Катодний захист від корозії. Катодний захист: застосування та стандарти

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 джерелапостійного 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.

Мал. 14.1. Принципова схема катодного захисту трубопроводу:

1 - трубопровід; 2 - зовнішнє джерело постійного 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

Мал. 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.

При укладанні в траншею ізольованого трубопроводу та його подальшому засипанні ізоляційне покриття може бути пошкоджене, а в процесі експлуатації трубопроводу воно поступово старіє (втрачає свої діелектричні властивості, водостійкість, адгезію). Тому при всіх способах прокладання, крім надземної, трубопроводи підлягають комплексному захисту від корозії захисними покриттями та засобами електрохімічного захисту (ЕХЗ) незалежно від корозійної активності ґрунту.

До засобів ЕХЗ відносяться катодна, протекторна та електродренажна захисту.

Захист від ґрунтової корозії здійснюється катодною поляризацією трубопроводів. Якщо катодна поляризація проводиться за допомогою зовнішнього джерела постійного струму, то такий захист називається катодним, якщо ж поляризація здійснюється приєднанням трубопроводу, що захищається до металу, що має більш негативний потенціал, то такий захист називається протекторною.

Катодний захист

Принципова схема катодного захисту показана малюнку.

Джерелом постійного струму є станція катодного захисту 3, де за допомогою випрямлячів змінний струм від уздовж трасової ЛЕП 1, що надходить через трансформаторний пункт 2, перетворюється на постійний.

Негативним полюсом джерело за допомогою з'єднувального проводу 4 підключений до трубопроводу 6, що захищається, а позитивним - до анодного заземлення 5. При включенні джерела струму електричний ланцюг замикається через ґрунтовий електроліт.

Принципова схема катодного захисту

1 - ЛЕП; 2 - трансформаторний пункт; 3 - станція катодного захисту; 4 - сполучний провід; 5 - анодне заземлення; 6 - трубопровід

Принцип дії катодного захисту є наступним. Під впливом прикладеного електричного поля джерела починається рух напіввільних валентних електронів у напрямку «анодне заземлення - джерело струму - споруда, що захищається». Втрачаючи електрони, атоми металу анодного заземлення переходять як іон-атомів в розчин електроліту, тобто. анодне заземлення руйнується. Іон-атоми піддаються гідратації і відводяться в глиб розчину. У споруджуваної споруди внаслідок роботи джерела постійного струму спостерігається надлишок вільних електронів, тобто. створюються умови для перебігу реакцій кисневої та водневої деполяризації, характерних для катода.

Підземні комунікації нафтобаз захищають катодними установками різними типамианодних заземлень. Необхідна сила захисного струму катодної установки визначається за формулою

J ін =j 3 · F 3 · K 0

де j 3 - Необхідна величина захисної щільності струму; F 3 - Сумарна поверхня контакту підземних споруд з ґрунтом; К 0 - коефіцієнт оголеності комунікацій, величина якого визначається залежно від перехідного опору ізоляційного покриття R nep і питомого електроопору ґрунту р по графіку, наведеному на малюнку нижче.

Необхідна величина захисної щільності струму вибирається залежно від характеристики ґрунтів майданчика нафтобази відповідно до таблиці нижче.

Протекторний захист

Принцип дії протекторного захисту аналогічний до роботи гальванічного елемента.

Два електроди: трубопровід 1 і протектор 2, виготовлений з більш електронегативного металу, ніж сталь, опущені в ґрунтовий електроліт і з'єднані проводом 3. Так як матеріал протектора є більш електронегативним, то під дією різниці потенціалів відбувається спрямований рух електронів від протектора до трубопроводу по провіднику 3. Одночасно іон-атоми матеріалу протектора переходять у розчин, що призводить до його руйнування. Сила струму контролюється за допомогою контрольно-вимірювальної колонки 4.

Залежність коефіцієнтів оголеності підземних трубопроводів від перехідного опору ізоляційного покриття для ґрунтів питомим опором, Ом-м

1 — 100; 2 — 50; 3 — 30; 4 — 10; 5 — 5

Залежність захисної щільності струму від характеристики ґрунтів

Принципова схема протекторного захисту

1 - трубопровід; 2 - протектор; 3 - сполучний провід; 4 - контрольно-вимірювальна колонка

Таким чином, руйнування металу все одно має місце. Але не трубопроводу, а протектору.

Теоретично для захисту сталевих споруд від корозії можуть бути використані всі метали, розташовані в електрохімічному ряду напруг лівіше заліза, тому що вони більш негативні. Практично протектори виготовляються тільки з матеріалів, що задовольняють наступним вимогам:

різниця потенціалів матеріалу протектора та заліза (сталі) має бути якнайбільше;
струм, що отримується при електрохімічному розчиненні одиниці маси протектора (токовіддача), має бути максимальним;
ставлення маси протектора, витраченої створення захисного струму, до загальної втрати маси протектора (коефіцієнт використання) має бути найбільшим.

Даним вимогам найбільше задовольняють сплави на основі магнію, цинку та алюмінію.

Протекторний захист здійснюють зосередженими та протяжними протекторами. У першому випадку питомий електроопір ґрунту має бути не більше 50 Ом-м, у другому - не більше 500 Ом-м.

Електродренажний захист трубопроводів

Метод захисту трубопроводів від руйнування блукаючими струмами, що передбачає їх відвід (дренаж) з споруди, що захищається на споруду - джерело блукаючих струмів або спеціальне заземлення, називається електродренажним захистом.

Застосовують прямий, поляризований та посилений дренажі.

Принципові схеми електродренажного захисту

а - Прямий дренаж; б-поляризований дренаж; в - посилений дренаж

Прямий електричний дренаж – це дренажний пристрій двосторонньої провідності. Схема прямого електричного дренажу включає: реостат К, рубильник К, плавкий запобіжник Пр і сигнальне реле С. Сила струму в ланцюзі «трубопровід — рейка» регулюється реостатом. Якщо величина струму перевищить допустиму величину, плавкий запобіжник згорить, струм потече по обмотці реле, при включенні якого включається звуковий або світловий сигнал.

Прямий електричний дренаж застосовується в тих випадках, коли потенціал трубопроводу постійно вищий за потенціал рейкової мережі, куди відводяться блукаючі струми. В іншому випадку дренаж перетвориться на канал для натікання блукаючих струмів на трубопровід.

Поляризований електричний дренаж - це дренажний пристрій, що має односторонню провідність. Від прямого поляризованого дренажу відрізняється наявністю елемента односторонньої провідності (вентильний елемент) ВЕ. При поляризованому дренажі струм протікає тільки від трубопроводу до рейки, що виключає натікання блукаючих струмів на трубопровід по дренажному дроту.

Посилений дренаж застосовується в тих випадках, коли потрібно не тільки відводити струми, що блукають з трубопроводу, але і забезпечити на ньому необхідну величину захисного потенціалу. Посилений дренаж являє собою звичайну катодну станцію, підключену негативним полюсом до спорудження, що захищається, а позитивним — не до анодного заземлення, а до рейок електрифікованого транспорту.

За рахунок такої схеми підключення забезпечується: по-перше, поляризований дренаж (за рахунок роботи вентильних елементів у схемі СКЗ), а по-друге, катодна станція утримує необхідний захисний потенціал трубопроводу.

Після введення трубопроводу в експлуатацію здійснюється регулювання параметрів роботи системи захисту від корозії. При необхідності з урахуванням фактичного стану справ можуть вводитися в експлуатацію додаткові станції катодного та дренажного захисту, а також протекторні установки.

Існують різні методиобробки металевих труб, але найбільш ефективною з них є катодна захист трубопроводів від корозії. Вона необхідна для запобігання їх передчасній розгерметизації, яка спричинить утворення тріщин, каверн і розривів.

Корозія металів є природний процес, при якому відбувається зміна атомів металу Внаслідок цього їх електрони переходять до окислювачів, що спричиняє руйнування структури матеріалу.

Для підземних трубопроводів додатковим чинником корозійного впливу є склад ґрунту. У ньому є ділянки різного електродного потенціалу, що є причиною утворення корозійних гальванічних елементів.

Існує кілька різновидів корозії, серед яких:

Суцільна. Відрізняється великою суцільною площею розповсюдження. В окремих випадках стає причиною пошкодження трубопроводу, оскільки часто не проникає глибоко в структуру металу;

Місцева корозія – стає найбільш частою причиноюрозривів, тому що не охоплює велику площу, але проникає глибоко. Поділяється на виразкову, ниткоподібну, наскрізну, підповерхневу, плямисту, ножову, міжкристалітну, корозійну крихкість та розтріскування.

Методи захисту підземного трубопроводу

Захист від корозії металу може бути як активним, так і пасивним. Пасивні методи припускають створення для трубопроводу таких умов, в яких на нього не впливатиме навколишній грунт. Для цього на нього наносяться спеціальні захисні склади, які стають бар'єром. Найчастіше використовуються у вигляді покриття бітум, епоксидні смоли, полімерні стрічки або кам'яновугільний пек.

Для активного методу найчастіше використовується катодна захист трубопроводів від корозії. Вона ґрунтується на створенні поляризації, що дозволяє знизити швидкість розчинення металу. Цей ефект реалізується за рахунок зміщення потенціалу корозії більш негативну область. Для цього між поверхнею металу та ґрунтом проводиться електричний струм, що суттєво знижує швидкість корозії.

Способи реалізації катодного захисту:

З використанням зовнішніх джерел струму, які з'єднуються з трубою, що захищається, і з анодним заземленням;

З використанням гальванічного методу (магнієво-жертвових анодів-протекторів).

Катодний захист трубопроводів від корозії з використанням зовнішніх джерел є складнішим. Тому що вимагає використання спеціальних конструкцій, які забезпечують подачу постійного струму. Гальванічний спосіб, у свою чергу, реалізується за рахунок протекторів, які дозволяють забезпечувати ефективний захист лише у ґрунтах із низьким електричним опором.

Може використовуватись для захисту трубопроводу та анодний метод. Він використовується в умовах контакту з агресивним хімічним середовищем. Анодний метод ґрунтується на переведенні активного стану металу в пасивне та його підтримки за рахунок впливу зовнішнього анода.

Незважаючи на певні складнощі у реалізації, даний метод активно використовується там, де катодна захист трубопроводів від корозії не може бути реалізована.

Приклади катодного захисту трубопроводів від корозії на виставці

Досвід використання та нові розробки у цій сфері висвітлюються на щорічній галузевій виставці «Нафтогаз», що проходить у ЦВК «Експоцентр».

Виставка є великою подією індустрії та чудовим майданчиком для ознайомлення фахівців з новими розробками, а також запуску нових проектів. Виставка «Нафтогаз» проходитиме у ЦВК «Експоцентр» у Москві на Червоній Пресні.

Читайте інші наші статті.

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 ( Мал. 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 та анодом створюють таким чином, щоб повністю виключити перебіг окисних процесівна конструкції, що захищається. У цьому випадку через вологий ґрунт між катодом і анодом у товщі ґрунту протікатимуть слабкі струми. Для ефективного захиступотрібно 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 і 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» ( Мал. 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 «Енергомера» (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» ( Мал. 3), що комплектуються вбудованим мікропроцесором та 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.

Дозволяють продовжити термін служби металевої конструкції, а також зберегти її техніко-фізичні властивості у процесі експлуатації. Незважаючи на різноманітність методів забезпечення протикорозійної дії, повністю вберегти об'єкти від ураження іржею вдається лише в окремих випадках.

Ефективність такого захисту залежить як від якості протекторної технології, а й умов її застосування. Зокрема, для збереження металевої структури трубопроводів свої найкращі властивостідемонструє електрохімічний захист від корозії, заснований на роботі катодів. Запобігання утворенню іржі на подібних комунікаціях, зрозуміло, не єдина сфера застосування даної технології, але за сукупністю характеристик цей напрямок можна розглядати як найбільш актуальний для електрохімічної протекції.

Загальні відомості про електрохімічний захист

Захист металів від іржі за допомогою електрохімічної дії ґрунтується на залежності величини матеріалу від швидкості корозії. Металеві конструкції повинні експлуатуватися в тому діапазоні потенціалів, де їх анодне розчинення буде нижчим за допустиму межу. Останній, до речі, визначається технічною документацією з експлуатації споруди.

Насправді електрохімічний захист від корозії передбачає підключення до готового виробу джерела з постійним струмом. Електричне полена поверхні і в структурі об'єкта, що захищається формує поляризацію електродів, за рахунок якої управляється і процес корозійного ураження. По суті, анодні зони на металевій конструкції стають катодними, що дозволяє зміщувати негативні процеси, забезпечуючи безпеку структури цільового об'єкта.

Принцип роботи катодного захисту

Існує катодна та анодна захист електрохімічного типу. Найбільшу популярність все ж таки набула перша концепція, яка й застосовується для захисту трубопроводів. за загальному принципуПри реалізації даного методу до об'єкта підводиться струм з негативним полюсом від зовнішнього джерела. Зокрема, таким чином може захищатися сталева або мідна труба, в результаті чого відбуватиметься поляризація катодних ділянок з переходом їх потенціалів в анодне стан. У результаті корозійна активність конструкції, що захищається, буде зведена практично до нуля.

При цьому і катодна захист може мати різні варіантивиконання. Широко практикується вищеописана техніка поляризації від зовнішнього джерела, але діє і метод деаерації електроліту зі зменшенням швидкості катодних процесів, і навіть створенням протекторного бар'єру.

Вже неодноразово зазначалося, що принцип катодного захисту реалізується з допомогою зовнішнього джерела струму. Власне, у його роботі і полягає головна функція. Виконують ці завдання спеціальні станції, які, як правило, входять до загальної інфраструктури технічного обслуговування трубопроводів.

Станції від корозії

Головна функція катодної станції полягає у стабільному забезпеченні струмом цільового металевого об'єкта відповідно до методу катодної поляризації. Використовують таке обладнання в інфраструктурі підземних газо- та нафтопроводів, трубах водопостачання, теплових мережах і т.д.

Існує безліч різновидів таких джерел, при цьому найпоширеніший пристрій катодного захисту передбачає наявність у складі:

обладнання перетворювача струму;
дроти для підведення до об'єкта, що захищається;
анодного заземлювача.

При цьому існує поділ станцій на інверторні та трансформаторні. Мають місце й інші класифікації, але вони орієнтовані на сегментацію установок або за сферами застосування, або за технічним характеристикамта параметрами вхідних даних. Базові принципироботи найяскравіше ілюструють позначені два типи катодних станцій.

Трансформаторні установки катодного захисту

Відразу слід зазначити, що даний видстанцій є застарілим. На його зміну таки приходять інверторні аналоги, які мають як плюси, так і мінуси. Так чи інакше, трансформаторні моделі використовуються навіть на нових пунктах забезпечення електрохімічного захисту.

В якості основи таких об'єктів використовується низькочастотний трансформатор на 50 Гц. Для системи управління тиристорами застосовуються найпростіші пристрої, серед яких фазоімпульсні регулятори потужності. Найбільш відповідальний підхід до вирішення завдань управління передбачає використання контролерів із широким функціоналом.

Сучасний катодний захист від корозії трубопроводів з таким обладнанням дозволяє регулювати параметри вихідного струму, показники напруги та вирівнювати захисні потенціали. Щодо недоліків трансформаторного обладнання, то вони зводяться до високого ступеняпульсації струму на виході за низького коефіцієнта потужності. Пояснюється ця вада не синусоїдою формою струму.

Вирішити проблему з пульсацією певною мірою дозволяє впровадження в систему низькочастотного дроселя, але його габарити відповідають розмірам самого трансформатора, що не завжди уможливлює таке доповнення.

Інверторна станція катодного захисту

Установки інверторного типу базуються на високочастотних імпульсних перетворювачах. Однією з головних переваг від використання станцій цього є високий ККД, що досягає 95%. Для порівняння, у трансформаторних установок цей показник у середньому сягає 80%.

Іноді першому плані виходять інші переваги. Наприклад, невеликі габарити інверторних станцій розширюють можливості їх застосування на складних ділянках. Є й фінансові переваги, що їх підтверджує практика застосування такого обладнання. Так, інверторний катодний захист від корозії трубопроводів швидко окупається і вимагає. мінімальних вкладеньу технічний зміст. Втім, ці якості чітко помітні лише за порівняння з трансформаторними установками, але вже сьогодні з'являються ефективніші нові засоби забезпечення струму для трубопроводів.

Конструкції катодних станцій

Таке обладнання представлене на ринку в різних корпусах, формах та габаритах. Звичайно, поширена і практика індивідуального проектування таких систем, що дозволяє не тільки отримати оптимальну для конкретних потреб конструкцію, а й забезпечити необхідні експлуатаційні параметри.

Суворий розрахунок характеристик станції дозволяє надалі оптимізувати витрати на її встановлення, транспортування та зберігання. Наприклад, для невеликих об'єктів цілком підійде катодна захист від корозії трубопроводів на інверторній основі масою 10-15 кг і потужністю 1,2 кВт. Обладнання з такими характеристиками можна обслуговувати і легковим автомобілем, проте для масштабних проектів можуть застосовуватися і більш масивні та важкі станції, що потребують підключення вантажної техніки, крана і бригад монтажників.

Захисний функціонал

Особливу увагу при створенні катодних станцій приділяється захисту самого устаткування. Для цього інтегруються системи, що дозволяють оберігати станції від короткого замикання та обриву навантажень. У першому випадку використовують спеціальні запобіжники, що дозволяють обробляти аварійні режими роботи установок.

Що стосується стрибків та обривів напруги, то станція катодного захисту навряд чи серйозно постраждає від них, зате може виникнути небезпека ураження струмом. Наприклад, якщо у звичайному режимі обладнання експлуатується невеликою напругою, після обриву стрибок у показниках може довести до 120 В.

Інші види електрохімічного захисту

Крім катодного захисту, практикуються і технології електричного дренажу, а також протекторні методи запобігання корозії. Найбільш перспективним напрямомвважається саме спеціальна протекція від корозії. В даному випадку також до цільового об'єкта підключаються активні елементи, що забезпечують перетворення поверхні з катодами струмом. Наприклад, труба сталева у складі газопроводу може бути захищена цинковими або алюмінієвими циліндрами.

Висновок

Способи електрохімічного захисту не можна віднести до нових та, тим більше, інноваційних. Ефективність застосування подібних методик у боротьбі з процесами іржавіння освоєно давно. Однак, поширенню цього способу перешкоджає один серйозний недолік. Справа в тому, що катодна захист від корозії трубопроводів неминуче виробляє так звані. Вони не є небезпечними для цільової конструкції, але можуть надавати негативний впливна довколишні об'єкти. Зокрема, блукаючий струм сприяє розвитку тієї ж корозії на металевій поверхні сусідніх труб.