Ochrona katodowa: zastosowania i standardy

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-17 10:38

Korozja to chemiczna i elektrochemiczna reakcja metalu z otoczeniem, powodująca jego uszkodzenie. Płynie z różnymi prędkościami, które można zmniejszyć. Z praktycznego punktu widzenia interesująca jest antykorozyjna ochrona katodowa konstrukcji metalowych w kontakcie z gruntem, wodą i transportowanymi mediami. Zewnętrzne powierzchnie rur są szczególnie uszkadzane pod wpływem gruntu i prądów błądzących.

Korozja wewnętrzna zależy od właściwości medium. Jeśli jest to gaz, należy go dokładnie oczyścić z wilgoci i substancji agresywnych: siarkowodoru, tlenu itp.

Zasada działania

Przedmiotem procesu korozji elektrochemicznej jest środowisko, metal i interfejs między nimi. Medium, którym jest zwykle wilgotna gleba lub woda, ma dobrą przewodność elektryczną. Na styku między nim a konstrukcją metalową zachodzi reakcja elektrochemiczna. Jeśli prąd jest dodatni (elektroda anodowa), jony żelaza przechodzą do otaczającego roztworu, powodując utratę masy metalu. Reakcja powoduje korozję. Przy prądzie ujemnym (elektroda katodowa) straty te nie występują, ponieważ inelektrony są przenoszone do roztworu. Metoda jest stosowana w galwanizacji do powlekania stali metalami nieżelaznymi.

Katodowa ochrona przed korozją jest osiągana, gdy ujemny potencjał zostanie przyłożony do żelaznego przedmiotu.

W tym celu w ziemi umieszcza się elektrodę anodową i podłącza się do niej dodatni potencjał ze źródła zasilania. Minus jest stosowany do chronionego obiektu. Ochrona katodowo-anodowa prowadzi do aktywnego zniszczenia korozyjnego tylko elektrody anodowej. Dlatego powinien być okresowo zmieniany.

Ujemny wpływ korozji elektrochemicznej

Korozja konstrukcji może wystąpić w wyniku działania prądów błądzących z innych systemów. Są przydatne do obiektów docelowych, ale powodują znaczne uszkodzenia pobliskich konstrukcji. Prądy błądzące mogą rozprzestrzeniać się z szyn pojazdów zelektryfikowanych. Przechodzą w kierunku podstacji i wchodzą do rurociągów. Podczas ich opuszczania tworzą się sekcje anodowe, powodując intensywną korozję. Do ochrony stosuje się drenaż elektryczny - specjalne usuwanie prądów z rurociągu do ich źródła. Możliwa jest tu również katodowa ochrona rurociągów przed korozją. Aby to zrobić, musisz znać wartość prądów błądzących, które są mierzone przez specjalne urządzenia.

Na podstawie wyników pomiarów elektrycznych dobierany jest sposób zabezpieczenia gazociągu. Uniwersalnym środkiem zaradczym jest pasywna metoda izolacji rur od kontaktu z gruntem za pomocą powłok izolacyjnych. Ochrona katodowa gazociągu odnosi się do metody aktywnej.

Ochrona rurociągów

Projekty w ziemi są chronione przed korozją, jeśli podłączysz do nich minus źródła prądu stałego, a plus do elektrod anodowych zakopanych w pobliżu w ziemi. Prąd trafi do konstrukcji, chroniąc ją przed korozją. W ten sposób realizowana jest ochrona katodowa rurociągów, zbiorników lub rurociągów znajdujących się w gruncie.

Elektroda anodowa ulegnie degradacji i powinna być okresowo wymieniana. W przypadku zbiornika wypełnionego wodą elektrody umieszcza się w środku. W tym przypadku cieczą będzie elektrolit, przez który przepływa prąd z anod na powierzchnię pojemnika. Elektrody są dobrze kontrolowane i łatwe do wymiany. W ziemi jest to trudniejsze do zrobienia.

Zasilanie

W pobliżu rurociągów naftowych i gazowych, w sieciach ciepłowniczych i wodociągowych, które wymagają ochrony katodowej, instalowane są stacje, z których napięcie dostarczane jest do obiektów. Jeśli są umieszczone na zewnątrz, ich stopień ochrony musi wynosić co najmniej IP34. Każdy nadaje się do suchych pomieszczeń.

Stacje ochrony katodowej gazociągów i innych dużych konstrukcji mają moc od 1 do 10 kW.

Ich parametry energetyczne zależą przede wszystkim od następujących czynników:

• opór między glebą a anodą;
• przewodność gleby;
• długość strefy ochronnej;
• działanie izolacyjne powłoki.

Tradycyjnie konwerter ochrony katodowej to instalacja transformatorowa. Teraz jest zastępowany przez falownik, który ma mniejsze wymiary, lepszą stabilność prądową i większą wydajność. W ważnych obszarach zainstalowane są sterowniki, które mają funkcje regulacji prądu i napięcia, wyrównywania potencjałów ochronnych itp.

Sprzęt jest prezentowany na rynku w różnych wersjach. Dla konkretnych potrzeb stosuje się indywidualny projekt, aby zapewnić najlepsze warunki pracy.

Parametry źródła zasilania

W przypadku ochrony żelaza przed korozją potencjał ochronny wynosi 0,44 V. W praktyce powinien być większy ze względu na wpływ wtrąceń i stan powierzchni metalu. Maksymalna wartość wynosi 1 V. W obecności powłok na metalu prąd między elektrodami wynosi 0,05 mA/m². Jeśli izolacja ulegnie uszkodzeniu, wzrasta do 10mA/m^2.

Ochrona katodowa jest skuteczna w połączeniu z innymi metodami, ponieważ zużywa mniej energii elektrycznej. Jeżeli na powierzchni konstrukcji znajduje się powłoka malarska, metodą elektrochemiczną zabezpieczane są tylko miejsca, w których jest ona zerwana.

Cechy ochrony katodowej

1. Zasilany przez stacje lub generatory mobilne.
2. Lokalizacja uziemienia anody zależy od specyfiki rurociągów. Metoda umieszczania może być rozproszona lub skoncentrowana, a także umieszczona na różnych głębokościach.
3. Materiał anodowy jest wybierany z niską rozpuszczalnością na 15 lat.
4. Potencjał ochronnypola dla każdego potoku są obliczane. Nie podlega regulacji, jeśli na konstrukcjach nie ma powłok ochronnych.

Standardowe wymagania Gazpromu dotyczące ochrony katodowej

• Działania przez cały okres użytkowania sprzętu ochronnego.
• Ochrona przeciwprzepięciowa.
• Umieszczenie stacji w skrzynkach blokowych lub w wolnostojącej konstrukcji antywandalowej.
• Uziemienie anody jest wybierane w obszarach o minimalnej rezystancji elektrycznej gleby.
• Charakterystyka przetwornika dobierana jest z uwzględnieniem starzenia się powłoki ochronnej rurociągu.

Ochrona bieżnika

Metoda jest rodzajem ochrony katodowej z połączeniem elektrod z bardziej elektroujemnego metalu przez ośrodek przewodzący prąd elektryczny. Różnica polega na braku źródła energii. Bieżnik absorbuje korozję, rozpuszczając się w środowisku przewodzącym prąd elektryczny.

Za kilka lat anoda powinna zostać wymieniona, ponieważ się zużyje.

Efekt działania anody wzrasta wraz ze spadkiem jej rezystancji kontaktu z medium. Z czasem może pokryć się warstwą korozyjną. Prowadzi to do zerwania kontaktu elektrycznego. Umieszczając anodę w mieszaninie soli, która rozpuszcza produkty korozji, poprawia się wydajność.

Wpływ obrońcy jest ograniczony. Zasięg jest określony przez rezystancję elektryczną medium i różnicę potencjałów między anodą a katodą.

Ochrona ochronna jest stosowana w przypadku braku źródeł energii lub w przypadku ich użyciaekonomicznie niepraktyczne. Jest to również niekorzystne w zastosowaniach kwasowych ze względu na dużą szybkość rozpuszczania anod. Ochraniacze montuje się w wodzie, w ziemi lub w środowisku obojętnym. Anody zwykle nie są wykonane z czystych metali. Cynk rozpuszcza się nierównomiernie, magnez zbyt szybko koroduje, a na aluminium tworzy się silna warstwa tlenku.

Materiały na bieżnik

Aby ochraniacze miały wymagane właściwości użytkowe, są one wykonane ze stopów z następującymi dodatkami stopowymi.

• Zn + 0,025-0,15% Cd+ 0,1-0,5% Al - ochrona sprzętu w wodzie morskiej.
• Al + 8% Zn +5% Mg + Cd, In, Gl, Hg, Tl, Mn, Si (ułamki procenta) - praca konstrukcji w płynącej wodzie morskiej.
• Mg + 5-7% Al + 2-5% Zn - ochrona małych konstrukcji w gruncie lub wodzie o niskim stężeniu soli.

Nieprawidłowe użycie niektórych rodzajów ochraniaczy prowadzi do negatywnych konsekwencji. Anody magnezowe mogą powodować pękanie sprzętu z powodu rozwoju kruchości wodorowej.

Połączona protektorowa ochrona katodowa z powłokami antykorozyjnymi zwiększa jej skuteczność.

Udoskonalono ochronny rozkład prądu i wymaga znacznie mniej anod. Pojedyncza anoda magnezowa zabezpiecza rurociąg pokryty bitumem na odcinku 8 km, a rurociąg niepowlekany tylko na odcinku 30 m.

Ochrona karoserii samochodowych przed korozją

Jeśli powłoka ulegnie uszkodzeniu, grubość karoserii może się zmniejszyć do 1 mm w ciągu 5 lat, tj.rdzewieje. Odtworzenie warstwy ochronnej jest ważne, ale oprócz tego istnieje sposób na całkowite zatrzymanie procesu korozji za pomocą ochrony katodowo-ochronnej. Jeśli zamienisz ciało w katodę, korozja metalu ustanie. Anodami mogą być dowolne powierzchnie przewodzące znajdujące się w pobliżu: metalowe płyty, pętla masowa, karoseria garażu, mokra nawierzchnia drogi. W tym przypadku skuteczność ochrony wzrasta wraz ze wzrostem powierzchni anod. Jeśli anoda jest nawierzchnią drogi, do kontaktu z nią stosuje się „ogon” z metalizowanej gumy. Jest umieszczony naprzeciwko kół, dzięki czemu rozpryski są lepsze. „Ogon” jest odizolowany od ciała.

Plus akumulatora jest podłączony do anody przez rezystor 1 kΩ i diodę LED połączoną szeregowo z nim. Gdy obwód jest zamknięty przez anodę, gdy minus jest podłączony do korpusu, w trybie normalnym dioda LED ledwo się świeci. Jeśli pali się jasno, oznacza to zwarcie w obwodzie. Przyczyna musi zostać znaleziona i wyeliminowana.

Dla ochrony, bezpiecznik musi być zainstalowany szeregowo w obwodzie.

Gdy samochód jest w garażu, jest podłączony do anody uziemiającej. Podczas jazdy połączenie odbywa się przez „ogon”.

Wniosek

Ochrona katodowa to sposób na poprawę niezawodności działania podziemnych rurociągów i innych konstrukcji. Jednocześnie należy wziąć pod uwagę jego negatywny wpływ na sąsiednie rurociągi pod wpływem prądów błądzących.