétalliques à longue durée d'action de type EDB, développées par VNIIGAZ (Moscou). Ils sont conçus pour mesurer la différence de potentiel entre un objet métallique souterrain (y compris une canalisation) et le sol pour contrôler une station de protection cathodique en mode automatique dans des conditions de forte charge et à une profondeur considérable, c'est-à-dire là où d'autres électrodes ne peuvent pas assurer un maintien constant de un potentiel donné.
Les équipements de protection cathodique sont fournis principalement par des fabricants nationaux. Ainsi, le CJSC "Cathode" précité propose la station "Minerva-3000" ( riz. 2), destiné à protéger les principaux réseaux d'adduction d'eau. Sa puissance de sortie nominale est de 3,0 kW, la tension de sortie est de 96 V et le courant de protection est de 30 A. La précision du maintien du potentiel de protection et de la valeur du courant est de 1 et 2 %, respectivement. Valeur d'ondulation - pas plus de 1%.
Un autre fabricant russe, JSC Energomera (Stavropol), fournit des modules des marques MKZ-M12, PNKZ-PPCh-M10 et PN-OPE-M11, qui assurent une protection cathodique efficace des structures métalliques souterraines dans les zones à haut risque de corrosion. Le module MKZ-M12 a un courant nominal de 15 ou 20 A ; tension de sortie nominale - 24 V. Pour les modèles MKZ-M12-15-24-U2, la tension de sortie est de 30 V. La précision du maintien du potentiel de protection atteint ± 0,5%, le courant réglé est de ± 1%. La ressource technique est de 100 000 heures et la durée de vie est d'au moins 20 ans.
LLC "Electronic Technologies" (Tver) propose des stations de protection cathodique "Tvertsa" ( riz. 3) équipé d'un microprocesseur intégré et d'un système de télécommande télémécanique. Les points de contrôle et de mesure sont équipés d'électrodes de référence à long terme non polarisantes avec des capteurs de potentiel électrochimique qui mesurent les potentiels de polarisation sur la canalisation. Ces stations comprennent également une source réglable de courant cathodique et un bloc de capteurs pour les paramètres électriques du circuit, qui est connecté via un contrôleur à un dispositif d'accès à distance. Le transformateur de cette station est réalisé à base de noyaux de ferrite de type Epcos. Un système de contrôle de convertisseur de tension basé sur un microcircuit UCC 2808A est également utilisé.
La société "Kurs-OP" (Moscou) produit des stations de protection cathodique "Elkon", dont la tension de sortie varie de 30 à 96 V et le courant de sortie - de 20 à 60 A. Ondulation de tension de sortie - pas plus de 2%... Ces stations sont destinées à la protection contre la corrosion des sols des monolignes, et avec l'utilisation d'une unité de protection commune et des canalisations multilignes dans des zones sans courants vagabonds en climat tempéré (de -45 à +40°C). Les stations comprennent un transformateur de puissance monophasé, un convertisseur à régulation de tension de sortie échelonnée, des équipements haute tension, un sectionneur bipolaire à commande manuelle et des parafoudres.
On peut également noter les installations de protection cathodique de la série NGK-IPKZ produites par OOO NPF Neftegazkompleks EKhZ (Saratov), dont le courant de sortie maximal est de 20 ou 100 A, et la tension de sortie nominale est de 48 V.
L'un des fournisseurs de stations de protection cathodique des pays de la CEI est la société "Hoffman Electric Technologies" (Kharkov, Ukraine), qui propose des équipements de protection électrochimique contre la corrosion des sols des canalisations principales.
Protection électrochimique- un moyen efficace de protéger les produits finis de la corrosion électrochimique. Dans certains cas, il est impossible de renouveler la peinture ou le matériau d'emballage de protection, il est alors conseillé d'utiliser une protection électrochimique. Le revêtement d'une canalisation souterraine ou du fond d'un navire maritime est très laborieux et coûteux à renouveler, parfois c'est tout simplement impossible. La protection électrochimique protège de manière fiable le produit contre la destruction des canalisations souterraines, des fonds de navires, de divers réservoirs, etc.
La protection électrochimique est utilisée dans les cas où le potentiel de corrosion libre se situe dans la zone de dissolution intense du métal de base ou de re-passivation. Celles. lorsqu'il y a une destruction intensive de la structure métallique.
L'essence de la protection électrochimique
Un courant continu (source de courant constant ou protecteur) est connecté au produit métallique fini de l'extérieur. Le courant électrique à la surface du produit protégé crée une polarisation cathodique des électrodes des paires microgalvaniques. Il en résulte que les régions anodiques sur la surface métallique deviennent cathodiques. Et sous l'effet d'un environnement corrosif, ce n'est pas le métal de la structure qui est détruit, mais l'anode.
Selon la direction (positive ou négative) dans laquelle le potentiel du métal est déplacé, la protection électrochimique est subdivisée en protection anodique et cathodique.
Protection cathodique contre la corrosion
La protection électrochimique cathodique contre la corrosion est utilisée lorsque le métal protégé n'est pas sujet à la passivation. C'est l'un des principaux types de protection contre la corrosion des métaux. L'essence de la protection cathodique consiste à appliquer au produit un courant externe du pôle négatif, qui polarise les zones cathodiques des éléments corrosifs, rapprochant la valeur du potentiel de celles anodiques. Le pôle positif de la source de courant est connecté à l'anode. Dans ce cas, la corrosion de la structure protégée est presque réduite à zéro. L'anode est progressivement détruite et doit être changée périodiquement.
Il existe plusieurs options pour la protection cathodique : polarisation à partir d'une source externe de courant électrique ; une diminution de la vitesse du processus cathodique (par exemple, désaération de l'électrolyte) ; contact avec un métal, qui a un potentiel plus électronégatif de corrosion libre dans cet environnement (la protection dite de protection).
La polarisation à partir d'une source externe de courant électrique est très souvent utilisée pour protéger des structures situées dans le sol, l'eau (fonds de navires, etc.). De plus, ce type de protection contre la corrosion est utilisé pour le zinc, l'étain, l'aluminium et ses alliages, le titane, le cuivre et ses alliages, le plomb, ainsi que les aciers alliés à haute teneur en chrome, au carbone (à la fois faiblement et fortement alliés).
La source de courant externe est constituée des stations de protection cathodique, qui se composent d'un redresseur (convertisseur), d'une alimentation en courant de la structure protégée, d'électrodes de mise à la terre d'anode, d'une électrode de référence et d'un câble d'anode.
La protection cathodique est utilisée à la fois comme un type de protection anticorrosion indépendant et supplémentaire.
Le critère principal par lequel on peut juger de l'efficacité de la protection cathodique est potentiel de protection... Le potentiel de protection est appelé le potentiel auquel le taux de corrosion du métal dans certaines conditions environnementales prend la valeur la plus faible (dans la mesure du possible).
Il y a des inconvénients à utiliser la protection cathodique. L'un d'eux est le danger re-défense... Une surprotection est observée avec un grand déplacement du potentiel de l'objet protégé dans le sens négatif. En même temps, il se démarque. Le résultat est la destruction des revêtements protecteurs, la fragilisation du métal par l'hydrogène et la fissuration par corrosion.
Protection de la bande de roulement (application de bande de roulement)
Un type de protection cathodique est protecteur. Lors de l'utilisation d'une protection de protection, un métal avec un potentiel plus électronégatif est connecté à l'objet protégé. Dans ce cas, ce n'est pas la structure qui est détruite, mais le protecteur. Au fil du temps, la bande de roulement se corrode et doit être remplacée par une nouvelle.
La protection de la bande de roulement est efficace dans les cas où la résistance de contact entre la bande de roulement et l'environnement est faible.
Chaque protecteur a son propre rayon d'action protecteur, qui est déterminé par la distance maximale possible à laquelle le protecteur peut être retiré sans perdre l'effet protecteur. La protection de protection est utilisée le plus souvent lorsqu'il est impossible ou difficile et coûteux d'alimenter en courant la structure.
Les protecteurs sont utilisés pour protéger les ouvrages en milieux neutres (eau de mer ou de rivière, air, sol…).
Pour la fabrication de protecteurs, les métaux suivants sont utilisés : magnésium, zinc, fer, aluminium. Les métaux purs ne remplissent pas pleinement leurs fonctions de protection. Par conséquent, dans la fabrication de protecteurs, ils sont en outre alliés.
Les protecteurs de fer sont fabriqués en acier au carbone ou en fer pur.
Protecteurs de zinc
Les protecteurs de zinc contiennent environ 0,001 à 0,005% de plomb, de cuivre et de fer, 0,1 à 0,5% d'aluminium et 0,025 à 0,15% de cadmium. Les projecteurs en zinc sont utilisés pour protéger les produits de la corrosion marine (en eau salée). Si le protecteur de zinc est utilisé dans des eaux douces ou des sols légèrement salés, il se recouvre rapidement d'une épaisse couche d'oxydes et d'hydroxydes.
Protecteur de magnésium
Les alliages pour la fabrication de protecteurs en magnésium sont alliés avec 2 à 5 % de zinc et 5 à 7 % d'aluminium. La quantité de cuivre, plomb, fer, silicium, nickel dans l'alliage ne doit pas dépasser les dixièmes et centièmes de pour cent.
Le protecteur de magnésium est utilisé dans les eaux douces légèrement salées, les sols. Le protecteur est utilisé dans des environnements où les protecteurs en zinc et en aluminium sont inefficaces. Un aspect important est que les protecteurs de magnésium doivent être utilisés dans un environnement avec un pH de 9,5 à 10,5. Cela est dû à la vitesse de dissolution élevée du magnésium et à la formation de composés peu solubles à sa surface.
Le protecteur de magnésium est dangereux car est la cause de la fragilisation par l'hydrogène et de la fissuration par corrosion sous contrainte des structures.
Protecteurs en aluminium
Les protecteurs d'aluminium contiennent des additifs qui empêchent la formation d'oxydes d'aluminium. Jusqu'à 8% de zinc, jusqu'à 5% de magnésium et des dixièmes de centièmes de silicium, de cadmium, d'indium, de thallium sont introduits dans de tels protecteurs. Des protecteurs en aluminium sont utilisés dans le plateau côtier et l'eau de mer qui coule.
Protection anodique contre la corrosion
La protection électrochimique anodique est utilisée pour les structures en titane, aciers inoxydables faiblement alliés, aciers au carbone, alliages ferrugineux fortement alliés et métaux passivés dissemblables. La protection anodique est utilisée dans des environnements corrosifs hautement conducteurs.
Avec la protection anodique, le potentiel du métal protégé se déplace vers un côté plus positif jusqu'à ce qu'un état passif stable du système soit atteint. Les avantages de la protection électrochimique anodique sont non seulement un ralentissement très important de la vitesse de corrosion, mais aussi le fait que les produits de corrosion ne pénètrent pas dans le produit et l'environnement.
La protection anodique peut être mise en œuvre de plusieurs manières : en déplaçant le potentiel vers le côté positif à l'aide d'une source de courant électrique externe ou en introduisant des oxydants (ou des éléments de l'alliage) dans l'environnement corrosif, ce qui augmente l'efficacité du processus cathodique sur le métal surface.
La protection anodique avec l'utilisation d'oxydants par un mécanisme de protection est similaire à la polarisation anodique.
Si des inhibiteurs passivants aux propriétés oxydantes sont utilisés, alors la surface protégée devient passive sous l'action du courant généré. Ceux-ci incluent les dichromates, les nitrates, etc. Mais ils polluent assez fortement l'environnement technologique environnant.
Lorsque des additifs sont introduits dans l'alliage (alliage principalement avec un métal noble), la réaction de réduction des dépolariseurs s'effectuant à la cathode se déroule avec une surtension plus faible que sur le métal protégé.
Si un courant électrique traverse la structure protégée, le potentiel est déplacé vers le côté positif.
L'installation de protection anticorrosion électrochimique anodique se compose d'une source de courant externe, d'une électrode de référence, d'une cathode et de l'objet protégé lui-même.
Afin de savoir s'il est possible d'appliquer une protection électrochimique anodique à un certain objet, des courbes de polarisation anodique sont prises, avec lesquelles il est possible de déterminer le potentiel de corrosion de la structure à l'étude dans un certain environnement corrosif, la zone de passivité stable et densité de courant dans cette zone.
Pour la fabrication des cathodes, des métaux peu solubles sont utilisés, tels que les aciers inoxydables fortement alliés, le tantale, le nickel, le plomb et le platine.
Pour que la protection électrochimique anodique soit efficace dans un certain environnement, il est nécessaire d'utiliser des métaux et alliages facilement passivables, l'électrode de référence et la cathode doivent être en solution en permanence, et les éléments de connexion sont de haute qualité.
Pour chaque cas de protection anodique, la disposition des cathodes est conçue individuellement.
Pour que la protection anodique soit efficace pour un objet spécifique, il faut qu'elle réponde à certaines exigences :
Toutes les soudures doivent être de bonne qualité ;
Dans un environnement technologique, le matériau dont est constitué l'objet protégé doit passer à l'état passif ;
Le nombre de poches d'air et de crevasses doit être réduit au minimum;
Il ne doit pas y avoir de joints rivetés sur la structure ;
Dans le dispositif protégé, l'électrode de référence et la cathode doivent toujours être en solution.
Pour la mise en œuvre de la protection anodique dans l'industrie chimique, on utilise souvent des échangeurs de chaleur et des installations de forme cylindrique.
La protection anodique électrochimique des aciers inoxydables s'applique au stockage industriel d'acide sulfurique, de solutions à base d'ammoniac, d'engrais minéraux, ainsi que de toutes sortes de collecteurs, réservoirs, réservoirs de mesure.
La protection anodique peut également être utilisée pour empêcher les dommages dus à la corrosion des bains de nickelage chimique, des échangeurs de chaleur dans la fabrication des fibres artificielles et de l'acide sulfurique.
Les pipelines sont de loin le moyen de transport le plus courant des vecteurs énergétiques. Leur inconvénient évident est leur sensibilité à la formation de rouille. Pour cela, une protection cathodique des canalisations principales contre la corrosion est réalisée. Quel est son principe d'action ?
Causes de corrosion
Les pipelines de survie sont répartis dans toute la Russie. Avec leur aide, le gaz, l'eau, les produits pétroliers et le pétrole sont efficacement transportés. Il n'y a pas si longtemps, des pipelines ont été posés pour le transport de l'ammoniac. La plupart des types de pipelines sont en métal et leur principal ennemi est la corrosion, dont il existe de nombreux types.
Les raisons de la formation de rouille sur les surfaces métalliques sont basées sur les propriétés de l'environnement, à la fois la corrosion externe et interne des pipelines. Le risque de corrosion des surfaces internes est basé sur :
- Interaction avec l'eau.
- La présence d'alcalis, de sels ou d'acides dans l'eau.
De telles circonstances peuvent se produire sur les conduites d'eau principales, les systèmes d'alimentation en eau chaude (ECS), la vapeur et le chauffage. Un facteur tout aussi important est la méthode de pose du pipeline: en surface ou souterraine. Le premier est plus facile à entretenir et à éliminer les causes de formation de rouille que le second.
Avec la méthode d'installation tuyau à tuyau, le risque de corrosion est faible. Avec l'installation directe du pipeline à l'air libre, de la rouille peut se former par interaction avec l'atmosphère, ce qui entraîne également un changement de conception.
Les canalisations souterraines, y compris la vapeur et l'eau chaude, sont les plus vulnérables à la corrosion. La question se pose de la susceptibilité à la corrosion des canalisations situées au fond des sources d'eau, mais seule une petite partie des canalisations se trouve à ces endroits.
Selon leur destination, les canalisations présentant un risque de corrosion sont réparties en :
- tronc;
- commercial;
- pour les systèmes de chauffage et le maintien de la vie de la population ;
- pour les eaux usées des installations industrielles.
Sensibilité à la corrosion des réseaux de canalisations principales
La corrosion de ce type de canalisations est la mieux étudiée et leur protection contre les facteurs externes est déterminée par des exigences standard. Les documents réglementaires considèrent les méthodes de protection, et non les raisons, sur la base desquelles se produit la formation de rouille.
Il est également important de tenir compte du fait que dans ce cas, seule la corrosion externe est prise en compte, à laquelle la section extérieure du pipeline est exposée, car des gaz inertes passent à l'intérieur du pipeline. Le contact du métal avec l'atmosphère n'est pas si dangereux dans ce cas.
Pour la protection contre la corrosion, selon GOST, plusieurs sections du pipeline sont prises en compte: risque accru et élevé, ainsi que risque de corrosion.
Impact des facteurs négatifs de l'atmosphère pour les zones à risque ou les types de corrosion :
- A partir de sources de courant continu, l'apparition de courants vagabonds.
- Exposition aux micro-organismes.
- La contrainte créée provoque la fissuration du métal.
- Stockage des déchets.
- Sols salés.
- La température de la substance transportée est supérieure à 300°C.
- Corrosion au dioxyde de carbone de l'oléoduc.
Un installateur pour la protection des canalisations souterraines contre la corrosion doit connaître la conception de la canalisation et les exigences du SNiP.
Corrosion électrochimique du sol
En raison de la différence de tensions formée dans les sections individuelles des pipelines, un flux d'électrons se produit. Le processus de formation de rouille se produit selon le principe électrochimique. Sur la base de cet effet, une partie du métal dans les zones anodiques se fissure et s'écoule dans la base du sol. La corrosion se forme après interaction avec l'électrolyte.
L'un des critères les plus importants pour assurer la protection contre les manifestations négatives est la longueur de la ligne. Sur le chemin, il y a des sols avec des compositions et des caractéristiques différentes. Tout cela contribue à l'apparition d'une différence de tension entre les parties des canalisations posées. Les lignes ont une bonne conductivité, par conséquent, des couples galvaniques sont formés avec une longueur suffisamment longue.
Une augmentation de la vitesse de corrosion de la canalisation provoque une densité de flux électronique élevée. La profondeur de l'emplacement des autoroutes n'est pas moins importante, car un pourcentage important d'humidité y reste et la température, qui est inférieure à la marque «0», n'est pas libérée. Après le traitement, la calamine reste également à la surface des tuyaux, ce qui affecte l'apparence de la rouille.
Grâce à des travaux de recherche, une relation directe a été établie entre la profondeur et la zone de la rouille formée sur le métal. Ceci est basé sur le fait que le métal avec une plus grande surface est le plus vulnérable aux manifestations négatives externes. Des cas particuliers incluent la manifestation de quantités significativement plus faibles de dommages causés par le processus électrochimique sur les structures en acier.
L'agressivité des sols vis-à-vis du métal est tout d'abord déterminée par leur propre composant structurel, l'humidité, la résistance, la saturation en alcalis, la perméabilité à l'air et d'autres facteurs. Un installateur pour la protection des canalisations souterraines contre la corrosion doit être familiarisé avec le projet de construction de la canalisation.
Corrosion causée par les courants vagabonds
La rouille peut provenir d'un flux alternatif et constant d'électrons :
- Formation de rouille due au courant constant. Les courants vagabonds sont des courants dans le sol et dans les éléments structuraux situés sous terre. Leur origine est anthropique. Ils surviennent à la suite du fonctionnement d'appareils techniques à courant continu, se propageant à partir de bâtiments ou de structures. Il peut s'agir d'onduleurs de soudage, de systèmes de protection cathodique et d'autres dispositifs. Le courant a tendance à parcourir le chemin de l'indicateur de moindre résistance, par conséquent, avec les pipelines disponibles dans le sol, il sera beaucoup plus facile pour le courant de traverser le métal. L'anode est la section du pipeline à partir de laquelle le courant vagabond s'écoule vers la surface du sol. La partie du pipeline dans laquelle le courant pénètre agit comme une cathode. Sur les surfaces anodiques décrites, les courants ont une densité accrue, c'est donc à ces endroits que se forment des points de corrosion importants. Le taux de corrosion n'est pas limité et peut aller jusqu'à 20 mm par an.
- Rouille causée par AC. Lorsqu'il est situé à proximité du réseau de lignes de transport d'électricité avec une tension de réseau supérieure à 110 kV, ainsi que dans une disposition parallèle de pipelines sous l'influence de courants alternatifs, de la corrosion se forme, y compris une corrosion sous l'isolation des pipelines.
Fissuration par corrosion
Si la surface métallique est simultanément affectée par des facteurs négatifs externes et la haute tension de la ligne de transport d'électricité, ce qui crée des forces de traction, de la rouille se formera. Selon les recherches effectuées, la nouvelle théorie de la corrosion par l'hydrogène a pris sa place.
De petites fissures se forment lorsque le tuyau est saturé en hydrogène, ce qui entraîne alors une augmentation de la pression de l'intérieur à des valeurs supérieures à l'équivalent fixé de la liaison entre atomes et cristaux.
Sous l'influence de la diffusion protonique, la couche superficielle est hydrogénée sous l'influence de l'hydrolyse à des niveaux accrus de protection cathodique et de l'action simultanée de composés inorganiques.
Une fois la fissure ouverte, le processus de rouille du métal est accéléré, ce qui est fourni par l'électrolyte du sol. En conséquence, sous l'influence de contraintes mécaniques, le métal subit une lente destruction.
Corrosion causée par des micro-organismes
La corrosion microbiologique est le processus de formation de rouille sur le pipeline sous l'influence de micro-organismes vivants. Il peut s'agir d'algues, de champignons, de bactéries, y compris de protozoaires. Il a été établi que la reproduction des bactéries affecte le plus ce processus. Pour maintenir l'activité vitale des micro-organismes, il est nécessaire de créer des conditions, à savoir l'azote, l'humidité, l'eau et le sel sont nécessaires. Aussi des conditions telles que:
- Indicateurs de température et d'humidité.
- Pression.
- La présence de l'éclairage.
- Oxygène.
Lorsque de l'acide est libéré, les organismes peuvent également provoquer de la corrosion. Sous leur influence, des cavités apparaissent à la surface, qui ont une couleur noire et une odeur désagréable de sulfure d'hydrogène. Les bactéries contenant des sulfates sont présentes dans presque tous les sols, mais la vitesse de corrosion augmente avec l'augmentation de leur nombre.
Qu'est-ce que la protection électrochimique
La protection électrochimique des canalisations contre la corrosion est un ensemble de mesures visant à empêcher le développement de la corrosion sous l'influence d'un champ électrique. Pour convertir le courant continu, des redresseurs spécialisés sont utilisés.
La protection contre la corrosion est réalisée en créant un champ électromagnétique, à la suite duquel un potentiel négatif est acquis ou le site joue le rôle d'une cathode. C'est-à-dire qu'une section de pipelines en acier, protégée de la formation de rouille, acquiert une charge négative et une mise à la terre - une charge positive.
La protection cathodique des canalisations contre la corrosion s'accompagne d'une protection électrolytique avec une conductivité suffisante du milieu. Cette fonction est assurée par le sol lors de la pose d'autoroutes métalliques souterraines. La mise en contact des électrodes s'effectue à travers les éléments conducteurs.
L'indicateur pour déterminer les indicateurs de corrosion est un voltmètre haute tension ou un capteur de corrosion. A l'aide de cet appareil, l'indicateur entre l'électrolyte et la terre est contrôlé, spécifiquement pour ce cas.
Comment est classée la protection électrochimique
La corrosion et la protection des canalisations principales et des réservoirs contre celle-ci sont contrôlées de deux manières :
- Une source de courant est fournie à la surface métallique. Cette section acquiert une charge négative, c'est-à-dire qu'elle joue le rôle d'une cathode. Les anodes sont des électrodes inertes qui n'ont rien à voir avec la conception. Cette méthode est considérée comme la plus courante et aucune corrosion galvanique ne se produit. Cette technique vise à prévenir les types de corrosion suivants : les piqûres, dues à la présence de courants vagabonds, les aciers inoxydables de type cristallin, ainsi que la fissuration des éléments en laiton.
- Méthode de galvanoplastie. La protection des canalisations principales ou la protection de la bande de roulement est réalisée par des plaques métalliques à forts taux de charges négatives, en aluminium, zinc, magnésium ou leurs alliages. Les anodes sont deux éléments, les soi-disant inhibiteurs, tandis que la lente destruction du protecteur aide à maintenir le courant cathodique dans le produit. La protection de protection est très rarement utilisée. L'ECP est réalisée sur le revêtement isolant des canalisations.
Sur les caractéristiques de la protection électrochimique
La principale raison de la destruction des pipelines est le résultat de la corrosion des surfaces métalliques. Après la formation de rouille, ils forment des fissures, des ruptures, des cavités, qui grossissent progressivement et contribuent à la rupture du pipeline. Ce phénomène se produit plus souvent au niveau des autoroutes souterraines ou en contact avec les eaux souterraines.
Le principe de fonctionnement de la protection cathodique repose sur la création d'une différence de tension et l'action par les deux méthodes décrites ci-dessus. Après les opérations de mesure effectuées directement sur l'emplacement du pipeline, il a été constaté que le potentiel requis, qui ralentit le processus de destruction, devrait être de 0,85V, et pour les éléments souterrains cette valeur est de 0,55V.
Pour ralentir le taux de corrosion, la tension cathodique doit être réduite de 0,3V. Dans cette situation, le taux de corrosion ne dépassera pas 10 microns/an, ce qui prolongera considérablement la durée de vie des appareils techniques.
L'un des problèmes importants est la présence de courants vagabonds dans le sol. De tels courants proviennent de la mise à la terre de bâtiments, de structures, de voies ferrées et d'autres dispositifs. De plus, il est impossible de faire une évaluation précise de l'endroit où ils peuvent apparaître.
Pour créer un effet destructeur, il suffit de charger des canalisations en acier avec un potentiel positif par rapport à l'environnement électrolytique, notamment des autoroutes enterrées.
Pour alimenter le circuit en courant, il est nécessaire de fournir une tension externe dont les paramètres seront suffisants pour briser la résistance de la fondation du sol.
En règle générale, ces sources sont des lignes électriques d'une puissance nominale de 6 à 10 kW. Si l'électricité ne peut pas être fournie, des générateurs diesel ou à gaz peuvent être utilisés. Un installateur pour la protection des canalisations souterraines contre la corrosion doit se familiariser avec les solutions de conception avant d'effectuer des travaux.
Protection cathodique
Pour réduire le pourcentage de rouille à la surface des tuyaux, des stations de protection d'électrodes sont utilisées :
- Anode, réalisée sous la forme de conducteurs de mise à la terre.
- Convertisseurs à flux constant d'électrons.
- Equipement du point de contrôle du processus et contrôle de ce processus.
- Connexions de câbles et de fils.
Les stations de protection cathodique sont assez efficaces, lorsqu'elles sont directement connectées à une ligne électrique ou à un générateur, elles fournissent un effet inhibiteur des courants. Dans le même temps, une protection est assurée pour plusieurs sections du pipeline en même temps. Les paramètres sont ajustés manuellement ou automatiquement. Dans le premier cas, des enroulements de transformateur sont utilisés et dans le second, des thyristors.
La plus courante sur le territoire de la Russie est une installation de haute technologie - Minera-3000. Sa capacité est suffisante pour protéger 30 000 m d'autoroutes.
Avantages du dispositif technique :
- caractéristiques de puissance élevée;
- mise à jour du mode de fonctionnement après surcharges en un quart de minute ;
- à l'aide de la régulation numérique, le contrôle des paramètres de fonctionnement est effectué;
- étanchéité des connexions hautement critiques;
- connecter l'appareil au contrôle à distance du processus.
Les ASKG-TM sont également utilisés, bien que leur puissance soit faible, leur équipement d'un complexe de télémétrie ou d'une télécommande leur permet d'être non moins populaires.
Le schéma de la ligne isolante de l'alimentation en eau ou du gazoduc doit se trouver sur le lieu de travail.
Vidéo : protection cathodique contre la corrosion - que se passe-t-il et comment est-elle réalisée ?
Protection contre la corrosion grâce à la disposition du drainage
L'installateur pour la protection des canalisations souterraines contre la corrosion doit être familiarisé avec le dispositif de drainage. Une telle protection contre la formation de rouille des canalisations par les courants vagabonds est assurée par un dispositif de drainage nécessaire pour drainer ces courants vers une autre zone de la terre. Il existe plusieurs options de drainage au total.
Variétés d'exécution:
- Exécuté sous terre.
- Droit.
- Avec des polarités.
- Renforcé.
Lors de la réalisation d'un drainage en terre, des électrodes sont installées dans les zones d'anode. Pour fournir une ligne de drainage droite, un cavalier électrique est réalisé, reliant le pipeline au pôle négatif à partir de sources de courant, par exemple, la mise à la terre d'un immeuble résidentiel.
Le drainage polarisé a une conductivité unidirectionnelle, c'est-à-dire que lorsqu'une charge positive apparaît sur la boucle de masse, elle est automatiquement désactivée. Fonctions de drainage renforcées à partir d'un convertisseur de courant, qui est en outre connecté au circuit électrique, ce qui améliore l'élimination des courants vagabonds de la ligne.
La tolérance pour la corrosion des canalisations est effectuée par calcul, selon l'AR.
De plus, une protection inhibiteur est utilisée, c'est-à-dire qu'une composition spéciale est utilisée sur les tuyaux pour les protéger contre les fluides agressifs. La corrosion permanente se produit lorsque l'équipement de la chaudière est inactif pendant une longue période, afin que cela ne se produise pas, la maintenance de l'équipement est nécessaire.
Un installateur pour la protection des canalisations souterraines contre la corrosion doit avoir les connaissances et les compétences, être formé aux règles et subir périodiquement un examen médical et réussir des examens en présence d'un inspecteur de Rostechnadzor.
La protection du métal contre la corrosion en imposant un courant électrique direct externe, dans lequel le potentiel d'électrode du matériau change radicalement et la vitesse de sa corrosion change, est appelée protection électrochimique. Il protège de manière fiable les surfaces contre la corrosion, empêchant la destruction des réservoirs souterrains, des pipelines, des fonds de navires, des réservoirs de gaz, des structures hydrauliques, des gazoducs, etc. Cette méthode est utilisée dans les cas où le potentiel de corrosion se situe dans la zone de dégradation intense ou pendant passivation, c'est-à-dire lors de la destruction active des structures métalliques.
Le principe de fonctionnement de la protection électrochimique
Une source de courant électrique continu est connectée de l'extérieur à la structure métallique. À la surface du produit, le courant électrique forme la polarisation cathodique des électrodes, à la suite de laquelle l'échange a lieu, et les sections anodiques se transforment en sections cathodiques. En conséquence, sous l'influence d'un environnement corrosif, la destruction de l'anode, et non du matériau de départ, se produit. Ce type de protection est divisé en cathodique et anodique, cela dépend de la direction (négative ou positive) dans laquelle le potentiel du métal est déplacé.
Protection cathodique contre la corrosion
Exemple : (+0,8) Au / Fe (-0,44)
Pour augmenter la stabilité des pièces métalliques en contact avec tout environnement agressif ou lors d'un fonctionnement sous l'influence de l'eau de mer ou du sol, une protection cathodique contre la corrosion est utilisée. Dans ce cas, la polarisation cathodique du métal stocké est obtenue par la formation d'un couple microgalvanique avec un autre métal (aluminium, zinc, magnésium), une diminution de la vitesse du processus cathodique (désaération de l'électrolyte), ou l'imposition d'un courant électrique provenant d'une source externe.
Cette technique, en règle générale, est utilisée pour préserver les métaux ferreux, car la plupart des objets situés dans le sol et l'eau en sont constitués - par exemple, des jetées, des structures sur pieux, des pipelines. Cette méthode a trouvé une large application dans l'ingénierie mécanique, dans la prévention des processus de corrosion des machines neuves et en fonctionnement, dans le traitement de la carrosserie, des cavités des longerons, des ensembles de châssis, etc. souvent exposés à des environnements agressifs.
La protection cathodique, avec de nombreux avantages, a encore des inconvénients. L'un d'eux est une surabondance de protection, ce phénomène s'observe lorsque le potentiel du produit stocké est fortement déplacé dans le sens négatif. Le résultat est la fragilité du métal, la fissuration par corrosion du matériau et la destruction de tous les revêtements protecteurs. La protection protectrice en est un type. Lorsqu'il est utilisé, un métal avec un potentiel négatif (protecteur) est attaché à l'élément enregistré (protecteur), qui par la suite, préservant l'objet, est détruit.
Protection anodique
Exemple : (-0,77) Cd / Fe (-0,44) 
La protection anodique contre la corrosion des métaux est utilisée pour les produits en alliages ferreux fortement alliés, en acier au carbone et résistant aux acides, situés dans des environnements corrosifs avec une bonne conductivité électrique. Avec cette méthode, le potentiel du métal est décalé dans le sens positif jusqu'à ce qu'il atteigne un état stable (passif).
L'installation électrochimique anodique comprend : une source de courant, une cathode, une électrode de référence et un objet stocké.
Pour que la protection soit aussi efficace que possible pour un sujet particulier, certaines règles doivent être suivies :
minimiser le nombre de fissures, de crevasses et de poches d'air;
la qualité des soudures et des joints des structures métalliques doit être maximale;
la cathode et l'électrode de référence doivent être placées dans la solution et y rester constamment
STRUCTURES MÉTALLIQUES "
Base théorique
Protection cathodique des structures métalliques souterraines
Le principe de fonctionnement de la protection cathodique
Lorsqu'un métal entre en contact avec des sols appartenant à des environnements électrolytiques, un processus de corrosion se produit, accompagné de la formation d'un courant électrique, et un certain potentiel d'électrode s'établit. La valeur du potentiel d'électrode d'un pipeline peut être déterminée par la différence de potentiel entre deux électrodes : un pipeline et un élément cuivre-sulfate non polarisable. Ainsi, la valeur du potentiel pipeline est la différence entre son potentiel d'électrode et le potentiel de l'électrode de référence par rapport à la masse. À la surface du pipeline, des processus d'électrode d'une certaine direction et des changements stationnaires dans le temps ont lieu.
Le potentiel stationnaire est généralement appelé potentiel naturel, ce qui implique l'absence de courants vagabonds et autres courants induits sur le pipeline.
L'interaction d'un métal corrosif avec un électrolyte est divisée en deux processus : anodique et cathodique, qui ont lieu simultanément à différentes sections de l'interface métal-électrolyte.
Pour la protection contre la corrosion, une séparation territoriale des processus anodique et cathodique est utilisée. Une source de courant avec une électrode de terre supplémentaire est connectée au pipeline, à l'aide de laquelle un courant continu externe est appliqué au pipeline. Dans ce cas, le processus anodique a lieu sur une électrode de masse supplémentaire.
La polarisation cathodique des canalisations souterraines est réalisée en appliquant un champ électrique à partir d'une source CC externe. Le pôle négatif de la source de courant continu est connecté à la structure protégée, tandis que le pipeline est la cathode par rapport à la terre, l'électrode anode-terre créée artificiellement est connectée au pôle positif.
Un schéma de principe de la protection cathodique est illustré à la Fig. 14.1. Avec la protection cathodique, le pôle négatif de la source de courant 2 est connecté au pipeline 1, et le pôle positif est connecté à une électrode anode-masse créée artificiellement 3. Lorsque la source de courant est allumée, elle s'écoule de son pôle à travers l'anode. du sol au sol et à travers les sections endommagées de l'isolant 6 jusqu'au tuyau. De plus, par le point de drainage 4 le long du fil de connexion 5, le courant revient à nouveau au moins de l'alimentation. Dans ce cas, le processus de polarisation cathodique commence sur les sections nues du pipeline.
Riz. 14.1. Schéma de principe de la protection cathodique du pipeline :
1 - canalisation; 2 - source de courant continu externe ; 3 - mise à la terre de l'anode ;
4 - point de drainage; 5 - câble de drainage ; 6 - contact de la sortie cathodique;
7 - sortie cathodique; 8 - dommages à l'isolation des canalisations
Étant donné que la tension du courant externe appliqué entre l'électrode de mise à la terre et le pipeline dépasse de manière significative la différence de potentiel entre les électrodes de la macropaire corrosive du pipeline, le potentiel stationnaire de la mise à la terre de l'anode ne joue pas un rôle décisif.
Avec l'inclusion de la protection électrochimique ( j 0a.ajouter) la répartition des courants de macropaires corrosifs est perturbée, les valeurs de la différence de potentiel "tuyau - terre" des sections cathodiques ( j 0k) avec la différence de potentiel des sections anodiques ( j 0а), les conditions de polarisation sont fournies.
La protection cathodique est régulée en maintenant le potentiel de protection requis. Si, par l'imposition d'un courant externe, le pipeline est polarisé au potentiel d'équilibre ( j 0к = j 0а) dissolution du métal (Fig. 14.2 a), puis le courant anodique s'arrête et la corrosion s'arrête. Une augmentation supplémentaire du courant de protection n'est pas pratique. À des valeurs plus positives du potentiel, le phénomène de protection incomplète se produit (Fig. 14.2 b). Il peut survenir lors de la protection cathodique d'une canalisation située dans la zone de forte influence des courants vagabonds ou lors de l'utilisation de protecteurs n'ayant pas un potentiel d'électrode négatif suffisant (protecteurs en zinc).
Les critères de protection des métaux contre la corrosion sont la densité de courant de protection et le potentiel de protection.
La polarisation cathodique d'une structure métallique non isolée au potentiel de protection nécessite des courants importants. Les valeurs les plus probables des densités de courant requises pour la polarisation de l'acier dans divers environnements au potentiel de protection minimum (-0,85 V) par rapport à l'électrode de référence en sulfate de cuivre sont données dans le tableau. 14.1
Riz. 14.2. Diagramme de corrosion pour le cas de la pleine polarisation (a) et
polarisation incomplète (b)
En règle générale, la protection cathodique est utilisée conjointement avec des revêtements isolants appliqués sur la surface extérieure du pipeline. Le revêtement de surface réduit le courant requis de plusieurs ordres de grandeur. Ainsi, pour la protection cathodique de l'acier avec un bon revêtement dans le sol, seulement 0,01 ... 0,2 mA / m2 est nécessaire.
Tableau 14.1
Densité de courant requise pour la protection cathodique
surface en acier nu dans divers environnements
La densité de courant de protection pour les canalisations principales isolées ne peut pas devenir un critère de protection fiable en raison de la répartition inconnue de l'isolation des canalisations endommagées, qui détermine la zone de contact métal-terre réelle. Même pour un tuyau non isolé (une cartouche à un passage souterrain à travers les voies ferrées et les autoroutes), la densité de courant de protection est déterminée par les dimensions géométriques de la structure et est fictive, car la fraction de la surface de la cartouche recouverte de couches de protection passives présentes en permanence ( échelle, etc.) et ne participant pas au processus de dépolarisation. Par conséquent, la densité de courant de protection comme critère de protection est utilisée dans certaines études de laboratoire réalisées sur des échantillons de métal.
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