Katodna zaščita: aplikacije in standardi

2024 Avtor: Howard Calhoun | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2023-12-17 10:40

Korozija je kemična in elektrokemična reakcija kovine z okoljem, ki ji povzroči poškodbe. Teče z različnimi hitrostmi, ki jih je mogoče zmanjšati. S praktičnega vidika je zanimiva protikorozijska katodna zaščita kovinskih konstrukcij v stiku s tlemi, vodo in transportnimi mediji. Zunanje površine cevi so še posebej poškodovane zaradi vpliva tal in potečečih tokov.

Notranja korozija je odvisna od lastnosti medija. Če gre za plin, ga je treba temeljito očistiti pred vlago in agresivnimi snovmi: vodikov sulfid, kisik itd.

Načelo dela

Objekti procesa elektrokemične korozije so okolje, kovina in vmesnik med njimi. Medij, ki je običajno vlažna zemlja ali voda, ima dobro električno prevodnost. Na vmesniku med njim in kovinsko strukturo poteka elektrokemična reakcija. Če je tok pozitiven (anodna elektroda), železovi ioni preidejo v okoliško raztopino, kar povzroči izgubo mase kovine. Reakcija povzroči korozijo. Pri negativnem toku (katodna elektroda) so te izgube odsotne, saj velektroni se prenesejo v raztopino. Metoda se uporablja pri galvanizaciji za prevleko jekla z neželeznimi kovinami.

Katodna zaščita pred korozijo se doseže, ko se na železni predmet uporabi negativni potencial.

Za to je v zemljo nameščena anodna elektroda in nanjo je iz vira napajanja povezan pozitiven potencial. Minus se nanese na zaščiteni objekt. Katodno-anodna zaščita vodi v aktivno korozijsko uničenje le anodne elektrode. Zato ga je treba občasno spreminjati.

Negativni učinek elektrokemične korozije

Korozijo konstrukcij lahko povzroči delovanje razpadajočih tokov iz drugih sistemov. Uporabne so za ciljne predmete, vendar povzročajo znatno škodo bližnjim strukturam. Potepuški tokovi se lahko širijo iz tirnic elektrificiranih vozil. Preidejo proti trafo postaji in vstopijo v cevovode. Ko jih zapustijo, nastanejo anodni odseki, ki povzročajo intenzivno korozijo. Za zaščito se uporablja električna drenaža - posebna odstranitev tokov iz cevovoda do njihovega vira. Tu je možna tudi katodna zaščita cevovodov pred korozijo. Če želite to narediti, morate poznati vrednost razpadajočih tokov, ki jo merijo posebne naprave.

Po rezultatih električnih meritev je izbran način zaščite plinovoda. Univerzalno zdravilo je pasivna metoda izolacije cevi od stika s tlemi z uporabo izolacijskih premazov. Katodna zaščita plinovoda se nanaša na aktivno metodo.

Zaščita cevovodov

Izvedbe v tleh so zaščitene pred korozijo, če nanje priključite minus vira enosmernega toka, plus pa na anodne elektrode, zakopane v bližini v zemljo. Tok bo šel v strukturo in jo zaščitil pred korozijo. Na ta način se izvede katodna zaščita cevovodov, rezervoarjev ali cevovodov, ki se nahajajo v tleh.

Anodna elektroda se bo razgradila in jo je treba občasno zamenjati. Za rezervoar, napolnjen z vodo, so elektrode nameščene v notranjosti. V tem primeru bo tekočina elektrolit, skozi katerega bo tok tekel od anod do površine posode. Elektrode so dobro nadzorovane in enostavne za menjavo. V tleh je to težje narediti.

Napajanje

V bližini naftovodov in plinovodov, v ogrevalnih in vodovodnih omrežjih, ki zahtevajo katodno zaščito, so nameščene postaje, iz katerih se napaja napetost na objekte. Če so nameščeni na prostem, mora biti njihova stopnja zaščite najmanj IP34. Vsak je primeren za suhe prostore.

Postaje za katodno zaščito plinovodov in drugih velikih objektov imajo zmogljivost od 1 do 10 kW.

Njihovi energetski parametri so v prvi vrsti odvisni od naslednjih dejavnikov:

• odpornost med tlemi in anodo;
• prevodnost tal;
• dolžina zaščitnega območja;
• izolacijsko delovanje premaza.

Tradicionalno je pretvornik katodne zaščite transformatorska namestitev. Zdaj ga nadomešča inverterski, ki ima manjše dimenzije, boljšo tokovno stabilnost in večji izkoristek. Na pomembnih območjih so nameščeni krmilniki, ki imajo funkcije regulacije toka in napetosti, izenačevanja zaščitnih potencialov itd.

Oprema je na trgu predstavljena v različnih izvedbah. Za posebne potrebe se uporablja individualna zasnova, ki zagotavlja najboljše pogoje delovanja.

Parametri vira energije

Za protikorozijsko zaščito železa je zaščitni potencial 0,44 V. V praksi bi moral biti večji zaradi vpliva vključkov in stanja kovinske površine. Največja vrednost je 1 V. Ob prisotnosti premazov na kovini je tok med elektrodama 0,05 mA/m². Če izolacija odpove, se dvigne na 10mA/m^2.

Katodna zaščita je učinkovita v kombinaciji z drugimi metodami, saj se porabi manj električne energije. Če je na površini konstrukcije barvni premaz, so z elektrokemično metodo zaščitena le mesta, kjer je polomljena.

Lastnosti katodne zaščite

1. Poganjajo postaje ali mobilni generatorji.
2. Lokacija ozemljitve anode je odvisna od posebnosti cevovodov. Metoda umestitve je lahko porazdeljena ali koncentrirana, pa tudi locirana na različnih globinah.
3. Anodni material je izbran z nizko topnostjo, da traja 15 let.
4. Zaščitni potencialpolja za vsak cevovod se izračuna. Ni urejeno, če na konstrukcijah ni zaščitnih premazov.

Gazpromove standardne zahteve za katodno zaščito

• Dejanja v celotni življenjski dobi zaščitne opreme.
• Prenapetostna zaščita.
• Postavitev postaje v blok boxih ali v samostojnem protivandalskem dizajnu.
• Anodna ozemljitev je izbrana na območjih z minimalnim električnim uporom tal.
• Karakteristike pretvornika so izbrane ob upoštevanju staranja zaščitne prevleke cevovoda.

Zaščita tekalne plasti

Metoda je vrsta katodne zaščite s povezavo elektrod iz bolj elektronegativne kovine skozi električno prevoden medij. Razlika je v odsotnosti vira energije. Tekalna plast absorbira korozijo tako, da se raztopi v električno prevodnem okolju.

Čez nekaj let bo treba anodo zamenjati, ker se obrabi.

Učinek anode se povečuje z zmanjšanjem njene kontaktne upornosti z medijem. Sčasoma se lahko prekrije z jedko plastjo. To vodi do okvare električnega stika. Z dajanjem anode v mešanico soli, ki raztopi korozijske produkte, se učinkovitost izboljša.

Vpliv zaščitnika je omejen. Razpon je določen z električnim uporom medija in potencialno razliko med anodo in katodo.

Zaščitna zaščita se uporablja v odsotnosti virov energije ali ob njihovi uporabiekonomsko nepraktična. Pomanjkljiv je tudi pri kislih aplikacijah zaradi visoke stopnje raztapljanja anod. Ščitniki so nameščeni v vodi, v tleh ali v nevtralnem okolju. Anode običajno niso izdelane iz čistih kovin. Cink se raztaplja neenakomerno, magnezij prehitro korodira in na aluminiju nastane močan oksidni film.

Materiali tekalne plasti

Da bi imeli ščitniki potrebne lastnosti delovanja, so izdelani iz zlitin z naslednjimi legirnimi dodatki.

• Zn + 0,025-0,15% Cd+ 0,1-0,5% Al - zaščita opreme v morski vodi.
• Al + 8% Zn +5% Mg + Cd, In, Gl, Hg, Tl, Mn, Si (delčki odstotka) - delovanje konstrukcij v tekoči morski vodi.
• Mg + 5-7% Al +2-5% Zn - zaščita majhnih objektov v zemlji ali vodi z nizko koncentracijo soli.

Nepravilna uporaba nekaterih vrst ščitnikov vodi do negativnih posledic. Magnezijeve anode lahko povzročijo pokanje opreme zaradi razvoja vodikove krhkosti.

Kombinirana žrtvena katodna zaščita s protikorozijskimi premazi povečuje njeno učinkovitost.

Zaščitna porazdelitev toka je izboljšana in potrebnih je bistveno manj anod. Ena sama magnezijeva anoda ščiti cevovod, prevlečen z bitumenom, 8 km, neprevlečen cevovod pa samo 30 m.

Zaščita karoserije avtomobilov pred korozijo

Če je premaz pokvarjen, se lahko debelina karoserije avtomobila v 5 letih zmanjša do 1 mm, t.j.rja skozi. Obnova zaščitnega sloja je pomembna, a poleg tega obstaja način, da s katodno-zaščitno zaščito popolnoma zaustavimo korozijski proces. Če telo spremenite v katodo, se korozija kovine ustavi. Anode so lahko katere koli prevodne površine, ki se nahajajo v bližini: kovinske plošče, ozemljitvena zanka, karoserija garaže, mokra cestna površina. V tem primeru se učinkovitost zaščite poveča s povečanjem površine anod. Če je anoda cestna površina, se za stik z njo uporabi "rep" metalizirane gume. Postavljen je nasproti koles, tako da se brizganje izboljša. "Rep" je izoliran od telesa.

Baterija plus je povezana z anodo preko 1 kΩ upora in LED diode, povezane zaporedno z njo. Ko je vezje zaprto skozi anodo, ko je minus povezan s telesom, v normalnem načinu LED komaj opazno sveti. Če močno gori, je v tokokrogu prišlo do kratkega stika. Vzrok je treba najti in odpraviti.

Za zaščito mora biti varovalka nameščena zaporedno v tokokrogu.

Ko je avto v garaži, je povezan z ozemljitveno anodo. Med vožnjo se povezava izvede preko "repa".

Sklep

Katodna zaščita je način za izboljšanje obratovalne zanesljivosti podzemnih cevovodov in drugih struktur. Hkrati je treba upoštevati njegov negativni vpliv na sosednje cevovode zaradi vpliva potečečih tokov.