М. Іванов, к. х. н.
Корозія металів, особливо заліза та нелегованої сталі, завдає великої шкоди апаратам та трубопроводам, що експлуатуються в умовах контакту з водою та повітрям. Це призводить до зниження термінів служби обладнання та додатково створює умови для забруднення води продуктами корозії.
Підписатися на статті можна на
Як відомо, корозія є електрохімічним процесом, у якому відбувається окислення металу, тобто віддача його атомами електронів. Цей процес здійснюється в мікроскопічній частині поверхні, яка називається анодною областю. Він призводить до порушення цілісності металу, атоми якого вступають у хімічні реакції, особливо активно - у присутності кисню повітря та вологи.
Оскільки метали добре проводять електричний струм, вивільнені електрони вільно перетікають в іншу мікроскопічну область, де у присутності води та кисню відбуваються відновлювальні реакції. Таку область називають катодною.
Протіканню електрохімічної корозії можна протидіяти, зробивши з допомогою докладання напруги від зовнішнього джерела постійного струму зсув електродного потенціалу металу до значень, у яких процес корозії немає.
На основі цього збудовано системи катодного захисту підземних трубопроводів, резервуарів та інших металевих споруд. У випадку застосування до електричного потенціалу, що захищається, на всій поверхні металевої конструкції встановлюються такі значення потенціалу, при яких можуть протікати тільки відновлювальні катодні процеси: наприклад, катіони металу прийматимуть електрони і перетворюватися на іони нижчого ступеня окислення або нейтральні атоми.
Технічно метод катодного захисту металів здійснюється так ( Рис. 1). До металевої конструкції, що захищається, наприклад сталевому трубопроводу, підводиться провід, який з'єднують з негативним полюсом катодної станції, в результаті цього трубопровід стає катодом. На деякій відстані від металевої конструкції в ґрунті розташовується електрод, який за допомогою дроту з'єднується з позитивним полюсом і стає анодом. Різниця потенціалів між катодом і анодом створюють таким чином, щоб повністю виключити протікання окислювальних процесів на конструкції, що захищається. У цьому випадку через вологий ґрунт між катодом і анодом у товщі ґрунту протікатимуть слабкі струми. Для ефективного захисту потрібно розміщення кількох анодних електродів по всій довжині трубопроводу. Якщо вдається знизити різницю потенціалів конструкції і грунту, що захищається, до 0,85-1,2 В, то швидкість протікання корозії трубопроводу зменшується до істотно малих значень.
Отже, система катодного захисту включає джерело постійного електричного струму, контрольно-вимірювальний пункт та анодне заземлення. Зазвичай станція катодного захисту складається з трансформатора змінного струму та діодного випрямляча. Як правило, її харчування здійснюється від мережі напругою 220 В; існують також станції, що живляться від ліній високої (6-10 кВ) напруги.
Для ефективної роботи катодної станції створювана нею різниця потенціалів катода і анода повинна бути не менше 0,75 В. У деяких випадках для успішного захисту достатньо близько 0,3 В. У той же час як технічних параметрівстанцій катодного захисту використовуються величини номінальних значень вихідного струму та вихідної напруги. Так, зазвичай номінальна вихідна напруга станцій становить від 20 до 48 В. При великій відстані між анодом і об'єктом, що захищається необхідне значення вихідної напруги станції досягає 200 В.
Як аноди застосовують допоміжні інертні електроди. Анодні заземлювачі, наприклад моделі АЗМ-3Х виробництва ЗАТ «Катод» (пос. Розвилка, Московська обл.), є виливками з корозійно-стійкого сплаву, забезпечені спеціальним проводом з мідною жилою в посиленій ізоляції, а також герметизованою муфтою для приєднання до магістрального кабелю станції катодного захисту. Найраціональніше використовувати заземлювачі в середовищах високої та середньої корозійної активності при питомий опірґрунту до 100 Ом.м. Для оптимального розподілу напруженості поля та щільності струму по корпусу обладнання навколо анодів мають спеціальні екрани у вигляді засипки з вугілля або коксу.
Для оцінки ефективності роботи станції катодного захисту необхідна система, що складається з вимірювального електрода та електрода порівняння та є основною частиною контрольно-вимірювального пункту. З показань даних електродів проводиться регулювання різниці потенціалів катодного захисту.
Вимірювальні електроди виготовляють із високолегованої сталі, крем'янистого чавуну, платинованої латуні або бронзи, а також міді. Електроди порівняння - хлорсрібні або сульфатно-мідні. По своєму конструктивному виконаннюелектроди порівняння можуть бути занурювальними або виносними. Склад розчину, що використовується в них, повинен бути близьким до складу середовища, шкідливого впливуякої потрібно захистити обладнання.
Можна відзначити біметалічні електроди порівняння тривалої дії типу ЕДБ, розроблені ВНДІГАЗом (Москва). Вони призначені для вимірювання різниці потенціалів між підземним металевим об'єктом (включаючи трубопровід) та землею для управління станцією катодного захисту автоматичному режимів умовах великого навантаження та на значній глибині, тобто там, де інші електроди не можуть забезпечити постійну підтримку заданого потенціалу.
Обладнання для катодного захисту поставляється переважно вітчизняними виробниками. Так, згадане ЗАТ «Катод» пропонує станцію «Мінерва-3000» ( Рис. 2), призначену для захисту магістральних водопровідних мереж. Її номінальна вихідна потужність – 3,0 кВт, вихідна напруга – 96 В, сила струму захисту – 30 А. Точність підтримки захисного потенціалу та величини струму відповідно становить 1 та 2 %. Розмір пульсації - трохи більше 1 %.
Інший російський виробник- ВАТ «Енергоміра» (Ставрополь) – постачає модулі марок МКЗ-М12, ПНКЗ-ППЧ-М10 та ПН-ОПЕ-М11, що забезпечують ефективний катодний захист підземних металевих споруд у зонах високої корозійної небезпеки. Модуль МКЗ-М12 має номінальний струм 15 чи 20 А; номінальна вихідна напруга – 24 В. Для моделей МКЗ-М12-15-24-У2 вихідна напруга становить 30 В. Точність підтримки захисного потенціалу досягає ±0,5 %, заданого струму ±1 %. Технічний ресурс – 100 тис. год, а термін служби – не менше 20 років.
ТОВ «Електронні технології» (Твер) пропонує станції катодного захисту «Тверця» ( Рис. 3), що комплектуються вбудованим мікропроцесором і телемеханічною системою дистанційного керування. Контрольно-вимірювальні пункти обладнані електродами, що неполяризуються, порівняння тривалої дії з датчиками електрохімічного потенціалу, що забезпечують вимірювання поляризаційних потенціалів на трубопроводі. До складу цих станцій включені також регульований джерело катодного струму та блок датчиків електричних параметрів ланцюга, який через контролер з'єднаний із пристроєм дистанційного доступу. Трансформатор цієї станції виконаний на основі феритових сердечників типу Epcos. Використовується система управління перетворювачем напруги на основі мікросхеми типу UCC 2808A.
Компанія "Курс-ОП" (Москва) випускає станції катодного захисту "Елкон", напруга на виході яких змінюється в діапазоні від 30 до 96 В, а вихідний струм - в діапазоні від 20 до 60 А. Пульсації вихідної напруги - не більше 2% . Ці станції призначені для захисту від ґрунтової корозії однониткових, а із застосуванням блоку спільного захисту та багатониткових трубопроводів у зонах відсутності блукаючих струмів в умовах помірного клімату (від -45 до +40 °С). До складу станцій входять однофазний силовий трансформатор, перетворювач із ступінчастим регулюванням вихідної напруги, високовольтна апаратура, двополюсний роз'єднувач з ручним приводом та обмежувачі перенапруг.
Можна також відзначити установки катодного захисту серії НГК-ІПКЗ виробництва ТОВ НПФ «Нафтогазкомплекс ЕХЗ» (Саратов), максимальний струм на виході з яких становить 20 або 100 А, а номінальна вихідна напруга - 48 В.
Один із постачальників станцій катодного захисту з країн СНД – фірма «Гофман Електрик Технолоджис» (Харків, Україна), що пропонує обладнання для електрохімічного захисту від ґрунтової корозії магістральних трубопроводів.
Електрохімічний захист – ефективний спосібзахисту готових виробів від електрохімічної корозії. У деяких випадках неможливо відновити лакофарбове покриття або захисний обгортковий матеріал, тоді доцільно використовувати електрохімічний захист. Покриття підземного трубопроводу або днища морського судудуже трудомістко та дорого відновлювати, іноді просто неможливо. Електрохімічний захист надійно захищає виріб від попередження руйнування підземних трубопроводів, днищ суден, різних резервуарів і т.п.
Застосовується електрохімічна захист у випадках, коли потенціал вільної корозії перебуває у сфері інтенсивного розчинення основного металу чи перепасивації. Тобто. коли йде інтенсивна руйнація металоконструкції.
Суть електрохімічного захисту
До готового металевого виробу ззовні підключається постійний струм (джерело постійного струму або протектор). Електричний струм на поверхні виробу, що захищається створює катодну поляризацію електродів мікрогальванічних пар. Результатом цього є те, що анодні ділянки на поверхні металу стають катодними. А внаслідок дії корозійного середовища йде руйнація не металу конструкції, а анода.
Залежно від того, в яку сторону (позитивну або негативну) зміщується потенціал металу, електрохімічний захист поділяють на анодну та катодну.
Катодний захист від корозії
Катодний електрохімічний захист від корозії застосовується тоді, коли метал, що захищається, не схильний до пасивації. Це один із основних видів захисту металів від корозії. Суть катодного захисту полягає у додатку до виробу зовнішнього струму від негативного полюса, що поляризує катодні ділянки корозійних елементів, наближаючи значення потенціалу до анодних. Позитивний полюс джерела струму приєднується до аноду. При цьому корозія конструкції, що захищається, майже зводиться до нуля. Анод поступово руйнується і його необхідно періодично змінювати.
Існує кілька варіантів катодного захисту: - поляризація від зовнішнього джерела електричного струму; зменшення швидкості протікання катодного процесу (наприклад, деаерація електроліту); контакт з металом, у якого потенціал вільної корозії в даному середовищі більш електронегативний (так званий протекторний захист).
Поляризація від зовнішнього джерела електричного струму використовується дуже часто для захисту споруд, що знаходяться у ґрунті, воді (днища суден тощо). Крім того даний видкорозійного захисту застосовується для цинку, олова, алюмінію та його сплавів, титану, міді та її сплавів, свинцю, а також високохромистих, вуглецевих, легованих (як низько так і високолегованих) сталей.
Зовнішнім джерелом струму служать станції катодного захисту, які складаються з випрямляча (перетворювач), струмопідводу до споруджуваного, анодних заземлювачів, електрода порівняння і анодного кабелю.
Катодний захистзастосовується як самостійний, і додатковий вид корозійного захисту.
Головним критерієм, за яким можна судити про ефективність катодного захисту, є захисний потенціал. Захисним називається потенціал, при якому швидкість корозії металу в певних умов довкілляприймає найнижче (наскільки це можливо) значення.
У використанні катодного захисту є недоліки. Одним із них є небезпека перезахисту. Перезахист спостерігається при великому зміщенні потенціалу об'єкта, що захищається негативний бік. У цьому виділяється. В результаті – руйнування захисних покриттів, водневе крихтіння металу, корозійне розтріскування.
Протекторний захист (застосування протектора)
Різновидом катодного захисту є протекторна. При використанні протекторного захисту до об'єкта, що захищається, приєднується метал з більш електронегативним потенціалом. При цьому відбувається руйнація не конструкції, а протектора. Згодом протектор корродує та його необхідно замінювати на новий.
Протекторний захист ефективний у випадках, коли між протектором та навколишнім середовищем невеликий перехідний опір.
Кожен протектор має свій радіус захисної дії, що визначається максимально можливою відстанню, який можна видалити протектор без втрати захисного ефекту. Застосовується протекторний захист найчастіше тоді, коли неможливо чи важко та дорого підвести до конструкції струм.
Протектори використовуються для захисту споруд у нейтральних середовищах (морське або річкова вода, повітря, ґрунт та ін.).
Для виробництва протекторів використовують такі метали: магній, цинк, залізо, алюміній. Чисті метали не виконують повною мірою своїх захисних функційтому при виготовленні протекторів їх додатково легують.
Залізні протектори виготовляються із вуглецевих сталей або чистого заліза.
Цинкові протектори
Цинкові протектори містять близько 0,001 – 0,005 % свинцю, міді та заліза, 0,1 – 0,5 % алюмінію та 0,025 – 0,15 % кадмію. Цинкові проектори застосовують для захисту виробів від морської корозії (солоної води). Якщо цинковий протектор експлуатувати в слабосоленій, прісній воді чи ґрунтах – він досить швидко покривається товстим шаром оксидів та гідроксидів.
Протектор магнієвий
Сплави виготовлення магнієвих протекторів легують 2 – 5 % цинку і 5 – 7 % алюмінію. Кількість у сплаві міді, свинцю, заліза, кремнію, нікелю не повинна перевищувати десятих і сотих часток відсотка.
Магнієвий протектор використовують у слабосолених, прісних водах, ґрунтах. Протектор застосовується в середовищах, де цинкові та алюмінієві протектори малоефективні. Важливим аспектом є те, що протектори з магнію повинні експлуатуватися серед рН 9,5 – 10,5. Це пояснюється високою швидкістю розчинення магнію та утворенням на його поверхні важкорозчинних сполук.
Магнієвий протектор є небезпечним, т.к. є причиною водневого охрупчування та корозійного розтріскування конструкцій.
Алюмінієві протектори
Алюмінієві протектори містять добавки, які запобігають утворенню оксидів алюмінію. У такі протектори вводять до 8% цинку, до 5% магнію та десяті-соті частки кремнію, кадмію, індії, талію. Алюмінієві протектори експлуатуються у прибережному шельфі та проточній морській воді.
Анодний захист від корозії
Анодний електрохімічний захист застосовують для конструкцій, виготовлених з титану, низьколегованих нержавіючих, вуглецевих сталей, залізистих високолегованих сплавів, різнорідних металів, що пасивуються. Анодний захист застосовується у добре електропровідних корозійних середовищах.
При анодному захисті потенціал металу, що захищається, зміщується в більш позитивну сторону до досягнення пасивного стійкого стану системи. Достоїнствами анодного електрохімічного захисту є не тільки дуже значне уповільнення швидкості корозії, але й той факт, що у продукт, що виробляється і середовище, не потрапляють продукти корозії.
Анодний захист можна реалізувати декількома способами: змістивши потенціал у позитивну сторону за допомогою джерела зовнішнього електричного струму або введенням у корозійне середовище окислювачів (або елементів у сплав), які підвищують ефективність катодного процесу на поверхні металу.
Анодний захист із застосуванням окислювачів по захисному механізмусхожа з анодною поляризацією.
Якщо використовувати пасивні інгібітори з окислюючими властивостями, то поверхня, що захищається, переходить в пасивний стан під дією виниклого струму. До них відносяться біхромати, нітрати та ін Але вони досить сильно забруднюють навколишнє технологічне середовище.
При введенні в сплав добавок (в основному легування благородним металом) реакція відновлення деполяризаторів, що протікає на катоді, проходить з меншим перенапругою, ніж на металі, що захищається.
Якщо через конструкцію, що захищається, пропустити електричний струм, відбувається зміщення потенціалу в позитивну сторону.
Установка для анодного електрохімічного захисту від корозії складається з джерела зовнішнього струму, електрода порівняння, катода і самого об'єкта, що захищається.
Для того, щоб дізнатися, чи можливо для певного об'єкта застосувати анодний електрохімічний захист, знімають анодні поляризаційні криві, за допомогою яких можна визначити потенціал корозії досліджуваної конструкції в певному корозійному середовищі, область стійкої пасивності та щільність струму в цій галузі.
Для виготовлення катодів використовуються малорозчинні метали, такі, як високолеговані нержавіючі сталі, тантал, нікель, свинець, платина.
Щоб анодна електрохімічна захист у певному середовищі була ефективна, необхідно використовувати метали і сплави, що легко пасивуються, електрод порівняння і катод повинні весь час знаходиться в розчині, якісно виконані сполучні елементи.
До кожного випадку анодного захисту схема розташування катодів проектується індивідуально.
Для того, щоб анодна захист була ефективною для певного об'єкта, потрібно, щоб він відповідав деякою вимогою:
Усі зварні шви мають бути виконані якісно;
У технологічному середовищі матеріал, з якого виготовлений об'єкт, що захищається, повинен переходити в пасивний стан;
Кількість повітряних кишень та щілин має бути мінімальною;
На конструкції не повинно бути заклепувальних з'єднань;
У пристрої, що захищається, електрод порівняння і катод повинні завжди знаходитися в розчині.
Для реалізації анодного захисту хімічної промисловостічасто використовують теплообмінники та установки, що мають циліндричну форму.
Електрохімічний анодний захист нержавіючих сталей застосовується для виробничих сховищ сірчаної кислоти, розчинів на основі аміаку, мінеральних добрив, а також усіляких збірок, цистерн, мірників.
Анодний захист може також застосовуватися для запобігання корозійному руйнуванню ванн хімічного нікелювання, теплообмінних установок у виробництві штучного волокна та сірчаної кислоти.
Трубопровідні магістралі – це на сьогоднішній день найпоширеніший засіб для транспортування носіїв енергії. Очевидний їх недолік - схильність до утворення іржі. Для цього виконується катодна захист магістральних трубопроводів від корозії. У чому її принцип дії?
Причини корозії
Мережі трубопроводів систем життєзабезпечення поширені на всій території Росії. З їх допомогою ефективно транспортується газ, вода, нафтопродукти та нафта. Нещодавно було прокладено трубопроводів для транспортування аміаку. Більшість видів трубопроводів виконані з металу, а головний їхній ворог – це корозія, видів якої є багато.
Причини утворення іржі на металевих поверхнях ґрунтуються на властивостях навколишнього середовища, як зовнішньої, так і внутрішньої корозії трубопроводів. Небезпека утворення корозії для внутрішніх поверхоньзаснована на:
- Взаємодія з водою.
- Наявність у воді лугів, солей чи кислот.
Такі обставини можуть скластися на магістральних водопроводах, системах гарячого водопостачання (ГВП), пари та опалення. Не менше важливим факторомє спосіб прокладання трубопроводу: наземний чи підземний. Перший простіше обслуговувати та усувати причини утворення іржі порівняно з другим.
При способі прокладання "труба в іншу трубу" ризик виникнення корозії знаходиться на невисокому рівні. При безпосередньому виконанні монтажу трубопроводу на відкритому повітрі можливе утворення іржі від взаємодії з атмосферою, що також призводить до зміни конструкції.
Трубопроводи, розташовані під землею, у тому числі пари та гарячої води найбільш вразливі до корозії. Виникає питання про схильність до корозії труб, розташованих на дні вододжерел, але невелика частина магістралей розташована в цих місцях.
Відповідно до призначення трубопроводи з ризиком виникнення корозії поділяються на:
- магістральні;
- промислові;
- для систем опалення та життєзабезпечення населення;
- для стічних вод від промислових підприємств.
Схильність до корозії магістральних трубопровідних мереж
Корозія трубопроводів даного типу найбільш добре вивчена, та їх захист від впливу зовнішніх факторіввизначено стандартними вимогами. У нормативних документах розглядаються способи захисту, а чи не причини, з яких відбувається утворення іржі.
Не менш важливо враховувати, що при цьому розглядається тільки зовнішня корозія, якій піддається зовнішній ділянці трубопроводу, так як усередині магістралі проходять інертні гази. Не настільки небезпечно у разі контактування металу з атмосферою.
Для захищеності від корозії за ГОСТом розглядаються для кількох ділянка трубопроводу: підвищеної та високої небезпеки, а також корозійно-небезпечних.
Вплив негативних факторів із атмосфери для ділянок підвищеної небезпекиабо види корозії:
- Від джерел постійного струму виникнення блукаючих струмів.
- Вплив мікроорганізмів.
- Створена напруга провокує розтріскування металу.
- Зберігання відходів.
- Солоні ґрунти.
- Температура речовини, що транспортується, вище 300 °С.
- Вуглекислотна корозія нафтопроводу.
Монтер із захисту підземних трубопроводів від корозії повинен знати конструкцію трубопроводу та вимоги СНіП.
Електрохімічна корозія від ґрунту
Внаслідок різниці напруги, що утворилися на окремих ділянках трубопроводів, виникає потік електронів. Процес утворення іржі відбувається за електрохімічним принципом. На підставі цього ефекту частина металу в анодних зонах розтріскується і перетікає в основу ґрунту. Після взаємодії з електролітом утворюється корозія.
Одним із значних критеріїв для забезпечення захисту від негативних проявів є довжина магістралі. На шляху трапляються ґрунти з різним складомта характеристикою. Все це сприяє виникненню різниці напруги між частинами прокладених трубопроводів. Магістралі мають хорошу провідність, тому відбувається утворення гальванопар з досить великою протяжністю.
Збільшення швидкості корозії трубопроводу провокує висока щільністьпотоку електронів. Не менше значення відіграє і глибина розташування магістралей, оскільки на ній зберігається суттєвий відсоток вологості, і температури, яка нижче за позначку “0” не відпускається. На поверхні труб залишається прокатна окалина після обробки, а це впливає на появу іржі.
Шляхом проведення дослідницьких робітвстановлена пряма залежність між глибиною та площею утвореної іржі на металі. Це засноване на тому, що метал з більшою площею поверхні є найбільш вразливим до зовнішніх негативних проявів. До окремих випадків можна віднести прояв на сталевих спорудах значно менших кількостей руйнувань під впливом електрохімічного процесу.
Агресивність ґрунтів до металу, насамперед, визначається їхньою власною структурною складовою, вологістю, опором, насиченістю лугами, повітряною проникністю та іншими факторами. Монтер із захисту підземних трубопроводів від корозії має бути ознайомлений із проектом на будівництво магістралі.
Корозія під впливом блукаючих струмів
Іржа може виникати від змінного та постійного потоку електронів:
- Утворення іржі під впливом струму незмінних величин. Блукаючими струмами називаються струми, що знаходяться в ґрунті та в конструктивних елементах, розташованих під землею. Їхнє походження антропогенне. Вони виникають внаслідок експлуатації технічних пристроїв постійного струму, що поширюється від будівель чи споруд. Ними можуть бути зварювальні інвертори, системи захисту від катодів та інші пристрої. Струм прагне пройти шляхом найменшого показника опору, в результаті, при наявних трубопроводах у землі, струму буде набагато легше пройти через метал. Анодом є ділянка трубопроводу, з якого блукаючий струм виходить на поверхню ґрунту. Частина трубопроводу, який потрапляє струм, грає роль катода. На описаних анодних поверхнях струми мають підвищену щільність, тому у цих місцях утворюються значні корозійні місця. Швидкість корозії не обмежується і може бути до 20 мм на рік.
- Утворення іржі під впливом змінного струму. При розташуванні біля магістралей ліній електропередач із напругою мережі понад 110 кВ, і навіть паралельному розташуванні трубопроводів під впливом змінних струмів утворюється корозія, зокрема корозія під ізоляцією трубопроводів.
Корозійне розтріскування під впливом напруги
Якщо на металеву поверхню одночасно впливають зовнішні негативні факториі висока напругавід ЛЕП, що створює зусилля, що розтягують, то відбувається утворення іржі. Згідно з проведеними дослідженнями, отримала своє місце воднево-корозійна нова теорія.
Тріщини невеликого розміру утворюються при насиченні труби воднем, яке після забезпечує збільшення тиску зсередини до показників, вище за належний еквівалент зв'язку атомів і кристалів.
Під впливом дифузії протонів проводиться наводження поверхневого шару під вплив гідролізу при підвищених рівняхкатодної захищеності та одночасного впливу неорганічних сполук.
Після того, як тріщина розкриється, відбувається прискорення процесу іржавіння металу, яке забезпечується ґрунтовим електролітом. У результаті під впливом механічних впливів метал зазнає повільного руйнування.
Корозія під впливом мікроорганізмів
Мікробіологічна корозія називається процес утворення іржі на трубопроводі під впливом живих мікроорганізмів. Це можуть бути водорості, грибки, бактерії, у тому числі найпростіші організми. Встановлено, що розмноження бактерій найбільше впливає на цей процес. Для підтримки життєдіяльності мікроорганізмів необхідне створення умов, саме потрібен азот, вологість, води та солі. Також такі умови, як:
- Температурно-вологісні показники.
- Тиск.
- Наявність освітленості.
- Кисень.
При виділенні кислотного середовища організми можуть викликати корозію. Під їх впливом на поверхні проявляються каверни, що мають чорний колір і неприємний запахсірководню. Бактерії, що містять сульфати, присутні практичні у всіх грунтах, але швидкість корозії збільшується при збільшенні їх кількості.
Що таке електрохімічний захист
Електрохімічний захист трубопроводів від корозії – це комплекс заходів, вкладених у недопущення розвитку корозії під впливом електричного поля. Для перетворення постійного струму використовуються спеціалізовані випрямлячі.
Захист від корозії проводиться виробництвом електромагнітного поля, внаслідок чого набувається негативного потенціалу чи ділянку виконує роль катода. Тобто відрізок сталевих трубопроводів, захищений від утворення іржі, набуває негативного заряду, а заземлення – позитивного.
Катодна захист трубопроводів від корозії супроводжує електролітичною захищеністю з достатньою провідністю середовища. Таку функцію виконує ґрунт при прокладанні металевих підземних магістралей. Контактування електродів здійснюється через струмопровідні елементи.
Індикатор визначення показників корозії – це високовольтний вольтметр чи датчик корозії. За допомогою цього приладу контролюється показник між електролітом та ґрунтом, конкретно для цього випадку.
Як класифікується електрохімічний захист
Корозія та захист магістральних трубопроводів та резервуарів від неї контролюються двома способами:
- До металевої поверхні підводиться джерело струму. Ця ділянка набуває негативного заряду, тобто виконує роль катода. Аноди – це інертні електроди, які жодного відношення до конструктивного виконання не мають. Цей спосіб вважається найбільш поширеним і електрохімічна корозія не виникає. Така методика спрямована на недопущення наступних різновидів корозій: піттингової, внаслідок присутності блукаючих струмів, кристалічного типу нержавіючої сталі, а також розтріскування елементів з латуні.
- Гальванічний метод. Захист магістральних трубопроводів або протекторний захист здійснюється металевими пластинами з великими показниками негативних зарядів, виготовленими з алюмінію, цинку, магнію або їх сплавів. Аноди – це два елементи, так звані інгібітори, при цьому повільна руйнація протектора сприяє підтримці у виробі катодного струму. Протекторний захист використовується вкрай рідко. ЕХЗ виконується на ізоляційне покриття трубопроводів.
Про особливості електрохімічного захисту
Основною причиною руйнування трубопроводів є наслідок корозії металевих поверхонь. Після утворення іржі утворюють тріщини, розриви, каверни, які поступово збільшуються у розмірах та сприяють розриву трубопроводу. Це частіше відбувається у магістралей, прокладених під землею, чи стикаються з грунтовими водами.
У принципі дії катодного захисту закладено створення різниці напруги та дії двома вищеописаними методами. Після проведених вимірювальних операцій безпосередньо біля розташування трубопроводу з'ясовано, що необхідний потенціал, що сприяє уповільненню процесу руйнування повинен становити 0,85В, а підземних елементів це значення дорівнює 0,55В.
Для уповільнення швидкості корозії слід зменшити катодну напругу на 0,3В. При такому розкладі швидкість корозії не буде більше 10 мкм/рік, а це суттєво продовжить термін служби технічних пристроїв.
Одна із значних проблем – це наявність блукаючих струмів у ґрунті. Такі струми виникають від заземлень будівель, споруд, рейкових колій та інших пристроїв. Тим більше, неможливо провести точну оцінку, де вони можуть проявитися.
Для створення руйнівного впливу достатньо заряду сталевих трубопроводів позитивним потенціалом до електролітичного оточення, до них відносяться магістралі, прокладені в грунті.
Для того щоб забезпечити контур струмом необхідно підвести зовнішню напругу, параметри якої будуть достатніми для пробивання опору ґрунтової основи.
Як правило, подібні джерела – це лінії електропередач із показниками потужностей від 6 до 10 кВт. Якщо електричний струм неможливо підвести, можна використовувати дизельні або газові генератори. Монтер із захисту підземних трубопроводів від корозії перед виконанням робіт має бути ознайомлений із проектними рішеннями.
Катодний захист
Щоб знизився відсоток виникнення іржі на поверхні труб, використовуються станції електродного захисту:
- Анодна, виконана у вигляді провідників, що заземлюють.
- Перетворювачі постійних потоків електронів.
- Обладнання пункту управління процесом та контролю за цим процесом.
- Кабельні та провідні з'єднання.
Станції катодних захистів досить результативні, при безпосередньому з'єднанні з лінією електропередачі або генератору, вони забезпечують інгібуючу дію струмів. При цьому забезпечується захист одночасно кількох ділянок трубопроводу. Регулювання параметрів здійснюється вручну або автоматично. У першому випадку використовуються обмотки трансформаторів, а у другому – тиристори.
Найбільш поширеною біля Росії є високотехнологічна установка – Міневра -3000. Її потужності достатньо для здійснення захисту 30000 м магістралей.
Переваги технічного устрою:
- високі показники потужності;
- оновлення режиму роботи після перевантаження через чверть хвилини;
- за допомогою цифрового регулювання здійснюється контроль за робочими параметрами;
- герметичність високовідповідальних сполук;
- підключення пристрою до дистанційного контролю над процесом.
Також застосовуються АСКГ-ТМ, хоча вони їх потужність невелика, їх оснащення телеметричним комплексом або дистанційним керуваннямдозволяє їм бути не менш популярними.
Схема ізоляційної магістралі водопроводу чи газопроводу має бути дома проведення робіт.
Відео: катодна захист від корозії - який буває і як виконується?
Захист від корозії облаштуванням дренажу
Монтер захисту підземних трубопроводів від корозії повинен бути ознайомлений з пристроєм дренажу. Такий захист від утворення іржі трубопроводів від блукаючих струмів проводиться пристроєм дренажу, необхідним для відведення цих струмів в іншу ділянку землі. Усього існує кілька варіантів дренажів.
Різновиди виконання:
- Виконаний під землею.
- Прямий.
- З полярностями.
- Посилений.
При здійсненні земляного дренажу проводять установку електродів до анодні зони. Для забезпечення прямої дренажної лінії виконується електрична перемичка, що з'єднує трубопровід з негативним полюсом джерел струмів, наприклад, заземленню від житлового будинку.
Поляризований дренаж має односторонню провідність, тобто при появі позитивного заряду на контурі заземлення він автоматично відключається. Посилений дренаж функціонує від перетворювача струму, додатково підключеного до електричну схему, а це покращує відведення блукаючих струмів від магістралі.
Надбавка на корозію трубопроводів проводиться розрахунковим шляхом, згідно з РД.
Крім того, застосовується інгібіторний захист, тобто на трубах використовується спеціальний складдля захисту від агресивних середовищ. Стоянка корозія виникає при простої котельного обладнання тривалий час, щоб цього не відбувалося, необхідне технічне обслуговування обладнання.
Монтер із захисту підземних трубопроводів від корозії повинен мати знання та навички, навчений Правилам і періодично проходити медогляд, і складати іспити в присутності інспектора Ростехнагляду.
Запобігання металу від корозії шляхом накладання зовнішнього постійного електричного струму, при якому радикально змінюється електродний потенціал матеріалу та змінюється швидкість його корозії, називається електрохімічним захистом. Вона надійно оберігає поверхні від корозії, запобігаючи руйнуванню підземних резервуарів, трубопроводів, днищ суден, газгольдерів, гідротехнічних споруд, газопроводів і т.п. відбувається активне руйнування металоконструкцій.
Принцип дії електрохімічного захисту
До металевої конструкції ззовні підключається джерело постійного струму. На поверхні виробу електричний струм формує катодну поляризацію електродів, у результаті відбувається обмін, і анодні ділянки трансформуються в катодні. Внаслідок цього під впливом корозійного середовища відбувається руйнування анода, а не вихідного матеріалу. Такого роду захист поділяється на катодну і анодну, залежить це від того, в яку сторону (негативну або позитивну) зсувається потенціал металу.
Катодний захист від корозії
Приклад: (+0,8) Au/Fe(-0,44)
Для підвищення стійкості металевих деталей при зіткненні з будь-яким агресивним середовищем або при експлуатації з впливом морської води або ґрунту застосовується катодний захист від корозії. При цьому катодна поляризація металу, що зберігається досягається формуванням мікрогальванічної пари з іншим металом (алюміній, цинк, магній), зниженням швидкості катодного процесу (деаерація електроліту) або накладенням електроструму від зовнішнього джерела.
Такий прийом, як правило, застосовується для збереження чорних металів, тому що з них виготовляється більша частина об'єктів, що розміщуються в грунті та воді – наприклад, пірси, пальові споруди, трубопроводи. Широке застосування даний метод знайшов і в машинобудуванні, при профілактиці корозійних процесів нових і машин, що знаходяться в експлуатації, при обробці кузова автомобіля, порожнин лонжеронів, вузлів шасі і т. п. Слід зазначити, що цим же способом проводиться ефективний захистднища автомобіля, яке найчастіше піддається впливу агресивних середовищ.
Катодний захист, при багатьох перевагах, все ж таки має і недоліки. Один з них - надлишок захисту, таке явище відзначається при сильному зміщенні потенціалу виробу, що зберігається в негативну сторону. В результаті - крихкість металу, корозійне розтріскування матеріалу і руйнування всіх покриттів, що оберігають. Її різновидом є протекторний захист. При її використанні до виробу, що зберігається, приєднується метал з негативним потенціалом (протектор), який згодом, зберігаючи об'єкт, руйнується.
Анодний захист
Приклад: (-0,77)Cd/Fe(-0,44) 
Анодний захист від корозії металу застосовується для виробів, виготовлених із високолегованих залізистих сплавів, вуглецевої та кислототривкої сталі, розташованих у корозійних середовищах з гарною електропровідністю. При цьому способі потенціал металу зсувається в позитивну сторону доти, доки не досягне стабільного (пасивного) стану.
Анодна електрохімічна установка включає: джерело струму, катод, електрод порівняння і об'єкт, що зберігається.
Для того щоб захист був максимально ефективним для будь-якого конкретного предмета, необхідно дотриматися певних правил:
звести до мінімуму кількість тріщин, щілин та повітряних кишень;
якість зварних швів та з'єднань металоконструкцій має бути максимальною;
катод і електрод порівняння повинні бути поміщені в розчин і знаходитись там постійно
МЕТАЛЕВИХ СПОРУД»
Катодний захист підземних металевих споруд
Принцип дії катодного захисту
При контакті металу з ґрунтами, що належать до електролітичних середовищ, відбувається корозійний процес, що супроводжується утворенням електричного струму, та встановлюється певний електродний потенціал. Величину електродного потенціалу трубопроводу можна визначити по різниці потенціалів між двома електродами: трубопроводом і мідно-сульфатним елементом, що неполяризується. Таким чином, значення потенціалу трубопроводу є різницею його електродного потенціалу і потенціалу електрода порівняння по відношенню до грунту. На поверхні трубопроводу протікають електродні процеси певного напрямку та стаціонарні за характером зміни часу.
Стаціонарний потенціал прийнято називати природним потенціалом, маючи на увазі при цьому відсутність на трубопроводі блукаючих та інших наведених струмів.
Взаємодія корозіюючого металу з електролітом поділяється на два процеси: анодний та катодний, які проходять одночасно на різних ділянкахповерхні розділу металу та електроліту.
При захисті від корозії використовують територіальний поділ анодного та катодного процесів. До трубопроводу підключають джерело струму з додатковим заземлювачем електродом, за допомогою якого накладають на трубопровід зовнішній постійний струм. В цьому випадку анодний процес відбувається на додатковому електроді-заземлювачі.
Катодна поляризація підземних трубопроводів здійснюється за допомогою накладання електричного поля від зовнішнього джерела постійного струму. Негативний полюс джерела постійного струму підключається до конструкції, що захищається, при цьому трубопровід є катодом по відношенню до грунту, штучно створений анод-заземлювач - до позитивного полюса.
Принципова схемакатодного захисту показано на рис. 14.1. При катодному захисті негативний полюс джерела струму 2 підключений до трубопроводу 1, а позитивний - штучно створеного аноду-заземлювача 3. При включенні джерела струму від його полюса через анодне заземлення надходить в грунт і через пошкоджені ділянки ізоляції 6 на трубу. Далі через точку дренажу 4 по сполучному дроту струм 5 повертається знову до мінусу джерела живлення. При цьому на оголених ділянках трубопроводу починається процес катодної поляризації.
Рис. 14.1. Принципова схема катодного захисту трубопроводу:
1 - трубопровід; 2 - зовнішнє джерелопостійного струму; 3 – анодне заземлення;
4 – точка дренажу; 5 – дренажний кабель; 6 – контакт катодного виведення;
7 – катодний висновок; 8 - пошкодження ізоляції трубопроводу
Оскільки напруга зовнішнього струму, прикладеного між електродом-заземлювачем та трубопроводом, значно перевищує різницю потенціалів між електродами корозійних макропар трубопроводу, стаціонарний потенціал анодного заземлення не відіграє визначальної ролі.
З включенням електрохімічного захисту ( j 0a.дод) порушується розподіл струмів корозійних макропар, зближуються значення різниці потенціалів «труба – земля» катодних ділянок ( j 0к) з різницею потенціалів анодних ділянок ( j 0а), забезпечуються умови для поляризації.
Катодний захист регулюється шляхом підтримання необхідного захисного потенціалу. Якщо накладання зовнішнього струму трубопровід заполяризований до рівноважного потенціалу ( j 0к = j 0а) Розчинення металу (рис. 14.2 а), то анодний струм припиняється і корозія зупиняється. Подальше підвищення захисного струму є недоцільним. За більш позитивних значень потенціалу настає явище неповного захисту (рис. 14.2 б). Воно може виникнути при катодному захисті трубопроводу, що знаходиться в зоні сильного впливу блукаючих струмів або при використанні протекторів, які не мають достатньо негативного електродного потенціалу (цинкові протектори).
Критеріями захисту металу від корозії є захисна щільність струму та захисний потенціал.
Катодна поляризація неізольованої металевої конструкції до величини захисного потенціалу потребує значних струмів. Найбільш ймовірні величини щільностей струмів, необхідних для поляризації сталі в різних середовищах до мінімального захисного потенціалу (-0,85) по відношенню до мідно-сульфатного електрода порівняння, наведені в табл. 14.1
Рис. 14.2. Корозійна діаграма для повної поляризації (а) і
неповної поляризації (б)
Зазвичай катодна захист використовується разом із ізоляційними покриттями, нанесеними на зовнішню поверхню трубопроводу. Поверхне покриття зменшує необхідний струм на кілька порядків. Так, для катодного захисту сталі з гарним покриттям у ґрунті потрібно всього 0,01...0,2 мА/м 2 .
Таблиця 14.1
Щільність струму, необхідна для катодного захисту
неізольованої сталевої поверхні в різних середовищах
Захисна щільність струму для ізольованих магістральних трубопроводів не може стати надійним критерієм захисту внаслідок невідомого розподілу пошкодженої ізоляції трубопроводу, що визначає фактичну площу контакту металу із ґрунтом. Навіть для неізольованої труби (патрон на підземному переході через залізниці та шосейні дороги) захисна щільність струму визначається за геометричними розмірами споруди і є фіктивною, оскільки залишається невідомою частка поверхні патрона, покрита постійно присутніми пасивними захисними шарами (окалиною та ін.) у процесі деполяризації. Тому захисна щільність струму як критерій захисту застосовується при деяких лабораторних дослідженнях, що виконуються на зразках металу.
Loading...