Katódová ochrana: Aplikácie a štandardy

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-17 10:39

Korózia je chemická a elektrochemická reakcia kovu s prostredím, ktorá spôsobuje jeho poškodenie. Prúdi rôznymi rýchlosťami, ktoré je možné znížiť. Z praktického hľadiska je zaujímavá antikorózna katódová ochrana kovových konštrukcií v styku so zemou, vodou a prepravovanými médiami. Vonkajšie povrchy potrubí sú obzvlášť poškodené vplyvom pôdy a bludných prúdov.

Vnútorná korózia závisí od vlastností média. Ak ide o plyn, treba ho dôkladne očistiť od vlhkosti a agresívnych látok: sírovodík, kyslík atď.

Princíp činnosti

Predmetom procesu elektrochemickej korózie je prostredie, kov a rozhranie medzi nimi. Médium, ktorým je zvyčajne vlhká pôda alebo voda, má dobrú elektrickú vodivosť. Na rozhraní medzi ním a kovovou štruktúrou prebieha elektrochemická reakcia. Ak je prúd kladný (anódová elektróda), ióny železa prechádzajú do okolitého roztoku, čo vedie k strate hmoty kovu. Reakcia spôsobuje koróziu. Pri zápornom prúde (katódová elektróda) tieto straty chýbajú, pretože velektróny sa prenesú do roztoku. Metóda sa používa pri galvanickom pokovovaní na pokovovanie ocele neželeznými kovmi.

Katódová ochrana proti korózii sa dosiahne, keď sa na železný predmet aplikuje negatívny potenciál.

Za týmto účelom sa anódová elektróda umiestni do zeme a pripojí sa k nej kladný potenciál zo zdroja energie. Mínus sa aplikuje na chránený objekt. Katodicko-anodická ochrana vedie k aktívnej koróznej deštrukcii iba anódovej elektródy. Preto by sa mal pravidelne meniť.

Negatívny vplyv elektrochemickej korózie

Korózia konštrukcií môže nastať pôsobením bludných prúdov z iných systémov. Sú užitočné pre cieľové objekty, ale spôsobujú značné škody na okolitých štruktúrach. Bludné prúdy sa môžu šíriť z koľajníc elektrifikovaných vozidiel. Prechádzajú smerom k rozvodni a vstupujú do potrubí. Pri ich opustení sa vytvárajú anódové úseky, ktoré spôsobujú intenzívnu koróziu. Na ochranu sa používa elektrická drenáž - špeciálne odstránenie prúdov z potrubia k ich zdroju. Je tu možná aj katódová ochrana potrubí proti korózii. Na to potrebujete poznať hodnotu bludných prúdov, ktorá sa meria špeciálnymi prístrojmi.

Podľa výsledkov elektrických meraní je zvolený spôsob ochrany plynovodu. Univerzálnym prostriedkom je pasívna metóda izolácie potrubia od kontaktu so zemou pomocou izolačných náterov. Katódová ochrana plynovodu sa vzťahuje na aktívnu metódu.

Ochrana potrubí

Konštrukcie v zemi sú chránené pred koróziou, ak k nim pripojíte mínus zdroja jednosmerného prúdu a plus k anódovým elektródam uloženým blízko v zemi. Prúd pôjde do konštrukcie a ochráni ju pred koróziou. Týmto spôsobom sa vykonáva katodická ochrana potrubí, nádrží alebo potrubí umiestnených v zemi.

Anódová elektróda sa znehodnotí a mala by sa pravidelne vymieňať. V prípade nádrže naplnenej vodou sú elektródy umiestnené vo vnútri. V tomto prípade bude kvapalinou elektrolyt, cez ktorý bude prúdiť prúd z anód na povrch nádoby. Elektródy sa dobre ovládajú a ľahko sa vymieňajú. V zemi je to ťažšie.

Napájanie

V blízkosti ropovodov a plynovodov, vo vykurovacích a vodovodných sieťach, ktoré vyžadujú katódovú ochranu, sú inštalované stanice, z ktorých je napájané napätie do objektov. Ak sú umiestnené vonku, ich stupeň krytia musí byť aspoň IP34. Akýkoľvek je vhodný do suchých miestností.

Stanice na katódovú ochranu plynovodov a iných veľkých stavieb majú výkon 1 až 10 kW.

Ich energetické parametre závisia predovšetkým od nasledujúcich faktorov:

• odpor medzi pôdou a anódou;
• vodivosť pôdy;
• dĺžka ochrannej zóny;
• izolačný účinok náteru.

Konvertor katódovej ochrany je tradične inštalácia transformátora. Teraz ho nahrádza invertorový, ktorý má menšie rozmery, lepšiu prúdovú stabilitu a väčšiu účinnosť. V dôležitých oblastiach sú inštalované regulátory, ktoré majú funkcie regulácie prúdu a napätia, vyrovnávania ochranných potenciálov atď.

Zariadenia sú na trhu prezentované v rôznych verziách. Pre špecifické potreby sa používa individuálny dizajn na zabezpečenie najlepších prevádzkových podmienok.

Parametre zdroja energie

Na ochranu pred koróziou pre železo je ochranný potenciál 0,44 V. V praxi by mal byť väčší z dôvodu vplyvu inklúzií a stavu kovového povrchu. Maximálna hodnota je 1 V. V prítomnosti povlakov na kove je prúd medzi elektródami 0,05 mA/m². Ak izolácia zlyhá, stúpne na 10 mA/m^2.

Katódová ochrana je účinná v kombinácii s inými metódami, keďže sa spotrebuje menej elektriny. Ak je na povrchu konštrukcie náter, elektrochemickou metódou sú chránené len miesta, kde je porušený.

Funkcie katódovej ochrany

1. Poháňané stanicami alebo mobilnými generátormi.
2. Umiestnenie uzemnenia anódy závisí od špecifík potrubí. Spôsob umiestnenia môže byť distribuovaný alebo sústredený, ako aj umiestnený v rôznych hĺbkach.
3. Materiál anódy je vybraný s nízkou rozpustnosťou, aby vydržal 15 rokov.
4. Ochranný potenciálpolia pre každé potrubie. Nie je regulované, ak na konštrukciách nie sú žiadne ochranné nátery.

Štandardné požiadavky Gazpromu na katódovú ochranu

• Pôsobí počas celej životnosti ochranných prostriedkov.
• Prepäťová ochrana.
• Umiestnenie stanice v blokových boxoch alebo v samostatnom antivandal dizajne.
• Uzemnenie anódy sa volí v oblastiach s minimálnym elektrickým odporom pôdy.
• Charakteristiky prevodníka sa vyberajú s ohľadom na starnutie ochranného povlaku potrubia.

Ochrana behúňa

Metóda je typ katódovej ochrany s pripojením elektród z elektronegatívnejšieho kovu cez elektricky vodivé médium. Rozdiel je v absencii zdroja energie. Behúň absorbuje koróziu rozpustením v elektricky vodivom prostredí.

O pár rokov by mala byť anóda vymenená, pretože sa opotrebováva.

Účinok anódy sa zvyšuje so znižovaním jej prechodového odporu s médiom. Časom sa môže pokryť korozívnou vrstvou. To vedie k poruche elektrického kontaktu. Umiestnením anódy do soľnej zmesi, ktorá rozpúšťa produkty korózie, sa účinnosť zlepší.

Vplyv ochrancu je obmedzený. Rozsah je určený elektrickým odporom média a potenciálovým rozdielom medzi anódou a katódou.

Ochranná ochrana sa používa pri absencii zdrojov energie alebo pri ich použitíekonomicky nepraktické. Je tiež nevýhodný pri kyslých aplikáciách kvôli vysokej rýchlosti rozpúšťania anód. Chrániče sa inštalujú vo vode, v pôde alebo v neutrálnom prostredí. Anódy zvyčajne nie sú vyrobené z čistých kovov. Zinok sa rozpúšťa nerovnomerne, horčík príliš rýchlo koroduje a na hliníku sa vytvára silný oxidový film.

Materiály behúňa

Aby mali chrániče potrebné výkonové vlastnosti, sú vyrobené zo zliatin s nasledujúcimi legovacími prísadami.

• Zn + 0,025-0,15% Cd+ 0,1-0,5% Al - ochrana zariadení v morskej vode.
• Al + 8% Zn +5% Mg + Cd, In, Gl, Hg, Tl, Mn, Si (zlomky percent) - prevádzka štruktúr v tečúcej morskej vode.
• Mg + 5-7% Al +2-5% Zn - ochrana malých štruktúr v pôde alebo vo vode s nízkou koncentráciou solí.

Nesprávne používanie niektorých typov chráničov vedie k negatívnym dôsledkom. Horčíkové anódy môžu spôsobiť praskanie zariadenia v dôsledku vývoja vodíkového krehnutia.

Kombinovaná obetná katódová ochrana s antikoróznymi nátermi zvyšuje jej účinnosť.

Zlepšila sa distribúcia ochranného prúdu a je potrebných podstatne menej anód. Jedna horčíková anóda chráni potrubie potiahnuté bitúmenom v dĺžke 8 km a potrubie bez povrchovej úpravy iba 30 m.

Ochrana karosérií áut pred koróziou

Pri porušení povlaku sa môže hrúbka karosérie auta zmenšiť až o 1 mm za 5 rokov, t.j.prehrdzavieť. Obnova ochrannej vrstvy je dôležitá, no okrem nej existuje spôsob, ako úplne zastaviť proces korózie pomocou katódovo-ochrannej ochrany. Ak zmeníte telo na katódu, korózia kovu sa zastaví. Anódy môžu byť akékoľvek vodivé povrchy nachádzajúce sa v blízkosti: kovové platne, zemná slučka, karoséria garáže, mokrý povrch vozovky. V tomto prípade sa účinnosť ochrany zvyšuje so zväčšením plochy anód. Ak je anódou povrch vozovky, na jej kontakt sa používa "chvost" z pokovovanej gumy. Je umiestnený oproti kolesám, aby sa zlepšilo špliechanie. "Chvost" je izolovaný od tela.

Batéria plus je pripojená k anóde cez odpor 1 kΩ a LED diódu zapojenú do série. Keď je obvod uzavretý cez anódu, keď je mínus pripojený k telu, v normálnom režime LED ledva viditeľne svieti. Ak horí jasne, potom v obvode došlo ku skratu. Príčinu treba nájsť a odstrániť.

Na ochranu musí byť v obvode nainštalovaná poistka v sérii.

Keď je auto v garáži, je pripojené k uzemňovacej anóde. Počas jazdy sa spojenie uskutočňuje cez „chvost“.

Záver

Katódová ochrana je spôsob, ako zlepšiť prevádzkovú spoľahlivosť podzemných potrubí a iných štruktúr. Zároveň by sa mal brať do úvahy jeho negatívny vplyv na susedné potrubia vplyvom bludných prúdov.