ECP (elektrokjemisk beskyttelse) som en universell metode for korrosjonsbeskyttelse av metallkonstruksjoner og strukturer: prosessrørledninger, tanker, fartøyer, peler, brygger, broer og mye mer. Katodisk korrosjonsbeskyttelse

M. Ivanov, Ph.D. n.

Korrosjon av metaller, spesielt jern og ulegert stål, forårsaker stor skade på enheter og rørledninger som drives i kontakt med vann og luft. Dette fører til en reduksjon i utstyrets levetid og skaper i tillegg forhold for vannforurensning med korrosjonsprodukter.

Du kan abonnere på artikler på

Som kjent er korrosjon en elektrokjemisk prosess der oksidasjon av et metall skjer, det vil si frigjøring av elektroner fra atomene. Denne prosessen foregår i en mikroskopisk del av overflaten som kalles den anodiske regionen. Det fører til et brudd på integriteten til metallet, hvis atomer inngår kjemiske reaksjoner, spesielt aktiv i nærvær av atmosfærisk oksygen og fuktighet.

Siden metaller er gode ledere av elektrisitet, strømmer de frigjorte elektronene fritt til et annet mikroskopisk område, hvor, i nærvær av vann og oksygen, reduksjonsreaksjoner. Denne regionen kalles katoden.

Forekomsten av elektrokjemisk korrosjon kan motvirkes ved å påføre en spenning fra en ekstern likestrømkilde for å skifte elektrodepotensialet til metallet til verdier der korrosjonsprosessen ikke finner sted.

På dette grunnlaget er det bygget katodiske beskyttelsessystemer for underjordiske rørledninger, tanker og andre metallkonstruksjoner. Hvis et elektrisk potensial påføres det beskyttede metallet, etableres slike potensialverdier på hele overflaten av metallstrukturen der bare reduksjonskatodeprosesser kan forekomme: for eksempel vil metallkationer akseptere elektroner og forvandle seg til ioner med lavere oksidasjonstilstand eller nøytrale atomer.

Teknisk sett utføres metoden for katodisk beskyttelse av metaller som følger ( ris. 1). En ledning tilføres metallkonstruksjonen som skal beskyttes, for eksempel en stålrørledning, som er koblet til katodestasjonens negative pol, som et resultat av at rørledningen blir katoden. I et stykke fra metallstrukturen er det plassert en elektrode i bakken, som kobles med en ledning til den positive polen og blir til anoden. Potensialforskjellen mellom katoden og anoden skapes på en slik måte at forekomsten av oksidative prosesser på den beskyttede strukturen fullstendig elimineres. I dette tilfellet vil svake strømmer flyte gjennom den fuktige jorda mellom katoden og anoden i jordtykkelsen. Effektiv beskyttelse krever plassering av flere anodeelektroder langs hele rørledningens lengde. Hvis det er mulig å redusere potensialforskjellen mellom den beskyttede strukturen og jorda til 0,85-1,2 V, reduseres hastigheten på rørledningskorrosjon til betydelig lave verdier.

Så det katodiske beskyttelsessystemet inkluderer en konstant kilde elektrisk strøm, kontrollpunkt og anodisk jording. Vanligvis består en katodisk beskyttelsesstasjon av en AC-transformator og en diodelikeretter. Som regel drives den fra et 220 V-nettverk; Det er også stasjoner som drives av høyspentlinjer (6-10 kV).

For at katodestasjonen skal fungere effektivt, må potensialforskjellen mellom katoden og anoden den skaper være minst 0,75 V. I noen tilfeller er ca. 0,3 V tilstrekkelig for vellykket beskyttelse. tekniske parametere Katodiske beskyttelsesstasjoner bruker de nominelle verdiene for utgangsstrømmen og utgangsspenningen. Dermed er vanligvis den nominelle utgangsspenningen til stasjoner fra 20 til 48 V. Med stor avstand mellom anoden og det beskyttede objektet når den nødvendige utgangsspenningen til stasjonen 200 V.

Inerte hjelpeelektroder brukes som anoder. Anodejordingselektroder, for eksempel AZM-3X-modellen produsert av JSC Katod (Razvilka-landsbyen, Moskva-regionen), er støpegods laget av en korrosjonsbestandig legering, utstyrt med en spesiell ledning med en kobberkjerne i forsterket isolasjon, samt en forseglet kobling for tilkobling til hovedkabelen til den katodiske beskyttelsesstasjonen. Det er mest rasjonelt å bruke jordingsledere i miljøer med høy og moderat korrosiv aktivitet når resistivitet jord opp til 100 Ohm.m. For optimal fordeling av feltstyrke og strømtetthet i hele utstyrskroppen, plasseres spesielle skjermer i form av en tilbakefylling av kull eller koks rundt anodene.

For å vurdere effektiviteten til en katodisk beskyttelsesstasjon kreves det et system som består av en måleelektrode og en referanseelektrode og er hoveddelen av kontroll- og målepunktet. Basert på avlesningene til disse elektrodene, reguleres den katodiske.

Måleelektroder er laget av høylegert stål, silisiumstøpejern, platinisert messing eller bronse og kobber. Referanseelektroder er sølvklorid eller kobbersulfat. På min egen måte design referanseelektroder kan være nedsenkbare eller eksterne. Sammensetningen av løsningen som brukes i dem må være nær sammensetningen av mediet, fra skadelige effekter som utstyret må beskyttes.

Man kan merke seg de langtidsvirkende bimetalliske referanseelektrodene av EDB-typen, utviklet av VNIIGAZ (Moskva). De er designet for å måle potensialforskjellen mellom en underjordisk metallgjenstand (inkludert en rørledning) og bakken for å kontrollere en katodisk beskyttelsesstasjon i automatisk modus under forhold med tung belastning og på betydelig dybde, det vil si hvor andre elektroder ikke kan sikre konstant vedlikehold av det gitte potensialet.

Utstyr for katodisk beskyttelse leveres hovedsakelig av innenlandske produsenter. Dermed tilbyr den nevnte CJSC "Kathod" stasjonen "Minerva-3000" ( ris. 2), designet for å beskytte hovedvannforsyningsnettverk. Dens nominelle utgangseffekt er 3,0 kW, utgangsspenning er 96 V, beskyttelsesstrøm er 30 A. Nøyaktigheten for å opprettholde beskyttelsespotensialet og strømverdien er henholdsvis 1 og 2 %. Krusningsverdien er ikke mer enn 1 %.

En annen russisk produsent- JSC Energomera (Stavropol) - leverer moduler av merkene MKZ-M12, PNKZ-PPCh-M10 og PN-OPE-M11, og gir effektiv katodisk beskyttelse av underjordiske metallkonstruksjoner i områder med høy korrosjonsfare. MKZ-M12-modulen har en merkestrøm på 15 eller 20 A; nominell utgangsspenning er 24 V. For modellene MKZ-M12-15-24-U2 er utgangsspenningen 30 V. Nøyaktigheten for å opprettholde beskyttelsespotensialet når ±0,5 %, den spesifiserte strømmen er ±1 %. Den tekniske ressursen er 100 tusen timer, og levetiden er minst 20 år.

LLC "Electronic Technologies" (Tver) tilbyr katodiske beskyttelsesstasjoner "Tvertsa" ( ris. 3), utstyrt med en innebygd mikroprosessor og et telemekanisk fjernkontrollsystem. Kontroll- og målepunkter er utstyrt med ikke-polariserende langtidsvirkende sammenligningselektroder med elektrokjemiske potensialsensorer, som gir måling av polarisasjonspotensialer på rørledningen. Disse stasjonene inkluderer også en justerbar kilde for katodestrøm og en blokk med sensorer for elektriske parametere i kretsen, som er koblet gjennom en kontroller til en ekstern tilgangsenhet. Transformatoren til denne stasjonen er laget på basis av ferrittkjerner av typen Epcos. Det brukes også et spenningsomformerkontrollsystem basert på en UCC 2808A mikrokrets.

Kurs-OP-selskapet (Moskva) produserer Elkon katodiske beskyttelsesstasjoner, hvis utgangsspenning varierer i området fra 30 til 96 V, og utgangsstrømmen i området fra 20 til 60 A. Utgangsspenningsrippel - ikke mer enn 2 % . Disse stasjonene er designet for å beskytte enkelttrådede rørledninger mot jordkorrosjon, og med bruk av en felles beskyttelsesenhet, flertrådet rørledninger i områder uten strøstrømmer under moderate klimaforhold (fra -45 til +40 ° C). Stasjonene inkluderer en enfaset krafttransformator, en omformer med trinnvis regulering av utgangsspenningen, høyspenningsutstyr, en to-polet manuell skillebryter og overspenningsdempere.

Man kan også merke seg katodisk beskyttelsesinstallasjoner av NGK-IPKZ-serien produsert av NPF Neftegazkompleks EKhZ LLC (Saratov), hvis maksimale utgangsstrøm er 20 eller 100 A, og nominell utgangsspenning er 48 V.

En av leverandørene av katodisk beskyttelsesstasjoner fra CIS-landene er Hoffmann Electric Technologies (Kharkov, Ukraina), som tilbyr utstyr for elektrokjemisk beskyttelse mot jordkorrosjon av hovedrørledninger.

Elektrokjemisk beskyttelse – effektiv metode beskyttelse av ferdige produkter mot elektrokjemisk korrosjon. I noen tilfeller er det umulig å fornye malingsbelegget eller beskyttende innpakningsmateriale, da er det tilrådelig å bruke elektrokjemisk beskyttelse. Dekker en underjordisk rørledning eller bunn sjøfartøy det er veldig arbeidskrevende og dyrt å fornye, noen ganger er det rett og slett umulig. Elektrokjemisk beskyttelse beskytter produktet pålitelig mot, forhindrer ødeleggelse av underjordiske rørledninger, skipsbunner, forskjellige tanker, etc.

Elektrokjemisk beskyttelse brukes i tilfeller der potensialet for fri korrosjon er i området med intens oppløsning av basismetallet eller repassivering. De. når det er intens ødeleggelse av metallstrukturer.

Essensen av elektrokjemisk beskyttelse

En likestrøm (DC-kilde eller beskytter) kobles til det ferdige metallproduktet fra utsiden. Elektrisk strøm på overflaten av det beskyttede produktet skaper katodisk polarisering av elektrodene til mikrogalvaniske par. Resultatet av dette er at de anodiske områdene på metalloverflaten blir katodisk. Og på grunn av påvirkningen fra et korrosivt miljø er det ikke metallet i strukturen som blir ødelagt, men anoden.

Avhengig av hvilken retning (positiv eller negativ) metallpotensialet skifter, er elektrokjemisk beskyttelse delt inn i anodisk og katodisk.

Katodisk korrosjonsbeskyttelse

Katodisk elektrokjemisk korrosjonsbeskyttelse brukes når metallet som beskyttes ikke er utsatt for passivering. Dette er en av hovedtypene for beskyttelse av metaller mot korrosjon. Essensen av katodisk beskyttelse er påføringen av en ekstern strøm til produktet fra den negative polen, som polariserer katodeseksjonene til de korrosive elementene, og bringer den potensielle verdien nærmere de anodiske. Den positive polen til strømkilden er koblet til anoden. I dette tilfellet er korrosjon av den beskyttede strukturen nesten redusert til null. Anoden forringes gradvis og må skiftes ut med jevne mellomrom.

Det er flere alternativer for katodisk beskyttelse: polarisering fra en ekstern kilde til elektrisk strøm; redusere hastigheten på den katodiske prosessen (for eksempel avlufting av elektrolytten); kontakt med et metall hvis frie korrosjonspotensial i et gitt miljø er mer elektronegativt (såkalt offerbeskyttelse).

Polarisering fra en ekstern kilde til elektrisk strøm brukes veldig ofte for å beskytte strukturer som ligger i jord, vann (bunnen av skip, etc.). I tillegg denne typen korrosjonsbeskyttelse brukes til sink, tinn, aluminium og dets legeringer, titan, kobber og dets legeringer, bly, samt høy-krom, karbon, legert (både lavt og høylegert) stål.

Den eksterne strømkilden er katodiske beskyttelsesstasjoner, som består av en likeretter (omformer), en strømforsyning til den beskyttede strukturen, anodejordingsledere, en referanseelektrode og en anodekabel.

Katodisk beskyttelse Både uavhengige og ekstra typer korrosjonsbeskyttelse brukes.

Hovedkriteriet for å bedømme effektiviteten av katodisk beskyttelse er beskyttelsespotensial. Beskyttelsespotensiale er potensialet hvor hastigheten av metallkorrosjon inn visse forhold miljø tar den laveste (så langt som mulig) verdi.

Det er ulemper med å bruke katodisk beskyttelse. En av dem er fare gjenforsvar. Overbeskyttelse observeres med en stor forskyvning i potensialet til det beskyttede objektet i negativ side. Samtidig skiller det seg ut. Resultatet er ødeleggelse av beskyttende belegg, hydrogensprøhet av metallet og korrosjonssprekker.

Slitebanebeskyttelse (bruk av beskytter)

En type katodisk beskyttelse er offer. Ved bruk av offerbeskyttelse kobles et metall med et mer elektronegativt potensial til den beskyttede gjenstanden. I dette tilfellet er det ikke strukturen som er ødelagt, men slitebanen. Over tid korroderer beskytteren og må erstattes med en ny.

Slitebanebeskyttelse er effektiv i tilfeller der det er en liten overgangsmotstand mellom beskytteren og miljøet.

Hver beskytter har sin egen radius av beskyttende handling, som bestemmes av maksimum mulig avstand, hvorpå beskytteren kan fjernes uten å miste den beskyttende effekten. Beskyttelsesbeskyttelse brukes oftest når det er umulig eller vanskelig og kostbart å tilføre strøm til konstruksjonen.

Beskyttere brukes til å beskytte strukturer i nøytrale miljøer (sjø eller elvevann, luft, jord osv.).

Følgende metaller brukes til å lage beskyttere: magnesium, sink, jern, aluminium. Rene metaller oppfyller ikke fullt ut sine beskyttende funksjoner Derfor, når du produserer beskyttere, er de i tillegg legert.

Jernbeskyttere er laget av karbonstål eller rent jern.

Sinkbeskyttere

Sinkbeskyttere inneholder ca. 0,001 - 0,005 % bly, kobber og jern, 0,1 - 0,5 % aluminium og 0,025 - 0,15 % kadmium. Sinkprojektorer brukes for å beskytte produkter mot havkorrosjon (i saltvann). Hvis en sinkbeskytter brukes i lett saltet, ferskvann eller jord, blir den raskt dekket med et tykt lag av oksider og hydroksyder.

Magnesiumbeskytter

Legeringer for produksjon av magnesiumbeskyttere er legert med 2–5 % sink og 5–7 % aluminium. Mengden kobber, bly, jern, silisium, nikkel i legeringen bør ikke overstige tideler og hundredeler av en prosent.

Magnesiumbeskytter brukes i lett saltet, ferskvann, jordsmonn. Beskytteren brukes i miljøer der sink- og aluminiumsbeskyttere er ineffektive. Et viktig aspekt er at magnesiumbeskyttere må brukes i et miljø med en pH på 9,5 - 10,5. Dette forklares av den høye oppløsningshastigheten av magnesium og dannelsen av tungtløselige forbindelser på overflaten.

Magnesiumbeskytter er farlig fordi... er årsaken til hydrogensprøhet og korrosjonssprekker i strukturer.

Beskyttere i aluminium

Aluminiumsbeskyttere inneholder tilsetningsstoffer som forhindrer dannelsen av aluminiumoksider. Opptil 8 % sink, opptil 5 % magnesium og tiendedeler til hundredeler av silisium, kadmium, indium og tallium tilsettes slike beskyttere. Aluminiumsbeskyttere brukes i kystsokkelen og rennende sjøvann.

Anodisk korrosjonsbeskyttelse

Anodisk elektrokjemisk beskyttelse brukes for strukturer laget av titan, lavlegert rustfritt stål, karbonstål, jernholdige høylegerte legeringer og forskjellige passiveringsmetaller. Anodisk beskyttelse brukes i sterkt elektrisk ledende korrosive miljøer.

Med anodisk beskyttelse skifter potensialet til det beskyttede metallet i en mer positiv retning inntil en passiv stabil tilstand av systemet oppnås. Fordelene med anodisk elektrokjemisk beskyttelse er ikke bare en svært betydelig nedgang i korrosjonshastigheten, men også det faktum at korrosjonsprodukter ikke kommer inn i det produserte produktet og miljøet.

Anodisk beskyttelse kan implementeres på flere måter: ved å forskyve potensialet i positiv retning ved å bruke en ekstern elektrisk strømkilde eller ved å introdusere oksidasjonsmidler (eller elementer i legeringen) i det korrosive miljøet, som øker effektiviteten til den katodiske prosessen på metall overflate.

Anodisk beskyttelse ved hjelp av oksidasjonsmidler forsvarsmekanisme ligner på anodisk polarisering.

Hvis det brukes passiverende inhibitorer med oksiderende egenskaper, blir den beskyttede overflaten passiv under påvirkning av den genererte strømmen. Disse inkluderer dikromater, nitrater osv. Men de forurenser det omkringliggende teknologiske miljøet ganske kraftig.

Når tilsetningsstoffer introduseres i legeringen (hovedsakelig legering med et edelmetall), skjer dsom skjer ved katoden med en lavere overspenning enn ved det beskyttede metallet.

Hvis en elektrisk strøm føres gjennom den beskyttede strukturen, skifter potensialet i positiv retning.

Installasjonen for anodisk elektrokjemisk korrosjonsbeskyttelse består av en ekstern strømkilde, en referanseelektrode, en katode og selve det beskyttede objektet.

For å finne ut om det er mulig å anvende anodisk elektrokjemisk beskyttelse for et bestemt objekt, tas det anodiske polarisasjonskurver, ved hjelp av disse kan man bestemme korrosjonspotensialet til strukturen som studeres i et bestemt korrosivt miljø, området for stabil passivitet og strømtettheten i denne regionen.

For fremstilling av katoder brukes dårlig løselige metaller, for eksempel høylegert rustfritt stål, tantal, nikkel, bly og platina.

For at anodisk elektrokjemisk beskyttelse skal være effektiv i et bestemt miljø, er det nødvendig å bruke lett passiverbare metaller og legeringer, referanseelektroden og katoden må alltid være i løsning, og forbindelseselementene må være av høy kvalitet.

For hvert tilfelle av anodisk beskyttelse er katodearrangementet designet individuelt.

For at anodisk beskyttelse skal være effektiv for et bestemt objekt, er det nødvendig at det oppfyller visse krav:

Alle sveiser skal utføres med høy kvalitet;

I et teknologisk miljø må materialet som den beskyttede gjenstanden er laget av, gå over i en passiv tilstand;

Antall luftlommer og sprekker skal være minimalt;

Det skal ikke være nagleskjøter på strukturen;

I enheten som beskyttes, må referanseelektroden og katoden alltid være i løsning.

For å implementere anodisk beskyttelse i kjemisk industri Det brukes ofte varmevekslere og installasjoner som har en sylindrisk form.

Elektrokjemisk anodisk beskyttelse av rustfritt stål er anvendelig for industriell lagring av svovelsyre, ammoniakkbaserte løsninger, mineralgjødsel, samt alle slags samlere, tanker og måletanker.

Anodisk beskyttelse kan også brukes for å forhindre korrosiv ødeleggelse av strømløse nikkelbeleggsbad, varmevekslerenheter ved produksjon av kunstige fibre og svovelsyre.

Rørledninger er det desidert vanligste transportmiddelet for energibærere. Deres åpenbare ulempe er deres mottakelighet for rust. For dette formål utføres katodisk beskyttelse av hovedrørledninger mot korrosjon. Hva er dets operasjonsprinsipp?

Årsaker til korrosjon

Nettverk av rørledninger for livsstøttesystemer er distribuert over hele Russland. Med deres hjelp blir gass, vann, petroleumsprodukter og olje transportert effektivt. For kort tid siden ble det lagt en rørledning for transport av ammoniakk. De fleste typer rørledninger er laget av metall, og deres hovedfiende er korrosjon, som det finnes mange typer av.

Årsakene til dannelsen av rust på metalloverflater er basert på miljøets egenskaper, både ekstern og intern korrosjon av rørledninger. Fare for korrosjon for indre overflater basert på:

Interaksjon med vann.
Tilstedeværelsen av alkalier, salter eller syrer i vannet.

Slike forhold kan oppstå på hovedvannforsyningssystemer, varmtvannsforsyning (DHW), damp- og varmesystemer. Ikke mindre viktig faktor er metoden for å legge rørledningen: over eller under bakken. Den første er lettere å vedlikeholde og eliminere årsakene til rustdannelse sammenlignet med den andre.

Med rør-til-rør installasjonsmetoden er risikoen for korrosjon lav. Ved direkte installasjon av en rørledning utendørs kan det dannes rust på grunn av interaksjon med atmosfæren, noe som også fører til en endring i design.

Rørledninger som ligger under jorden, inkludert damp og varmt vann, er mest sårbare for korrosjon. Spørsmålet oppstår om mottakelighet for korrosjon av rør plassert i bunnen av vannkilder, men kun en liten del av rørledningene er plassert på disse stedene.

I henhold til deres formål er rørledninger med risiko for korrosjon delt inn i:

hovedlinjer;
fiske;
for varme- og livsstøttesystemer;
for avløpsvann fra industribedrifter.

Mottakelighet for korrosjon av hovedledningsnett

Korrosjon av rørledninger av denne typen er mest godt studert, og deres beskyttelse mot eksponering eksterne faktorer definert av standardkrav. Reguleringsdokumenter diskuterer beskyttelsesmetoder, og ikke årsakene til dannelsen av rust.

Det er like viktig å ta i betraktning at i dette tilfellet vurderes bare ekstern korrosjon, som den ytre delen av rørledningen er utsatt for, siden inerte gasser passerer inne i rørledningen. I dette tilfellet er kontakt av metallet med atmosfæren ikke så farlig.

For beskyttelse mot korrosjon, ifølge GOST, vurderes flere deler av rørledningen: økt og høy fare, samt korrosjonsfarlig.

Påvirkning av negative faktorer fra atmosfæren for områder økt fare eller typer korrosjon:

Stramstrømmer oppstår fra likestrømskilder.
Eksponering for mikroorganismer.
Den skapte spenningen provoserer sprekker i metallet.
Avfallslagring.
Salt jord.
Temperaturen til det transporterte stoffet er over 300 °C.
Karbondioksidkorrosjon av en oljerørledning.

En installatør for å beskytte underjordiske rørledninger mot korrosjon må kjenne til utformingen av rørledningen og kravene til SNiP.

Elektrokjemisk korrosjon fra jord

På grunn av forskjellen i spenninger dannet i individuelle seksjoner av rørledninger, oppstår en elektronstrøm. Prosessen med rustdannelse skjer i henhold til det elektrokjemiske prinsippet. Basert på denne effekten sprekker en del av metallet i de anodiske sonene og flyter inn i bunnen av jorda. Etter interaksjon med elektrolytten dannes det korrosjon.

Et av de viktige kriteriene for å sikre beskyttelse mot negative manifestasjoner er lengden på linjen. På veien er det jord med annen sammensetning og egenskaper. Alt dette bidrar til at det oppstår en spenningsforskjell mellom deler av de lagte rørledningene. Strømnettet har god ledningsevne, så dannelsen av galvaniske par med ganske stor utstrekning skjer.

En økning i hastigheten på rørledningskorrosjon provoserer høy tetthet elektronstrøm. Dybden på linjene er ikke mindre viktig, siden den beholder en betydelig prosentandel av fuktigheten og temperaturen ikke tillates å falle under "0" -merket. Kvernbelegg forblir også på overflaten av rørene etter bearbeiding, og dette påvirker utseendet på rust.

Ved å gjennomføre forskningsarbeid Det er etablert et direkte forhold mellom dybden og området av rust dannet på metallet. Dette er basert på det faktum at metall med større overflate er mest sårbart for ytre negative manifestasjoner. Spesielle tilfeller inkluderer forekomsten av betydelig mindre mengder ødeleggelse på stålkonstruksjoner under påvirkning av den elektrokjemiske prosessen.

Jordens aggressivitet overfor metall bestemmes først og fremst av deres egen strukturelle komponent, fuktighet, motstand, alkalimetning, luftpermeabilitet og andre faktorer. Installatøren for beskyttelse av underjordiske rørledninger mot korrosjon må være kjent med rørledningskonstruksjonsprosjektet.

Korrosjon under påvirkning av streifstrømmer

Rust kan oppstå fra en vekslende og konstant strøm av elektroner:

Rustdannelse under påvirkning av konstant strøm. Strøstrømmer er strømmer som finnes i jorda og i strukturelle elementer som ligger under jorden. Deres opprinnelse er menneskeskapt. De oppstår som et resultat av driften av tekniske enheter av likestrøm, sprer seg fra bygninger eller strukturer. De kan være sveisevekselrettere, katodebeskyttelsessystemer og andre enheter. Strømmen har en tendens til å følge banen med minst motstand, som et resultat, med eksisterende rørledninger i bakken, vil det være mye lettere for strømmen å passere gjennom metallet. Anoden er seksjonen av rørledningen hvorfra strøstrømmen går ut til jordoverflaten. Den delen av rørledningen som strømmen kommer inn i fungerer som en katode. På de beskrevne anodiske overflatene har strømmer økt tetthet, så det er på disse stedene det dannes betydelige korrosjonsflekker. Korrosjonshastigheten er ikke begrenset og kan være opptil 20 mm per år.
Rustdannelse under påvirkning av vekselstrøm. Når de er plassert i nærheten av kraftledninger med nettverksspenninger over 110 kV, så vel som i parallell arrangement av rørledninger, oppstår korrosjon under påvirkning av vekselstrømmer, inkludert korrosjon under isolasjon av rørledninger.

Spenningskorrosjonssprekker

Hvis en metalloverflate samtidig utsettes for ytre negative faktorer Og høyspenning fra kraftledninger som skaper strekkkrefter, oppstår rustdannelse. I følge forskningen som ble utført, fikk den nye hydrogenkorrosjonsteorien sin plass.

Små sprekker dannes når røret er mettet med hydrogen, som da sikrer en trykkøkning fra innsiden til nivåer høyere enn den nødvendige ekvivalenten til bindingen av atomer og krystaller.

Under påvirkning av protondiffusjon skjer hydrogenering av overflatelaget under påvirkning av hydrolyse kl forhøyede nivåer katodisk beskyttelse og samtidig eksponering for uorganiske forbindelser.

Etter at sprekken åpner seg, akselererer rustprosessen til metallet, som leveres av den jordede elektrolytten. Som et resultat, under påvirkning av mekaniske påvirkninger, gjennomgår metallet langsom ødeleggelse.

Korrosjon på grunn av mikroorganismer

Mikrobiologisk korrosjon er prosessen med rustdannelse på en rørledning under påvirkning av levende mikroorganismer. Disse kan være alger, sopp, bakterier, inkludert protozoer. Det er fastslått at spredningen av bakterier har størst betydning for denne prosessen. For å opprettholde den vitale aktiviteten til mikroorganismer, er det nødvendig å skape forhold, nemlig nitrogen, fuktighet, vann og salter. Betingelsene er også:

Temperatur- og fuktighetsindikatorer.
Press.
Tilgjengelighet av belysning.
Oksygen.

Organismer som produserer sure forhold kan også forårsake korrosjon. Under deres påvirkning vises hulrom på overflaten, som er svarte i fargen og dårlig lukt hydrogensulfid. Sulfatholdige bakterier er tilstede i praktisk talt all jord, men korrosjonshastigheten øker etter hvert som antallet øker.

Hva er elektrokjemisk beskyttelse

Elektrokjemisk beskyttelse av rørledninger mot korrosjon er et sett med tiltak som tar sikte på å forhindre utvikling av korrosjon under påvirkning av et elektrisk felt. Spesialiserte likerettere brukes til å konvertere likestrøm.

Korrosjonsbeskyttelse oppnås ved å skape elektromagnetisk felt, som et resultat av hvilket et negativt potensiale erverves eller området fungerer som en katode. Det vil si at en seksjon av stålrørledninger, beskyttet mot rustdannelse, får en negativ ladning, og jordingen blir positiv.

Katodisk beskyttelse av rørledninger mot korrosjon er ledsaget av elektrolytisk beskyttelse med tilstrekkelig ledningsevne av mediet. Denne funksjonen utføres av jord når du legger metall underjordiske motorveier. Kontakting av elektrodene utføres gjennom ledende elementer.

Indikatoren for å bestemme korrosjonsindikatorer er et høyspenningsvoltmeter eller korrosjonsmåler. Ved å bruke denne enheten overvåkes indikatoren mellom elektrolytten og jorda, spesielt for dette tilfellet.

Hvordan klassifiseres elektrokjemisk beskyttelse?

Korrosjon og beskyttelse av hovedrørledninger og tanker fra den kontrolleres på to måter:

En strømkilde er koblet til metalloverflaten. Dette området får en negativ ladning, det vil si at det fungerer som en katode. Anoder er inerte elektroder som ikke har noe med design å gjøre. Denne metoden regnes som den vanligste, og elektrokjemisk korrosjon forekommer ikke. Denne teknikken er rettet mot å forhindre følgende typer korrosjon: gropdannelse, på grunn av tilstedeværelsen av strøstrømmer, krystallinsk type av rustfritt stål, samt oppsprekking av messingelementer.
Galvanisk metode. Beskyttelse av hovedrørledninger eller offerbeskyttelse utføres av metallplater med høye nivåer av negative ladninger, laget av aluminium, sink, magnesium eller deres legeringer. Anoder er to elementer, såkalte inhibitorer, mens den langsomme ødeleggelsen av beskytteren bidrar til å opprettholde katodestrømmen i produktet. Beskyttende beskyttelse brukes ekstremt sjelden. ECP utføres på det isolerende belegget av rørledninger.

Om funksjonene til elektrokjemisk beskyttelse

Hovedårsaken til ødeleggelse av rørledningen er resultatet av korrosjon av metalloverflater. Etter dannelsen av rust dannes det sprekker, brudd og hulrom, som gradvis øker i størrelse og bidrar til brudd på rørledningen. Dette fenomenet forekommer oftere nær motorveier lagt under bakken eller i kontakt med grunnvann.

Prinsippet for katodisk beskyttelse er opprettelsen av en spenningsforskjell og virkningen av de to metodene beskrevet ovenfor. Etter å ha utført måleoperasjoner direkte på stedet for rørledningen, ble det funnet at det nødvendige potensialet for å bremse ødeleggelsesprosessen bør være 0,85V, og for underjordiske elementer er denne verdien 0,55V.

For å redusere korrosjonshastigheten bør katodespenningen reduseres med 0,3V. I denne situasjonen vil korrosjonshastigheten ikke overstige 10 mikron/år, og dette vil forlenge levetiden til tekniske enheter betydelig.

Et av de betydelige problemene er tilstedeværelsen av streifstrømmer i jorda. Slike strømmer oppstår fra jording av bygninger, strukturer, jernbanespor og andre enheter. Dessuten er det umulig å gjøre en nøyaktig vurdering av hvor de kan dukke opp.

For å skape en destruktiv effekt er det nok å lade stålrørledninger med et positivt potensial i forhold til det elektrolytiske miljøet, disse inkluderer rørledninger lagt i bakken.

For å gi kretsen strøm, er det nødvendig å levere en ekstern spenning, hvis parametere vil være tilstrekkelige til å bryte gjennom motstanden til jordfundamentet.

Som regel er slike kilder kraftledninger med effekt fra 6 til 10 kW. Hvis elektrisk strøm ikke kan tilføres, kan diesel- eller gassgeneratorer brukes. Installatøren for beskyttelse av underjordiske rørledninger mot korrosjon må være kjent med designløsningene før arbeidet utføres.

Katodisk beskyttelse

For å redusere prosentandelen av rust på overflaten av rør, brukes elektrodebeskyttelsesstasjoner:

Anode, laget i form av jordingsledere.
Omformere av konstante elektronstrømmer.
Utstyr for prosesskontroll og overvåking av denne prosessen.
Kabel- og ledningsforbindelser.

Katodiske beskyttelsesstasjoner er ganske effektive; når de er direkte koblet til en kraftledning eller generator, gir de en hemmende effekt av strømmer. Dette sikrer beskyttelse av flere deler av rørledningen samtidig. Parametre kan justeres manuelt eller automatisk. I det første tilfellet brukes transformatorviklinger, og i det andre brukes tyristorer.

Den vanligste i Russland er den høyteknologiske installasjonen - Minevra -3000. Kraften er tilstrekkelig til å beskytte 30 000 m med motorveier.

Fordeler med den tekniske enheten:

høy effekt egenskaper;
oppdatering av driftsmodus etter overbelastning på et kvarter;
ved hjelp av digital regulering overvåkes driftsparametere;
tetthet av svært kritiske forbindelser;
koble enheten til ekstern prosesskontroll.

ASKG-TM brukes også, selv om kraften deres er lav, er de utstyrt med et telemetrikompleks eller fjernkontroll lar dem være ikke mindre populære.

Et diagram over isolasjonsledningen til vannforsyningen eller gassrørledningen skal være tilgjengelig på arbeidsstedet.

Video: katodisk beskyttelse mot korrosjon - hva er det og hvordan utføres det?

Korrosjonsbeskyttelse ved å installere drenering

Korrosjonsbeskyttelsesinstallatøren for underjordiske rørledninger må være kjent med avløpssystemet. Slik beskyttelse mot rustdannelse av rørledninger fra strøstrømmer utføres av en dreneringsanordning som er nødvendig for å avlede disse strømmene til en annen del av bakken. Det er flere dreneringsmuligheter.

Typer utførelse:

Henrettet under jorden.
Rett.
Med polariteter.
Forsterket.

Ved utføring av jorddrenering installeres elektroder i anodesonene. For å sikre en rett dreneringslinje, er det laget en elektrisk jumper som kobler rørledningen til den negative polen til strømkilder, for eksempel jording fra et boligbygg.

Polarisert drenering har enveis ledningsevne, det vil si at når en positiv ladning vises på jordsløyfen, slår den seg automatisk av. Forbedret drenering fungerer fra en strømomformer i tillegg koblet til elektrisk diagram, og dette forbedrer fjerningen av strøstrømmer fra hovedledningen.

Økningen for rørledningskorrosjon er utført ved beregning, ifølge RD.

I tillegg brukes inhibitorbeskyttelse, det vil si at den brukes på rør spesiell sammensetning for beskyttelse mot aggressive miljøer. Stillestående korrosjon oppstår når kjeleutstyr står stille over lengre tid; for å forhindre at dette skjer, er utstyrsvedlikehold nødvendig.

En installatør for beskyttelse av underjordiske rørledninger mot korrosjon må ha kunnskap og ferdigheter, være opplært i reglene og periodisk gjennomgå en medisinsk undersøkelse og bestå eksamener i nærvær av en inspektør fra Rostechnadzor.

Beskyttelse av metall mot korrosjon ved å påføre en ekstern likestrøm, som radikalt endrer elektrodepotensialet til materialet og endrer korrosjonshastigheten, kalles elektrokjemisk beskyttelse. Den beskytter overflater pålitelig mot korrosjon, forhindrer ødeleggelse av underjordiske tanker, rørledninger, skipsbunner, gasstanker, hydrauliske strukturer, gassrørledninger, etc. Denne metoden brukes i tilfeller der korrosjonspotensialet er i en sone med intenst forfall eller under passivering , det vil si når aktiv ødeleggelse av metallstrukturer oppstår.

Driftsprinsipp for elektrokjemisk beskyttelse

En kilde for likestrøm er koblet til metallstrukturen fra utsiden. På overflaten av produktet danner en elektrisk strøm en katodisk polarisering av elektrodene, som et resultat av at det oppstår en utveksling og de anodiske områdene omdannes til katodiske. Som et resultat, under påvirkning av et korrosivt miljø, blir anoden ødelagt, og ikke kildematerialet. Denne typen beskyttelse er delt inn i katodisk og anodisk, det avhenger av hvilken retning (negativ eller positiv) potensialet til metallet skifter.

Katodisk korrosjonsbeskyttelse

Eksempel: (+0,8)Au/Fe(-0,44)

For å øke stabiliteten til metalldeler i kontakt med ethvert aggressivt miljø eller under drift utsatt for sjøvann eller jord, brukes katodisk korrosjonsbeskyttelse. I dette tilfellet oppnås katodisk polarisering av det lagrede metallet ved å danne et mikrogalvanisk par med et annet metall (aluminium, sink, magnesium), redusere hastigheten på den katodiske prosessen (avlufting av elektrolytten) eller påføre en elektrisk strøm fra en ekstern kilde .

Denne teknikken brukes vanligvis for å bevare jernholdige metaller, fordi de fleste gjenstander som ligger i jord og vann er laget av dem - for eksempel brygger, pelestrukturer, rørledninger. Denne metoden har også funnet bred anvendelse i maskinteknikk, i forebygging av korrosjonsprosesser i nye og i bruk maskiner, i behandling av karosserier, hulrom i sidestykker, chassiskomponenter, etc. Det skal bemerkes at samme metode brukes til å produsere effektiv beskyttelse undervognen på bilen, som oftest er utsatt for aggressive miljøer.

Katodisk beskyttelse, med mange fordeler, har fortsatt ulemper. En av dem er et overskudd av beskyttelse; dette fenomenet observeres når potensialet til det lagrede produktet er sterkt forskjøvet i negativ retning. Resultatet er metallskjørhet, korrosjonssprekker av materialet og ødeleggelse av alle beskyttende belegg. Dens type er slitebanebeskyttelse. Når du bruker det, er et metall med negativt potensial (beskytter) festet til det lagrede produktet, som deretter blir ødelagt, og bevarer gjenstanden.

Anodisk beskyttelse

Eksempel: (-0,77)Cd/Fe(-0,44)

Anodisk beskyttelse mot metallkorrosjon brukes til produkter laget av høylegerte jernlegeringer, karbon- og syrebestandig stål, plassert i korrosive miljøer med god elektrisk ledningsevne. Med denne metoden skifter potensialet til metallet i positiv retning til det når en stabil (passiv) tilstand.

Den elektrokjemiske anodeinstallasjonen inkluderer: en strømkilde, en katode, en referanseelektrode og et lagret objekt.

For at beskyttelsen skal være så effektiv som mulig for en bestemt gjenstand, må visse regler følges:

minimere antall sprekker, sprekker og luftlommer;

kvaliteten på sveiser og tilkoblinger av metallkonstruksjoner må være maksimal;

katoden og referanseelektroden må plasseres i løsningen og forbli der permanent

METALLSTRUKTURER"

Teoretisk grunnlag

Katodisk beskyttelse av underjordiske metallkonstruksjoner

Driftsprinsipp for katodisk beskyttelse

Når metall kommer i kontakt med jord relatert til elektrolytiske miljøer, oppstår en korrosjonsprosess, ledsaget av dannelsen av en elektrisk strøm, og et visst elektrodepotensial etableres. Størrelsen på elektrodepotensialet til rørledningen kan bestemmes av potensialforskjellen mellom to elektroder: rørledningen og det ikke-polariserende kobbersulfatelementet. Dermed er verdien av rørledningspotensialet forskjellen mellom dets elektrodepotensial og potensialet til referanseelektroden i forhold til bakken. På overflaten av rørledningen skjer elektrodeprosesser i en viss retning, og endringer i tid er stasjonære.

Stasjonært potensial kalles vanligvis naturlig potensial, noe som innebærer fravær av strø og andre induserte strømmer på rørledningen.

Samspillet mellom et korroderende metall og en elektrolytt er delt inn i to prosesser: anodisk og katodisk, som foregår samtidig kl. ulike områder grensesnittet mellom metall og elektrolytt.

Ved beskyttelse mot korrosjon brukes territoriell separasjon av de anodiske og katodiske prosessene. En strømkilde med en ekstra jordingselektrode er koblet til rørledningen, ved hjelp av hvilken en ekstern likestrøm påføres rørledningen. I dette tilfellet skjer den anodiske prosessen på en ekstra jordingselektrode.

Katodisk polarisering av underjordiske rørledninger utføres ved å påføre et elektrisk felt fra en ekstern likestrømkilde. Den negative polen til likestrømskilden er koblet til strukturen som beskyttes, mens rørledningen er katoden i forhold til bakken, og den kunstig opprettede jordingsanoden er den positive polen.

Skjematisk diagram katodisk beskyttelse er vist i fig. 14.1. Med katodisk beskyttelse kobles den negative polen til strømkilden 2 til rørledningen 1, og den positive polen er koblet til den kunstig opprettede anodejordingsanordningen 3. Når strømkilden er slått på, vil strømkilden fra sin pol gjennom den anodiske jordingen går inn i bakken og gjennom skadede områder av isolasjonen 6 til røret. Deretter, gjennom dreneringspunktet 4 langs tilkoblingsledningen 5, går strømmen tilbake til minus til strømkilden. I dette tilfellet begynner prosessen med katodisk polarisering i de utsatte delene av rørledningen.

Ris. 14.1. Skjematisk diagram av katodisk beskyttelse av rørledningen:

1 - rørledning; 2 - ekstern kilde likestrøm; 3 - anodisk jording;

4 - dreneringspunkt; 5 - dreneringskabel; 6 - katodeterminalkontakt;

7 - katodeterminal; 8 - skade på rørledningsisolasjon

Siden spenningen til den eksterne strømmen påført mellom jordingselektroden og rørledningen betydelig overstiger potensialforskjellen mellom elektrodene til korrosjonsmakroparene i rørledningen, spiller ikke det stasjonære potensialet til den anodiske jordingen en avgjørende rolle.

Med inkludering av elektrokjemisk beskyttelse ( j 0a.add) fordelingen av strømmer av korrosjonsmakropar er forstyrret, verdiene av potensialforskjellen "rør-jord" til katodeseksjonene ( j 0k) med potensialforskjellen til anodeseksjonene ( j 0a), betingelser for polarisering er gitt.

Katodisk beskyttelse reguleres ved å opprettholde det nødvendige beskyttelsespotensialet. Hvis rørledningen polariseres til likevektspotensialet ved å påføre en ekstern strøm ( j 0k = j 0a) oppløsning av metallet (fig. 14.2 a), så stopper anodstrømmen og korrosjonen stopper. En ytterligere økning i beskyttelsesstrømmen er upraktisk. Ved mer positive potensielle verdier oppstår fenomenet ufullstendig beskyttelse (fig. 14.2 b). Det kan oppstå under katodisk beskyttelse av en rørledning som ligger i et område med sterk påvirkning av strøstrømmer eller ved bruk av beskyttere som ikke har et tilstrekkelig negativt elektrodepotensial (sinkbeskyttere).

Kriteriene for å beskytte metall mot korrosjon er beskyttende strømtetthet og beskyttelsespotensial.

Katodisk polarisering av en bar metallstruktur til beskyttelsespotensialet krever betydelige strømmer. De mest sannsynlige verdiene for strømtettheter som kreves for polarisering av stål i forskjellige miljøer til minimum beskyttelsespotensial (-0,85 V) i forhold til kobbersulfat-referanseelektroden er gitt i tabell. 14.1

Ris. 14.2. Korrosjonsdiagram for tilfellet med fullstendig polarisering (a) og

ufullstendig polarisering (b)

Typisk brukes katodisk beskyttelse i forbindelse med isolerende belegg påført den ytre overflaten av rørledningen. Overflatebelegg reduserer den nødvendige strømmen med flere størrelsesordener. For katodisk beskyttelse av stål med et godt belegg i jord kreves altså kun 0,01 ... 0,2 mA/m 2.

Tabell 14.1

Strømtetthet kreves for katodisk beskyttelse

bar ståloverflate i ulike miljøer

Den beskyttende strømtettheten for isolerte hovedrørledninger kan ikke bli et pålitelig beskyttelseskriterium på grunn av den ukjente fordelingen av skadet rørledningsisolasjon, som bestemmer det faktiske kontaktområdet til metallet med bakken. Selv for et uisolert rør (en patron ved en underjordisk passasje gjennom jernbaner og motorveier), er den beskyttende strømtettheten bestemt av strukturens geometriske dimensjoner og er fiktiv, siden andelen av overflaten til patronen forblir ukjent, dekket med konstant presentere passive beskyttende lag (skala, etc.) og ikke delta under prosessen med depolarisering. Derfor brukes beskyttelsesstrømtettheten som beskyttelseskriterium for noen laboratorieforskning utført på metallprøver.