Opțiuni pentru protecția catodică a conductelor - avantaje și dezavantaje ale metodelor. Protecția catodică a conductelor împotriva coroziunii

Conductele sunt, de departe, cel mai comun mijloc de transport al transportatorilor de energie. Dezavantajul lor evident este susceptibilitatea lor la rugină. În acest scop, se realizează protecția catodică a conductelor principale împotriva coroziunii. Care este principiul său de funcționare?

Cauzele coroziunii

Rețelele de conducte pentru sistemele de susținere a vieții sunt distribuite în toată Rusia. Cu ajutorul lor, gazele, apa, produsele petroliere și petrolul sunt transportate eficient. Nu cu mult timp în urmă, a fost pusă o conductă pentru transportul amoniacului. Cele mai multe tipuri de conducte sunt realizate din metal, iar principalul lor inamic este coroziunea, dintre care există multe tipuri.

Motivele formării ruginii pe suprafețele metalice se bazează pe proprietăți mediu, atât coroziunea externă cât și internă a conductelor. Risc de coroziune pt suprafețe interioare bazat pe:

1. Interacțiunea cu apa.
2. Prezența alcalinelor, sărurilor sau acizilor în apă.

Astfel de circumstanțe pot apărea pe sistemele principale de alimentare cu apă, alimentarea cu apă caldă (ACM), sistemele de abur și de încălzire. Nu mai puțin factor important este metoda de așezare a conductei: supraterană sau subterană. Prima este mai ușor de întreținut și de eliminat cauzele formării ruginii în comparație cu a doua.

Cu metoda de instalare conductă la conductă, riscul de coroziune este scăzut. Când instalați direct conducta pe în aer liber rugina se poate forma din interacțiunea cu atmosfera, ceea ce duce, de asemenea, la o schimbare a designului.

Conducte situate subteran, inclusiv abur și apă fierbinte cel mai vulnerabil la coroziune. Se pune întrebarea cu privire la susceptibilitatea la coroziune a conductelor situate la fundul surselor de apă, dar doar o mică parte a conductelor se află în aceste locuri.

În funcție de scopul lor, conductele cu risc de coroziune sunt împărțite în:

• liniile principale;
• pescuit;
• pentru încălzire și sisteme de susținere a vieții;
• pentru apele uzate de la întreprinderile industriale.

Susceptibilitatea la coroziune a rețelelor principale de conducte

Coroziunea conductelor de acest tip este cel mai bine studiată și protecția lor împotriva expunerii factori externi definite de cerințele standard. Documentele de reglementare discută metode de protecție și nu motivele formării ruginii.

Este la fel de important să se țină seama de faptul că în acest caz se ia în considerare doar coroziunea externă, la care secțiunea exterioară a conductei este susceptibilă, deoarece gazele inerte trec în interiorul conductei. În acest caz, contactul metalului cu atmosfera nu este atât de periculos.

Pentru protecția împotriva coroziunii, conform GOST, sunt luate în considerare mai multe secțiuni ale conductei: pericol crescut și ridicat, precum și periculos de coroziune.

Expunerea la factori negativi din atmosferă pentru zone cu risc ridicat sau tipuri de coroziune:

1. Curenții vagabonzi apar din surse de curent continuu.
2. Expunerea la microorganisme.
3. Tensiunea creată provoacă crăparea metalului.
4. Depozitarea deșeurilor.
5. Solurile sărate.
6. Temperatura substanței transportate este peste 300 °C.
7. Coroziunea cu dioxid de carbon a unei conducte de petrol.

Un instalator pentru protejarea conductelor subterane de coroziune trebuie să cunoască proiectarea conductei și cerințele SNiP.

Coroziunea electrochimică din sol

Datorită diferenței de tensiuni formate în secțiuni individuale ale conductelor, are loc un flux de electroni. Procesul de formare a ruginii are loc după principiul electrochimic. Pe baza acestui efect, o parte a metalului din zonele anodice crapă și se varsă în baza solului. După interacțiunea cu electrolitul, se formează coroziune.

Unul dintre criterii semnificative pentru a asigura protecția împotriva manifestărilor negative este lungimea liniei. Pe parcurs întâlniți soluri cu diferite compoziții și caracteristici. Toate acestea contribuie la apariția unei diferențe de tensiune între părțile conductelor așezate. Rețelele au o conductivitate bună, astfel încât are loc formarea de cupluri galvanice cu o întindere destul de mare.

O creștere a vitezei de coroziune a conductei este provocată de o densitate mare a fluxului de electroni. Adâncimea liniilor nu este mai puțin importantă, deoarece reține un procent semnificativ de umiditate și temperatura nu poate scădea sub marcajul „0”. Calarul de moara rămâne, de asemenea, pe suprafața țevilor după prelucrare, iar acest lucru afectează aspectul ruginii.

Prin conducere munca de cercetare S-a stabilit o relație directă între adâncimea și aria ruginii formate pe metal. Acest lucru se bazează pe faptul că metalul este suprafata mai mare suprafețele sunt cele mai vulnerabile la manifestările negative externe. Cazurile speciale includ manifestarea pe structurile de oțel în mod semnificativ cantități mai mici distrugerea sub influența procesului electrochimic.

Agresivitatea solurilor față de metal este, în primul rând, determinată de propria lor componentă structurală, umiditate, rezistență, saturație alcalină, permeabilitatea aerului și alți factori. Instalatorul pentru protecția conductelor subterane împotriva coroziunii trebuie să fie familiarizat cu proiectul de construcție a conductei.

Coroziunea sub influența curenților vagabonzi

Rugina poate apărea dintr-un flux alternant și constant de electroni:

• Formarea ruginii sub influența curentului constant. Curenții vagabonzi sunt curenți localizați în sol și în elemente structurale situat subteran. Originea lor este antropică. Ele apar ca urmare a exploatării dispozitive tehnice raspandirea curentului continuu din cladiri sau structuri. Pot fi invertoare de sudare, sisteme de protecție catodică și alte dispozitive. Curentul tinde să urmeze calea cu cea mai mică rezistență, ca urmare, cu conductele existente în pământ, va fi mult mai ușor pentru curent să treacă prin metal. Anodul este secțiunea conductei din care iese curentul parazit către suprafața solului. Partea conductei în care intră curentul acționează ca un catod. Pe suprafețele anodice descrise, curenții au o densitate crescută, așa că în aceste locuri se formează pete semnificative de coroziune. Rata de coroziune nu este limitată și poate fi de până la 20 mm pe an.
• Formarea ruginii sub influența curentului alternativ. Atunci când este situat în apropierea liniilor electrice cu tensiuni de rețea de peste 110 kV, precum și într-un aranjament paralel al conductelor, coroziunea are loc sub influența curenților alternativi, inclusiv coroziunea sub izolarea conductelor.

Fisurarea prin coroziune sub tensiune

Dacă o suprafață metalică este expusă simultan factorilor negativi externi și tensiunii ridicate de la liniile electrice, creând forțe de tracțiune, atunci are loc formarea ruginii. Potrivit cercetărilor efectuate, noua teorie hidrogen-coroziune și-a câștigat locul.

Crăpături dimensiuni mici se formează atunci când conducta este saturată cu hidrogen, ceea ce asigură apoi o creștere a presiunii din interior la valori mai mari decât echivalentul necesar al conexiunii atomilor și cristalelor.

Sub influența difuziei protonilor, stratul de suprafață este hidrogenat sub influența hidrolizei la niveluri crescute de protecție catodică și expunere simultană la compuși anorganici.

După deschiderea fisurii, procesul de ruginire a metalului se accelerează, care este furnizat de electrolitul de pământ. Ca urmare, sub influența influențelor mecanice, metalul suferă o distrugere lentă.

Coroziunea datorată microorganismelor

Coroziunea microbiologică este procesul de formare a ruginii pe o conductă sub influența microorganismelor vii. Acestea pot fi alge, ciuperci, bacterii, inclusiv protozoare. S-a stabilit că proliferarea bacteriilor influențează cel mai semnificativ acest proces. Pentru a menține activitatea vitală a microorganismelor, este necesar să se creeze condiții, și anume azot, umiditate, apă și săruri. De asemenea conditiile sunt:

1. Indicatori de temperatură și umiditate.
2. Presiune.
3. Disponibilitatea iluminatului.
4. Oxigen.

Organismele care produc condiții acide pot provoca, de asemenea, coroziune. Sub influența lor, la suprafață apar cavități, care sunt de culoare neagră și miros urât hidrogen sulfurat. Bacteriile care conțin sulfat sunt prezente în aproape toate solurile, dar rata de coroziune crește pe măsură ce numărul lor crește.

Ce este protecția electrochimică

Protecția electrochimică a conductelor împotriva coroziunii este un set de măsuri care vizează prevenirea dezvoltării coroziunii sub influența unui câmp electric. Redresoarele specializate sunt folosite pentru a converti curentul continuu.

Protecția împotriva coroziunii se realizează prin crearea unui câmp electromagnetic, în urma căruia se dobândește un potențial negativ sau zona acționează ca un catod. Adică, o secțiune de conducte din oțel, protejată de formarea ruginii, capătă o sarcină negativă, iar împământarea devine pozitivă.

Protectie catodica protecția la coroziune a conductelor este însoțită de protecție electrolitică cu o conductivitate suficientă a mediului. Această funcție este îndeplinită de sol la așezarea autostrăzilor subterane metalice. Contactarea electrozilor se realizează prin elemente conductoare.

Indicatorul pentru determinarea indicatorilor de coroziune este un voltmetru de înaltă tensiune sau un indicator de coroziune. Cu ajutorul acestui dispozitiv se monitorizează indicatorul dintre electrolit și sol, special pentru acest caz.

Cum este clasificată protecția electrochimică?

Coroziunea și protecția conductelor și rezervoarelor principale din acesta sunt controlate în două moduri:

• LA suprafata metalica alimentarea sursei din curent. Această zonă capătă o sarcină negativă, adică acționează ca un catod. Anozii sunt electrozi inerți care nu au nicio legătură cu proiecta nu au. Această metodă este considerată cea mai comună, iar coroziunea electrochimică nu are loc. Această tehnică are ca scop prevenirea următoarelor tipuri de coroziune: pitting, datorită prezenței curenților vagabonzi, tip cristalin oţel inoxidabil, precum și fisurarea elementelor din alamă.
• Metoda galvanică. Protecția conductelor principale sau protecția sacrificială se realizează prin plăci metalice cu niveluri ridicate de sarcini negative, realizate din aluminiu, zinc, magneziu sau aliajele acestora. Anozii sunt două elemente, așa-numiții inhibitori, în timp ce distrugerea lentă a protectorului ajută la menținerea curentului catodic în produs. Protecția de protecție este folosită extrem de rar. ECP se realizează pe stratul izolator al conductelor.

Despre caracteristicile protecției electrochimice

Principala cauză a distrugerii conductei este rezultatul coroziunii suprafețelor metalice. După formarea ruginii, se formează fisuri, rupturi și cavități, care cresc treptat în dimensiune și contribuie la ruperea conductei. Acest fenomen apare mai des în apropierea autostrăzilor așezate sub pământ sau în contact cu apele subterane.

Principiul protecției catodice este crearea unei diferențe de tensiune și acțiunea celor două metode descrise mai sus. După efectuarea operațiunilor de măsurare direct la locația conductei, s-a constatat că potențialul necesar pentru a ajuta la încetinirea procesului de distrugere ar trebui să fie de 0,85V, iar pentru elementele subterane această valoare este de 0,55V.

Pentru a încetini viteza de coroziune, tensiunea catodului trebuie redusă cu 0,3 V. În această situație, viteza de coroziune nu va depăși 10 microni/an, iar acest lucru va prelungi semnificativ durata de viață a dispozitivelor tehnice.

Una dintre problemele semnificative este prezența curenților vagabonzi în sol. Astfel de curenți provin din împământarea clădirilor, structurilor, căilor ferate și a altor dispozitive. În plus, este imposibil să se facă o evaluare exactă a locului în care pot apărea.

Pentru a crea un efect distructiv, este suficient să încărcați conductele de oțel cu un potențial pozitiv în raport cu mediul electrolitic, acestea includ conducte așezate în pământ.

Pentru a asigura circuitul cu curent, este necesar să se furnizeze o tensiune externă, ai cărei parametri vor fi suficienți pentru a sparge rezistența fundației solului.

De regulă, astfel de surse sunt linii electrice cu puteri de la 6 la 10 kW. Dacă curentul electric nu poate fi furnizat, atunci pot fi utilizate generatoare diesel sau pe gaz. Instalatorul pentru protecția conductelor subterane împotriva coroziunii trebuie să fie familiarizat cu soluțiile de proiectare înainte de a efectua lucrări.

Protectie catodica

Pentru a reduce procentul de rugină de pe suprafața țevilor, se folosesc stații de protecție a electrozilor:

1. Anod, realizat sub formă de conductori de împământare.
2. Convertoare de fluxuri constante de electroni.
3. Echipamente pentru controlul procesului și monitorizarea acestui proces.
4. Conexiuni prin cablu și fire.

Stațiile de protecție catodă sunt destul de eficiente atunci când sunt conectate direct la o linie electrică sau la un generator, ele oferă un efect inhibitor al curenților. Acest lucru asigură protecția mai multor secțiuni ale conductei simultan. Parametrii pot fi ajustați manual sau automat. În primul caz, se folosesc înfășurări ale transformatorului, iar în al doilea se folosesc tiristoare.

Cea mai comună în Rusia este instalația de înaltă tehnologie - Minevra -3000. Puterea sa este suficientă pentru a proteja 30.000 m de autostrăzi.

Avantajele dispozitivului tehnic:

• caracteristici de putere mare;
• actualizarea modului de funcționare după supraîncărcări într-un sfert de minut;
• folosind reglarea digitală, parametrii de funcționare sunt monitorizați;
• etanșeitatea conexiunilor extrem de critice;
• conectarea dispozitivului la controlul procesului de la distanță.

Se folosesc și ASKG-TM, deși puterea lor este redusă, dotarea lor cu un complex de telemetrie sau telecomandă le permite să fie nu mai puțin populare.

O diagramă a liniei de izolație a conductei de alimentare cu apă sau a conductei de gaz trebuie să fie disponibilă la locul de muncă.

Video: protecție catodică împotriva coroziunii - ce este și cum se realizează?

Protecție împotriva coroziunii prin instalarea drenajului

Instalatorul de protecție împotriva coroziunii pentru conductele subterane trebuie să fie familiarizat cu sistemul de drenaj. O astfel de protecție împotriva formării ruginii conductelor de la curenții vagabonzi este realizată de un dispozitiv de drenaj necesar pentru a devia acești curenți către o altă secțiune a pământului. Există mai multe opțiuni de drenaj.

Tipuri de executie:

1. Executat în subteran.
2. Direct.
3. Cu polarități.
4. Întărit.

Când se efectuează drenaj cu pământ, electrozii sunt instalați în zonele anodice. Pentru a asigura o linie dreaptă de drenaj, se realizează un jumper electric care conectează conducta la polul negativ al surselor de curent, de exemplu, împământarea dintr-o clădire rezidențială.

Drenajul polarizat are conductivitate unidirecțională, adică atunci când apare o sarcină pozitivă pe bucla de sol, se oprește automat. Drenajul îmbunătățit funcționează de la un convertor de curent conectat suplimentar la schema electrica, iar acest lucru îmbunătățește eliminarea curenților vagabonzi din linia principală.

Creșterea pentru coroziunea conductei se realizează prin calcul, conform RD.

În plus, se folosește protecția cu inhibitori, adică pe țevi se folosește o compoziție specială pentru a proteja împotriva mediilor agresive. Coroziunea de oprire apare atunci când echipamentul cazanului este inactiv pentru o perioadă lungă de timp, pentru a preveni acest lucru, este necesară întreținerea echipamentului.

Un instalator pentru protecția conductelor subterane împotriva coroziunii trebuie să aibă cunoștințe și abilități, să fie instruit în Reguli și să fie supus periodic unui control medical și să treacă examene în prezența unui inspector de la Rostechnadzor.

Una dintre metodele frecvent utilizate de protecție electrochimică a diferitelor structuri metalice împotriva ruginii este protecția catodică. În cele mai multe cazuri, este utilizat împreună cu aplicarea de acoperiri speciale pe suprafețele metalice.

1 Informații generale despre protecția catodică

O astfel de protecție a metalelor a fost descrisă pentru prima dată în anii 1820 de Humphry Davy. Pe baza rapoartelor sale, în 1824, pe nava HMS Samarang, teoria furnizată a fost testată. Pe placa de cupru a navei au fost instalate protectori de anozi de fier, ceea ce a redus semnificativ rata de ruginire a cuprului. Tehnica a început să fie dezvoltată, iar astăzi catodul tuturor tipurilor de structuri metalice (conducte, elemente de mașină etc.) este recunoscut ca fiind cel mai eficient și utilizat pe scară largă.

În condițiile de producție, o astfel de protecție a metalelor (este adesea numită polarizare catodică) se realizează folosind două metode principale.

1. Structura, care este protejată de distrugere, este conectată la o sursă de alimentare externă. ÎN în acest caz, Produsul metalic acționează ca un catod. Și anozii sunt electrozi suplimentari inerți. Această tehnică este de obicei folosită pentru a proteja conductele, fundațiile metalice sudate și platformele de foraj.
2. Polarizare catodica de tip galvanic. Cu această schemă, structura metalică este în contact cu un metal care are un potențial electronegativ mai mare (aluminiu, magneziu, aliaje de aluminiu, zinc). În acest caz, anodul se referă la ambele metale (principal și de protecție). Dizolvarea (adică un proces pur electrochimic) a unui material electronegativ duce la curgerea curentului catodic necesar prin produsul protejat. În timp, metalul „protector” este complet distrus. Polarizarea galvanică este eficientă pentru structurile care au un strat izolator, precum și pentru produse metalice relativ mici.

Prima tehnică a găsit o utilizare pe scară largă în întreaga lume. Este destul de simplu și fezabil din punct de vedere economic, făcând posibilă protejarea metalului de coroziunea generalăși din multe dintre soiurile sale - coroziunea intergranulară a „oțelului inoxidabil”, pitting, fisurarea produselor din alamă din cauza tensiunilor sub care acestea funcționează.

Circuitul galvanic a găsit o utilizare mai mare în SUA. La noi in tara este folosit mai rar, desi eficacitatea sa este mare. Utilizarea limitată a protecției sacrificiale a metalelor în Rusia se datorează faptului că multe conducte din țara noastră nu au un strat special aplicat, iar aceasta este o condiție prealabilă pentru implementarea tehnicilor galvanice anticorozive.

2 Cum funcționează polarizarea catodică standard a metalelor?

Protecția împotriva coroziunii catodice se realizează prin utilizarea curentului suprapus. Este alimentat structurii de la un redresor sau altă sursă de curent (extern), unde frecvența industrială AC modificat la constanta cerută. Obiectul protejat este conectat la curent redresat (la polul „minus”). Structura este astfel un catod. Împământarea anodică (al doilea electrod) este conectată la „plus”.

Este important să existe un contact electrolitic și electronic bun între electrodul secundar și structură. Prima este asigurată de sol, unde sunt scufundate anodul și obiectul protejat. În acest caz, solul acționează ca un mediu electrolitic. Contactul electronic se realizează folosind conductori din materiale metalice.

Reglarea protecției anticorozive catodice se realizează prin menținerea potențialului de protecție dintre mediul electrolitic și indicatorul de potențial de polarizare (sau structura însăși) la o valoare strict definită. Indicatorul este măsurat cu un voltmetru cu o scară de înaltă rezistență.

Aici este necesar să înțelegem că potențialul are nu numai o componentă de polarizare, ci și o altă componentă - o scădere a tensiunii (ohmice). Această scădere se produce datorită curgerii curentului catodic prin rezistența efectivă. Mai mult, calitatea protecției catodice depinde numai de polarizarea de pe suprafața produsului, care este protejată de rugină. Din acest motiv, se disting două caracteristici ale securității unei structuri metalice - potențialul cel mai înalt și cel mai scăzut de polarizare.

Reglarea eficientă a polarizării metalelor, ținând cont de toate cele de mai sus, devine posibilă în cazul în care componenta ohmică este exclusă din valoarea diferenței de potențial rezultată. Acest lucru poate fi realizat folosind un circuit special pentru măsurarea potențialului de polarizare. Nu îl vom descrie în cadrul acestui articol, deoarece este plin cu mulți termeni și concepte specializate.

De regulă, tehnologia catodică este utilizată împreună cu aplicarea de materiale speciale de protecție pe suprafața exterioară a produselor protejate împotriva coroziunii.

Pentru a proteja conductele neizolate și alte structuri, este necesar să se utilizeze curenți semnificativi, ceea ce este neprofitabil din punct de vedere economic și dificil din punct de vedere tehnic.

3 Protecția catodică a elementelor vehiculului

Coroziunea este un proces activ și foarte agresiv. Protecția de înaltă calitate a componentelor auto împotriva ruginii cauzează multe probleme pasionaților de mașini. Toate vehiculele fără excepție sunt supuse distrugerii corozive, deoarece ruginirea începe chiar și atunci când acoperire cu vopsea apare o mică zgârietură pe mașină.

Tehnologia catodă pentru protejarea unei mașini împotriva coroziunii este destul de comună în zilele noastre. Se folosește împreună cu utilizarea tuturor tipurilor de mastice. Această tehnică se referă la aplicarea potențialului electric pe suprafața unei anumite piese auto, ceea ce duce la o inhibare eficientă și pe termen lung a ruginii.

Cu protecția descrisă vehicul Catodul este alcătuit din plăci speciale care sunt așezate pe componentele sale cele mai vulnerabile. Iar rolul anodului este jucat de caroseria mașinii. O astfel de distribuție a potențialelor asigură integritatea corpului mașinii, deoarece numai plăcile catodice sunt distruse, iar metalul de bază nu se corodează.

Punctele vulnerabile ale unui vehicul care pot fi protejate prin metoda catodică sunt înțelese ca:

• părțile din spate și din față ale fundului;
• pasaj roții din spate;
• zone de fixare a luminilor laterale și a farurilor;
• articulații aripă-roată;
• zonele interioare ale ușilor și pragurilor;
• spațiu în spatele apărătorilor roții (față).

Pentru a proteja mașina, trebuie să achiziționați un modul electronic special (unii meșteri îl fac singuri) și plăci de protecție. Modulul este montat în interiorul mașinii și conectat la rețeaua de bord (trebuie alimentat când motorul mașinii este oprit). Instalarea dispozitivului durează literalmente 10-15 minute. În plus, necesită un minim de energie și garantează o protecție anticorozivă de foarte înaltă calitate.

Plăcile de protecție pot fi de diferite dimensiuni. Numărul lor diferă și în funcție de locul în care sunt montate în mașină, precum și de ce parametrii geometrici are un electrod. În practică, cu cât dimensiunea electrodului este mai mică, cu atât aveți nevoie de mai puține plăci.

Protecția anticorozivă a mașinii folosind metoda catodică este, de asemenea, efectuată de alții comparativ în moduri simple. Cel mai de bază este să conectați firul pozitiv al bateriei mașinii la un garaj metalic obișnuit. Vă rugăm să rețineți că trebuie să utilizați o rezistență pentru conectare.

4 Protecția conductelor prin metoda polarizării catodice

Depresurizarea conductelor de diverse scopuri are loc în multe cazuri din cauza distrugerii lor prin coroziune cauzată de apariția rupurilor, fisurilor și cavităților. Comunicațiile subterane sunt deosebit de sensibile la rugină. Pe ele se formează zone cu potențiale diferite (electrozi), ceea ce este cauzat de eterogenitatea solului și de compoziția eterogenă a metalelor din care sunt realizate conductele. Datorită apariției acestor zone, începe procesul de formare activă a componentelor galvanice corozive.

Polarizarea catodă a conductelor, realizată conform schemelor descrise la începutul articolului (galvanizare sau o sursă de energie externă), se bazează pe reducerea vitezei de dizolvare a materialului conductei în timpul funcționării lor. O astfel de reducere se realizează prin deplasarea potențialului de coroziune într-o zonă care are mai mulți indicatori negativi în raport cu potențialul natural.

În prima treime a secolului al XX-lea, a fost determinat potențialul de polarizare catodică a metalelor. Indicatorul său este de –0,85 volți. În majoritatea solurilor, potențialul natural al structurilor metalice este în intervalul -0,55 până la -0,6 volți.

Aceasta înseamnă că pentru protectie eficienta conductele trebuie să „mute” potențialul de coroziune în latura negativă la 0,25-0,3 volți. Cu o asemenea amploare, efectul practic al ruginii asupra stării comunicațiilor este aproape complet neutralizat (coroziunea pe an are o rată de cel mult 10 micrometri).

Tehnica care utilizează o sursă de curent (externă) este considerată intensivă în muncă și destul de complexă. Dar oferă nivel înalt protecția conductelor, resursa sa energetică nu este limitată de nimic, în timp ce rezistența (specifică) solului are un impact minim asupra calității măsurilor de protecție.

Sursele de energie pentru polarizarea catodică sunt de obicei linii electrice aeriene la 0,4; 6 și 10 kV. În zonele în care nu există, este permisă utilizarea ca surse de energie a generatoarelor pe gaz, termice și diesel.

Curentul „protector” este distribuit inegal pe lungimea conductelor. Cea mai mare valoare a sa se notează la așa-numitul punct de drenaj - în locul unde este conectată sursa. Cu cât distanța de la acest punct este mai mare, cu atât conductele sunt mai puțin protejate. În același timp, curent excesiv direct în zona de conectare are impact negativ pe conductă - există o mare probabilitate de cracare a metalelor cu hidrogen.

Metoda folosind anozi galvanici demonstrează o eficiență bună în soluri cu rezistivitate scăzută (până la 50 ohm*m). Nu este utilizat în solurile din grupa de rezistivitate ridicată, deoarece nu dă rezultate deosebite. Merită adăugat aici că anozii sunt fabricați din aliaje pe bază de aluminiu, magneziu și zinc.

5 Pe scurt despre stațiile de protecție catodică (CPS)

Pentru protecția anticorozivă a conductelor așezate în subteran, SCP-urile sunt instalate de-a lungul traseului lor, inclusiv:

• împământare anodică;
• sursa de curent;
• punct de control și măsurare;
• cabluri și fire care îndeplinesc funcții de conectare.

Stațiile sunt conectate la rețele curent electric sau la dispozitive autonome. Este permisă instalarea mai multor conexiuni de împământare și surse de energie la VCS atunci când două sau mai multe conducte sunt așezate într-un coridor subteran. Acest lucru implică însă o creștere a costurilor pentru măsurile anticoroziune.

Dacă pe comunicații cu mai multe linii este instalată o singură instalație, conectarea acesteia la conducte se realizează folosind blocuri speciale. Ele nu permit formarea de cupluri galvanice puternice care apar la instalarea jumperilor oarbe pe produsele din conducte. Aceste blocuri izolează țevile unele de altele și, de asemenea, fac posibilă selectarea potențialului necesar pe fiecare element de conductă, garantând o protecție maximă a structurii împotriva ruginii.

Tensiunea de ieșire la stațiile catodice poate fi reglată automat (instalația în acest caz este echipată cu tiristoare) sau manual (operatorul comută înfășurările transformatorului dacă este necesar). În situațiile în care VSC-urile funcționează în condiții variabile în timp, se recomandă operarea stațiilor cu reglare automată a tensiunii.

Ei înșiși monitorizează indicatorii de rezistență ai solului (specific), apariția curenților vagabonzi și alți factori care au un impact negativ asupra calității protecției și corectează automat funcționarea VCS. Dar în sistemele în care curentul de protecție și valoarea rezistenței din circuitul său rămân neschimbate, este mai bine să utilizați setările cu reglarea manuală a tensiunii de ieșire.

Să adăugăm că reglarea în modul automat se efectuează conform unuia dintre cei doi indicatori:

• curent de protectie (convertoare galvanostatice);
• în funcţie de potenţialul obiectului care este protejat (convertoare potenţiostatice).

6 Informații despre stațiile de protecție catodică cunoscute

Printre VCS-urile domestice populare se pot distinge mai multe instalații. Stația este la mare căutare Minerva–3000– un sistem puternic dezvoltat de inginerii francezi și ruși pentru instalațiile Gazprom. O singură Minerva este suficientă pentru a proteja în mod fiabil până la 30 de kilometri de conducte de rugina. Stația are următoarele avantaje principale:

• fabricabilitatea unică a tuturor componentelor sale;
• putere crescută a VCS (este posibil să se protejeze comunicațiile cu un strat de protecție foarte slab);
• auto-vindecare (după supraîncărcări de urgență) a modurilor de funcționare a stației timp de 15 secunde;
• disponibilitatea echipamentelor digitale de înaltă precizie pentru monitorizarea condițiilor de funcționare și a unui sistem de control termic;
• prezența circuitelor de protecție împotriva supratensiunii circuitelor de măsurare și de intrare;
• absența pieselor mobile și etanșeitatea dulapului electric.

În plus față de Minerva–3000 se pot conecta instalatii pentru controlul de la distanta asupra functionarii statiei si telecomanda echipamentul ei.

Sistemele au și performanțe tehnice excelente ASKG-TM– stații adaptive telemecanizate moderne pentru protecția cablurilor electrice, a conductelor urbane și principale, precum și a rezervoarelor în care sunt depozitate gaze și produse petroliere. Astfel de dispozitive sunt disponibile cu puteri de ieșire diferite (de la 1 la 5 kilowați). Au un complex de telemetrie multifuncțional care vă permite să selectați un mod de operare VCS specific, să monitorizați și să modificați parametrii stației, precum și să procesați informațiile primite și să le trimiteți operatorului.

Beneficiile utilizării ASKG-TM:

• posibilitatea de integrare în complexe SCADA datorită suportului tehnologiei OPC;
• canal de rezervă și principal de comunicare;
• selectarea valorii puterii (ieșire);
• toleranță crescută la erori;
• gamă largă de temperatură de funcționare;
• precizie unică a setării parametrilor de ieșire;
• protecția la tensiune a ieșirilor de putere a sistemului.

Există SKZ și alte tipuri, informații despre care sunt ușor de găsit pe site-uri specializate de pe Internet.

7 Ce obiecte pot fi protejate folosind polarizarea catodica?

Pe lângă protecția mașinilor și conductelor, tehnicile de polarizare luate în considerare sunt utilizate în mod activ pentru a proteja armăturile incluse în structurile din beton armat (cladiri, amenajări rutiere, fundații etc.) împotriva coroziunii. De obicei, fitingurile sunt un singur sistem electric, care se corodează în mod activ atunci când clorurile și apa intră în el.

Polarizarea catodă în combinație cu igienizarea betonului oprește procesele de coroziune. În acest caz, este necesar să folosiți două tipuri de anozi:

• cele principale sunt fabricate din titan, grafit sau combinația lor cu un strat de oxid de metal, precum și fontă siliconică;
• tije de distribuție – tije din aliaje de titan cu un strat suplimentar de protecție metalică sau cu un înveliș nemetalic conductiv electric.

Prin reglarea curentului extern furnizat la structura din beton armat, selectați potențialul armăturii.

Polarizarea este considerată o tehnică indispensabilă pentru protecția structurilor permanente situate pe platforma continentală, în zăcămintele de gaze și petrol. Iniţială acoperiri de protectie Este imposibil să restaurați astfel de obiecte (necesită dezmembrare și transport în hangare uscate), ceea ce înseamnă că mai rămâne o singură opțiune - protecția catodică a metalelor.

Pentru a proteja împotriva coroziunii maritime, polarizarea galvanică a navelor civile este utilizată folosind anozi din aliaje de zinc, magneziu și aluminiu. La mal (în timpul reparațiilor și acostărilor), navele sunt conectate la SCZ, anozii pentru care sunt fabricați din titan platinizat.

Protecția catodică este, de asemenea, utilizată pentru a proteja împotriva distrugerii părților interne ale vaselor și containerelor, precum și a conductelor care vin în contact cu apele uzate industriale și alți electroliți agresivi. Polarizarea în acest caz crește timpul de utilizare fără întreținere a acestor structuri de 2-3 ori.

STRUCTURI METALICE"

Fundamente teoretice

Protectia catodica a structurilor metalice subterane

Principiul de funcționare al protecției catodice

Când metalul intră în contact cu soluri legate de mediile electrolitice, are loc un proces de coroziune, însoțit de formarea unui curent electric, și se stabilește un anumit potențial de electrod. Mărimea potențialului electrodului conductei poate fi determinată de diferența de potențial dintre doi electrozi: conducta și elementul sulfat de cupru nepolarizant. Astfel, valoarea potențialului conductei este diferența dintre potențialul electrodului său și potențialul electrodului de referință față de pământ. Pe suprafața conductei, procesele cu electrozi au loc într-o anumită direcție, iar schimbările în timp sunt de natură staționară.

Potențialul staționar este de obicei numit potențial natural, implicând absența curenților vagabonzi și a altor curenți induși pe conductă.

Interacțiunea unui metal corodând cu un electrolit este împărțită în două procese: anodic și catodic, care au loc simultan în diferite zone ale interfeței metal-electrolit.

La protecția împotriva coroziunii, se utilizează separarea teritorială a proceselor anodice și catodice. O sursă de curent cu un electrod suplimentar de împământare este conectată la conductă, cu ajutorul căreia se aplică un curent continuu extern conductei. În acest caz, procesul anodic are loc pe un electrod suplimentar de împământare.

Polarizarea catodica a conductelor subterane se realizeaza prin aplicarea unui camp electric de la o sursa externa de curent continuu. Polul negativ al sursei de curent continuu este conectat la structura protejată, în timp ce conducta este catodul în raport cu pământul, iar anodul de împământare creat artificial este polul pozitiv.

Diagrama schematică protectia catodica este prezentata in fig. 14.1. Cu protecție catodică, polul negativ al sursei de curent 2 este conectat la conducta 1, iar polul pozitiv este conectat la împământarea anodului creat artificial 3. Când sursa de curent este pornită, sursa de curent de la polul său prin intermediul împământarea anodică intră în pământ și prin zonele deteriorate ale izolației 6 la conductă. Apoi, prin punctul de drenaj 4 de-a lungul firului de conectare 5, curentul revine din nou la minusul sursei de alimentare. În acest caz, procesul de polarizare catodă începe în secțiunile expuse ale conductei.

Orez. 14.1. Schema schematică a protecției catodice a conductei:

1 - conductă; 2 - sursă DC externă; 3 - împământare anodică;

4 - punct de drenaj; 5 - cablu de scurgere; 6 - contact terminal catodic;

7 - terminal catod; 8 - deteriorarea izolației conductei

Deoarece tensiunea curentului extern aplicat între electrodul de împământare și conductă depășește semnificativ diferența de potențial dintre electrozii macroperechilor de coroziune ale conductei, potențialul staționar al împământarii anodice nu joacă un rol determinant.

Cu includerea protecției electrochimice ( j 0a.adăugaţi) distribuția curenților de macroperechi de coroziune este perturbată, valorile diferenței de potențial „țeavă - masă” a secțiunilor catodice ( j 0k) cu diferența de potențial a secțiunilor anodului ( j 0a), sunt prevăzute condiții de polarizare.

Protectia catodica este reglementata prin mentinerea potentialului de protectie necesar. Dacă, prin aplicarea unui curent extern, conducta este polarizată la potențialul de echilibru ( j 0k = j 0a) dizolvarea metalului (Fig. 14.2 a), apoi curentul anodic se oprește și coroziunea se oprește. O creștere suplimentară a curentului de protecție este impracticabilă. Cu mai mult valori pozitive potential, apare fenomenul protectiei incomplete (Fig. 14.2 b). Poate apărea în timpul protecției catodice a unei conducte situate într-o zonă de influență puternică a curenților vagabonzi sau atunci când se utilizează protectori care nu au un potențial electrod suficient de negativ (protectoare de zinc).

Criteriile pentru protejarea metalului împotriva coroziunii sunt densitatea curentului de protecție și potențialul de protecție.

Polarizare catodica neizolata structura metalica până la valoarea potenţialului de protecţie necesită curenţi semnificativi. Cele mai probabile valori ale densităților de curent necesare polarizării oțelului în diverse medii la potențialul de protecție minim (-0,85 V) în raport cu electrodul de referință cu sulfat de cupru sunt date în tabel. 14.1

Orez. 14.2. Diagrama de coroziune pentru cazul polarizării complete (a) și

polarizare incompletă (b)

În mod obișnuit, protecția catodică este utilizată împreună cu acoperirile izolante aplicate pe suprafața exterioară a conductei. Acoperirea suprafeței reduce curentul necesar cu câteva ordine de mărime. Astfel, pentru protectia catodica a otelului cu acoperire bunăîn sol este necesar doar 0,01 ... 0,2 mA/m 2.

Tabelul 14.1

Densitatea de curent necesară pentru protecția catodică

suprafata goala de otel in diverse medii

Densitatea de curent de protecție pentru conductele principale izolate nu poate deveni un criteriu de protecție fiabil datorită distribuție necunoscută izolația conductei deteriorată, care determină aria de contact reală a metalului cu solul. Chiar și pentru o țeavă neizolată (cartuș la un pasaj subteran prin căi ferate și autostrăzi), densitatea de curent de protecție este determinată de dimensiunile geometrice ale structurii și este fictivă, deoarece proporția suprafeței cartusului rămâne necunoscută, acoperită cu prezent constant. straturi de protecție pasive (scara, etc.) și care nu participă la procesul de depolarizare. Prin urmare, densitatea de curent de protecție ca criteriu de protecție este utilizată în unele studii de laborator efectuate pe probe de metal.

Indiferent de cât de popular este plasticul, majoritatea autostrăzilor așezate în pământ (îngropate) sunt montate din mostre de oțel sau fontă. Un dezavantaj semnificativ al unor astfel de conducte, în ciuda tuturor avantajelor lor incontestabile, este susceptibilitatea materialelor la coroziune. Indiferent de tip (electronic/chimic, cauzat de curenți vagabonzi sau alt factor), reduce semnificativ durata de viață a liniei de utilități sau a părții sale individuale.

În funcție de condițiile locale și de fezabilitatea economică, sunt implementate în practică mai multe metode de protecție a conductelor. Toate sunt împărțite în 2 grupuri - active și pasive. Protecția catodică se referă la primul. Acest material este dedicat caracteristicilor sale, tehnologiei de aranjare și principiului de funcționare.

Schema de protectie catodica a conductelor

Compus

• Sursă industrială/de tensiune.
• Convertor de curent (AC/DC).
• Conductor de împământare anod (singur sau combinat).
• Elemente de conectare a circuitelor (conductoare metalice).

În plus

• Voltmetru.
• Electrod de control (sulfat de cupru).

Principiul de funcționare

Conexiune

Rolul catodului în această schemă este jucat de conducta în sine. Se conectează la redresorul „-”. În consecință, anodul este la „+”.

Stare de funcționare

Prezența unui mediu electrolitic (în acest caz, sol) și a unui anod din material conductor. Nu trebuie să fie metal.

Procedura operațională de protecție

Când tensiunea este aplicată circuitului, apare un câmp electric, creând polarizare catodică în secțiunea conductei. Fără a intra în complexitatea proceselor în desfășurare, este suficient să spunem că, în consecință, nu conducta este distrusă, ci anodul, deoarece este format tocmai în regiunea de tensiune „+”. După un anumit timp, este mult mai ușor și mai ieftin să înlocuiți un electrod de împământare decât una sau mai multe conducte de pe traseu.

Caracteristicile schemelor de protectie catodica

• Atât liniile fixe, cât și generatoarele mobile pot fi folosite ca sursă de energie.
• Potențialul maxim al câmpului de protecție pentru conductele care nu au o acoperire specială nu este reglementat. În alte cazuri (de exemplu, dacă elementele de traseu au izolație polimerică) se calculează individual pentru fiecare circuit.
• În funcție de specificul conductei, electrozii anodici de împământare pot diferi în ceea ce privește metoda de plasare (distribuită, concentrată) și poziția față de nivelul solului (extins, adânc).
• Materialul anodic este selectat pentru un sol specific pe baza funcționării fără înlocuire timp de cel puțin 15 ani. Această perioadă poate fi mărită artificial dacă electrodul de împământare este plasat în orice mediu. De exemplu, în coca zdrobită.

Acestea vă permit să prelungiți durata de viață a unei structuri metalice, precum și să păstrați proprietățile sale tehnice și fizice în timpul funcționării. În ciuda varietății de metode de asigurare a acțiunii anticorozive, este posibilă protejarea completă a obiectelor de deteriorarea ruginii numai în cazuri rare.

Eficacitatea unei astfel de protecție depinde nu numai de calitatea tehnologiei benzii de rulare, ci și de condițiile de aplicare a acesteia. În special, pentru a păstra structura metalică a conductelor, protecția electrochimică împotriva coroziunii bazată pe funcționarea catozilor își demonstrează cele mai bune proprietăți. Prevenirea formării ruginii pe astfel de comunicații, desigur, nu este singurul domeniu de aplicare a acestei tehnologii, dar pe baza totalității caracteristicilor sale, această zonă poate fi considerată cea mai relevantă pentru protecția electrochimică.

Informații generale despre protecția electrochimică

Protecția metalelor împotriva ruginii prin acțiune electrochimică se bazează pe dependența dimensiunii materialului de viteza procesului de coroziune. Structurile metalice trebuie operate în intervalul de potențial în care dizolvarea lor anodică va fi sub limita admisă. Acesta din urmă, de altfel, este determinat documentatia tehnica pentru funcționarea structurii.

În practică, protecția electrochimică împotriva coroziunii implică conectarea la produs finit sursa de la DC. Câmpul electric de pe suprafața și din structura obiectului protejat formează polarizarea electrozilor, datorită căreia procesul de deteriorare a coroziunii este controlat. În esență, zonele anodice de pe o structură metalică devin catodice, ceea ce permite deplasarea proceselor negative, asigurând păstrarea structurii obiectului țintă.

Principiul de funcționare al protecției catodice

Exista protectie catodica si anodica de tip electrochimic. Primul concept, care este folosit pentru a proteja conductele, a câștigat cea mai mare popularitate. De principiu general, la implementarea acestei metode, un curent cu pol negativ este alimentat obiectului dintr-o sursă externă. În special, o țeavă de oțel sau de cupru poate fi protejată în acest mod, în urma căreia se va produce polarizarea secțiunilor catodice odată cu trecerea potențialelor lor la starea anodică. Ca urmare, activitatea de coroziune a structurii protejate va fi redusă la aproape zero.

În acest caz, poate avea și protecție catodică opțiuni diferite execuţie. Tehnica descrisă mai sus de polarizare dintr-o sursă externă este practicată pe scară largă, dar metoda de dezaerare a electrolitului prin reducerea ratei proceselor catodice, precum și crearea unei bariere de protecție, funcționează de asemenea eficient.

S-a remarcat de mai multe ori că principiul protecției catodice este implementat printr-o sursă de curent externă. De fapt, funcția sa principală este activitatea sa. Aceste sarcini sunt îndeplinite de stații speciale, care, de regulă, fac parte din infrastructura generală întreţinere conducte.

Stații anticorozive

Funcția principală a stației catodice este de a furniza curent stabil obiectului metalic țintă în conformitate cu metoda de polarizare a catodului. Un astfel de echipament este utilizat în infrastructura conductelor subterane de gaz și petrol, în conductele de alimentare cu apă, rețelele de încălzire etc.

Există multe varietăți de astfel de surse, iar cel mai comun dispozitiv de protecție catodică conține:

• echipamente de convertizor de curent;
• fire pentru conectarea la obiectul protejat;
• conductor de împământare a anodului.

În același timp, există o împărțire a stațiilor în invertor și transformator. Există și alte clasificări, dar acestea sunt axate pe segmentarea instalațiilor fie pe domeniul de aplicare, fie după specificatii tehniceși parametrii datelor de intrare. Principii de bază Lucrările ilustrează cel mai clar cele două tipuri de stații catodice indicate.

Instalatii de protectie catodica transformatoare

Trebuie remarcat imediat că acest tip de stație este învechit. Este înlocuit cu analogi de invertor, care au atât avantaje, cât și dezavantaje. Într-un fel sau altul, modelele de transformatoare sunt folosite chiar și în puncte noi pentru asigurarea protecției electrochimice.

Un transformator de joasă frecvență de 50 Hz este folosit ca bază pentru astfel de obiecte și cele mai simple dispozitive sunt utilizate pentru sistemul de control al tiristoarelor, inclusiv regulatoare de putere fază-impuls. O abordare mai responsabilă pentru rezolvarea problemelor de control implică utilizarea controlerelor cu funcționalitate largă.

Protecția catodică modernă împotriva coroziunii conductelor cu astfel de echipamente vă permite să ajustați parametrii curentului de ieșire, indicatorii de tensiune și, de asemenea, să egalați potențialele de protecție. În ceea ce privește deficiențele echipamentelor de transformare, acestea se rezumă la grad înalt Ondularea curentului de ieșire la un factor de putere scăzut. Acest defect nu se explică prin forma sinusoidală a curentului.

Problema cu pulsația poate fi rezolvată într-o anumită măsură prin introducerea unui șoc de joasă frecvență în sistem, dar dimensiunile acesteia corespund dimensiunilor transformatorului în sine, ceea ce nu face întotdeauna posibilă o astfel de adăugare.

Statie de protectie catodica invertor

Instalațiile de tip invertor se bazează pe convertoare cu impulsuri de înaltă frecvență. Unul dintre principalele avantaje ale utilizării stațiilor de acest tip este randamentul ridicat, ajungând la 95%. Pentru comparație, pentru instalațiile de transformatoare această cifră ajunge în medie la 80%.

Uneori, alte avantaje ies în prim-plan. De exemplu, dimensiunile reduse ale stațiilor cu invertor extind posibilitățile de utilizare a acestora în zone dificile. Există și avantaje financiare, care sunt confirmate de practica utilizării unor astfel de echipamente. Astfel, protecția catodică a invertorului împotriva coroziunii conductei se amortizează rapid de la sine și necesită investitie minimaîn conținut tehnic. Cu toate acestea, aceste calități sunt vizibile în mod clar doar în comparație cu instalațiile de transformatoare, dar astăzi apar noi mijloace mai eficiente de furnizare a curentului pentru conducte.

Proiectări de stații catodice

Astfel de echipamente sunt prezentate pe piață în diferite cazuri, forme și dimensiuni. Desigur, este și o practică comună design individual astfel de sisteme, care permite nu numai obținerea unui design optim pentru nevoi specifice, ci și asigurarea parametrilor operaționali necesari.

Calculul riguros al caracteristicilor stației face posibilă optimizarea suplimentară a costurilor de instalare, transport și depozitare. De exemplu, pentru obiectele mici, protecția catodică împotriva coroziunii conductelor bazată pe un invertor cu o greutate de 10-15 kg și o putere de 1,2 kW este destul de potrivită. Echipamentele cu astfel de caracteristici pot fi deservite de un autoturism, cu toate acestea, pentru proiecte de anvergură, se pot utiliza stații mai masive și mai grele care necesită conectarea camioanelor, o macara și echipe de instalare.

Funcționalitate de protecție

La dezvoltarea stațiilor catodice, se acordă o atenție deosebită protecției echipamentului în sine. În acest scop, sunt integrate sisteme pentru a proteja stațiile de scurtcircuite și întreruperi de sarcină. În primul caz, siguranțele speciale sunt utilizate pentru a gestiona modurile de funcționare de urgență ale instalațiilor.

În ceea ce privește supratensiunile și întreruperile, stația de protecție catodică este puțin probabil să fie serios deteriorată de acestea, dar poate exista pericolul de electrocutare. De exemplu, dacă în modul normal Echipamentul funcționează cu tensiune joasă, apoi după o pauză saltul în citiri poate ajunge la 120 V.

Alte tipuri de protecție electrochimică

Pe lângă protecția catodică, se practică și tehnologii de drenaj electric, precum și metode de protecție pentru prevenirea coroziunii. Cele mai multe direcție promițătoare Este considerat a fi o protecție specială împotriva formării coroziunii. În acest caz, elementele active sunt conectate și la obiectul țintă, asigurând transformarea suprafeței cu catozi prin curent. De exemplu, o țeavă de oțel ca parte a unei conducte de gaz poate fi protejată cu cilindri de zinc sau aluminiu.

Concluzie

Metodele de protecție electrochimică nu pot fi considerate noi și, mai ales, inovatoare. Eficiența utilizării unor astfel de tehnici în lupta împotriva proceselor de rugină a fost stăpânită de mult timp. Cu toate acestea, utilizarea pe scară largă a acestei metode este împiedicată de un dezavantaj serios. Faptul este că protecția catodică împotriva coroziunii conductelor produce în mod inevitabil așa-numitele Ele nu sunt periculoase pentru structura țintă, dar poate avea un impact negativ asupra obiectelor din apropiere. În special, curentul parazit contribuie la dezvoltarea aceleiași coroziuni pe suprafața metalică a țevilor adiacente.