Катодная защита от коррозии металлов

Человечество при ведении хозяйственной деятельности, создаёт протяжённые сети всевозможных коммуникаций - трубопроводы, теплопроводы, резервуары и т.д. Причём коммуникации сами по себе существовать не могут, для их эксплуатации необходимы вспомогательные сооружения – опоры трубопроводов, всевозможные несущие металлоконструкции и смотровые площадки. Таким образом, для ведения хозяйственной и производственной деятельности, задействовано десятки тысяч тонн стальных труб, арматуры, балок и т.д.. В связи с тем, что эксплуатируются всё это хозяйство в средах, способствующих коррозии (атмосферный воздух, грунт, морская вода), без надлежащей защиты металлические элементы будут очень быстро корродировать (см. Рис.1). Повсеместно использовать в качестве элементов конструкций нержавеющую сталь и другие не поддающиеся коррозии элементы экономически не выгодно и даже невозможно физически. Ведь в мире эксплуатируется сотни миллионов тонн металлоконструкций (а производится нержавейки на порядок меньше), к тому же, стоимость нержавеющей стали в разы превышает стоимость рядовых марок стали. Поэтому минимизировать губительно влияние коррозии – важнейшая задача. Достаточно сказать, что для условного «покрытия» последствий коррозии, необходимо до 7% производимых металлов. Это колоссальная величина в масштабах планеты.

Рис.1. Корродирование металлов

Для предотвращения коррозии есть несколько приёмов, рассмотренных в статье - Защита от коррозии и ржавчины. Самый распространённый – изолировать поверхность металла от агрессивной поверхности. Это достигается нанесением на поверхность изделия защитного слоя (это может быть краска, цинк, термохимическая обработка и т.д.). Суть остаётся одинаковой – не допустить контакта металла с агрессивной средой. Однако в процессе эксплуатации, любое, даже самое хорошее покрытие будет претерпевать разрушения на микроуровне. Скорость разрушения зависит от условий эксплуатации конструкции. В итоге важнейшая несущая металлическая балка или проложенная глубоко под землёй электросварная труба, будут постепенно разрушатся. Какой выход? Ведь часто менять несущие балки или трубы на важнейший магистралях невозможно. На сегодняшний день для защиты металлоконструкций активно используют электрохимическую защиту. Не вдаваясь в теоретические подробности, отметим, что такая защита обеспечивается за счёт электрохимических реакций, идущих на микроуровне. Эта защита может быть катодной или анодной. В данной статье рассматривается катодная защита.

Реализация катодной защиты может осуществляется двумя вариантами.

1. Использование внешних источников постоянного тока. В этом случае используется источник постоянного тока, отрицательный полюс которого соединятся с защищаемой трубой (арматурой, балкой и т.д.), а положительный полюс соединяется с заземлённым анодом

2. Использование анодов-протекторов, которые крепятся на поверхность защищаемой конструкции, в результате чего идёт электрохимическая реакция, и анод-протектор разрушается, а конструкция остаётся целой. Внешних источников тока в этом случае не нужно, т.к. сама система является источником тока. Наглядно этот процесс демонстрирует обыкновенная солевая батарейка, которая в процесс эксплуатации «потекла». В этом случае корпус батарейки (который в некоторых местах растворяется) выступает анодом-протектором, а центральный стержень – «защищаемым катодом».

В общем, принцип катодной защиты – принцип «жертвенного анода», который разрушаясь, защищает нужный элемент – стальную трубу и т.д .

Билет 27

Катодные металлические покрытия, электродный потенциал которых более электроположителен, чем потенциал основного металла, могут служить надёжной защитой от коррозии только при условии отсутствия в них сквозных пор, трещин и других дефектов, так как они механически препятствуют проникновению агрессивной среды к основному металлу. Примерами катодных защитных покрытий являются покрытия железа медью, никелем, хромом и т.п."

Билет 28

Анодная защита применяется в химической, нефтехимической и смежных с ними отраслях промышленности в принципиально иных условиях, чем катодная защита; оба типа в агрессивных средах дополняют друг друга. Металл конструкции или сооружения должен иметь область пассивности с достаточно низкой скоростью растворения, которая лимитируется не только разрушением металла, но и возможным загрязнением среды. Широко применяют анодную защиту для оборудования, работающего в серной кислоте, средах на ее основе, водных растворах аммиака и минер, удобрений, фосфорной кислоте, в целлюлозно-бумажной промышленности и ряде отдельных производств (напр., роданида натрия). Особенно важна анодная защита теплообменного оборудования из легированных сталей в производстве серной кислоты; защита холодильников со стороны кислоты позволяет повысить рабочую температуру, интенсифицировать теплообмен, повысить эксплуатационную надежность.

Анодную защиту выполняют с момощью газотермического напыления изолирующих покрытий из коррозионно-стойких материалов, плакирования либо с помощью станций анодной защиты.

Газотермическое напыление осуществляется методами высокоскоростного газопламенного напыления, электродуговой металлизации такими материалами, как монель, хастелой, инконель, сталь 316, выбираемыми в зависимости от условий эксплуатации и среды.

Станции анодной защиты (регуляторы потенциала), работают с контролем потенциала и управляющим сигналом от электрода сравнения. Вспомогательные электроды изготавливают из высоколегированных сталей, кремнистого чугуна, платинированной латуни (бронзы) или меди. Электроды сравнения - выносные и погружные, близкие по составу к анионному составу агрессивной среды (сульфатно-ртутные, сульфатно-медные и т. п.). М. б. использованы любые электроды, имеющие в данной среде к.-л. устойчивый потенциал, напр. потенциал коррозии (электроды из чистого цинка) или потенциал электрохимической реакции (осаждения покрытия, выделения хлора или кислорода). Зона действия защитных потенциалов зависит от области оптим. запассивированности металла и изменяется от неск. В (титановые сплавы) до нескольких десятков мВ (нержавеющие стали при повышенных температурах).

Билет 29

Металл анодных покрытий имеет электродный потенциал более отрицательный, чем потенциал защищаемого металла. В случае применения анодных покрытий не обязательно, чтобы оно было сплошным. При действии растворов электролитов в возникающим коррозионном элементе основной металл–покрытие основной металл является катодом и поэтому при достаточно большой площади покрытия не разрушается, а защищается электрохимически за счёт растворения металла покрытия. Примерами анодных покрытий являются покрытия железа цинком и кадмием. Анодные покрытия на железе, как правило, обладают сравнительно низкой стойкостью.

Билет 30

Протекторная защита

Протекторная защита является разновидностью катодной защиты. К защищаемой конструкции присоединяют более электроотрицательный металл — протектор — который, растворяясь в окружающей среде, защищает от разрушения основную конструкцию. После полного растворения протектора или потери контакта с защищаемой конструкцией, протектор необходимо заменить.

Протектор работает эффективно, если переходное сопротивление между ним и окружающей средой невелико. Действие протектора ограничивается определенным расстоянием. Максимально возможное удаление его от защищаемой конструкции называется радиусом защитного действия протектора.

Протекторную защиту применяют в тех случаях, когда получение энергии извне для организации катодной защиты связано с трудностями, а сооружение специальных электролиний экономически невыгодно.

Протекторную защиту применяют для борьбы с коррозией металлических конструкций в морской и речной воде, грунте и других нейтральных средах. Использование протекторов в кислых растворах нецелесообразно вследствие высокой скорости саморастворения.

Однако использовать чистые металл в качестве протекторов не всегда целесообразно. Так, например, чистый цинк растворяется неравномерно из-за крупнозернистой дендритной структуры, поверхность чистого алюминия покрывается плотной оксидной пленкой, магний имеет высокую скорость собственной коррозии. Для придания протекторам требуемых эксплуатационных свойств в их состав вводят легирующие элементы.

(от сотых до десятых долей процента), способствующие требуемому изменению параметров решетки. Магниевые протекторные сплавы в качестве легирующих добавок содержат А1 (5-7 %) и Zn (2-5 %); содержание таких примесей, как

поддерживают на уровне десятых или сотых долей процента. Железо в качестве протекторного материала используют либо в чистом виде (Ре-армко) либо в виде углеродистых сталей.

или оксида цинка 2пО.

Алюминиевые протекторы применяют для защиты сооружений, эксплуатирующихся в проточной морской воде, а также для защиты портовых сооружений и конструкций, располагающихся в прибрежном шельфе.

Магниевые протекторы преимущественно применяют для защиты небольших сооружений в слабоэлектропроводных средах, где эффективность действия алюминиевых и цинковых протекторов низка, — грунтах, пресных или слабосоленых водах. Однако, из-за высокой скорости собственного растворения и склонности к образованию на поверхности труднорастворимых соединений, область эксплуатации магниевых протекторов ограничивается средами с рН = 9,5—10,5. При защите магниевыми протекторами закрытых систем, например резервуаров, необходимо учитывать возможность образования гремучего газа вследствие выделения водорода в катодной реакции, протекающей на поверхности магниевого сплава. Использование магниевых протекторов сопряжено также с опасностью развития водородного охрупчивания и коррозионного растрескивания оборудования.

Билет 31

Протекторная защита трубопроводов – покрытие поверхности труб специальными антикоррозийными составами, предупреждающими ржавление. Наносимые материалы способны противостоять негативному влиянию факторов окружающей среды. В том числе воздействию химических, электрохимических и электрических сред, способных вызвать коррозию и разрушение.

Для протекторной защиты трубопроводов применяются сплавы алюминия и цинка. В работе мы используем только высококачественные материалы, отобранные по принципу оптимального соотношения цена-качество. Многие наши клиенты уже оценили результаты подобной обработки поверхностей труб и отметили значительное увеличении срока их службы, а также повышение производительности и сокращение издержек.

Билет 32

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: