Катодная защита: Катодная защита — Что такое Катодная защита?

технология, виды и средства защиты труб и трубопроводов от коррозии

Содержание

• Электрохимическая защита
• Катодная защита
• Протекторная защита
• Анодная защита
• Электродренажная защита

Трубопроводные магистрали сегодня являются наиболее распространенным средством для осуществления доставки носителей энергии. К сожалению, у них есть существенный недостаток – они подвержены образованию ржавчины. Чтобы избежать появления коррозии на магистральных трубопроводах, выполняют катодную защиту. В чем же заключается ее принцип действия?

В наши дни существует много способов защиты водопроводов от коррозии. Суть их проста: металл, из которого изготовлены трубы, вступает в реакцию с определенными растворами и веществами. Результатом процесса становится образование небольшой защитной пенки.

Специалистами выделяются следующие методы защиты трубопроводов от коррозии:

Электрохимическая защита

Достаточно результативный способ защиты металлоконструкций от электрохимической коррозии. Иногда воссоздать лакокрасочную оболочку или защитное оберточное покрытие просто невозможно. Вот в таких случаях и уместно применение электрохимической защиты. 

Восстановление покрытия трубопровода, расположенного под землей, или днища морского судна – процесс достаточно трудоемкий и дорогой, а в некоторых случаях и невозможный. Благодаря электрохимической защите изделие будет надежно защищено от коррозии: покрытия подземных трубопроводов, днищ судов, всевозможных резервуаров не будут разрушаться.

• 
  Используется метод в ситуациях, когда потенциал свободной коррозии пребывает в области усиленного распада основного металла или перепассивации. То есть, когда металлоконструкция интенсивно разрушается.
• 
  При электрохимической защите к изделию из металла подключают постоянный электрический ток. Благодаря ему на поверхности металлической конструкции образуется катодная поляризация электродов микрогальванических пар и анодные области становятся катодными. А вследствие негативного влияния коррозии разрушается не металл, а анод.
• 
  Электрохимическая защита может быть анодной или катодной: это будет зависеть от того, в какую сторону сдвинется потенциал металла (в положительную или в отрицательную).

Катодная защита

Метод, достаточно часто используемый для защиты металлоконструкций от коррозии. Применяется в тех случаях, когда металл не имеет склонности к пассивации. Суть метода проста: к изделию подается внешний электроток от отрицательного полюса, который обеспечивает поляризацию катодных участков коррозионных составляющих и поднимает значение потенциала до анодных. После прикрепления положительного полюса источника тока к аноду коррозия защищаемого изделия становится почти нулевой.

Анод требует периодической замены, так как со временем происходит его разрушение. 

• 
  Способы катодной защиты: поляризация от внешнего источника электротока, торможение развития катодного процесса, связь с металлом, имеющим более электроотрицательный потенциал свободной коррозии в определенной среде (протекторная защита).
• 
  С помощью поляризации от внешнего источника электротока защищают конструкции, находящиеся в почве и в воде, цинк, олово, алюминий и его сплавы, титан, медь и ее сплавы, свинец, высокохромистые, углеродистые, низколегированные и высоколегированные стали.
• 
  Роль внешнего источника электротока выполняют станции катодной защиты. Их главные составляющие — выпрямитель, токоподвод к защищаемому объекту, анодные заземлители, электрод сравнения и анодный кабель.
• 
  Катодная защита может быть использована в качестве самостоятельного или дополнительного способа коррозионной защиты.

Основной показатель результативности метода – защитный потенциал. Защитным называют тот потенциал, при котором быстрота коррозионного процесса металлического изделия становится минимальной. 

Однако катодная защита обладает определенными недостатками. Один из них – опасность перезащиты. Такой эффект может наблюдаться в случае большого смещения потенциала защищаемого изделия в отрицательную сторону. Вследствие этого разрушаются защитные оболочки, начинается водородное охрупчивание металла, коррозионное растрескивание. 

Протекторная защита

Вид катодной защиты, в процессе которого к защищаемому объекту подсоединяют металл с более высоким электроотрицательным потенциалом. При этом разрушается не металлоконструкция, а протектор. Через определенный промежуток времени протектор корродирует и его потребуется заменить на новый. 

• 
  Эффект от протекторной защиты будет заметен только в том случае, если переходное сопротивление между протектором и окружающей средой незначительно. 
• 
  У каждого протектора есть свой радиус защитного действия – предельно возможное расстояние, на которое можно удалить протектор без утраты защитного эффекта. Протекторную защиту применяют, когда ток к объекту подвести трудно, дорого или просто невозможно.
• 
  С помощью протекторов защищают объекты, находящиеся в нейтральных средах (море, реке, воздухе, почве и т. д.).
• 
  Материалом для изготовления протекторов служит магний, цинк, железо, алюминий. Металлы в чистом виде не смогут стать эффективной защитой для конструкций, поэтому, изготавливая протекторы, их дополнительно легируют. 

Для изготовления железных протекторов используют углеродистые стали или чистое железо.

Анодная защита

Используется для титановых конструкций, объектов из низколегированных нержавеющих, углеродистых сталей, железистых высоколегированных сплавов, разнородных пассивирующихся металлов. Метод применяют в хорошо электропроводной коррозионной среде. 

При анодной защите происходит сдвиг потенциала защищаемого металла в более положительную сторону. Смещение будет длиться до тех пор, пока не достигнется инертное устойчивое состояние системы. К преимуществам анодной электрохимической защиты можно отнести не только существенное торможение скорости коррозии, но и то, что продукты коррозии не оказываются в производимом продукте и среде.  

• 
  Существует несколько способов реализации анодной защиты: можно сдвинуть потенциал в положительную сторону с помощью источника внешнего электротока или ввести в коррозионную среду окислители, которые способны повысить эффективность катодного процесса на металлической поверхности.    
• 
  Анодная защита с применением окислителей по защитному механизму имеет много общего с анодной поляризацией. 
• 
  При использовании пассивирующих ингибиторов с окисляющими характеристиками (бихроматов, нитратов и т.д.), защищаемая металлическая поверхность под воздействием возникшего тока становится пассивной. Однако эти вещества способны сильно загрязнять технологическую среду. 
• 
  Если ввести в сплав добавки, реакция восстановления деполяризаторов, которая происходит на катоде, пройдет не с таким большим перенапряжением, как на защищаемом металле. 
• 
  При прохождении электротока через защищаемую конструкцию потенциал сдвигается в положительную сторону.  
• 
  В состав установки для анодной электрохимической защиты входит источник внешнего электротока, электрод сравнения, катод и защищаемая конструкция. 

Для эффективности метода в той или иной среде используют легкопассивируемые металлы и сплавы. Кроме этого требуется высокое качество выполнения соединительных элементов и постоянное нахождение электрода сравнения и катода в растворе. 

Подход к проектированию схемы расположения катодов должен быть индивидуальным для каждого случая. 

Электрохимическую анодную защиту нержавеющих сталей используют для хранилищ серной кислоты, аммиачных растворов, минеральных удобрений, различных сборников, цистерн, мерников. 

Анодную защиту используют, чтобы предотвратить коррозию ванн химического никелирования и теплообменных установок в изготовлении искусственного волокна и серной кислоты. 

Электродренажная защита

Это способ защиты трубопроводов от разрушения с помощью блуждающих токов. Метод предусматривает их дренаж (отвод) с защищаемой конструкции на источник блуждающих токов или специальное заземление. 

• 
  Дренаж бывает прямым, поляризованным и усиленным. Прямой электрический дренаж — это дренажное устройство, имеющее двустороннюю проводимость. При величине тока, превышающей допустимую величину, выйдет из строя плавкий предохранитель. Электрический ток пойдет по обмотке реле, оно включится, после чего произойдет включение звука или света. 
• 
  Прямой электрический дренаж используют для тех трубопроводов, чей потенциал всегда выше потенциала рельсовой сети, служащей для отвода блуждающих токов. Иначе отвод станет каналом для натекания блуждающих токов на трубопровод. 
• 
  Поляризованный электрический дренаж является дренажным устройством, имеющим одностороннюю проходимость. Отличие поляризованного дренажа от прямого заключается в присутствии у первого элемента односторонней проводимости ВЭ. В случае поляризованного дренажа ток течет только в одном направлении — от трубопровода к рельсу. Это не позволяет блуждающим токам натекать на трубопровод по дренажному проводу. 
• 
  Усиленный дренаж используется тогда, когда требуется не только отвести блуждающие токи с трубопровода, но и создать на нем определенную величину защитного потенциала. Усиленный дренаж – это обычная катодная станция. Ее отрицательный полюс подсоединяют к защищаемой конструкции, а положительный — к рельсам электрифицированного транспорта, а не к анодному заземлению. 
• 
  Как только трубопровод введут в эксплуатацию, регулируют работу системы его защиты от коррозии. Если возникает необходимость, осуществляют подключение станций катодной и дренажной защиты и протекторных установок.

Использование какой-либо из технологий защиты промысловых, стальных и прочих видов трубопроводов от коррозии – обязательная составляющая их эксплуатации. Все методы антикоррозийной защиты требуется реализовывать в строгом соответствии с ГОСТом.

Анодно-катодная защита

Анодно-катодная защита — это электрохимическая защита от коррозии, основанная на наложении отрицательного потенциала на защищаемую деталь. Анодно-катодную защиту, как правило, совмещают с нанесением защитных покрытий.

Сдвиг потенциала защищаемого металлического объекта осуществляется с помощью внешнего источника постоянного тока или же соединением с протекторным анодом, изготовленным из металла, более электроотрицательного относительно объекта. При этом поверхность защищаемого образца становится эквипотенциальной и на всех её участках протекает только катодный процесс.

Обуславливающий коррозию анодный процесс перенесён на вспомогательные электроды. Отсюда названия — жертвенный анод, жертвенный электрод.

Анодно-катодная защита широко применяется для защиты от коррозии наружной поверхности: больших металлоемких объектов энергетического комплекса, таких как подземныеи наземные магистральные и промысловые трубопроводы нефти, газа и нефтепродуктов, тепловые сети, крупные резервуары и т. д.

В случае невозможности или нецелесообразности применения анодно-катодной защиты для защиты от коррозии небольших объектов может применяться протекторная защита.

Срок службы анодно-катодной защиты напрямую зависит от качества изоляционного покрытия защищяемого объекта. В случае применения анодно-катодной защиты для антикоррозиойной защиты подземноразмещённых резервуаров СУГ рекомендуем замену анодно-катодной защиты на новую не реже чем один раз в 6 лет.

Составляющие компоненты анодно-катодной защиты:

1. Магнезиальный анод.
2. Коробка подключения.

ВНИМАНИЕ! Для обеспечения эффективности коррозионной защиты применяйте комлектацию соответствующую размеру резервуара.
При укладке, к примеру, 4-х резервуаров объёмом 25м³ допускается использование всего двух комплектов АКЗ, предназначенных для резервуаров до 50м³, при условии равномерного распределения при укладке анодов.

Соблюдайте все правила и нормы при проведении монтажных работ!
При подключении провода к заземлению резервуара а так же в клеммной коробке учитывайте силовой момент при затяжке соединений.

Срок эффективной службы анодно-катодной защиты зависит от качества изготовления резервуара.
Рекомендуется замена анодно-катодной защиты при проведении планового внешнего осмотра резервуара.

Техническая документация на оборудование PP-TEC

Вернуться назад

data-vocabulary.org/#»>
• Главная
• Оборудование
• Анодно-катодная защита

Объяснение катодной защиты — Catwell

Катодная защита – это метод предотвращения коррозии подводных и подземных металлических конструкций.

Что такое катодная защита?

Катодная защита является одним из наиболее эффективных методов предотвращения коррозии на поверхности металла.

Катодная защита обычно используется для защиты от коррозии многочисленных конструкций, таких как корабли, морские плавучие средства, подводное оборудование, гавани, трубопроводы, резервуары; практически все подводные или заглубленные металлические конструкции.

Основные принципы катодной защиты

Метод основан на преобразовании активных областей на поверхности металла в пассивные, то есть превращении их в катод электрохимической ячейки. Узнайте больше об электрохимических элементах и ​​коррозии.

При подаче тока снижается потенциал металла, прекращается коррозионное воздействие и достигается катодная защита. Катодная защита может быть обеспечена одним из следующих способов:

• Катодная защита расходуемого анода
• Катодная защита от импульсного тока, часто называемая ICCP

Протекторный анод катодной защиты

Самый простой метод применения катодной защиты заключается в соединении защищаемого металла с другим, более подверженным коррозии металлом, который действует как анод. Цинк, алюминий и магний являются металлами, обычно используемыми в качестве анодов.

Подробнее о гальваническом ряду и благородстве металлов.

Принципы жертвенной катодной защиты

Наиболее активный металл (а также менее благородный) становится анодом для других и жертвует собой, подвергаясь коррозии (отказу от металла), чтобы защитить катод. Отсюда и термин «жертвенный анод».

Поскольку управляющее напряжение расходуемых анодов ниже по сравнению с анодами с подаваемым током, расходуемые аноды должны быть хорошо распределены и расположены ближе к защищаемой зоне.

Что использовать; алюминиевые или цинковые аноды в условиях соленой воды?

Из-за разности потенциалов между анодной (менее благородной) и катодной областью (сталь) положительно заряженные ионы металла покидают поверхность анода, а электроны покидают поверхность на катоде. Для анодов из алюминиевого сплава реакция на поверхности анода следующая: 4Al → 4Al ^{+ + +} + 12e ^– .

Катодная защита импульсным током (ICCP)

В системах

ICCP используется внешний источник электроэнергии, обеспечиваемый регулируемым источником питания постоянного тока, который часто называют панелью управления. Панель управления обеспечивает ток, необходимый для поляризации защищаемой поверхности.

Принципы ICCP – катодная защита с подаваемым током

Защитный ток распределяется с помощью специально разработанных инертных анодов, как правило, из проводящего материала такого типа, который не легко растворяется в ионы металлов, а скорее поддерживает альтернативные анодные реакции.

Система ICCP постоянно контролирует уровень защиты и адаптируется к току, необходимому для остановки коррозии.

В хороших условиях окружающей среды с морской водой окисление растворенных ионов хлорида будет преобладающей анодной реакцией, в результате чего на поверхности анода образуется газообразный хлор: 2Cl ^– → Класс ₂  + 2e ^– . В маломинерализованных водах преобладающей анодной реакцией будет разложение воды: 2H ₂ O → O ₂ + 4H ⁺ + 4e ^– .

Одним из наиболее распространенных типов анодов ICCP для применения в морской воде является «MMO/Ti», который состоит из титановой подложки (Ti), покрытой катализатором из благородного металла или оксида металла (MMO).

Когда обеспечивается катодная защита?

Подача тока катодной защиты на любой металл сместит его нормальный потенциал в отрицательном направлении. Полная катодная защита стали достигается потенциалом на определенном уровне. Подробнее об уровне катодной защиты.

Последнее обновление: 10.01.2022

Основы катодной защиты

Коррозия – это естественное разрушительное явление, возникающее при воздействии окружающей среды на некоторые металлы. Реакция между воздухом, влагой и металлической подложкой вызывает специфические химические реакции, в результате которых металл превращается в более химически стабильную форму оксида, гидроксида или сульфида. В металлах на основе железа, таких как сталь, коррозия проявляется в виде оксидов железа III, также известных как ржавчина.

Реклама

Для возникновения электрохимической коррозии должны присутствовать три компонента: анод, катод и электролит. Анод и катод обычно соединены непрерывным электрическим путем, при этом оба погружены в один и тот же электролит. Во время этого процесса анод подвергается коррозии, а катод остается незатронутым.

Реклама

Рисунок 1. Типичная электрохимическая ячейка, показывающая поток электронов от анода к катоду через электрическое соединение. (Источник: Alksub в английской Википедии / CC BY-SA)

Существуют различные методы предотвращения коррозии и борьбы с ней. Один из них известен как катодная защита (CP). Этот метод работает путем соединения металла, который нужно защитить, с более легко подверженным коррозии «жертвенным металлом». Этот жертвенный металл преимущественно подвергается коррозии (действуя как анод), в то время как рассматриваемый более ценный металлический объект (действуя как катод) остается защищенным. В этой статье мы объясним, как работает этот метод жертвенной защиты, и опишем его различные применения.

Понимание гальванической или биметаллической коррозии

Чтобы понять, как работает катодная защита, мы должны сначала понять основы биметаллической коррозии, также известной как гальваническая коррозия. Биметаллическая коррозия, как следует из ее названия, представляет собой уникальный тип коррозии, возникающий при соединении двух металлов. Эта коррозия наблюдается в нескольких ситуациях, когда разнородные металлы находятся в прямом или косвенном контакте друг с другом. Биметаллическая коррозия обычно характеризуется ускоренной коррозией одного металла, в то время как другой остается незатронутым. Другими словами, один металл жертвует собой, защищая другой. (Более подробно этот процесс рассмотрен в статье «Почему два разнородных металла вызывают коррозию?»)

Коррозия в гальваническом элементе обусловлена ​​главным образом свойством, известным как разность потенциалов. Эта разность потенциалов заставляет электроны течь от одного металла в ячейке (анод) к другому металлу (катод), генерируя при этом небольшое количество электричества. По мере того, как электроны вытекают из анода, происходит окисление, вызывающее разрушение или коррозию анодного металла. Между тем, когда электроны текут к катоду, происходит восстановление, дополнительно защищающее катодный металл.

Реклама

При биметаллической коррозии эта разность потенциалов является прямым результатом разности электродных потенциалов между двумя разнородными металлами. Когда металл погружается в электролит, он принимает электродный потенциал, который отражает способность металла окисляться или восстанавливаться. Электродный потенциал различных металлов отображается в виде списка, известного как гальванический ряд. (Дополнительную информацию см. в разделе «Введение в серию гальваники: гальваническая совместимость и коррозия».) Металлы, расположенные выше в таблице, считаются анодными (более электроотрицательными), а металлы, расположенные ниже в таблице, более катодными (более электроположительными). . Чем дальше друг от друга находятся контактирующие металлы в гальваническом ряду, тем больше разность потенциалов между металлами и тем сильнее коррозия на аноде.

Катодная защита (CP) и метод ее работы

Несмотря на то, что конструкция систем катодной защиты может быть сложной, их действие основано на концепции биметаллической или гальванической коррозии, описанной ранее. Понимая принципы этого типа коррозии, мы можем намеренно соединять металлы вместе, чтобы гарантировать катодную защиту одного из них от другого. Другими словами, если мы хотим защитить определенную металлическую конструкцию, мы можем создать условия, при которых этот металл станет катодом электрохимической ячейки. Электрически соединяя защищаемый металл с более анодным (электроотрицательным) металлом, мы можем гарантировать, что анод жертвует собой, корродируя преимущественно по сравнению с катодным аналогом.

В некоторых случаях внешние источники питания могут использоваться для подачи дополнительных электронов в электрохимический процесс, что может повысить эффективность катодной защиты.

Системы катодной защиты используются во многих отраслях промышленности для защиты широкого спектра конструкций в сложных или агрессивных средах. В частности, в нефтяной и газовой промышленности системы катодной защиты используются для предотвращения коррозии топливопроводов, стальных резервуаров для хранения, морских платформ и обсадных труб нефтяных скважин. В морской промышленности этот метод защиты также используется для стальных свай, пирсов, причалов и корпусов судов. Другой распространенный тип катодной защиты, известный как цинкование, обычно используется для защиты стальных элементов и конструкций. (Чтобы узнать больше, прочтите «Гальванизация и ее эффективность в предотвращении коррозии».)

Типы катодной защиты (CP)

Как упоминалось ранее, катодная защита работает путем преднамеренного формирования гальванического элемента с другим жертвенным металлом. Это может быть достигнуто за счет использования двух различных типов катодной защиты: пассивной катодной защиты и катодной защиты подаваемого тока.

Пассивная катодная защита

В системах пассивной катодной защиты расходуемый анод прямо или косвенно соединен с защищаемым металлом. Разность потенциалов между двумя разнородными металлами генерирует достаточное количество электричества для формирования электрохимической ячейки и запуска гальванической или биметаллической коррозии.

Этот тип защиты обычно используется в нефтегазовой промышленности для защиты стальных конструкций морских буровых установок и платформ. Здесь алюминиевые стержни (или другой подходящий металл) монтируются непосредственно на стальные секции, чтобы взять на себя роль жертвенного металла. Аналогичным методом катодно защищают стальные водонагреватели, резервуары и сваи.

Рисунок 2. Схема защиты трубопровода расходуемым анодом с использованием методов пассивной катодной защиты. Обратите внимание на отсутствие внешнего источника питания.

Другим распространенным примером пассивной катодной защиты является горячеоцинкованная сталь. Во время этого процесса стальные элементы или конструкции погружаются в ванну с расплавленным цинком, который покрывает объект. Когда сталь удаляется из расплавленного цинка, она вступает в реакцию с воздухом и влагой, образуя защитный слой, известный как карбонат цинка, который создает гальванический элемент со сталью.

Когда стальной элемент поцарапан или поврежден, так что подложка обнажается, окружающее цинковое покрытие действует как расходуемый анод и подвергается коррозии преимущественно для защиты незащищенной стали. Этот тип защиты продолжается до тех пор, пока близлежащий цинк не истощится.

Катодная защита импульсным током (ICCP)

В крупных конструкциях использование методов пассивной катодной защиты может оказаться нецелесообразным. Количество расходуемых анодов, необходимых для подачи достаточного тока для обеспечения адекватной защиты, может быть либо нереалистичным, либо нецелесообразным. Чтобы решить эту проблему, используется внешний источник питания, который помогает управлять электрохимическими реакциями. Этот метод известен как катодная защита подаваемым током (ICCP). Системы ICCP идеально подходят для защиты протяженных сооружений, таких как подземные трубопроводы. Фланцы соединительных труб обычно изолируются с помощью изоляционных комплектов, чтобы разделить трубы на более мелкие и удобные секции в целях защиты ICCP.

Рисунок 3. Схема объекта, защищенного анодом с использованием методов катодной защиты подаваемым током (ICCP). Обратите внимание, как задействован внешний источник питания постоянного тока.

Ограничения катодной защиты

В крупных трубопроводных сетях может быть много пересечений, параллелизма и подходов вблизи системы КП трубопровода. Между трубопроводами могут возникать помехи постоянного тока, что ускоряет коррозию. Чтобы решить эту проблему, трубопроводы могут быть электрически соединены либо напрямую, либо через сопротивление.

Для трубопроводов с покрытием катодное отслоение может произойти из-за высоких уровней CP, когда качество нанесенного покрытия низкое. Более высокие температуры также могут способствовать катодному отслоению. Окружающая среда с высоким pH также вызывает беспокойство с точки зрения коррозионного растрескивания под напряжением.

Заключение

Катодная защита является популярным методом защиты от коррозии трубопроводов, морских нефтяных платформ и других стальных конструкций.