Катодная защита: Катодная защита — Что такое Катодная защита?

Содержание

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.

Электрохимическая защита технологических трубопроводов

При укладке в траншею изолированного трубопровода и его последующей засыпке изоляционное покрытие может быть повреждено, а в процессе эксплуатации трубопровода оно постепенно стареет (теряет свои диэлектрические свойства, водоустойчивость, адгезию). Поэтому при всех способах прокладки, кроме надземной, трубопроводы подлежат комплексной защите от коррозии защитными покрытиями и средствами электрохимической защиты (ЭХЗ) независимо от коррозионной активности грунта.

К средствам ЭХЗ относятся катодная, протекторная и электродренажная защиты.

Защита от почвенной коррозии осуществляется катодной поляризацией трубопроводов. Если катодная поляризация производится с помощью внешнего источника постоянного тока, то такая защита называется катодной, если же поляризация осуществляется присоединением защищаемого трубопровода к металлу, имеющему более отрицательный потенциал, то такая защита называется протекторной.

Катодная защита

Принципиальная схема катодной защиты показана на рисунке.

Источником постоянного тока является станция катодной защиты 3, где с помощью выпрямителей переменный ток от вдольтрассовой ЛЭП 1, поступающий через трансформаторный пункт 2, преобразуется в постоянный.

Отрицательным полюсом источник с помощью соединительного провода 4 подключен к защищаемому трубопроводу 6, а положительным — к анодному заземлению 5. При включении источника тока электрическая цепь замыкается через почвенный электролит.

Принципиальная схема катодной защиты

1 — ЛЭП; 2 — трансформаторный пункт; 3 — станция катодной защиты; 4 — соединительный провод; 5 — анодное заземление; 6 — трубопровод

Принцип действия катодной защиты следующий. Под воздействием приложенного электрического поля источника начинается движение полусвободных валентных электронов в направлении «анодное заземление — источник тока— защищаемое сооружение». Теряя электроны, атомы металла анодного заземления переходят в виде ион-атомов в раствор электролита, т. е. анодное заземление разрушается. Ион-атомы подвергаются гидратации и отводятся в глубь раствора. У защищаемого же сооружения вследствие работы источника постоянного тока наблюдается избыток свободных электронов, т.е. создаются условия для протекания реакций кислородной и водородной деполяризации, характерных для катода.

Подземные коммуникации нефтебаз защищают катодными установками с различными типами анодных заземлений. Необходимая сила защитного тока катодной установки определяется по формуле

Jдр=j3·F3·K0

где j3 — необходимая величина защитной плотности тока; F3 — суммарная поверхность контакта подземных сооружений с грунтом; К0 — коэффициент оголенности коммуникаций, величина которого определяется в зависимости от переходного сопротивления изоляционного покрытия Rnep и удельного электросопротивления грунта рг по графику, приведенному на рисунке ниже.

Необходимая величина защитной плотности тока выбирается в зависимости от характеристики грунтов площадки нефтебазы в соответствии с таблицей ниже.

Протекторная защита

Принцип действия протекторной защиты аналогичен работе гальванического элемента.

Два электрода: трубопровод 1 и протектор 2, изготовленный из более электроотрицательного металла, чем сталь, опущены в почвенный электролит и соединены проводом 3. Так как материал протектора является более электроотрицательным, то под действием разности потенциалов происходит направленное движение электронов от протектора к трубопроводу по проводнику 3. Одновременно ион-атомы материала протектора переходят в раствор, что приводит к его разрушению. Сила тока при этом контролируется с помощью контрольно-измерительной колонки 4.

Зависимость коэффициентов оголенности подземных трубопроводов от переходного сопротивления изоляционного покрытия для грунтов удельным сопротивлением, Ом-м

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

Зависимость защитной плотности тока от характеристики грунтов

Тип грунта

рп Омм

А, А/м2

Влажный глинистый грунт:

— pH >8

15

0,033

pH = 6-8

15

0,160

— с примесью песка

15

0,187

Влажный торф (pH <8)

15

0,160

Увлажненный песок

50

0,170

Сухой глинистый грунт

100

0,008

Принципиальная схема протекторной защиты

1 — трубопровод; 2 — протектор; 3 — соединительный провод; 4 — контрольно-измерительная колонка

Таким образом, разрушение металла все равно имеет место. Но не трубопровода, а протектора.

Теоретически для защиты стальных сооружений от коррозии могут быть использованы все металлы, расположенные в электрохимическом ряду напряжений левее железа, так как они более электроотрицательны. Практически же протекторы изготавливаются только из материалов, удовлетворяющих следующим требованиям:

  • разность потенциалов материала протектора и железа (стали) должна быть как можно больше;
  • ток, получаемый при электрохимическом растворении единицы массы протектора (токоотдача), должен быть максимальным;
  • отношение массы протектора, израсходованной на создание защитного тока, к общей потере массы протектора (коэффициент использования) должно быть наибольшим.

Данным требованиям в наибольшей степени удовлетворяют сплавы на основе магния, цинка и алюминия.

Протекторную защиту осуществляют сосредоточенными и протяженными протекторами. В первом случае удельное электросопротивление грунта должно быть не более 50 Ом-м, во втором — не более 500 Ом·м.

Электродренажная защита трубопроводов

Метод защиты трубопроводов от разрушения блуждающими токами, предусматривающий их отвод (дренаж) с защищаемого сооружения на сооружение — источник блуждающих токов либо специальное заземление, называется электродренажной защитой.

Применяют прямой, поляризованный и усиленный дренажи.

Принципиальные схемы электродренажной защиты

а — прямой дренаж; б —поляризованный дренаж; в — усиленный дренаж

Прямой электрический дренаж — это дренажное устройство двусторонней проводимости. Схема прямого электрического дренажа включает: реостат К, рубильник К, плавкий предохранитель Пр и сигнальное реле С. Сила тока в цепи «трубопровод — рельс* регулируется реостатом. Если величина тока превысит допустимую величину, то плавкий предохранитель сгорит, ток потечет по обмотке реле, при включении которого включается звуковой или световой сигнал.

Прямой электрический дренаж применяется в тех случаях, когда потенциал трубопровода постоянно выше потенциала рельсовой сети, куда отводятся блуждающие токи. В противном случае дренаж превратится в канал для натекания блуждающих токов на трубопровод.

Поляризованный электрический дренаж — это дренажное устройство, обладающее односторонней проводимостью. От прямого дренажа поляризованный отличается наличием элемента односторонней проводимости (вентильный элемент) ВЭ. При поляризованном дренаже ток протекает только от трубопровода к рельсу, что исключает натекание блуждающих токов на трубопровод по дренажному проводу.

Усиленный дренаж применяется в тех случаях, когда нужно не только отводить блуждающие токи с трубопровода, но и обеспечить на нем необходимую величину защитного потенциала. Усиленный дренаж представляет собой обычную катодную станцию, подключенную отрицательным полюсом к защищаемому сооружению, а положительным — не к анодному заземлению, а к рельсам электрифицированного транспорта.

За счет такой схемы подключения обеспечивается: вопервых, поляризованный дренаж (за счет работы вентильных элементов в схеме СКЗ), а во-вторых, катодная станция удерживает необходимый защитный потенциал трубопровода.

После ввода трубопровода в эксплуатацию производится регулировка параметров работы системы их защиты от коррозии. При необходимости с учетом фактического положения дел могут вводиться в эксплуатацию дополнительные станции катодной и дренажной защиты, а также протекторные установки.

Катодная защита баков-аккумуляторов

Версия для печати

6.1. Область применения

6.1.1. Катодную защиту допускается применять для новых и находившихся в эксплуатации баков объемом до 20 тыс. м3 с глубиной отдельных коррозионных язв не более 20 % проектной толщины бака.

6.1.2. Для защиты от аэрации воды в баках, оборудованных катодной защитой, следует применять «паровую подушку».

6.1.3. Метод катодной защиты внутренней поверхности бака состоит в присоединении ее к отрицательному полюсу источника постоянного тока. При этом положительный полюс источника постоянного тока соединяют с расположенными внутри бака малорастворимыми анодами, которые не противоречат ГОСТ Р 51232-98 «Вода питьевая». Размещение анодов внутри баков должно обеспечивать защиту от коррозии при минимальной силе защитного тока.

6.2. Технология применения

6.2.1. Катодная защита внутренней поверхности баков — аккумуляторов должна осуществляться с помощью защитных установок, состоящих из сетевого преобразователя энергии, обеспечивающего выпрямленный постоянный ток, малорастворимых и стойких к горячей воде и атмосферным условиям токоотводящих анодов, равномерно распределяющих ток по защищаемой внутренней поверхности бака, а также коммутационных проводов и соединений, которые могут одновременно выполнять функции несущих элементов для размещения электродов внутри бака.

6.2.2. В качестве источников постоянного тока должны применяться сетевые преобразователи.

Сетевые преобразователи энергии в установках катодной защиты должны соответствовать требованиям ГОСТ Р 21164-98. Технические условия на них должны быть сертифицированы специализированными организациями, уполномоченными Госгортехнадзором России.

Характеристики преобразователей приведены в табл. 9.

Таблица 9













Тип преобразователя
Выходная мощность, кВт
Выпрямленное напряжение, В
Выпрямленный ток, А

УКЗТ-1 ОПЕ
3,0
96/48
32/63

5,0
96/48
50/100

ПТА
1,6
48/24
33/66

3,0
96/48
31/62

СКЗМ
2,0
96/48
21/42

3,0
96/48
31/62

5,0
96/48
52/104

ОПС-50-24 У1
1,2
48/24
25/50

ОПС-63-48 У1
3,0
96/48
31/63

ОПС-100-48 У1
5,0
96/48
50/100

6. 2.3. Для катодной защиты применяются титано-платиновые, титано-рутениевые или железокремниевые электроды.

6.2.4. Для всех анодов должна быть обеспечена надежность крепления и изоляция токовводов. Материалы для крепления, герметизации и изоляция токовводов, а также наружная изоляция проводов и кабелей должны быть выполнены по техническим условиям, допускающим их прокатку и эксплуатацию в водной среде при высоких температурах.

6.2.5. Технологической задачей катодной защиты является торможение коррозионных процессов на поверхности стали и обеспечение заданного остаточного ресурса гарантированной безотказной по причине коррозии работы баков-аккумуляторов до предусмотренного ремонта.

6.2.6. Торможение процессов коррозии при катодной защите достигается за счет отрицательного (катодного) смещения естественного потенциала стали в горячей воде.

6.2.7. Надежная электрохимическая защита внутренней поверхности бака от коррозии обеспечивается при значении поляризационного потенциала в пределах от -0,54 до -0,60 В (по нормальному водородному электроду).

6.2.8. Для контроля потенциала следует применять стационарные или переносные электроды сравнения. В качестве стационарных электродов сравнения могут применяться коломельные, хлорсеребряные, цинковые или другие термостойкие электроды подобного рода. В качестве переносных — медносульфатные электроды сравнения.

6.2.9. В качестве среднего исходного расчетного показателя при выборе мест размещения токоотдающих электродов (и первоначальной оценке их необходимого количества) можно принять соотношение, что 1 м линейного электрода может обеспечить защитный ток для 20 — 100 м2 внутренней поверхности бака.

6.2.10. Для проектируемых баков и баков, находившихся в эксплуатации, необходимо провести расчет кровли и стен бака на прочность с учетом влияния дополнительной массы элементов защиты.

6.2.11. Работы по организации, монтажу и эксплуатации катодной защиты на баках могут производиться персоналом ТЭЦ и котельных в соответствии с инструкциями и конструкторской документацией, разработанной институтом «МосгазНИИпроект».

6.3. Эксплуатация и контроль эффективности катодной защиты

6.3.1. Для баков, находившихся в эксплуатации, перед включением катодной защиты рекомендуется очистить внутреннюю поверхность от продуктов коррозии металлическими щетками или отпескоструить до чистого металла, после этого промыть ее горячей водой.

Допускается не проводить очистку поверхности бака в течение одного-двух месяцев (в зависимости от имеющегося количества продуктов коррозии), осуществлять катодную поляризацию током, примерно вдвое превышающим первоначальный расчетный.

При этом следует иметь в виду, что в начальный период работы катодной защиты будет наблюдаться интенсивное отслаивание окалины и продуктов коррозии со стенок бака. Это естественный электрохимический процесс, так называемая катодная обработка поверхности металла.

Новые баки перед включением установок катодной защиты должны быть промыты горячей водой.

6.3.2. На монтаж и включение катодной защиты не налагается ограничений, связанных с температурой воды и воздуха, а также с влажностью последнего.

6.3.3. Для правильного выбора режима катодной поляризации необходимо принимать во внимание образование карбонатного осадка. Благодаря подщелачиванию слоя воды, непосредственно прилегающего к металлу бака, из-за восстановления кислорода с образованием гидроксильных ионов карбонатный осадок может образовываться практически во всех водах, используемых в коммунальном теплоснабжении. Образование карбонатного осадка приводит к уменьшению площади металлической поверхности, на которую натекает ток, и в результате — к уменьшению значения тока, необходимого для поддержания защитного потенциала.

6.3.4. При наладке катодной защиты вплоть до окончательного формирования карбонатного осадка необходим постоянный контроль потенциала защищаемой поверхности. После окончания формирования карбонатного осадка на стенках бака необходимо перейти на периодический контроль с частотой измерения поляризационных потенциалов один раз в месяц.

6.3.5. Измерение поляризационных потенциалов следует проводить как при включенном защитном токе, так и в момент его отключения, повторяя такие измерения 3-5 раз подряд с интервалом 20 — 30 с. При отсутствии в баке постоянно находящегося электрода сравнения (хлорсеребряного или другого типа) допускается использовать переносный медносульфатный электрод сравнения.

6.3.6. Для обеспечения эффективной защиты значение поляризационного потенциала должно быть в пределах, указанных в п. 6.2.7.

6.3.7. При значении измеренного поляризационного потенциала отрицательнее -1,1 В (по медносульфатному электроду сравнения) или если в журнале по контролю за поляризационным потенциалом обнаружены такие значения в течение 2 — 3 мес, необходимо произвести высверловку или вырубку участка стены бака площадью 15 см2 для определения степени наводораживания и выявления опасности хрупкого разрушения.

6.4. Обследование коррозионного состояния баков с катодной защитой

6.4.1. Контроль за эффективностью катодной защиты должен осуществляться путем ежегодного осмотра внутренней поверхности бака.

6.4.2. До начала проведения коррозионного обследования бака необходимо отключить катодную защиту и провести обследование надежности крепления анодов и их состояния, а также осмотр проводов и других конструктивных элементов катодной защиты.

6.4.3. Для новых баков или баков с коррозионным износом не более 10% проектной толщины при внутренней поверхности бака, покрытой ровным серым налетом, и при отсутствии вновь образовавшихся продуктов коррозии степень коррозионного износа следует определять один раз в два года на контрольных участках 300´300 мм в нижней и верхней зонах (по одному участку) и в средней зоне (по два участка).

6.4.4. При обнаружении на баках во время осмотра вновь образовавшихся продуктов коррозии участки с ними принимаются как контрольные и на них должна определяться степень коррозионного износа согласно требованиям «Методических указаний по обследованию баков-аккумуляторов горячей воды: РД 34.40.601-97».

6.4.5. Для баков с коррозионным износом от 10 до 20 % проектной толщины при ежегодном осмотре на таких участках должна определяться степень коррозионного износа. При отсутствии изменения коррозионного износа на этих участках допускается в дальнейшем проводить изменение степени износа один раз в два года.

<< назад / к содержанию РД 153-34.1-40.504-00 / вперед >>

Катодная защита трубопроводов от коррозии: принцип действия

Трубопроводные магистрали – это на сегодняшний день наиболее распространенное средство для осуществления транспортировки носителей энергии. Очевидный их недостаток – подверженность образованию ржавчины. Для этого выполняется катодная защита магистральных трубопроводов от коррозии. В чем же ее принцип действия?

  1. Причины коррозии
  2. Подверженность коррозии магистральных трубопроводных сетей
  3. Электрохимическая коррозия от грунта
  4. Коррозия под влиянием блуждающих токов
  5. Коррозионное растрескивание под влиянием напряжения
  6. Коррозия под влиянием микроорганизмов
  7. Что такое электрохимическая защита
  8. Как классифицируется электрохимическая защита
  9. Об особенностях электрохимической защиты
  10. Катодная защита
  11. Защита от коррозии обустройством дренажа

Причины коррозии

Сети трубопроводов систем жизнеобеспечения распространены по всей территории России. С их помощью эффективно транспортируется газ, вода, нефтепродукты и нефть. Не так давно был проложен трубопроводов для транспортировки аммиака. Большинство видов трубопроводов выполнены из металла, а главный их враг – это коррозия, видов которой имеется много.

Причины образования ржавчины на металлических поверхностях основаны на свойствах окружающей среды, как наружной, так и внутренней коррозии трубопроводов. Опасность образования коррозии для внутренних поверхностей основана на:

  1. Взаимодействии с водой.
  2. Наличии в воде щелочей, солей или кислот.

Такие обстоятельства могут сложиться на магистральных водопроводах, системах горячего водоснабжения (ГВС), пара и отопления. Не менее важным фактором является способ прокладки трубопровода: наземный или подземный. Первый проще обслуживать и устранять причины образования ржавчины, по сравнению со вторым.

При способе прокладывания «труба в другую трубу» риск возникновения коррозии находится на невысоком уровне. При непосредственном выполнении монтажа трубопровода на открытом воздухе возможно образование ржавчины от взаимодействия с атмосферой, что тоже приводит к изменению конструкции.

Трубопроводы, расположенные под землей, в том числе пара и горячей воды наиболее уязвимы к коррозии. Возникает вопрос о подверженности к коррозии труб, расположенных на дне водоисточников, но лишь небольшая часть магистралей расположена в этих местах.

Согласно предназначению трубопроводы с риском возникновения коррозии подразделяются на:

  • магистральные;
  • промысловые;
  • для систем отопления и жизнеобеспечения населения;
  • для сточной воды от промышленных предприятий.

Подверженность коррозии магистральных трубопроводных сетей

Коррозия трубопроводов данного типа наиболее хорошо изучена, и их защита от воздействия внешних факторов определена стандартными требованиями. В нормативных документах рассматриваются способы защиты, а не причины, исходя из которых происходит образование ржавчины.

Не менее важно учитывать, что при этом рассматривается только наружная коррозия, которой подвержен внешний участок трубопровода, так как внутри магистрали проходят инертные газы. Не столь опасно в этом случае контактирование металла с атмосферой.

Для защищенности от коррозии по ГОСТ рассматриваются для нескольких участок трубопровода: повышенной и высокой опасности, а также коррозионно-опасных.

Воздействие негативных  факторов из атмосферы для участков повышенной опасности или виды коррозии:

  1. От источников постоянного тока возникновение блуждающих токов.
  2. Воздействие микроорганизмов.
  3. Созданное напряжение провоцирует растрескивание металла.
  4. Хранение отходов.
  5. Соленые почвы.
  6. Температура транспортируемого вещества выше 300 °С.
  7. Углекислотная коррозия нефтепровода.

Монтер по защите подземных трубопроводов от коррозии должен знать конструкцию трубопровода и требования СНиП.

Электрохимическая коррозия от грунта

Вследствие разности напряжений, образовавшихся на отдельных участках трубопроводов, возникает поток электронов. Процесс образования ржавчины происходит по электрохимическому принципу. На основании этого эффекта часть металла в анодных зонах растрескивается и перетекает в основание почвы. После взаимодействия с электролитом образовывается коррозия.

Одним из значимых критериев для обеспечения защиты от негативных проявлений является длина магистрали. На пути попадаются почвы с разным составом и характеристикой. Все это способствует возникновению разности напряжений между частями проложенных трубопроводов. Магистрали обладают хорошей проводимостью, поэтому происходит образование гальванопар с достаточно большой протяженностью.

Увеличение скорости коррозии трубопровода провоцирует высокая плотность потока электронов. Не меньшее значение играет и глубина расположения магистралей, так как на ней сохраняется существенный процент влажности, и температуры, которая ниже отметки «0» не отпускается. На поверхности труб также остается прокатная окалина после обработки, а это влияет на появление ржавчины.

Путем проведения исследовательских работ установлена прямая зависимость между глубиной и площадью образованной ржавчины на металле. Это основано на том, что металл с большей площадью поверхности наиболее уязвим к внешним негативным проявлениям. К частным случаям можно отнести проявление на стальных сооружениях значительно меньших количеств разрушений под действием электрохимического процесса.

Агрессивность грунтов к металлу, прежде всего, определяется их собственной структурной составляющей, влажностью, сопротивлением, насыщенностью щелочами, воздушной проницаемостью и иными факторами. Монтер по защите подземных трубопроводов от коррозии должен быть ознакомлен с проектом на строительство магистрали.

Коррозия под влиянием блуждающих токов

Ржавчина может возникать от переменного и постоянного потока электронов:

  • Образование ржавчины под воздействием тока постоянных величин. Блуждающими токами называются токи, находящиеся в почве и в конструктивных элементах, расположенных под землей. Их происхождение антропогенное. Они возникают в результате эксплуатации технических устройств постоянного тока, распространяющегося от зданий или сооружений. Ими могут быть сварочные инверторы, систем защиты от катодов и иные устройства. Ток стремится пройти по пути наименьшего показателя сопротивления, в результате, при имеющихся в наличии трубопроводах в земле, току будет гораздо легче пройти через металл. Анодом является участок трубопровода, из которого блуждающий ток выходит на поверхность почвы. Часть трубопровода, в который попадает ток, играет роль катода. На описанных анодных поверхностях токи имеют повышенную плотность, поэтому именно в этих местах образовываются значительные коррозионные места. Скорость коррозии не ограничивается и может быть до 20 мм в год.
  • Образование ржавчины под воздействием переменного тока. При расположении около магистралей линий электропередач с напряжением сети свыше 110 кВ, а также параллельном расположении трубопроводов под влиянием переменных токов образовывается коррозия, в том числе коррозия под изоляцией трубопроводов.

Коррозионное растрескивание под влиянием напряжения

Если на металлическую поверхность одновременно воздействуют внешние негативные факторы и высокое напряжение от ЛЭП, создающее растягивающие усилия, то происходит образование ржавчины. Согласно проведенным исследованиям получила свое место водородно-коррозионная новая теория.

Трещины небольшого размера образовываются при насыщении трубы водородом, которое после обеспечивает увеличение давления изнутри до показателей, выше положенного эквивалента связи атомов и кристаллов.

Под влиянием диффузии протонов производится наводораживание поверхностного слоя под влияние гидролиза при повышенных уровнях катодной защищенности и одновременного воздействия неорганических соединений.

После того как трещина раскроется, происходит ускорение процесса ржавление металла, которое обеспечивается грунтовым электролитом. В итоге под влиянием механических воздействий металл подвергается медленному разрушению.

Коррозия под влиянием микроорганизмов

Микробиологической коррозией называется процесс образования ржавчины на трубопроводе под влиянием живых микроорганизмов. Это могут быть водоросли, грибки, бактерии, в их числе простейшие организмы. Установлено, что размножение бактерий наиболее существенно влияет на этот процесс. Для поддержания жизнедеятельности микроорганизмов необходимо создание условий, а именно нужен азот, влажность, воды и соли. Также условия такие, как:

  1. Температурно-влажностные показатели.
  2. Давление.
  3. Наличие освещенности.
  4. Кислород.

При выделении кислотной среды организмы также могут вызвать коррозию. Под их влиянием на поверхности проявляются каверны, имеющие черный цвет и неприятный запах сероводорода. Бактерии, содержащие сульфаты присутствуют практические во всех почвах, но скорость коррозии увеличивается при увеличении их количества.

Что такое электрохимическая защита

Электрохимическая защита трубопроводов от коррозии — это комплекс мер, направленных на недопущение развития коррозии под воздействием электрического поля. Для преобразования постоянного тока применяются специализированные выпрямители.

Защита от коррозии производится созданием электромагнитного поля, в результате чего приобретается отрицательный потенциал или участок исполняет роль катода. То есть отрезок стальных трубопроводов, огражденный от образования ржавчины, приобретает отрицательный заряд, а заземление — положительный.

Катодная защита трубопроводов от коррозии сопровождает электролитической защищенностью с достаточной проводимостью среды. Такую функцию выполняет грунт, при прокладывании металлических подземных магистралей. Контактирование электродов осуществляется через токопроводящие элементы.

Индикатор для определения показателей коррозии – это высоковольтный вольтметр или датчик коррозии. С помощью этого прибора контролируется показатель между электролитом и грунтом, конкретно для этого случая.

Как классифицируется электрохимическая защита

Коррозия и защита магистральных трубопроводов и резервуаров от нее контролируются двумя способами:

  • К металлической поверхности подводиться источник от тока. Этот участок приобретает отрицательный заряд, то есть исполняет роль катода. Аноды – это инертные электроды, которые никакого отношения к конструктивному исполнению не имеют. Этот способ считается наиболее распространенным, и электрохимическая коррозия не возникает. Такая методика направлена на недопущение следующих разновидностей коррозий: питтинговой, по причине присутствия блуждающих токов, кристаллического типа нержавеющей стали, а также растрескиванию элементов из латуни.
  • Гальванический способ. Защита магистральных трубопроводов или протекторная защита осуществляется металлическими пластинами с большими показателями отрицательных зарядов, изготовленными из алюминия, цинка, магния либо их сплавов. Аноды – это два элемента, так называемые ингибиторы, при этом медленное разрушение протектора способствует поддержанию в изделии катодного тока. Протекторная защита используется крайне редко. ЭХЗ выполняется на изоляционное покрытие трубопроводов.

Об особенностях электрохимической защиты

Основной причиной разрушения трубопроводов является следствие коррозии металлических поверхностей. После образования ржавчины образовывают трещины, разрывы, каверны, которые постепенно увеличиваются в размерах и способствуют разрыву трубопровода. Это явление чаще происходит у магистралей, проложенных под землей, или соприкасающихся с грунтовыми водами.

В принципе действия катодной защиты заложено создание разности напряжений и действия двумя вышеописанными методами. После проведенных измерительных операций непосредственно на местности расположения трубопровода выяснено, что нужный потенциал, способствующий замедлению процесса разрушения должен составлять 0,85В, а у подземных элементов это значение равно 0,55В.

Для замедления скорости коррозии следует снизить катодное напряжение на 0,3В. При таком раскладе, скорость коррозии не будет более 10 мкм/год, а это существенно продлить срок службы технических устройств.

Одна из значимых проблем — это наличие блуждающих токов в грунте. Такие токи возникают от заземлений зданий, сооружений, рельсовых путей и иных устройств. Тем более невозможно провести точную оценку, в каком месте они могут проявиться.

Для создания разрушающего воздействия достаточно заряда стальных трубопроводов положительным потенциалом по отношению к электролитическому окружению, к ним относятся магистрали, проложенные в грунте.

Для того чтобы обеспечить контур током необходимо подвести внешнее напряжение, параметры которого будут достаточными для пробивания сопротивления грунтового основания.

Как правило, подобные источники – это линии электропередач с показателями мощностей от 6 до 10 кВт. Если электрический ток невозможно подвести, то можно использовать дизельные или газовые генераторы. Монтер по защите подземных трубопроводов от коррозии перед выполнением работ должен быть ознакомлен с проектными решениями.

Катодная защита

Чтобы снизился процент возникновения ржавчины на поверхности труб, используются станции электродной защиты:

  1. Анодная, выполненная в виде заземляющих проводников.
  2. Преобразователи постоянных потоков электронов.
  3. Оборудование пункта управления процессом и контроля за этим процессом.
  4. Кабельные и проводные соединения.

Станции катодных защит достаточно результативны, при непосредственном соединении с линией электропередачи или генератору, они обеспечивают ингибирующее действие токов. При этом обеспечивается защита одновременно нескольких участков трубопровода. Регулировка параметров производиться вручную или автоматически. В первом случае используются обмотки трансформаторов, а во втором – тиристоры.

Наиболее распространенной на территории России является высокотехнологичная установка – Миневра -3000. Ее мощности предостаточно для осуществления защиты 30000 м магистралей.

Достоинства технического устройства:

  • высокие характеристики мощности;
  • обновление режима работы после перегрузок через четверть минуты;
  • с помощью цифрового регулирования осуществляется контроль за рабочими параметрами;
  • герметичность высокоответственных соединений;
  • подключение устройства к дистанционному контролю за процессом.

Также применяются АСКГ-ТМ, хотя они их мощность невелика, их оснащение телеметрическим комплексом или дистанционным управлением позволяет им быть не менее популярными.

Схема изоляционной магистрали водопровода или газопровода должна быть на месте проведения работ.

Видео: катодная защита от коррозии – какой бывает и как выполняется?

Защита от коррозии обустройством дренажа

Монтер по защите подземных трубопроводов от коррозии должен быть ознакомлен с устройством дренажа. Такая защита от образования ржавчины трубопроводов от блуждающих токов производится устройством дренажа, необходимым для отвода этих токов в другой участок земли. Всего существует несколько вариантов дренажей.

Разновидности исполнения:

  1. Выполненный под землей.
  2. Прямой.
  3. С полярностями.
  4. Усиленный.

При осуществлении  земляного дренажа производят установку электродов к анодные зоны. Для обеспечения прямой дренажной линии выполняется электрическая перемычка, соединяющая трубопровод с отрицательным полюсом от источников токов, к примеру, заземлению от жилого дома.

Поляризованный дренаж имеет одностороннюю проводимость, то есть при появлении положительного заряда на заземляющем контуре он автоматически отключается. Усиленный дренаж функционирует от преобразователя тока, дополнительно подключенному в электрическую схему, а это улучшает отвод блуждающих токов от магистрали.

Прибавка на коррозию трубопроводов проводится расчетным путем, согласно РД.

Кроме всего, применяется ингибиторная защита, то есть на трубах используется специальный состав для защиты от агрессивных сред. Стояночная коррозия возникает при простое котельного оборудования продолжительное время, чтобы этого не происходило, необходимо техническое обслуживание оборудования.

Монтер по защите подземных трубопроводов от коррозии должен обладать знаниями и навыками, обучен Правилам и периодически проходить медосмотр, и сдавать экзамены в присутствии инспектора Ростехнадзора.

Republished by Blog Post Promoter

Катодная защита: использование и стандарты

Коррозия — это химическая и электрохимическая реакция металла с окружающей средой, вызывающая его повреждение. Она протекает с разной скоростью, которую можно уменьшить. С практической точки зрения интерес представляет антикоррозионная катодная защита металлических сооружений, контактирующих с землей, с водой и с транспортируемыми средами. Особенно повреждаются наружные поверхности труб от влияния грунта и блуждающих токов.

Внутри коррозия зависит от свойств среды. Если это газ, он должен быть тщательно очищен от влаги и агрессивных веществ: сероводорода, кислорода и др.

Принцип работы

Объектами процесса электрохимической коррозии являются среда, металл и границы раздела между ними. Среда, которой обычно является влажный грунт или вода, обладает хорошей электропроводностью. На границе раздела между ней и металлической конструкцией происходит электрохимическая реакция. Если ток положительный (анодный электрод), ионы железа переходят в окружающий раствор, что приводит к потере массы металла. Реакция вызывает коррозию. При отрицательном токе (катодный электрод) этих потерь нет, поскольку в раствор переходят электроны. Способ используется в гальванотехнике для нанесения на сталь покрытий из цветных металлов.

Катодная защита от коррозии осуществляется, когда к объекту из железа подводят отрицательный потенциал.

Для этого в грунте размещают анодный электрод и подключают к нему положительный потенциал от источника питания. Минус подается на защищаемый объект. Катодно-анодная защита приводит к активному разрушению от коррозии только анодного электрода. Поэтому его следует периодически менять.

Негативное действие электрохимической коррозии

Коррозия конструкций может происходить от действия блуждающих токов, попадающих из других систем. Они полезны для целевых объектов, но наносят существенный вред близкорасположенным сооружениям. Блуждающие токи могут распространяться от рельсов электрифицированного транспорта. Они проходят по направлению к подстанции и попадают на трубопроводы. При выходе из них образуются анодные участки, вызывающие интенсивную коррозию. Для защиты применяют электродренаж — специальный отвод токов от трубопровода к их источнику. Здесь также возможна катодная защита трубопроводов от коррозии. Для этого необходимо знать величину блуждающих токов, которую измеряют специальными приборами.

По результатам электрических измерений выбирается способ защиты газопровода. Универсальным средством является пассивный способ изоляции труб от контакта с грунтом с помощью изолирующих покрытий. Катодная защита газопровода относится к активному способу.

Защита трубопроводов

Конструкции в земле защищают от коррозии, если подключить к ним минус источника постоянного тока, а плюс — к анодным электродам, закопанным рядом в грунт. Ток пойдет к конструкции, защищая ее от коррозии. Таким образом производится катодная защита трубопроводов, резервуаров или трубопроводов, находящихся в грунте.

Анодный электрод будет разрушаться, и его следует периодически менять. Для бака, заполненного водой, электроды размещают внутри. При этом жидкость будет электролитом, через которую ток пойдет от анодов к поверхности емкости. Электроды хорошо контролируются, и их легко заменить. В грунте это делать сложней.

Источник питания

Возле нефте- и газопроводов, в сетях отопления и водоснабжения, для которых необходима катодная защита, устанавливают станции, от которых подается напряжение на объекты. Если они размещаются на открытом воздухе, степень их защиты должна быть не ниже IP34. Для сухих помещений подходит любая.

Станции катодной защиты газопроводов и других крупных сооружений имеют мощность от 1 до 10 кВт.

Их энергетические параметры прежде всего зависят от следующих факторов:

  • сопротивление между почвой и анодом;
  • электропроводность грунта;
  • длина защитной зоны;
  • изолирующее действие покрытия.

Традиционно преобразователь катодной защиты представляет собой трансформаторную установку. Сейчас на смену ей приходит инверторная, обладающая меньшими габаритами, лучшей стабильностью тока и большей экономичностью. На важных участках устанавливают контроллеры, обладающие функциями регулирования тока и напряжения, выравнивания защитных потенциалов и др.

Оборудование представлено на рынке в различных вариантах. Для конкретных нужд применяется индивидуальное проектирование, обеспечивающее лучшие условия эксплуатации.

Параметры источника тока

Для защиты от коррозии для железа защитный потенциал составляет 0,44 В. На практике он должен быть больше из-за влияния включений и состояния поверхности металла. Максимальная величина составляет 1 В. При наличии покрытий на металле ток между электродами составляет 0,05 мА/м2. Если изоляция нарушится, он возрастает до 10 мА/м2.

Катодная защита эффективна в комплексе с другими способами, поскольку меньше расходуется электроэнергии. Если на поверхности конструкции есть лакокрасочное покрытие, электрохимическим способом защищаются только места, где оно нарушено.

Особенности катодной защиты

  1. Источниками питания служат станции или мобильные генераторы.
  2. Расположение анодных заземлителей зависит от специфики трубопроводов. Способ расстановки может быть распределенным или сосредоточенным, а также располагаться на разной глубине.
  3. Материал анода выбирается с низкой растворимостью, чтобы его хватило на 15 лет.
  4. Потенциал защитного поля для каждого трубопровода рассчитывается. Он не регламентируется, если на конструкциях отсутствуют защитные покрытия.

Стандартные требования «Газпрома» к катодной защите

  • Действие в течение всего срока эксплуатации средств защиты.
  • Защита от атмосферных перенапряжений.
  • Размещение станции в блок-боксах или в отдельно стоящей в антивандальном исполнении.
  • Анодное заземление выбирается на участках с минимальным электрическим сопротивлением грунта.
  • Характеристики преобразователя выбираются с учетом старения защитного покрытия трубопровода.

Протекторная защита

Способ представляет собой вид катодной защиты с подключением электродов из более электроотрицательного металла через электропроводную среду. Отличие заключается в отсутствии источника энергии. Протектор берет коррозию на себя, растворяясь в электропроводной окружающей среде.

Через несколько лет анод следует заменить, поскольку он вырабатывается.

Эффект от анода увеличивается со снижением у него переходного сопротивления со средой. Со временем он может покрываться коррозионным слоем. Это приводит к нарушению электрического контакта. Если поместить анод в смесь солей, обеспечивающую растворение продуктов коррозии, эффективность повышается.

Влияние протектора ограничено. Радиус действия определяется электрическим сопротивлением среды и разностью потенциалов между анодом и катодом.

Протекторная защита применяется при отсутствии источников энергии или когда их использование экономически нецелесообразно. Она также невыгодна при применении в кислых средах из-за высокой скорости растворения анодов. Протекторы устанавливают в воде, в грунте или в нейтральной среде. Аноды из чистых металлов обычно не делают. Растворение цинка происходит неравномерно, магний корродирует слишком быстро, а на алюминии образуется прочная пленка окислов.

Материалы протекторов

Чтобы протекторы обладали необходимыми эксплуатационными свойствами, их изготавливают из сплавов со следующими легирующими добавками.

  • Zn + 0,025-0,15 % Cd+ 0,1-0,5 % Al — защита оборудования, находящегося в морской воде.
  • Al + 8 % Zn +5 % Mg + Cd, In, Gl, Hg, Tl, Mn, Si (доли процента) — эксплуатация сооружений в проточной морской воде.
  • Mg + 5-7 % Al +2-5 % Zn — защита небольших конструкций в грунте или в воде с низкой концентрацией солей.

Неправильное применение некоторых видов протекторов приводит к негативным последствиям. Аноды из магния могут быть причиной растрескивания оборудования из-за развития водородного охрупчивания.

Совместная протекторная катодная защита с антикоррозионными покрытиями повышает ее эффективность.

Распределение защитного тока улучшается, а анодов требуется значительно меньше. Один магниевый анод защищает покрытый битумом трубопровод на длину 8 км, а без покрытия — всего на 30 м.

Защита кузовов автомобилей от коррозии

При нарушении покрытия толщина кузова автомобиля может уменьшиться за 5 лет до 1 мм, т. е. проржаветь насквозь. Восстановление защитного слоя важно, но кроме него есть способ полного прекращения процесса коррозии с помощью катодно-протекторной защиты. Если превратить кузов в катод, коррозия металла прекращается. Анодами могут быть любые токопроводящие поверхности, расположенные рядом: металлические пластины, контур заземления, корпус гаража, влажное дорожное покрытие. При этом эффективность защиты возрастает с ростом площади анодов. Если анодом является дорожное покрытие, для контакта с ним применяется «хвост» из металлизованной резины. Его помещают напротив колес, чтобы лучше попадали брызги. «Хвост» изолируется от корпуса.

К аноду подключается плюс аккумуляторной батареи через резистор 1 кОм и последовательно соединенный с ним светодиод. При замыкании цепи через анод, когда минус соединен с кузовом, в нормальном режиме светодиод еле заметно светится. Если он ярко горит, значит, в цепи произошло короткое замыкание. Причину надо найти и устранить.

Для защиты последовательно в цепи нужно установить предохранитель.

При нахождении автомобиля в гараже его подключают к заземляющему аноду. Во время движения подключение происходит через «хвост».

Заключение

Катодная защита является способом повышения эксплуатационной надежности подземных трубопроводов и других сооружений. При этом следует учитывать ее негативное воздействие на соседние трубопроводы от влияния блуждающих токов.

5.4 Катодная защита.

Катодная защита
конструкций от коррозии применяется
преимущественно в условиях следующих
агрессивных сред: морской и жесткой
речной воды, почвы и т.д. Эта защита
основана на использовании основных
законов процесса электролиза.

Суть катодной
защиты заключается в том, что защищаемую
деталь присоединяют к отрицательному
полюсу источника постоянного тока.
Анодом служит обычный электрод из
железа, установленный на определенном
расстоянии от объекта (Рис.8). Такие
железные бруски применяются в качестве
анодов для береговых сооружений. Такое
решение приводит к загрязнению водной
среды окислами Fе, а поэтому
оно не всегда может применяться (анод
лучше не растворимый). Анода расходуют
до 9кг в год и поэтому его
периодически заменяют. Из-за
неравномерности распределения тока на
поверхности защищаемого сооружения
величина защитного тока превышает
расчетную.

Рис.8 Катодная
защита для берегового сооружения

Нужно следить,
чтобы не произошла «перезащита
металла» это приводит к интенсивному
выделению водорода. Она очень опасна
для Zn, РЬ, А1,Sn,
т.к. произойдет подщелачивание прикатодного
участка:

О2+2Н2О+4е4ОН

эти металлы в
щелочной среде разрушаются.

Катодная защита,
по-видимому, наиболее важный метод
борьбы с коррозией. С ее помощью коррозию
фактически сводят к нулю, и поверхность
Ме не подвергается разрушению при
выдержке в агрессивной среде в течение
неограниченного времени. Электрохимическая
защита применяется для борьбы с коррозией
таких металлов как сталь, Сu,
Рb, А1, латунь во всех видах грунтовых и
особенно в водных средах. Она может
эффективно использоваться для
предотвращения коррозионного
растрескивания, коррозионной усталости
(но не просто усталости) межкристаллитной
коррозии.

Элементы системы
катодной защиты:

3

Рис.9: катодная
защита на судах

1. электрод
сравнения

2. щит управления
системы катодной защиты

3. анодный экран

4. аноды

Конструкция
делается катодом (корпус), а в
электропроводную среду (морскую воду)
помещается анод и подключается источник
тока. Источник питания(1) служит для
преобразования энергии судовой (или
береговой) сети переменного тока
напряжением 220 или 380В в постоянный ток
с напряжением 12-24В-такое напряжение
обычно используется в системах катодной
защиты.

В отечественном
судостроении в качестве источников
питания в настоящее время применяются
полупроводниковые выпрямители типа
ПАК (преобразователь автоматический
катодный). Электроды сравнения служат
для измерения потенциала подводной
части корпуса судна или любой защищаемой
конструкции.

В практике
электрохимической защиты морских судов
от коррозии наиболее широкое применение
получили хлорсеребряные электроды
сравнения.

Аноды в системах
катодной защиты служат для обеспечения
стекания защитного тока в морскую воду.
Стационарные аноды устанавливаются на
наружной обшивке корпуса судна. В
береговых системах применяются подвесные
аноды.

Для катодной защиты
корпуса корабля применение растворимых
анодов не эффективно, т.к. процесс их
замены громоздкая и дорогая операция.
Поэтому в судостроении применяются
нерастворимые аноды.

В настоящее время
наиболее распространены Рt-
аноды для

систем катодной
защиты судов. Однако дороговизна платины
заставляет искать способы, возможности
ее экономии. Она применяется в виде
тонкого покрытия на подложке из
пассивирующих металлов — Тi, Та, Nb.

Нанесение тонких
слоев Рtосуществляется
способами: гальваническим осаждением,
напылением расплавленного металла и
приваркой платиновой фольги. Рtи платинированный Тi могут применяться
в широком интервале плотностей тока до
5000 а/м2. Расход Рtпри этой
плотности тока составляет 6 мг/м.кв.
Ориентировочный срок службы анодов из
Рt и платинированного Тi -15-20 лет.Околоанодные
экраны применяются с целью обеспечения
более равномерного распределения тока
по защищаемой поверхности корпуса (т.е.
чтобы электрическое поле анода не влияло
на распределение тока), а также с целью
защиты лакокрасочного покрытия вблизи
анодов от разрушения кислородом, хлором,
кислотами (НС1, НСlO).

Материалы
околоанодных экранов должны обладать
достаточной химической стойкостью,
механической прочностью и диэлектрическими
свойствами. Материалы околоанодных
экранов используются стеклопластики
холодного отверждения на эпоксидной
смоле. Они наформовываются непосредственно
на обшивку судна и в этом случае
обеспечивается плотное прилегание
экрана к обшивке при любом радиусе
кривизны.

Катодная защита
имеет преимущества:

  • возможность
    применения к объекту, где уже есть очаги
    коррозии;

  • длительный срок
    службы;

  • снижается обрастание
    корпуса судна.

Недостатки: наличие
дополнительного персонала.

Основы катодной защиты

Коррозия является естественным разрушительным явлением, которое возникает, когда некоторые металлы подвергаются воздействию окружающей среды. 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 гальваническую серию: гальваническая совместимость и коррозия».) Металлы, расположенные выше в таблице, считаются анодными (более электроотрицательными), в то время как металлы, расположенные ниже в таблице, являются 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 работа основана 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 становится 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, защищаемого 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. Однако для эффективной реализации крайне важно понимать основные принципы биметаллической/гальванической коррозии. Выбор правильного типа системы катодной защиты зависит от нескольких факторов, включая экономическую эффективность и размер защищаемой конструкции.

Реклама

Связанные термины
  • Катод
  • Анод
  • Катодная защита
  • Жертвенный анод
  • Гальваническая серия
  • Импульсная токовая катодная защита
  • Катодное отслоение
  • Протекторная катодная защита анода
  • Гальваническая коррозия
  • Потенциал вождения

Поделиться этой статьей

Катодная защита и системы катодной защиты

Последнее обновление: май 2022 г. Продление срока службы объектов и оборудования является первостепенной задачей для операторов. В конце концов, коррозия является основной причиной преждевременного выхода из строя металлических конструкций. Для многих решением является установка систем катодной защиты (CP) и их регулярное тестирование.

Эти системы для многолетней защиты от коррозии используются во многих гражданских и промышленных целях. Установка обычно происходит во время первоначального строительства, крупных расширений или обновлений.

Подробнее о:

  • Системы катодной защиты гальваническим и импульсным током
  • Типы защищаемых конструкций
  • Пример CP для предотвращения коррозии трубопровода наши часто задаваемые вопросы внизу этой страницы.

    Перейти к часто задаваемым вопросам по катодной защите

    Катодная гальваническая защита

    Общие сведения о гальванических анодах

    В гальванической системе используются аноды, подключенные к защищаемой конструкции в цепи. Естественный потенциал этих анодов более отрицателен, чем потенциал конструкции. При включении в цепь ток катодной защиты течет от анода (более отрицательного) к конструкции (менее отрицательного).

    При правильном применении и с ограничениями гальванические аноды (также называемые протекторными анодами) могут защитить от коррозии подземные стальные, морские, внутренние и промышленные конструкции. Для работы гальванических систем CP не требуется внешний источник питания. Кроме того, эти аноды могут быть как долговечными, так и простыми в эксплуатации.

    Доступны гальванические аноды с различными характеристиками, включая:

    • Аноды из чистого металла, такие как сплавы магния, цинка, алюминия и других сплавов
    • Упаковка для обратной засыпки для подземного использования
    • Внешние стальные хомуты для крепления к конструкциям
    • Различные типы лент
    • Стержни и специальные формы

    Катодная защита от импульсного тока

    Питание Разница потенциалов: Часто катодная защита от импульсного тока52, потенциал 901 разницы между гальваническим анодом и стальной конструкцией недостаточно для возникновения защиты.

    В этих случаях требуется, чтобы источник питания (выпрямитель) генерировал большую разность потенциалов, чтобы обеспечить протекание большего тока к защищаемой конструкции.

    Эти системы катодной защиты с питанием от подаваемого тока (ICCP) обеспечивают:

    • Аноды с более длительным сроком службы
    • Системы с большим током
    • Улучшенный контроль системы
    • Простой мониторинг
  • 6 Системы катодной защиты

    • 6 Системы катодной защиты

    6 MATCORCP которые защищают конструкции в течение 30 лет и более. Эти конструкции включают:

    • Наземные резервуары для хранения
    • Подземные трубопроводы
    • Арматурная сталь в бетонных конструкциях
    • Теплообменники
    • Морские сваи
    • Стены из шпунтовых свай
    • Другие металлические конструкции

    Команда MATCOR готовится к установке системы глубокой анодной катодной защиты для защиты трубопровода от коррозии.

    Правильно спроектированные системы CP могут служить десятилетиями. Лучшие инженеры-проектировщики имеют опыт работы со структурами, которые они пытаются защитить. Они также знают этапы проектирования системы. Они:

    • Понимать условия окружающей среды
    • Оценка конструкции, требующей защиты
    • Рассмотрение вариантов конструкции или применения
    • Выбор подходящей системы
    • Завершение проектирования, включая подробные спецификации и чертежи, с использованием новейшего инженерного программного обеспечения

    Инженеры-конструкторы, обладающие необходимым опытом и знаниями конструкция, требующая защиты от коррозии, должна выполнять все этапы проектирования системы.

    Как это работает

    Возможные изменения возникают естественным образом на незащищенном трубопроводе. Протекание тока и гальваническая коррозия трубопровода происходит при переходе от незначительного плюса к незначительному минусу. Применение CP, такого как линейный анод MATCOR, который проходит параллельно трубопроводу, заставляет ток сбрасываться с анода на трубопровод, предотвращая коррозию.

    Трубопровод без CP

    CP применяется к трубопроводу

    Часто задаваемые вопросы о катодной защите

    Что такое катодная защита?

    Катодная защита (CP) представляет собой электрохимический процесс, который замедляет или останавливает коррозионные токи путем приложения постоянного тока к металлу. При правильном применении CP останавливает коррозионную реакцию, защищая целостность металлических конструкций.

    Как работает катодная защита?

    Катодная защита работает путем помещения анода или анодов (внешних устройств) в электролит для создания цепи. Ток течет от анода через электролит к поверхности конструкции. Коррозия движется к аноду, чтобы остановить дальнейшую коррозию конструкции.

    Какие существуют два типа систем катодной защиты?

    Два основных типа: гальванические и токовые.

    Что такое анод?

    Анод является основным компонентом систем катодной защиты. Он функционирует как источник электронов и разряжает постоянный ток. Аноды более негативны по отношению к защищаемой конструкции.

    Что такое катод?

    Катодно-защищенная конструкция представляет собой катод в системе CP. Это место, где протекает ток после разряда с анода. Катод более положителен по отношению к защищаемой структуре. Когда электроны текут к катоду, он поляризуется или становится более электрически отрицательным.

    Что такое электролит?

    Электролит для целей катодной защиты представляет собой среду вокруг катода (защищаемая структура), обладающую достаточной электропроводностью, чтобы позволить току течь от анода к катоду. Анод и катод должны находиться в этой среде, чтобы ток катодной защиты протекал от анода к катоду. В некоторых случаях может быть несколько слоев или типов электролита, через которые может протекать ток.

    Какие конструкции обычно требуют катодной защиты?

    Заглубленные или затопленные конструкции требуют или могут получить пользу от надлежащего применения катодной защиты. Примеры активов, обычно защищаемых с использованием CP, включают: стальные нефтепроводы и газопроводы, стальные и ковкие чугунные водопроводные системы, днища резервуаров на надземных резервуарах большого диаметра, стояки пожарных гидрантов из ковкого чугуна и анкеры направляющего троса башни HVAC. Морские прибрежные сооружения, такие как стальные сваи и стенки из шпунта, корабли и другие крупные суда, являются дополнительными примерами активов с катодной защитой. Это некоторые распространенные приложения CP, но есть и множество других.

    Что такое поляризация?

    Когда ток катодной защиты течет от анода к защищаемой конструкции (катоду в цепи), электрический потенциал конструкции смещается в сторону отрицательного электрического потенциала. Обычно измеряется в мВ. Мы называем это изменением потенциальной поляризации. Поляризация является мерой эффективности тока катодной защиты. Как только поляризация становится достаточной, мы считаем структуру катодно защищенной. Время, необходимое для полной поляризации структуры, может варьироваться. Это зависит от структуры и окружающей среды. В некоторых случаях для полной поляризации структуры могут потребоваться недели.

    Что такое деполяризация?

    Когда ток катодной защиты перестает течь от анода к защищаемой структуре, структура начинает деполяризоваться. Скорость деполяризации может варьироваться в зависимости от структуры и ее окружения.

    Когда моя конструкция защищена катодом? Каковы критерии катодной защиты?

    В соответствии с международными стандартами NACE существует два основных критерия, которые можно использовать для подтверждения катодной защиты конструкции. 100 мВ поляризации — первый критерий. Этот простой критерий подразумевает, что вы сначала измеряете потенциал конструкции без применения CP (собственный потенциал). Затем, после того как вы применяете катодную защиту на время, достаточное для достижения поляризации, снова измерьте потенциал. Если разность потенциалов больше 100 мВ, конструкция защищена. Это широко известно как критерий сдвига 100 мВ. Другим критерием является критерий отключения потенциала 850 мВ. В этом случае собственный потенциальный базовый уровень не требуется. Этот критерий просто требует, чтобы потенциал конструкции был более отрицательным, чем -850 мВ после учета всех источников тока (выключив их на мгновение).

    Что такое «Мгновенное выключение»?

    Мгновенное отключение — это процесс проведения измерений в тот момент, когда вы отключаете питание системы CP с подаваемым током. Когда у вас есть несколько источников тока, вы должны отключить их одновременно с помощью синхронизированных прерывателей. Целью выключения всех источников тока является устранение ИК-падений в цепи. Поскольку ток (I) течет по кабелю, существует сопротивление (R), которое ток должен преодолеть — это известно как падение напряжения, поскольку V = I x R.

    При попытке измерить уровень поляризации важно устранить ИК-падения в цепи, которые являются результатом протекания тока, создающего эти ИК-падения. При мгновенном отключении тока показания ИК-падения немедленно уменьшаются до нуля, поскольку ток (I) теперь равен нулю. Это означает, что поляризация, которую вы измеряете сразу после отключения тока, является током истинной поляризации. Время имеет решающее значение, потому что при отключении тока структура немедленно деполяризуется. Поляризацион- ный потенциал начнет затухать. Целью мгновенных показаний поляризации при выключении является определение уровня поляризации при выключении питания и до начала процесса деполяризации.

    Какие существуют типы анодов?

    Аноды можно разделить на два основных типа анодов – гальванические аноды (часто называемые протекторными анодами) и аноды с подаваемым током. Гальванические аноды используют естественный перепад напряжения между анодом и конструкцией для отвода тока от анода к конструкции. Аноды с током под давлением используют внешний источник питания для отвода тока от анода к конструкции.

    Что такое гальванический или расходуемый анод?

    Гальванические аноды в основном представляют собой металлические отливки, которые не используют внешний источник питания для подачи тока. Они полагаются на естественную разность потенциалов между двумя металлами для управления током катодной защиты. Существует три основных типа гальванических анодов. Магний является наиболее активным типом гальванического анода и используется в основном в почве. Цинковые гальванические аноды менее активны и обычно используются в почвах с низким удельным сопротивлением и солоноватой воде. Цинк также является основным металлом в оцинкованных изделиях. Наконец, в приложениях с морской водой обычно используется третий тип гальванических анодов — алюминий.

    ПРИМЕЧАНИЕ. Люди часто называют гальванические аноды жертвенными анодами, потому что они потребляются реакцией СР. Это также верно для многих анодов с подаваемым током. Термин «жертвенный» подразумевает, что источника питания не существует и что используемые аноды более активны, чем защищаемая структура.

    Каковы преимущества системы с гальваническим анодом?

    Системы с гальваническим анодом обладают двумя основными преимуществами. Во-первых, им не нужен источник питания. И во многих приложениях стоимость обеспечения питания и установки блока питания может быть весьма значительной. Во-вторых, поскольку нет источника питания, они практически не требуют регулярного обслуживания. При правильном применении эти два преимущества делают гальванические анодные системы рентабельными.

    Каковы недостатки гальванических анодных систем?

    Системы гальванической катодной защиты имеют три существенных ограничения. 1) Ограниченная мощность. Движущая сила между анодом и конструкцией ограничена максимальным значением около 1 В и часто намного меньше движущей силы 1 В. Более крупные конструкции часто требуют большего тока, чем то, что может быть экономически обеспечено гальваническими анодами. 2) Ограниченный срок службы. Гальванические аноды потребляют при относительно больших расходах в пересчете на несколько кг/ампер в год. Это значительно ограничивает срок службы анода в некоторых приложениях. 3) Ограниченный контроль. Гальванические аноды не имеют источника питания, поэтому мы не можем регулировать выходную мощность, изменяя мощность, подаваемую на анод. Системы с гальваническим анодом работают исключительно на основе сопротивления системы, полагаясь на перепад напряжения между анодом и конструкцией.

    Что такое анод под давлением?

    Токовые аноды разряжают ток при питании от внешнего источника постоянного тока. Обычно этот внешний источник представляет собой трансформатор/выпрямитель, который преобразует мощность переменного тока в мощность постоянного тока. При наличии достаточного количества внешних блоков питания анодные системы с подаваемым током могут отводить ток, достаточный для защиты практически любой конструкции. Это не зависит от размера или состояния покрытия. Нам не нужно выбирать эти аноды на основе их уровня активности. Вместо этого мы можем выбрать их на основе их текущих характеристик разряда — какой ток они могут выдержать. Три наиболее распространенных анода с подаваемым током — это графит, чугун с высоким содержанием кремния и аноды электрокаталитического типа.

    Каков ожидаемый срок службы анода?

    Существует два основных класса анодов. Аноды, которые вступают в электрохимическую реакцию для генерации электрического тока, включают в себя аноды из магния, цинка и алюминия, а также графита и чугуна с высоким содержанием кремния. Эти аноды потребляют с определенной скоростью в зависимости от генерируемого тока. Мы можем определить их скорость потребления в единицах массы, потребляемой в килограммах на каждые столько-то ампер-лет работы. Всегда следует учитывать возможность использования анода. Вы никогда не сможете полностью израсходовать 100% массы анода. В какой-то момент деградация анода влияет на его работоспособность. Таким образом, для этих электрохимически реактивных анодов вполне возможно рассчитать ожидаемый срок службы анода.

    Второй класс анодов – электрокаталитические. Они не являются реагентами, но способствуют электрохимическим реакциям. Эти аноды каталитического типа изготавливаются либо на основе платины, либо на основе MMO. ММО — это сокращение от смешанного оксида металла. ММО представляет собой покрытие, состоящее из оксидов металлов иридия (или рутения) и других компонентов. Поскольку эти аноды являются каталитическими, они потребляют не так, как электрохимически реактивные аноды. С анодами MMO не происходит заметной потери массы. Это потому, что они не реагируют напрямую с электролитом. Тем не менее, эти каталитические аноды имеют свой собственный определяемый срок службы анода, также основанный на ампер-годах работы.

    Что такое анод из смешанных оксидов металлов (MMO)?

    ММО представляет собой покрытие, состоящее из смеси оксидов редкоземельных металлов с иридием или рутением в качестве активного катализатора. Иридий подходит для всех сред CP, в то время как аноды на основе рутения подходят только для применений с морской водой. Точная смесь покрытия может варьироваться от производителя к производителю. Главное, чтобы у производителя была проверенная рецептура и мы могли предсказуемо рассчитать его эксплуатационные характеристики. Сюда входит срок службы анода, основанный на программах ускоренных испытаний на срок службы. Производители наносят эти анодные покрытия MMO на подложку из технически чистого титана Grade I или Grade II. Некоторые из распространенных форм анодов MMO включают проволоку, стержни, трубки, полосы, ленточные сетчатые полосы и листы, пластины и диски.

    Что такое выпрямитель?

    Выпрямитель — это просто источник питания, который преобразует мощность переменного тока в мощность постоянного тока. Для большинства систем катодной защиты с импульсным током выпрямитель является неотъемлемым компонентом конструкции системы. Выпрямители доступны в различных типах корпусов в зависимости от окружающей среды и классификации взрывоопасных зон места. Размер выпрямителя основан на максимальной номинальной мощности постоянного тока. Например, 50 В x 50 А означает, что выпрямитель способен выдавать мощность 2500 Вт.

    Какова правильная проводка постоянного тока для выпрямителя с катодной защитой?

    Очень важно правильно установить полярность на выходе выпрямителя постоянного тока перед подачей питания на выпрямитель или источник питания. Положительный постоянный ток должен всегда подключаться к анодной системе. И отрицательный постоянный ток всегда должен подключаться к выводам конструкции, подключенным к конструкции. Повторюсь, анод всегда должен подключаться к плюсу. Структура к негативу. Если выводы анода и конструкции подключены к противоположной полярности, ток будет отводиться от конструкции к анодной системе. Это может иметь катастрофические последствия, вызывая ускоренную коррозию конструкции. Для стали это будет составлять 20 фунтов/ампер в год.

    Что такое испытательная станция катодной защиты?

    Испытательные станции являются еще одним ключевым компонентом конструкции системы катодной защиты. Обычно мы устанавливаем испытательные станции в стратегически важных местах, чтобы обеспечить доступ для тестирования. Испытательная станция — это общее название. Они могут варьироваться от простого провода от трубы или заглубленной конструкции до испытательной станции, которая обеспечивает простое электрическое соединение. Очень сложные испытательные станции могут включать в себя датчики скорости коррозии, купоны переменного и постоянного тока и оборудование для удаленного сбора данных и мониторинга.

    Что такое кабель HMWPE? Что такое кабель HMWPE/Kynar или HMWPE/Halar?

    В отрасли катодной защиты типичны заглубленные аноды и суровые условия эксплуатации. Для защиты целостности анодной кабельной системы в промышленности используется кабельная система «прямого заглубления». Наиболее распространенным в США является кабель из полиэтилена с высокой молекулярной массой или HMWPE. Эта изоляция кабеля обычно имеет толщину 110 мил и более, она чрезвычайно прочна и ее трудно повредить даже при самом жестком обращении. Для некоторых сред с высоким содержанием хлора обычно используется двойная изоляция с внутренней оболочкой из фторполимера. Наиболее распространенными типами являются PVDV (Kynar) и ECTFE (Halar). Они имеют очень похожие характеристики химической стойкости.

    Где в системах CP используются кабели HMWPE/Kynar или HMWPE/Halar с двойной изоляцией?

    Кабель для прокладки в грунт с двойной изоляцией имеет внутренний слой из химически стойкого фторполимера (кинар или халар). Это обеспечивает дополнительную химическую стойкость в средах с высоким содержанием хлора. Если присутствуют соли, эти соли могут привести к образованию газообразного хлора, который реагирует с водой с образованием соляной кислоты. Это может сильно повредить стандартный кабель. Мы настоятельно рекомендуем дополнительную химическую защиту кабелей с двойной изоляцией в местах с высокой плотностью тока в среде, богатой хлоридами, с минимальной подвижностью газа или электролита. Глубокие слои анодного заземления, засоленные почвы и заболоченные участки могут создать проблемы для стандартного кабеля. Эти приложения требуют более химически инертной изоляции кабеля.

    Какие проблемы с соединением кабеля с анодом в катодной защите?

    Для систем катодной защиты с подаваемым током крайне важно, чтобы не было надрезов, порезов или трещин в кабеле или любых кабельных соединениях/соединениях. Это особенно важно для кабелей анода, подключенных к положительной стороне источника питания. Если какая-либо часть анодной кабельной системы скомпрометирована, а медный проводник имеет обратный электрический путь в окружающую среду, то медь становится непреднамеренным анодом. Он начнет очень быстро потреблять, что приведет к обрыву цепи и неработоспособной системе КП. Таким образом, со стороны анода очень важно, чтобы каждый сросток или соединение были полностью водонепроницаемыми и чтобы вся изоляция кабеля была в хорошем состоянии.

    Что такое RMU? Как системы катодной защиты используют RMU?

    RMU — это сокращение от Remote Monitoring Unit. При удаленном мониторинге катодной защиты RMU обычно используются для контроля и, в большинстве случаев, управления работой выпрямителей в системах катодной защиты с подаваемым током. Мы также применяем RMU на испытательных станциях, критически важных соединениях и в других приложениях для мониторинга. Доступны различные технологии, включая широкополосную, сотовую и спутниковую связь, позволяющие осуществлять мониторинг и управление системой.

    Что такое обследование CIS (или CIPS)?

    CIS или обследование с малым интервалом, в международном масштабе чаще называемое CIPS (исследование потенциала с близким интервалом), является распространенным средством проверки надлежащих характеристик системы катодной защиты вдоль трубопроводов большой протяженности или внутри станций/сетей трубопроводов. Обследование состоит из снятия возможных показаний, когда бригада проходит по центру подземного трубопровода. Обычно мы считываем эти показания при циклическом включении и выключении всех влияющих источников тока через равные промежутки времени. Таким образом, показания фиксируют потенциал между трубой и электродом сравнения. Мы фиксируем как текущие показания во включенном, так и в выключенном состоянии. Этот процесс повторяется по всей длине трубопровода. Затем мы анализируем данные включения/выключения, чтобы подтвердить, что система CP работает правильно и обеспечивает требуемую поляризацию системы.

    Что такое «прерыватель»?

    Прерыватель — это сложный переключатель, который можно использовать для прерывания работы выпрямителя. Используемые сегодня прерыватели автоматически синхронизируются со спутниковым сигналом, что позволяет многочисленным прерывателям синхронизироваться с одним и тем же временем, чтобы собранные данные об отключении были точными. Многие новые трубопроводные выпрямители оснащены встроенными прерывателями, которые мы можем дистанционно активировать для обследований и тестирования системы CP.

    Что такое система с глубоким анодом?

    Иногда называемая глубоким анодным колодцем или глубоким анодным заземлителем, система глубокого анода часто является эффективным средством подачи большого количества тока в землю из одного места с очень небольшой площадью поверхности. Мы используем обычное буровое оборудование для бурения скважин глубиной примерно 200-400 футов. Затем мы опускаем один или несколько анодов в отверстие перед засыпкой отверстия. Мы располагаем аноды достаточно далеко от поверхности, чтобы иметь возможность считать их электрически удаленными от конструкции. В результате мы можем проецировать ток в перегруженную подземную среду или распределять ток на мили в каждом направлении по изолированным трубопроводам.

    Что такое газовая блокировка анода?

    Электрохимическая реакция катодной защиты приводит к образованию газа как части реакционного процесса. Это также высвобождает электроны, позволяя току распределяться по электролиту. В большинстве сред этот газ может куда-то диффундировать или выделяться. Однако в тех редких случаях, когда образовавшийся газ не может мигрировать от поверхности анода, газ может фактически блокировать поток электронов и подавлять реакцию катодной защиты. Это чаще встречается в системах с глубокими анодами, где отверстие пробуривается с поверхности вниз в землю, а окружающая среда вокруг отверстия может быть не очень проницаемой, что улавливает газы. В большинстве систем с глубоким анодом используется вентиляционная труба, позволяющая газам выходить, чтобы предотвратить блокировку газа.

    Что такое вентиляционная труба?

    Вентиляционные трубы представляют собой трубы малого диаметра с просверленными отверстиями или прорезями, которые позволяют газам отводиться от анода во время процесса катодной защиты. Это уменьшает скопление газов вокруг анода или концентрацию соляной кислоты с низким pH, которая может образовываться, когда имеется избыток газообразного хлора, который не удаляется. Эта среда с низким pH может повредить изоляцию кабеля из высокомолекулярного полиэтилена и привести к преждевременному выходу кабеля из строя.

    Какова роль материала коксовой засыпки?

    Почти все заглубленные аноды имеют ту или иную форму обратной засыпки. Он либо встроен в корпус анода, либо поставляется снаружи для установки. Впрессованные токовые аноды обычно используют коксовую засыпку. Основная роль коксовой засыпки заключается в обеспечении однородной среды с низким сопротивлением, в которую анод может легко отводить ток. Это помогает уменьшить любые проблемы с плохим контактом заземления заглубленного анода. Кроме того, это увеличивает эффективный размер анода, уменьшая засыпку анода до сопротивления земли.

    Расходуется ли также закладка кокса, и если да, то сколько?

    Углерод сам по себе может действовать как анод под давлением. Когда в коксовой засыпке установлен еще один анод с подаваемым током, часть коксовой засыпки будет действовать как продолжение анода с подведенным током. В той мере, в какой потребляется углерод, вероятно, снижается потребление подаваемого тока на аноде. Насколько быстро расходуется коксовая засыпка и какое положительное влияние это оказывает на фактический срок службы анода, во многом зависит от конкретной площадки. Переменные параметры включают качество коксовой колонны, уплотнение частиц кокса, уровень влажности и форму частиц.

    Для электронов существует два режима проводимости. При электронной проводимости электроны текут от анода через кокс. Как продолжение фактического анода, электрохимическая анодная реакция происходит от углерода к окружающей среде. В результате углерод является реагентом. Ионный перенос имеет место, когда ток генерируется на аноде, а затем течет по пути прохождения влаги по внешней стороне частиц кокса. При этом углерод не используется в качестве основного реагента, и поэтому потребление не происходит. Суть в следующем: трудно знать, как будет работать отдельная установка или с какой скоростью будет расходоваться засыпка.

    Где я могу узнать больше о катодной защите?

    Конечно, вы всегда можете связаться с MATCOR, однако темы ScienceDirect включают множество книг и рецензируемых журналов по теме ДЦП.

    Есть вопрос, на который здесь нет ответа?

    Мы ответим на ваш вопрос по электронной почте и опубликуем его здесь.

    Системы катодной защиты и услуги

    MATCOR предлагает ряд решений для защиты объектов инфраструктуры, включая:

    • Газовые трубопроводы
    • над наземными резервуарами для хранения
    • Морские конструкции, такие как доки и пирсы
    • Растительные трубопроводы
    • и более…

    Matcor Cathodic Systems включают в себя

  • 98 9009 Matcor Cathodic Systems включают в себя:
  • 98 9009 Matcor Cathodic Systems Включает в себя
  • 98
  • 9999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999. анодные системы
  • Резервуарные анодные системы
  • Морские и водные анодные системы
  • Аноды с грунтовым дном
  • Аноды для внутренних зондов

Дополнительные компоненты системы CP

  • BRACHODECTHENTERENTIERS
  • Ссылка катодной защиты. и материалы
  • Услуги по катодной защите

Чтобы связаться с нашей командой экспертов по катодной защите для получения дополнительной информации, задать вопрос или получить предложение, нажмите ниже. Мы ответим по телефону или электронной почте в течение 24 часов. Для немедленной помощи, пожалуйста, позвоните по телефону +1-215-348-2974.

Связаться со специалистом по коррозии

Что такое катодная защита? Каковы плюсы и минусы?

eoncoat

 Катодная защита является основным оружием против коррозии, но имеет некоторые дорогостоящие недостатки при попытке защитить более крупные стальные активы. среда, способная проводить ток (например, вода, бетон или почва), и металлический путь между хостом и местом назначения.

Электрохимическая коррозия металлов представляет собой процесс, при котором ионы на поверхности металла переносятся на другое вещество (деполяризатор или менее активное вещество или металл). Такими деполяризаторами являются кислород, кислоты или катионы более пассивных металлов.

Для чего используется катодная защита?

Катодная защита часто используется для уменьшения коррозионного повреждения активных металлических поверхностей. Он используется во всем мире для защиты трубопроводов, водоочистных сооружений, надводных и подводных резервуаров для хранения, корпусов кораблей и лодок, морских производственных платформ, арматурных стержней в бетонных конструкциях и причалах и т. д.

Катодная система часто используется для защиты стали от коррозии. Коррозия возникает, когда два разнородных металла погружают в электролитическое вещество, такое как вода, почва или бетон. Этот тип металлического проводящего пути между двумя разнородными металлами обеспечивает путь, по которому свободные электроны перемещаются от более активного металла (анода) к менее активному металлу (катоду). Если свободные электроны от анода не достигают активных участков на катоде до прихода кислорода, ионы на активных участках могут затем рекомбинировать с образованием гидроксида двухвалентного железа, то есть ржавчины.

Трубопровод с катодной защитой

Как работает катодная защита?

По сути, катодная защита соединяет основной металл, подверженный риску (сталь), с жертвенным металлом, который подвергается коррозии вместо основного металла. Метод обеспечения катодной защиты стали сохраняет металл, обеспечивая высокоактивный металл, который может действовать как анод и обеспечивать свободные электроны. Вводя эти свободные электроны, активный металл жертвует своими ионами и предотвращает коррозию менее активной стали.

Типы катодной защиты.

Существует два основных типа катодной защиты:

  1. Гальваническая
  2. Импульсная токовая катодная защита.

Гальваническое покрытие

Гальваническое покрытие заключается в нанесении на сталь защитного цинкового покрытия для предотвращения коррозии. Цинк корродирует вместо герметизированной стали. Эти системы имеют ограниченный срок службы. Жертвенный анод, защищающий основной металл, со временем будет продолжать разрушаться. До тех пор, пока жертвенный анод не перестанет обеспечивать защиту.

Катодная защита от импульсного тока

Системы катодной защиты от импульсного тока состоят из анодов, подключенных к источнику питания, который обеспечивает непрерывный источник электрического тока. В методе защиты с расходуемым анодом используется металл, более активный, чем основной металл, для «жертвования» ионами. Эти «жертвенные аноды» (обычные сплавы, такие как магний, алюминий или цинк) обладают более сильным электрохимическим потенциалом. Этот метод часто может обеспечить гораздо более длительную защиту, чем расходуемый анод. Анод питается от неограниченного источника питания.

Недостатки катодной защиты.

Катодная защита уже много лет используется для защиты конструкций, подвергающихся длительному воздействию агрессивных сред. Но сама установка катодной защиты может быть дорогостоящей. Конкретные детали того, как строятся структуры, также могут добавить сложности. Итак, стоимость катодной защиты. В дополнение к этой стоимости, система также требует регулярного обслуживания, включая периодический визуальный осмотр. В случае катодной защиты подаваемого тока также существуют текущие затраты на электроэнергию. Жертвенные аноды, в частности, имеющиеся в ограниченном количестве в настоящее время, подвержены быстрой коррозии. Это означает, что они имеют ограниченный срок службы.

Эта защита плохо работает на больших металлических поверхностях, не имеющих барьерного покрытия. Ключевым примером является дно больших сварных резервуаров. Причина в том, что даже для хорошо спроектированной катодной системы почти невозможно поддерживать надлежащее напряжение на длинном металлическом пролете, который не изолирован. Это происходит из-за естественного падения напряжения при протекании тока, а ток, безусловно, будет протекать, когда поверхность соприкасается с землей и не изолирована. Хотя катодная защита может прекрасно работать на трубопроводах с эпоксидным барьерным покрытием, она имеет серьезные ограничения для непокрытых поверхностей. Эксперты считают катодную защиту вторичной по отношению к барьерному покрытию.

Тестовые панели с покрытием EonCoat Weldable Coating в процессе сварки. Без повреждения покрытия.

Лучшее решение.

Лучшим решением, чем катодная защита, является EonCoat. После того, как вы покроете актив, уход за ним практически не потребуется, и теперь вы можете использовать наше свариваемое покрытие EonCoat. Днища резервуаров теперь имеют еще один вариант защиты от коррозии. Катодная защита работает, но имеет свои ограничения. Эти ограничения преодолеваются с помощью EonCoat.

 

eoncoat — 170 постов Блог катодная защита, коррозия, металл, трубопроводы, сталь

Морская катодная защита 101: что это такое и как это работает

Ричард Бакстер и Джим Бриттон

Как сталь подвергается коррозии в воде?

Чтобы понять катодную защиту, вы должны сначала понять, как возникает коррозия. Для возникновения коррозии должны присутствовать три вещи:

1. Два разнородных металла
2. Электролит (вода с любым типом соли или растворенных в ней солей)
3. Металлический (проводящий) путь между разнородными металлами

Два разнородных металла могут быть совершенно разными сплавами, такими как сталь и алюминий, но, скорее всего, это микроскопические или макроскопические металлургические различия на поверхности одного куска металла. стали. В этом случае будем рассматривать свободнокорродирующую сталь, которая неоднородна.

При наличии вышеуказанных условий в более активных центрах происходит следующая реакция: (два иона железа плюс четыре свободных электрона).

2Fe => 2Fe ++ + 4e —

Свободные электроны перемещаются по металлическому пути к менее активным местам, где происходит следующая реакция: (газообразный кислород превращается в ион кислорода — путем соединения с четыре свободных электрона, которые соединяются с водой с образованием гидроксильных ионов).

O 2 + 4e — + 2H 2 0 => 4 OH —

Рекомбинация этих ионов на активной поверхности приводит к следующей реакции, которая дает продукт коррозии железа (гидроксид железа). железо соединяется с кислородом и водой с образованием гидроксида железа).

2Fe + O 2 + 2H 2 O => 2Fe (OH) 2

Эта реакция чаще описывается как «ток тока через воду от анода (более активного участка) к катоду ( менее активный сайт).

Как катодная защита останавливает коррозию?

Катодная защита предотвращает коррозию путем преобразования всех анодных (активных) участков на поверхности металла в катодные (пассивные) участки за счет подачи электрического тока (или свободных электронов) из альтернативного источника.

Обычно это гальванические аноды, которые более активны, чем сталь. Эту практику также называют жертвенной системой, поскольку гальванические аноды жертвуют собой, чтобы защитить конструкционную сталь или трубопровод от коррозии.

В случае алюминиевых анодов реакция на поверхности алюминия: (четыре иона алюминия плюс двенадцать свободных электронов)

4Al => 4AL +++ + 12 e —

и на поверхности стали : (газообразный кислород превращается в ионы кислорода, которые соединяются с водой с образованием ионов гидроксила).

3O 2 + 12e — + 6H 2 0 => 12OH —

Пока ток (свободные электроны) поступает к катоду (стали) быстрее, чем поступает кислород, коррозия невозможна. происходить.

Рис. 1: Система расходуемых анодов в морской воде

Основные соображения при проектировании систем расходуемых анодов

Электрический ток, который проходит через анод, регулируется законом Ома:

I=E/R

I= Ток в амперах
E= Разность потенциалов между анодом и катодом в вольтах
R= Общее сопротивление цепи в Омах но по мере уменьшения разности потенциалов из-за влияния тока, протекающего на катод, ток постепенно уменьшается из-за поляризации катода. Сопротивление цепи включает в себя как водную дорожку, так и металлическую дорожку, которая включает в себя любой кабель в цепи. Доминирующей величиной здесь является сопротивление анода морской воде.

Для большинства применений сопротивление металла настолько мало по сравнению с сопротивлением воде, что им можно пренебречь (хотя это неверно для салазок или длинных трубопроводов, защищенных с обоих концов). Как правило, длинные тонкие аноды имеют меньшее сопротивление, чем короткие толстые аноды. Они будут разряжать больше тока, но не так долго.

Таким образом, разработчик катодной защиты должен выбрать размеры анодов так, чтобы они имели правильную форму и площадь поверхности для отвода тока, достаточного для защиты конструкции, и достаточный вес, чтобы продержаться желаемый срок службы при отводе этого тока.

Общее практическое правило:

Длина анода определяет, какой ток может производить анод и, следовательно, сколько квадратных футов стали можно защитить. Поперечное сечение (вес) определяет, как долго анод может поддерживать этот уровень защиты.

Системы катодной защиты с импульсным током (анодные системы ICCP)

Из-за больших токов, характерных для многих систем морской воды, нередко используются системы с импульсным током, в которых используются аноды типа (аноды ICCP), которые нелегко растворяются в ионы металлов. Это вызывает альтернативную реакцию: окисление растворенных ионов хлора.

2Cl — => Cl 2 + 2e —

Питание подается от внешнего блока питания постоянного тока.

Рис. 2: Система катодной защиты с импульсным током в морской воде

Как узнать, достаточно ли у нас катодной защиты?

Мы можем убедиться, что ток достаточен, измерив потенциал стали относительно стандартного электрода сравнения, обычно серебра/хлорида серебра (Ag/AgCl sw.), но иногда цинка (sw.).

Попадание тока на любой металл сместит его нормальный потенциал в отрицательном направлении. История показала, что если сталь получает ток, достаточный для смещения потенциала до (-) 0,800 В по сравнению с серебром/хлоридом серебра (Ag/AgCl), коррозия практически прекращается.

Из-за характера образующихся пленок минимальный (-0,800 В) потенциал редко бывает оптимальным, поэтому разработчики стараются достичь потенциала между (-) 0,950 В и (-) 1,000 В по сравнению с Ag/AgCl sw.

Рис. 3. Защищенные и незащищенные конструкции, подтвержденные потенциалом катодной защиты

Стандарты скважин катодной защиты

Большинство колодцев в Калифорнии построены для извлечения грунтовых вод, закачки воды или наблюдения за состоянием грунтовых вод. К другим, менее распространенным типам колодцев относятся колодцы катодной защиты. Колодцы катодной защиты, иногда называемые «глубоким заземлением», содержат устройства для минимизации электролитической коррозии металлических трубопроводов, резервуаров и других объектов, находящихся в контакте с землей.

Электролитическая коррозия

Электролитическая коррозия

Для целей настоящих стандартов электролитическая коррозия определяется как разрушение металлических объектов в результате электрохимической реакции с окружающей средой. Процесс электролитической коррозии показан на Рисунке 4 (Бюллетень 74-90) для металлического трубопровода в почвенно-водной среде. Этот процесс постепенно ослабляет трубопровод и может привести к его выходу из строя.

На рисунке 4 (Бюллетень 74-90) на поверхности трубопровода индуцируется электрический потенциал в результате изменения концентрации солей в почве и воде, окружающих трубопровод. Этот потенциал приводит к возникновению электрического тока в почвенно-водном электролите. Ток течет от «анодной области» трубопровода к «катодной области» трубопровода. Металл удаляется из области анода током.

Катодная защита

Катодная защита

«Катодная защита» — это термин, используемый для определенных мер, принимаемых для предотвращения или минимизации электролитической коррозии металлического оборудования и конструкций. Устройства катодной защиты перенаправляют ток от «жертвенного» анода к почвенно-водному электролиту, а не от области анода на трубопроводе или другой защищаемой металлической конструкции. Роль защитного анода заключается в том, чтобы корродировать вместо металлического предмета, для защиты которого он предназначен, как показано на рисунке 5 (B74-9). 0). Защищаемый объект выполнен в виде постоянного катода за счет использования устройств катодной защиты. Таким образом, объект считается «катодно защищенным».

Защитные или расходуемые аноды могут быть размещены близко к поверхности земли или на значительной глубине. Аноды уже много лет размещаются на небольшой глубине в горизонтальных и вертикальных массивах. Неглубокие массивы часто не подходят для городских районов из-за требований к земле или подходят для районов, где электрические помехи могут быть высокими.

Глубокие вертикальные анодные установки, обычно называемые «колодцами катодной защиты», были впервые разработаны и использованы в 1940-х годах. Они были разработаны в ответ на ограничения неглубоких анодных решеток.

Колодцы катодной защиты



Колодцы катодной защиты

Колодцы катодной защиты широко устанавливаются для защиты металлических объектов, контактирующих с землей, от электролитической коррозии. К таким объектам относятся трубопроводы для нефти, природного газа и воды, а также связанные с ними хранилища; линии электропередач; телефонные кабели; и распределительные устройства. Колодцы катодной защиты иногда используются для борьбы с электролитической коррозией в больших водяных колодцах.

Многие колодцы катодной защиты были построены для защиты трубопроводов, по которым транспортируется природный газ или другие «опасные» материалы. Закон о безопасности трубопроводов природного газа, публичное право 90-481, принятый Конгрессом в августе 1968 г., устанавливает требования к катодной защите некоторых трубопроводов.
Большинство колодцев катодной защиты в Калифорнии расположены в районах, где имеется множество подземных трубопроводов или «транспортных» систем, которые необходимо защищать. Эти области включают в себя:

  • Южный прибрежный регион от Сан-Диего до Санта-Барбары,
  • Нефтедобывающие районы южной части долины Сан-Хоакин и Центрального побережья, а также
  • Район залива Сан-Франциско.

В Калифорнии к северу от Сакраменто существует несколько колодцев катодной защиты. Многие колодцы катодной защиты, как показано на рисунке 6 (B74-90), были построены:

  • 1. Бурение скважины диаметром от 6 до 12 дюймов до нужной глубины. Общая глубина скважин катодной защиты обычно составляет от 100 до 500 футов. Несколько скважин были построены до глубины 800 футов.

    Раздел 13711 Водного кодекса Калифорнии определяет «колодец катодной защиты» как анодную установку, глубина которой превышает 50 футов. Установки глубиной менее 50 футов «по закону» считаются «неглубокими анодами», а не колодцами катодной защиты. Установки с неглубокими анодами не подпадают под действие этих стандартов.

  • 2. Размещение ряда анодов в скважине в пределах заданного интервала, обычно называемого «анодным интервалом».

  • 3. Засыпка анодного интервала вокруг анодов электропроводным материалом, например гранулированным коксом.

  • 4. Установка вентиляционной трубы малого диаметра, которая проходит от верха анодного интервала до поверхности земли или выше. Назначение вентиляционной трубы – выпустить образующиеся газы. Трубы или обсадные трубы среднего и большого диаметра, используемые в водозаборных скважинах для обслуживания ствола скважины, и домашнее насосное оборудование обычно не используются для катодной защиты скважин.

  • 5. Заполнение кольцевого пространства между вентиляционной трубой и стенкой скважины электроизоляционным засыпным материалом на определенную высоту над анодным интервалом. Такой засыпной материал обычно состоит из однородного гравия небольшого диаметра. Его целью является создание проницаемой среды для миграции газов и стабилизация стенок скважины.

    В прошлом этот материал иногда использовался для заполнения кольцевого пространства между вентиляционной трубой и стенкой скважины от верха анодного интервала до поверхности земли. Эти стандарты требуют, чтобы определенный интервал (ы) верхнего кольцевого пространства скважины катодной защиты был заполнен герметизирующими материалами вместо гравия для защиты качества грунтовых вод.

  • 6. Герметизация кольцевого пространства между вентиляционной трубой и стенкой скважины от верхней части непроводящей кольцевой засыпки до поверхности грунта герметизирующим материалом.

  • 7. Установка постоянной крышки над колодцем на поверхности земли.

  • 8. Подключение анодного вывода к защищаемому объекту возможно через источник электрического тока.

Индивидуальные конструкции колодцев катодной защиты различаются.

Защитные аноды колодца катодной защиты обычно со временем подвергаются коррозии. Таким образом, аноды колодца катодной защиты определяют срок службы колодца. Аноды обычно рассчитаны на срок службы от 15 до 20 лет.

Наблюдается растущая тенденция к строительству колодцев катодной защиты с вентиляционной трубой или кожухом большого диаметра, чтобы можно было заменять аноды через кожух. Замена анодов через обсадную трубу избавляет от необходимости бурения запасных скважин, когда аноды израсходованы.

Координационные комитеты по коррозии


Координационные комитеты по коррозии

Серьезные проблемы с электрическими помехами могут возникнуть, когда сети катодной защиты пересекаются друг с другом или расположены слишком близко друг к другу. Кроме того, блуждающие токи, создаваемые линиями электропередачи и другим оборудованием, иногда могут мешать работе систем катодной защиты. Проблемы с помехами обычно наиболее ярко выражены в городских районах.

Координирующие организации по борьбе с коррозией были созданы в районах Калифорнии для преодоления системных помех и других проблем. Большинство организаций связаны с Национальной ассоциацией инженеров-коррозионистов или являются ее отделениями.

Организации по борьбе с коррозией представляют большинство коммунальных предприятий и других групп, устанавливающих устройства катодной защиты, в том числе колодцы катодной защиты. Члены организации координируют установку и эксплуатацию средств катодной защиты с целью сведения к минимуму проблем с электрическими помехами.

Четыре организации, занимающиеся Центральной и Южной Калифорнией:

  • Южная Калифорния

    Комитет катодной защиты Южной Калифорнии является официальным комитетом, охватывающим всю Южную Калифорнию к югу от округов Сан-Луис-Обиспо, Керн и Иньо, за исключением округа Сан-Диего.

  • Округ Сан-Диего

    Комитет по борьбе с подземной коррозией округа Сан-Диего является неофициальной организацией, которая занимается территорией Сан-Диего.

  • Центральная Калифорния

    Комитет катодной защиты Центральной Калифорнии является официальным комитетом, охватывающим всю Центральную Калифорнию, а также округа долины Сакраменто и горные округа западной части Сьерра-Невады к югу от округа Плумас.

  • Район залива Сан-Франциско

    Деятельность двух комитетов, которые ранее занимались районом залива Сан-Франциско, была передана Сан-Францискоскому отделению Национальной ассоциации инженеров-коррозионистов. Комитеты были распущены в 1985.

В прибрежных округах к северу от Сан-Франциско или в северо-восточной части штата координирующие организации не действуют.

К сожалению, не все, кто занимается установкой и эксплуатацией средств катодной защиты, сотрудничают с коррозионно-координирующей организацией. Те, кто не связан с организацией, обычно являются отдельными лицами или местными агентствами, которые иногда не знают о существовании других установок. Несогласованные объекты могут серьезно создавать электрические помехи друг другу.

Необходимость стандартов катодной защиты скважин

Необходимость в стандартах для скважин с катодной защитой

Колодцы с катодной защитой, наряду с другими типами скважин, могут привести к ухудшению качества подземных вод. Неправильно построенные или разрушенные колодцы катодной защиты могут представлять собой предпочтительный путь движения некачественной воды, поллютантов и загрязняющих веществ. Скважины катодной защиты, сооруженные с гравийной засыпкой до поверхности земли, особенно способствуют перемещению некачественной воды, поллютантов или загрязняющих веществ.

Воду и электролиты иногда вводят в скважины катодной защиты через вентиляционные трубы или гравийную засыпку в кольцевом пространстве, чтобы поддерживать работоспособность скважин там, где не хватает естественных электролитов. Такая практика может считаться «удалением отходов» и может быть незаконной, если используется некачественная вода.

Постоянно бездействующие колодцы катодной защиты представляют опасность для движения некачественной воды, загрязняющих и загрязняющих веществ и должны быть надлежащим образом уничтожены. Постоянно бездействующие колодцы катодной защиты представляют угрозу для качества подземных вод, так как со временем приходят в негодность, иногда забываются, а иногда используются для захоронения отходов.

Многие колодцы катодной защиты имеют вентиляционные трубы малого диаметра, которые предотвращают проникновение людей и большинства животных. Однако большие размеры вентиляционных труб могут представлять серьезную угрозу безопасности, если оставить их открытыми на поверхности земли.

История стандартов скважин катодной защиты

История стандартов скважин катодной защиты

В 1949 году Законодательное собрание Калифорнии приняло закон, предписывающий Департаменту водных ресурсов Калифорнии разработать рекомендуемые стандарты защиты качества воды для строительства и разрушения колодцев. В 1968 году Законодательное собрание внесло поправки в Водный кодекс, требующие соблюдения стандартов для колодцев с катодной защитой.

Стандарты скважин катодной защиты для Калифорнии были впервые опубликованы в 1973 году как Бюллетень DWR 74-1, Стандарты скважин катодной защиты: штат Калифорния. Представленные здесь стандарты заменяют стандарты, содержащиеся в Бюллетене 74-1. Дополнительное обсуждение истории скважинных стандартов содержится во Введении к Бюллетеню 74-81 и Введении к Бюллетеню 74-81.

Область применения стандартов

Область применения стандартов

Ниже приведены рекомендуемые минимальные стандарты для строительства, модификации, технического обслуживания и разрушения колодцев катодной защиты в Калифорнии. Они служат только в качестве минимальных рекомендаций по обеспечению того, чтобы колодцы катодной защиты не представляли собой значительный путь для движения некачественной воды, загрязняющих веществ и загрязняющих веществ. Эти стандарты не гарантируют, что скважина катодной защиты будет адекватно выполнять свою функцию защиты от коррозии.

Функциональные требования к колодцам катодной защиты могут противоречить применению некоторых стандартов по защите качества воды. Следовательно, при разработке этих стандартов был достигнут некоторый компромисс между функционированием скважины и защитой ресурсов.

Организация стандартов

Организация стандартов

Эти стандарты имеют формат, аналогичный стандартам для водяных скважин. Поскольку многие стандарты, применимые к водяным скважинам, также применимы к скважинам катодной защиты, в этих стандартах делается много ссылок на стандарты водяных скважин. Стандарты, которые применяются только к колодцам катодной защиты или требуют особого внимания к колодцам катодной защиты, подробно обсуждаются в этих стандартах.

Обзор катодной защиты | Inspectioneering

Катодная защита (CP) — один из наиболее эффективных методов предотвращения большинства видов коррозии на поверхности металла. В некоторых случаях CP может даже предотвратить коррозионное повреждение. Металлы, особенно черные, подвергаются коррозии в присутствии кислорода, воды и других примесей, таких как сера. Без CP металлы действуют как анод и легко теряют свои электроны, в результате чего металл окисляется и подвергается коррозии. CP просто снабжает металл электронами из внешнего источника, превращая его в катод.

Основная терминология

Окисление — Потеря электронов

Снижение — усиление электронов

Anode — где реакция окисления

Cathode — Реакция Speat

CATHODE — Реакция. два полезных мнемоника, чтобы помнить, как электроны переносятся в окислительно-восстановительных (окислительно-восстановительных) реакциях.

  1. OILRIG — Окисление — это потеря, восстановление — это прибыль
  2. AnOx RedCat — анод для окисления, восстановления на катоде

Типы катодной защиты

1. Гальваническая катодная защита

Катодная гальваническая защита включает защиту металлической поверхности оборудования с использованием другого металла, который является более реакционноспособным. Последний металл, обычно называемый гальваническим или жертвенным анодом, имеет менее отрицательный электрохимический потенциал по сравнению с защищаемым металлическим компонентом. Поэтому окислению подвергается расходуемый анод, а не работающее оборудование. Этот метод показан на рисунке 1 ниже для морской платформы со стальной трубой, погруженной в морскую воду. В этом примере расходуемый анод представляет собой алюминиевый анод.

Иногда стали оцинковывают, а не соединяют с гальваническими анодами. Оцинкованные стали — это стали, покрытые защитным слоем цинка. Слой цинка обеспечивает катодную защиту стали от коррозии в большинстве подземных и морских сред.

Рис. 1. Морская нефтяная вышка с расходуемым анодом.

2. Катодная защита импульсным током (ICCP)

ICCP является более экономичным методом CP, когда подземные трубопроводы длинные или морское оборудование слишком велико для защиты с помощью одного или нескольких гальванических анодов. В ICCP электроны подаются в катодную структуру с помощью внешнего источника питания постоянного тока (также называемого выпрямителем). Стальной компонент подключается к отрицательной клемме источника питания, а аноды с подаваемым током подключаются к положительной клемме источника питания. Для простоты на рис. 2 показаны один катод и один анод, соединенные выпрямителем. При применении несколько анодов подключаются к положительной клемме источника питания.

Рис. 2. Морская нефтяная вышка с использованием нагнетаемого течения.

Промышленное применение катодной защиты

Катодная защита обычно используется для защиты оборудования, работающего в агрессивных средах. Двумя наиболее распространенными приложениями CP являются подземные трубопроводные системы и суда, а также морские платформы. CP не используется для защиты оборудования в атмосферных условиях или внутренней защиты компонентов.

CP Challenges

После установки CP необходимо контролировать и обслуживать. Кроме того, неадекватные конструкции CP могут не максимизировать величину тока, достигающего защищаемого элемента. Конструкции CP должны учитывать условия окружающей среды и компонент, который необходимо защитить от коррозии. Еще одним важным фактором, который необходимо контролировать, являются блуждающие токи, которые могут мешать работе системы. Эти мешающие токи могут быть вызваны окружающей средой или соседними компонентами (особенно при вводе в эксплуатацию нового оборудования). Кроме того, необходимо обслуживать аноды и выпрямители, чтобы CP был эффективным и надежным.

Соответствующие стандарты и положения

  • 49 CFR 192.451 — Требования по контролю коррозии — Транспортировка природного и другого газа по трубопроводам: Минимальные федеральные стандарты безопасности США
  • 49 CFR 192.551 — Требования по контролю коррозии — Транспортировка опасных жидкостей по трубопроводам: Минимальные федеральные стандарты безопасности США
  • API RP 651 — Катодная защита надземных резервуаров для хранения нефти

Похожие темы

  • Покрытия

  • Места мониторинга состояния (CML)

  • Документы по борьбе с коррозией (ПЗС)

  • Механизмы повреждения

  • Коррозия точки росы дымовых газов

  • Зеленая гниль

  • Точечная коррозия

  • Положительная идентификация материала (PMI)

Соответствующие ссылки

    Инструменты темы

    Поделиться этой темой

    Внести вклад в определение

    Мы приветствуем обновления этого определения Integripedia от Inspectioneering.

Published by admin