Одним із часто вживаних методів електрохімічного захисту різноманітних конструкцій з металів від іржавіння є катодний захист. У більшості випадків її використовують спільно з нанесенням на металеві поверхні спеціальних покриттів.
Загальна інформація Вперше така захист металів була описана в 1820-х роках Гемфрі Деві. На підставі його доповідей в 1824 році на кораблі HMS Samarang здійснили перевірку наданої теорії. На мідну обшивку корабля встановили залізні анодні протектори, які суттєво зменшили швидкість іржавіння міді. Методику стали розвивати, і в наші дні катодна антикорозійний захист всіляких конструкцій з металів (трубопроводів, елементів автомобіля і т. Д.) Визнається найбільш ефективною і широко використовуваною.
У виробничих умовах така захист металів (її нерідко називають катодного поляризацією) проводиться за двома основними методиками. 1. охороняє від руйнування конструкція підключається до зовнішнього джерела струму. В даному випадку металовиріб виконує функцію катода. А анодами є інертні додаткові електроди. Ця методика зазвичай застосовується для захисту трубопроводів, металевих зварних підстав, платформ для буріння.
2. Катодна поляризація гальванічного типу. При такій схемі металева конструкція контактує з металом, який має більший електронегативний потенціал (алюміній, магній, алюмінієві сплави, цинк). При цьому під анодом розуміють обидва метали (основний і захисний). Розчинення (мається на увазі суто електрохімічний процес) електронегативного матеріалу приводить до протікання через охороняє виріб необхідного катодного струму. З часом відбувається повне руйнування металла- "захисника". Гальванічна поляризація ефективна для конструкцій, на яких є ізоляційний шар, а також для металовиробів відносно малих розмірів.
Перша методика знайшла широке застосування по всьому світу. Вона досить проста і економічно доцільна, дає можливість охороняти метал від загальної корозії і від багатьох її різновидів - міжкристалітної корозії "нержавійки", піттінговой, розтріскування латунних виробів, обумовленого напругами, при яких вони працюють.
Гальванічна схема знайшла більше застосування в США. У нашій країні вона використовується рідше, хоча її ефективність висока. Обмежене застосування протекторного захисту металів в Росії пов'язано з тим, що на багато трубопроводи у нас не наносять спеціальне покриття, а це є обов'язковою умовою для реалізації антикорозійного гальванічної методики.
Як працює стандартна катодна поляризація металів? Катодний захист від корозії відбувається за допомогою використання накладеного струму. Він надходить на конструкцію від випрямляча якого іншого джерела (зовнішнього) струму, де промисловий по частоті змінний струм модифікується в необхідний постійний. Об'єкт, який захищається, підключають до випрямляння струму (до "мінусової" полюсу). Конструкція, таким чином, є катодом. Анодне заземлення (другий електрод) підключають до "плюса".
Важливо, щоб між вторинним електродом і конструкцією мався хороший електролітичний і електронний контакт. Перший забезпечується грунтом, куди занурюють анод і об'єкт захисту. Грунт в даному випадку виконує роль електролітичної середовища. А електронного контакту домагаються за допомогою провідників з металевих матеріалів. Регулювання катодного антикорозійного захисту здійснюється за допомогою підтримки захисного потенціалу між електролітичної середовищем і індикатором потенціалу поляризації (або безпосередньо конструкцією) на строго певній величині. Заміряють показник вольтметром з високоомній шкалою.
Тут необхідно розуміти, що у потенціалу є не тільки поляризаційний компонент, але і ще одна складова - падіння (омічний) напруги. Таке падіння виникає через протікання через ефективний опір катодного струму. Причому якість катодного захисту залежить виключно від поляризації на поверхні виробу, яке охороняється від іржавіння. З цієї причини виділяють дві характеристики захищеності металоконструкції - найбільший і найменший потенціали поляризації.
Ефективне регулювання поляризації металів, враховуючи все сказане, стає можливим в тому випадку, коли показник омічного компонента виключається з величини отриманої різниці потенціалів. Домогтися цього можна за допомогою особливої схеми виміру потенціалу поляризації. Описувати її в рамках даної статті ми не будемо, так як вона рясніє безліччю спеціалізованих термінів і понять. Як правило, катодна технологія застосовується спільно з нанесенням на зовнішню поверхню оберігає від корозії виробів спеціальних захисних матеріалів. Для захисту неізольованих трубопроводів та інших конструкцій необхідно використовувати істотні струми, що економічно невигідно і технічно складно.
Катодний захист елементів автомобіля Корозія - активний і вельми агресивний процес. Якісний захист вузлів автомобіля від іржавіння викликає чимало проблем у автоаматорів. Корозійного руйнування піддаються всі без винятку транспортні засоби, адже іржавіння починається навіть тоді, коли на лакофарбовому покритті машини з'являється маленька подряпина. Катодна технологія оберігання автомобіля від корозії досить поширена в наші дні. Її застосовують поряд з використанням антикорозійних фарб і всіляких мастик. Під такою методикою розуміють подачу електричного потенціалу на поверхню тієї чи іншої деталі автомобіля, що призводить до ефективного і тривалого уповільнення іржавіння.
При описуваної захисті транспортного засобу катодом є спеціальні пластинки, які накладають на найбільш уразливі його вузли. А роль анода грає корпус автомобіля. Подібний розподіл потенціалів забезпечує цілісність корпусу машини, так як руйнації піддаються тільки катодні пластини, а основний метал не кородує. Під уразливими місцями транспортного засобу, які можна захистити по катодного методикою, розуміють: • задню і передню частини днища; • арку заднього колеса; • області фіксації підфарників і безпосередньо фар; • стики крила з колесом; • внутрішні зони дверей і порогів; • простір за щитками коліс (передніх).
Для захисту автомобіля необхідно придбати спеціальний електронний модуль (деякі умільці виготовляють його самостійно) і протектори-пластини. Модуль монтують в салоні машини, під'єднують до бортової мережі (він повинен бути запитана при відключенні автодвигуна). Установка пристрою займає буквально 10-15 хвилин. Причому енергії воно бере мінімум, а антикорозійний захист гарантує вельми якісну. Захисні пластини можуть мати різний розмір. Їх число також відрізняється в залежності від того, в яких місцях автомобіля вони монтуються, а також від того, які геометричні параметри має електрод. На практиці пластин потрібно тим менше, чим більший розмір має електрод.
Захист від корозії автомобіля по катодного методикою виробляється і іншими порівняно простими способами. Самий елементарний - під'єднати проводом "плюс" акумулятора автомобіля до звичайного металевого гаражу. Зверніть увагу - для підключення необхідно обов'язково використовувати резистор.
Захист трубопроводів методом катодної поляризації Розгерметизація різних за призначенням трубопроводів відбувається в багатьох випадках через їх корозійного руйнування, що викликається появою розривів, тріщин і каверн. Особливо схильні іржавіння підземні комунікації. На них утворюються зони з різним потенціалом (електродним), що обумовлюється гетерогенністю грунту і неоднорідним складом металів, з яких виготовляються труби. За рахунок появи зазначених зон починається процес активного формування корозійних гальванічних компонентів.
Катодна поляризація трубопроводів, виконувана за схемами, описаним на початку статті (гальваніка або зовнішнє джерело енергії), базується на зменшенні швидкості розчинення матеріалу труб в процесі їх експлуатації. Досягається подібне зменшення допомогою зміщення корозійного потенціалу в зону, що має по відношенню до природного потенціалу більш негативні показники. Ще в першій третині 20 століття був визначений потенціал катодного поляризації металів. Його показник дорівнює -0,85 вольт. У більшості ґрунтів природний потенціал металевих конструкцій знаходиться в діапазоні від -0,55 до -0,6 вольт.
Це означає, що для ефективного захисту трубопроводів потрібно "пересунути" корозійний потенціал в негативну сторону на 0,25-0,3 вольт. При такій його величині практичний вплив іржавіння на стан комунікацій майже повністю нівелюється (корозія за рік має швидкість не більше 10 мікрометрів). Методика із застосуванням джерела струму (зовнішнього) вважається трудомісткою і досить складною. Зате вона забезпечує високий рівень захисту трубопроводів, її енергетичний ресурс нічим не обмежується, при цьому опір (питомий) грунту надає мінімальний вплив на якість захисних заходів.
Джерелами живлення для катодного поляризації зазвичай є повітряні електролінії на 0,4; 6 і 10 кВ. На місцевостях, де таких немає допускається використання газо-, термо і дизель-генераторів в якості джерел енергії. Ток- "захисник" розподіляється нерівномірно по протяжності трубопроводів. Найбільша його величина відзначається в так званій точці дренажу - в місці, де проводиться підключення джерела. Чим більше відстань від цієї точки, тим менше захищені труби. При цьому і надмірний струм безпосередньо в зоні підключення робить негативний вплив на трубопровід - висока ймовірність водневого розтріскування металів. Метод з використанням гальванічних анодів демонструє непогану ефективність в грунтах з малим показником омності (до 50 ом * м). У грунтах високоомній групи його не застосовують, оскільки особливих результатів він не дає. Тут варто додати, що аноди виготовляють зі сплавів на основі, алюмінію, магнію і цинку.
Коротко про станції катодного захисту (СКЗ) Для антикорозійного захисту трубопроводів, прокладених під землею, вздовж траси їх залягання встановлюють СКЗ, що включають в себе: • анодне заземлення; • джерело струму; • пункт контролю та вимірювання; • кабелі та проводи, що виконують сполучні функції.
Станції підключають до мереж електричного струму або до автономним пристроям. Дозволяється встановлювати на СКЗ кілька заземлень і джерел енергії тоді, коли в одному підземному коридорі прокладено дві і більше ниток трубопроводу. Це, правда, тягне за собою збільшення витрат на проведення антикорозійних заходів. Якщо монтується всього одна установка на многониточной комунікації, її з'єднання з трубами здійснюється за допомогою особливих блоків. Вони не дозволяють формуватися сильним гальванічним парам, що виникають при монтажі глухих перемичок на трубні вироби. Зазначені блоки ізолюють труби один від одного, а також дають можливість вибирати на кожному елементі трубопроводів необхідний потенціал, який гарантує максимальний захист конструкції від іржавіння.
Вихідна напруга на катодних станціях може регулюватися автоматично (установка в цьому випадку оснащується тиристорами) або вручну (оператор перемикає при необхідності трансформаторні обмотки). У ситуаціях, коли СКЗ функціонують у змінюються в часі умовах, рекомендується експлуатувати станції з автоматичним регулюванням напруги. Вони самі стежать за показниками опору (питомої) грунту, появою блукаючих струмів та інших факторів, що роблять негативний вплив на якість захисту, і автоматично коректують роботу СКЗ. А ось в системах, де захисний струм і показник опору в його ланцюзі залишаються незмінними, краще використовувати установки з ручним настроюванням напруги на виході.
Додамо, що регулювання в автоматичному режимі здійснюється по одному з двох показників: • по струму захисту (гальваностатичного перетворювачі); • за потенціалом об'єкта, який захищається (потенціостатичні перетворювачі). Інформація про відомих станціях катодного захисту
Серед популярних вітчизняних СКЗ можна виділити кілька установок. Дуже затребуваною є станція Мінерва-3000 - потужна система, розроблена французькими та російськими інженерами для об'єктів Газпрому. Досить однієї Мінерви, щоб надійно захистити від іржавіння до 30 кілометрів трубопроводів. Станція володіє такими основними перевагами: • унікальна технологічність випуску всіх її комплектуючих; • підвищена потужність СКЗ (можна охороняти комунікації з дуже поганим захисним покриттям); • самовідновлення (після аварійних перевантажень) режимів роботи станції протягом 15 секунд; • наявність високоточного цифрового обладнання для контролю робочих режимів і системи терморегулювання; • наявність захисних схем від перенапруги вимірювальних і вхідних ланцюгів; • відсутність рухомих вузлів і герметичність електрошафи.
Крім того, до Мінерва-3000 можна підключати установки для віддаленого контролю над роботою станції та дистанційного керування її обладнанням. Відмінними технічними показниками володіють і системи АСКГ-ТМ - сучасні телемеханізованих адаптивні станції для захисту електрокабелів, міських та магістральних трубопроводів, а також ємностей, в яких зберігають газ і нафтопродукти. Такі пристрої випускаються з різними показниками (від 1 до 5 кіловат) вихідної потужності. Вони розташовують багатофункціональним телеметричним комплексом, що дозволяє вибирати конкретний робочий режим СКЗ, моніторити і змінювати параметри станції, а також обробляти інформацію, що надходить і відправляти її оператору.
Переваги використання АСКГ-ТМ: • можливість вбудовування в SCADA-комплекси за рахунок підтримки ОРС-технології; • резервний і головний канал зв'язку; • вибір значення потужності (вихідний); • підвищена відмовостійкість; • великий інтервал робочих температур; • унікальна точність налаштування вихідних параметрів; • оберігання від напруги силових виходів системи.
Є СКЗ та інших типів, відомості про яких нескладно знайти на спеціалізованих сайтах в інтернеті. Які об'єкти можна захищати за допомогою катодного поляризації? Крім захисту автомобілів і трубопроводів розглядаються методики поляризації активно використовуються для запобігання від корозії арматури, що входить в залізобетонні конструкції (будівлі, дорожні об'єкти, фундаменти і так далі). Зазвичай арматура являє собою єдину електросистему, яка при попаданні в неї хлоридів і води активно кородує.
Катодна поляризація в поєднанні з операцією санації бетону зупиняє корозійні процеси. У даному випадку необхідно застосовувати два типи анодів: • основні - з титану, графіту або їх комбінації з покриттям металооксидних виду, а також кременистого чавуну; • розподільні - стрижні із сплавів титану з додатковим шаром металевої захисту або з неметаллическим електропровідним покриттям.
Регулюючи зовнішній струм, що надходить на залізобетонну конструкцію, здійснюють вибір потенціалу арматури. Поляризація вважається незамінною методикою для захисту стаціонарних будівель, що розміщуються на континентальному шельфі, в газовій і нафтовій промислових сферах. Початкові захисні покриття на таких об'єктах неможливо відновити (потрібно їх демонтаж і транспортування в сухі ангари), а значить, залишається один вихід - катодний захист металів. Для оберігання від морської корозії застосовується гальванічна поляризація цивільних кораблів допомогою анодів з цинку, магнію, алюмінієвих сплавів. На березі (під час ремонтів і стоянок) судна підключають до СКЗ, аноди для яких роблять з платинованого титану.
Також катодний захист використовується для запобігання від руйнування внутрішніх частин судин і ємностей, а також труб, які контактують зі стічними промисловими водами та іншими агресивними електролітами. Поляризація в даному випадку збільшує час безремонтного застосування зазначених конструкцій в 2-3 рази.
