Shematski prikaz katodne zaštite cjevovoda. Što je katodna zaštita cjevovoda i kako funkcionira?
Stranica 1
Katodna zaštita plinovoda mora djelovati neprekidno. Za svaki VCS se uspostavlja određeni način rada ovisno o njegovim radnim uvjetima. Tijekom rada katodna stanica Vodi se dnevnik njegovih električnih parametara i rada izvora struje. Neophodan je i stalni nadzor anodnog uzemljenja, čije se stanje određuje vrijednošću efektivne vrijednosti struje.
| Karakteristike stanja zaštitnog premaza i njegove vodljivosti. |
Katodna zaštita plinovoda mora djelovati neprekidno. Na dionicama trase na kojima postoji prekid opskrbe električnom energijom nekoliko sati dnevno koriste se baterije za zaštitu tijekom nestanka struje. Kapacitet baterije određen je vrijednošću efektivne zaštitne struje.
Katodna zaštita plinovoda od utjecaja lutajućih struja ili korozije tla provodi se istosmjernom električnom strujom vanjski izvor. Negativni pol izvora struje spojen je na zaštićeni plinovod, a pozitivni pol spojen je na posebno uzemljenje - anodu.
Katodna zaštita plinovoda od korozije provodi se zbog njihove katodne polarizacije pomoću vanjskog izvora struje.
Utjecaj katodne zaštite plinovoda na željezničke kolosijeke.
Za katodnu zaštitu plinovoda koriste se standardni instrumenti elektroinstalacija te posebni korozijsko-mjerni i pomoćni instrumenti. Za mjerenje razlike potencijala između podzemne građevine i tla, što je jedan od kriterija za ocjenu opasnosti od korozije i prisutnosti zaštite, koriste se voltmetri s velikom vrijednošću unutarnjeg otpora 1 na ljestvici, tako da se njihovo uključivanje u mjerni krug ne narušava raspodjelu potencijala u potonjem. Ovaj zahtjev je određen i visokim unutarnjim otporom sustava podzemna konstrukcija-zemlja i teškoćom stvaranja niskog otpora uzemljenja na mjestu kontakta mjerne elektrode sa zemljom, posebno kada se koriste nepolarizirajuće elektrode. Da bi se dobio mjerni krug s velikim ulaznim otporom, koriste se potenciometri i voltmetri visokog otpora.
Za stanice katodne zaštite plinovoda kao izvor električne energije preporuča se koristiti visokotemperaturne gorivne ćelije s keramičkom elektrodom. Takve gorivne ćelije mogu dugo raditi duž trase plinovoda, opskrbljujući električnom energijom stanice katodne zaštite, kao i kuće servisera linija, sustave signalizacije i automatske regulacijske ventile. Ova metoda napajanja linearne strukture i plinovodne instalacije koje ne zahtijevaju veliku snagu, uvelike pojednostavljuje operativno održavanje.
Vrlo često se parametri katodne zaštite plinovoda dobiveni proračunom značajno razlikuju od SPS parametara dobivenih u praksi mjerenjima. To je zbog nemogućnosti uzimanja u obzir cijelog niza čimbenika koji utječu prirodni uvjeti na parametre zaštite.
A. G. Semenov, Općenito direktor, JV "Elkon", G. Kišinjev; L. P. Sysa, vodeći inženjer Po ECP, NPK "Vektor", G. Moskva
Uvod
Stanice katodne zaštite (CPS) nužan su element sustava elektrokemijske (ili katodne) zaštite (ECP) podzemnih cjevovoda od korozije. Prilikom odabira VCS-a najčešće polaze od najniže cijene, jednostavnosti održavanja i kvalifikacija svojih uslužno osoblje. Kvalitetu kupljene opreme obično je teško procijeniti. Autori predlažu da se razmotre tehnički parametri SCZ-a navedeni u putovnicama, koji određuju koliko će se dobro izvršiti glavni zadatak katodne zaštite.
Autori u definiranju pojmova nisu slijedili cilj da se izraze strogo znanstvenim jezikom. U procesu komunikacije s osobljem ECP servisa uvidjeli smo da je potrebno pomoći tim ljudima u sistematizaciji pojmova i što je još važnije dati im predodžbu o tome što se događa kako u elektroenergetskoj mreži tako i u samom VCP-u. .
ZadatakECP
Katodna zaštita se provodi kada električna struja teče iz SCZ-a kroz zatvoreni električni krug koji čine tri serijski spojena otpora:
· otpor tla između cjevovoda i anode; I otpor širenja anode;
· otpor izolacije cjevovoda.
Otpor tla između cijevi i anode može uvelike varirati ovisno o sastavu i vanjskim uvjetima.
Anoda je bitan dio ECP sustava, a služi kao potrošni element čijim otapanjem se osigurava sama mogućnost implementacije ECP. Njegova otpornost stalno raste tijekom rada zbog otapanja, smanjenja efektivne radne površine i stvaranja oksida.
Razmotrimo sam metalni cjevovod, koji je zaštićeni element ECP-a. Vanjska strana metalne cijevi prekrivena je izolacijom, u kojoj se tijekom rada stvaraju pukotine zbog učinaka mehaničkih vibracija, sezonskih i dnevnih promjena temperature itd. Kroz nastale pukotine u hidro- i toplinskoj izolaciji cjevovoda prodire vlaga i dolazi do kontakta metala cijevi s tlom, pri čemu se stvara galvanski par koji olakšava uklanjanje metala iz cijevi. Što je više pukotina i njihove veličine, to je više metala uklonjeno. Tako nastaje galvanska korozija u kojoj teče struja metalnih iona, t.j. struja.
Budući da struja teče, pojavila se odlična ideja da se uzme vanjski izvor struje i uključi ga da zadovolji upravo tu struju, zbog čega se uklanja metal i dolazi do korozije. Ali postavlja se pitanje: koju veličinu treba dati ovoj umjetnoj struji? Čini se da plus i minus daju nultu struju uklanjanja metala. Kako izmjeriti ovu struju? Analiza je pokazala da napon između metalne cijevi i uzemljenja, tj. s obje strane izolacije, treba biti između -0,5 i -3,5 V (ovaj napon se naziva zaštitni potencijal).
ZadatakSKZ
Zadatak SCP-a nije samo osigurati struju u krugu ECP-a, već i održavati ga tako da zaštitni potencijal ne prelazi prihvaćene granice.
Dakle, ako je izolacija nova i nije oštećena, tada je njezina otpornost na električnu struju velika i potrebna je mala struja za održavanje potrebnog potencijala. Kako izolacija stari, njezin otpor opada. Posljedično, potrebna kompenzacijska struja iz SCZ-a raste. Još više će se povećati ako se u izolaciji pojave pukotine. Stanica mora moći mjeriti zaštitni potencijal i sukladno tome mijenjati izlaznu struju. I ništa više, sa stajališta ECP zadaće, nije potrebno.
Načini radaraditiSKZ
Mogu postojati četiri načina rada ECP-a:
· bez stabilizacije vrijednosti izlazne struje ili napona;
· I stabilizacija izlaznog napona;
· stabilizacija izlazne struje;
· I stabilizacija zaštitnog potencijala.
Recimo odmah da je u prihvaćenom rasponu promjena u svim čimbenicima utjecaja provedba ECP zadatka u potpunosti osigurana samo pri korištenju četvrtog načina rada. Što je prihvaćeno kao standard za način rada VCS.
Senzor potencijala daje stanici informacije o razini potencijala. Stanica mijenja svoju struju u željenom smjeru. Problemi počinju od trenutka kada je potrebno ugraditi ovaj potencijalni senzor. Potrebno ga je postaviti na određeno izračunato mjesto, potrebno je iskopati rov za spojni kabel između stanice i senzora. Svatko tko je postavljao bilo kakve komunikacije u gradu zna kakva je to gnjavaža. Osim toga, senzor zahtijeva periodično održavanje.
U uvjetima kada se javljaju problemi s načinom rada sa Povratne informacije prema potencijalu, postupite na sljedeći način. Pri korištenju trećeg načina rada pretpostavlja se da se stanje izolacije u kratkom roku malo mijenja i da njezin otpor ostaje praktički stabilan. Dakle, dovoljno je osigurati protok stabilne struje kroz stabilan izolacijski otpor i tako dobivamo stabilan zaštitni potencijal. Srednjoročno do dugoročno, potrebna podešavanja može izvršiti posebno obučeni linijski majstor. Prvi i drugi način ne postavljaju visoke zahtjeve za VCS. Ove stanice su jednostavnog dizajna i, kao rezultat toga, jeftine, kako za proizvodnju tako i za rad. Očigledno ova okolnost određuje korištenje takvog SCZ-a u ECP objekata koji se nalaze u uvjetima niske korozivne aktivnosti okoliša. Ukoliko se vanjski uvjeti (stanje izolacije, temperatura, vlaga, lutajuće struje) promijene do te mjere da se na štićenom objektu formira neprihvatljiv režim, ove stanice ne mogu obavljati svoju zadaću. Za prilagodbu njihovog načina rada potrebna je česta prisutnost osoblja za održavanje, inače je ECP zadatak djelomično dovršen.
KarakteristikeSKZ
Prije svega, VCS mora biti odabran na temelju zahtjeva navedenih u regulatorni dokumenti. I, vjerojatno, najvažnija stvar u ovom slučaju bit će GOST R 51164-98. Dodatak “I” ovog dokumenta navodi da učinkovitost stanice mora biti najmanje 70%. Razina industrijske smetnje koju stvara RMS ne smije premašiti vrijednosti navedene u GOST 16842, a razina harmonika na izlazu mora biti u skladu s GOST 9.602.
SPS putovnica obično označava: I nazivnu izlaznu snagu;
Učinkovitost pri nazivnoj izlaznoj snazi.
Nazivna izlazna snaga je snaga koju stanica može isporučiti pri nazivnom opterećenju. Obično je ovo opterećenje 1 ohm. Učinkovitost se definira kao omjer nazivne izlazne snage i aktivne snage koju stanica troši u nazivnom načinu rada. I u ovom načinu rada, učinkovitost je najveća za bilo koju stanicu. Međutim, većina VCS-ova ne radi u nominalnom načinu rada. Faktor opterećenja snage kreće se od 0,3 do 1,0. U ovom slučaju, stvarna učinkovitost za većinu danas proizvedenih postaja osjetno će pasti kako se smanjuje izlazna snaga. To je osobito vidljivo kod transformatorskih SSC-ova koji koriste tiristore kao regulacijski element. Za RMS bez transformatora (visokofrekventni) pad učinkovitosti sa smanjenjem izlazne snage je znatno manji.
Opći prikaz promjene učinkovitosti za VMS različitih dizajna može se vidjeti na slici.
Od sl. Vidi se da ako koristite stanicu, na primjer, s nazivnom učinkovitošću od 70%, tada budite spremni na činjenicu da ste beskorisno potrošili još 30% električne energije primljene iz mreže. I to u najboljem slučaju nazivne izlazne snage.
Uz izlaznu snagu od 0,7 nazivne vrijednosti, trebali biste biti spremni na činjenicu da će vaši gubici električne energije biti jednaki utrošenoj korisnoj energiji. Gdje se gubi tolika energija?
· omski (toplinski) gubici u namotima transformatora, prigušnicama iu aktivnim elementima kruga;
· troškovi energije za rad kruga upravljanja stanicom;
· gubici energije u obliku radio emisije; gubitak energije pulsiranja izlazne struje stanice na teretu.
Ova energija se zrači u zemlju iz anode i ne proizvodi koristan rad. Stoga je toliko potrebno koristiti stanice s niskim koeficijentom pulsiranja, inače se troši skupa energija. Ne samo da se gubici električne energije povećavaju pri visokim razinama pulsiranja i radio emisija, nego osim toga, ova beskorisno raspršena energija stvara smetnje normalnom radu velika količina elektronička oprema koja se nalazi u okolici. SKZ putovnica također označava potrebnu ukupnu snagu, pokušajmo razumjeti ovaj parametar. SKZ uzima energiju iz električne mreže i čini to u svakoj jedinici vremena s istim intenzitetom koji smo mu omogućili pomoću gumba za podešavanje na kontrolnoj ploči stanice. Naravno, možete uzeti energiju iz mreže sa snagom koja ne prelazi snagu ove mreže. A ako se napon u mreži mijenja sinusoidalno, tada se naša sposobnost preuzimanja energije iz mreže mijenja sinusoidalno 50 puta u sekundi. Na primjer, u trenutku kada mrežni napon prođe kroz nulu, iz njega se ne može uzeti struja. Međutim, kada sinusoida napona dosegne svoj maksimum, tada je u tom trenutku naša sposobnost preuzimanja energije iz mreže maksimalna. U bilo koje drugo vrijeme ova je prilika manja. Dakle, ispada da se u bilo kojem trenutku u vremenu snaga mreže razlikuje od njezine snage u sljedećem trenutku u vremenu. Ove vrijednosti snage nazivaju se trenutna snaga u određenom trenutku i s tim je konceptom teško raditi. Stoga smo se dogovorili oko koncepta tzv. efektivne snage, koja se određuje iz zamišljenog procesa u kojem se mreža sa sinusoidnom promjenom napona zamjenjuje mrežom sa konstantnim naponom. Kada smo izračunali vrijednost tog konstantnog napona za naše električne mreže, pokazalo se da je 220 V - to se zvalo efektivni napon. A maksimalna vrijednost sinusoide napona nazvana je amplitudnim naponom, a jednaka je 320 V. Po analogiji s naponom uveden je koncept efektivne vrijednosti struje. Umnožak vrijednosti efektivnog napona i vrijednosti efektivne struje naziva se ukupna potrošnja energije, a njegova vrijednost je naznačena u RMS putovnici.
A puna snaga u samom VCS-u nije u potpunosti iskorištena, jer sadrži razne reaktivne elemente koji ne troše energiju, već je koriste kao da stvaraju uvjete da ostatak energije prijeđe u opterećenje, a zatim tu energiju ugađanja vraća natrag u mrežu. Ova vraćena energija naziva se reaktivna energija. Energija koja se prenosi na teret je aktivna energija. Parametar koji pokazuje odnos između aktivne energije koja se mora prenijeti na opterećenje i ukupne energije dovedene u VMS naziva se faktor snage i naznačen je u putovnici stanice. A ako svoje mogućnosti uskladimo sa mogućnostima opskrbne mreže, tj. sinkrono s sinusoidnom promjenom mrežnog napona, iz njega uzimamo snagu, tada se ovaj slučaj naziva idealnim i faktor snage VMS-a koji na ovaj način radi s mrežom bit će jednak jedinici.
Stanica mora prenositi aktivnu energiju što je učinkovitije moguće kako bi stvorila zaštitni potencijal. Učinkovitost kojom SKZ to čini ocjenjuje se faktorom učinkovitosti. Koliko energije troši ovisi o načinu prijenosa energije i načinu rada. Ne ulazeći u ovo opsežno polje rasprave, reći ćemo samo da su transformatorski i transformatorsko-tiristorski SSC dosegli svoju granicu poboljšanja. Nemaju sredstava za poboljšanje kvalitete svog rada. Budućnost pripada visokofrekventnim VMS-ima koji su svake godine sve pouzdaniji i lakši za održavanje. Učinkovitošću i kvalitetom rada već sada nadmašuju svoje prethodnike i imaju veliku rezervu za poboljšanje.
PotrošačSvojstva
Potrošačka svojstva takvog uređaja kao što je SKZ uključuju sljedeće:
1. Dimenzije, težina I snaga. Vjerojatno nema potrebe reći da što je postaja manja i lakša, to su niži troškovi njezina transporta i instalacije, kako tijekom instalacije tako i tijekom popravka.
2. Mogućnost održavanja. Mogućnost brze zamjene stanice ili sklopa na licu mjesta vrlo je važna. Uz naknadne popravke u laboratoriju, tj. modularni princip izgradnje VCS-a.
3. Pogodnost V servis. Jednostavnost održavanja, osim lakoće transporta i popravka, određena je, po našem mišljenju, sljedećim:
dostupnost svih potrebnih pokazatelja i mjernih instrumenata, dostupnost daljinski upravljač te praćenje načina rada VCS-a.
zaključke
Na temelju navedenog može se donijeti nekoliko zaključaka i preporuka:
1. Transformatorske i tiristorsko-transformatorske stanice beznadno su zastarjele u svakom pogledu i ne zadovoljavaju suvremene zahtjeve, posebno u području uštede energije.
2. Moderna stanica mora imati:
· visoka učinkovitost u cijelom rasponu opterećenja;
· faktor snage (cos I) ne manji od 0,75 u cijelom rasponu opterećenja;
· faktor valovitosti izlaznog napona ne više od 2%;
· područje regulacije struje i napona od 0 do 100%;
· lagano, izdržljivo i malo tijelo;
· modularni princip konstrukcije, tj. imaju visoku održivost;
· I energetska učinkovitost.
Ostali zahtjevi za stanice katodne zaštite, kao što su zaštita od preopterećenja i kratkih spojeva; automatsko održavanje zadane struje opterećenja - i drugi zahtjevi su općenito prihvaćeni i obvezni za sve VCS.
Zaključno, nudimo potrošačima tablicu koja uspoređuje parametre glavnih stanica katodne zaštite proizvedenih i trenutno u uporabi. Radi praktičnosti, u tablici su prikazane stanice iste snage, iako mnogi proizvođači mogu ponuditi cijeli niz proizvedenih stanica.
METALNE KONSTRUKCIJE"
Katodna zaštita podzemnih metalnih konstrukcija
Princip rada katodne zaštite
Kada metal dođe u dodir s tlima vezanim za elektrolitička okruženja, dolazi do procesa korozije, popraćenog stvaranjem električne struje, te se uspostavlja određeni potencijal elektrode. Veličina potencijala elektrode cjevovoda može se odrediti razlikom potencijala između dviju elektroda: cjevovoda i nepolarizirajućeg elementa bakrenog sulfata. Dakle, vrijednost potencijala cjevovoda je razlika između potencijala njegove elektrode i potencijala referentne elektrode u odnosu na zemlju. Na površini cjevovoda odvijaju se elektrodni procesi u određenom smjeru i promjene vremena su stacionarne prirode.
Stacionarni potencijal se obično naziva prirodnim potencijalom, što podrazumijeva odsutnost lutajućih i drugih induciranih struja na cjevovodu.
Interakcija metala koji nagriza s elektrolitom dijeli se na dva procesa: anodni i katodni, koji se odvijaju istovremeno na različitim područjima međupovršine metal-elektrolit.
Kod zaštite od korozije koristi se teritorijalno razdvajanje anodnog i katodnog procesa. Na cjevovod je spojen izvor struje s dodatnom elektrodom za uzemljenje, pomoću koje se na cjevovod dovodi vanjska istosmjerna struja. U ovom slučaju, anodni proces se javlja na dodatnoj elektrodi za uzemljenje.
Katodna polarizacija podzemnih cjevovoda provodi se primjenom električnog polja iz vanjskog izvora istosmjerne struje. Negativni pol istosmjernog izvora spojen je na konstrukciju koja se štiti, dok je cjevovod katoda u odnosu na uzemljenje, a umjetno stvorena anoda za uzemljenje je pozitivni pol.
Shematski dijagram katodna zaštita prikazana je na sl. 14.1. S katodnom zaštitom, negativni pol izvora struje 2 spojen je na cjevovod 1, a pozitivni pol je spojen na umjetno stvoren uređaj za uzemljenje anode 3. Kada je izvor struje uključen, izvor struje od svog pola kroz anodno uzemljenje ulazi u zemlju i kroz oštećena mjesta izolacije 6 do cijevi. Zatim, kroz točku odvoda 4 duž spojne žice 5, struja se ponovno vraća na minus izvora napajanja. U tom slučaju, proces katodne polarizacije počinje u izloženim dijelovima cjevovoda.
Riža. 14.1. Shematski dijagram katodne zaštite cjevovoda:
1 - cjevovod; 2 - vanjski istosmjerni izvor; 3 - anodno uzemljenje;
4 - točka odvodnje; 5 - odvodni kabel; 6 - kontakt katodnog terminala;
7 - katodni terminal; 8 - oštećenje izolacije cjevovoda
Budući da napon vanjske struje koji se primjenjuje između elektrode za uzemljenje i cjevovoda značajno premašuje razliku potencijala između elektroda korozijskih makroparova cjevovoda, stacionarni potencijal anodnog uzemljenja ne igra presudnu ulogu.
Uz uključivanje elektrokemijske zaštite ( j 0a.dodati) distribucija struja korozijskih makroparova je poremećena, vrijednosti razlike potencijala "cijev - zemlja" katodnih dijelova ( j 0k) s potencijalnom razlikom anodnih sekcija ( j 0a), osigurani su uvjeti za polarizaciju.
Katodna zaštita regulirana je održavanjem potrebnog zaštitnog potencijala. Ako se primjenom vanjske struje cjevovod polarizira na ravnotežni potencijal ( j 0k = j 0a) otapanje metala (sl. 14.2 a), tada prestaje anodna struja i prestaje korozija. Daljnje povećanje zaštitne struje je nepraktično. Kod pozitivnijih vrijednosti potencijala dolazi do pojave nepotpune zaštite (sl. 14.2 b). Može se dogoditi prilikom katodne zaštite cjevovoda koji se nalazi u području jakog utjecaja lutajućih struja ili kod korištenja zaštitnika koji nemaju dovoljno negativan elektrodni potencijal (cinkovi protektori).
Kriteriji za zaštitu metala od korozije su gustoća zaštitne struje i zaštitni potencijal.
Katodna polarizacija neizolirana metalna konstrukcija do vrijednosti zaštitnog potencijala zahtijeva značajne struje. Najvjerojatnije vrijednosti gustoće struje potrebne za polarizaciju čelika u različitim okruženjima do minimalnog zaštitnog potencijala (-0,85 V) u odnosu na referentnu elektrodu bakrenog sulfata dane su u tablici. 14.1
Riža. 14.2. Dijagram korozije za slučaj pune polarizacije (a) i
nepotpuna polarizacija (b)
Obično katodna zaštita koristi se zajedno s izolacijskim premazima nanesenim na vanjsku površinu cjevovoda. Površinski premaz smanjuje potrebnu struju za nekoliko redova veličine. Dakle, za katodnu zaštitu čelika s dobrim premazom u tlu potrebno je samo 0,01 ... 0,2 mA / m 2.
Tablica 14.1
Gustoća struje potrebna za katodnu zaštitu
gole čelične površine u različitim okruženjima
Gustoća zaštitne struje za izolirane glavne cjevovode ne može postati pouzdan kriterij zaštite zbog nepoznate raspodjele oštećene izolacije cjevovoda, koja određuje stvarnu površinu kontakta metala s tlom. Čak i za neizoliranu cijev (uložak na podzemnom prolazu kroz željezničke pruge i autoceste), gustoća zaštitne struje određena je geometrijskim dimenzijama konstrukcije i fiktivna je, jer udio površine uloška ostaje nepoznat, stalno prekriven prisutni pasivni zaštitni slojevi (kamenac, itd.) i ne sudjeluju u procesu depolarizacije. Stoga se za neke koristi zaštitna gustoća struje kao zaštitni kriterij laboratorijska istraživanja izvedena na metalnim uzorcima.
Kod katodne zaštite cjevovoda, pozitivni pol izvora istosmjerne struje (anoda) spojen je na poseban anodni uzemljivač, a negativni pol (katoda) spojen je na štićenu konstrukciju (sl. 2.24).
Riža. 2.24. Shema katodne zaštite cjevovoda
1- dalekovod;
2 - točka transformatora;
3 - stanica katodne zaštite;
4 - cjevovod;
5 - anodno uzemljenje;
6 - kabel
Princip rada katodne zaštite sličan je elektrolizi. Pod utjecajem električnog polja elektroni se počinju kretati od anodnog uzemljivača prema zaštićenoj strukturi. Gubeći elektrone, atomi metala anodnog uzemljivača prelaze u obliku iona u otopinu elektrolita tla, odnosno anodno uzemljivač se uništava. Na katodi (cjevovodu) uočava se višak slobodnih elektrona (redukcija metala zaštićene strukture).
49. Zaštita gaznog sloja
Prilikom polaganja cjevovoda u teško dostupnim područjima udaljenim od izvora energije koristi se žrtvena zaštita (slika 2.25).
1 - cjevovod;
2 - zaštitnik;
3 - vodič;
4 - kontrolni i mjerni stup
Riža. 2.25. Shema zaštite gaznoga sloja
Princip rada zaštite gaznoga sloja sličan je galvanskom paru. Dvije elektrode, cijev i zaštitnik (izrađen od elektronegativnijeg metala od čelika), povezani su vodičem. U tom slučaju nastaje potencijalna razlika pod čijim utjecajem dolazi do usmjerenog kretanja elektrona od zaštitnika anode do cjevovoda katode. Time se uništava zaštitnik, a ne cjevovod.
Materijal gaznoga sloja mora ispunjavati sljedeće zahtjeve:
Osigurati najveću potencijalnu razliku između zaštitnika metala i čelika;
Struja pri otapanju jedinice mase gaznoga sloja treba biti maksimalna;
Omjer mase gaznoga sloja koji se koristi za stvaranje zaštitnog potencijala prema ukupnoj masi gaznog sloja trebao bi biti najveći.
Zahtjevi su najbolje ispunjeni magnezij, cink i aluminij. Ovi metali pružaju gotovo jednaku učinkovitost zaštite. Stoga se u praksi njihove legure koriste uz upotrebu aditiva za poboljšanje ( mangan, povećanje izlazne struje i Indija– povećanje aktivnosti protektora).
50. Električna zaštita odvodnje
Električna drenažna zaštita je dizajnirana za zaštitu cjevovoda od lutajućih struja. Izvor lutajućih struja su električna vozila koja rade prema krugu "žica-zemlja". Struja iz pozitivne sabirnice trafostanice (kontaktne žice) kreće se do motora, a zatim kroz kotače do tračnica. Tračnice su spojene na negativnu sabirnicu vučne podstanice. Zbog niskog prijelaznog otpora "tračnice-zemlja" i kršenja skakača između tračnica, dio struje teče u zemlju.
Ako se u blizini nalazi cjevovod s oštećenom izolacijom, struja teče kroz cjevovod dok se ne stvore povoljni uvjeti za povratak na negativnu sabirnicu vučne podstanice. Tamo gdje struja izlazi, cjevovod je uništen. Uništavanje se događa u kratkom vremenu, budući da lutajuća struja teče s male površine.
Električna zaštita odvodnje je uklanjanje lutajućih struja iz cjevovoda do izvora lutajućih struja ili posebnog uzemljenja (slika 2.26).
Riža. 2.26. Dijagram zaštite električne odvodnje
1 - cjevovod; 2 - odvodni kabel; 3 - ampermetar; 4 - reostat; 5 - prekidač; 6 - element ventila; 7 - osigurač; 8 – signalni relej; 9 – tračnica
Elektrokemijska zaštita – učinkovita metoda zaštita gotovih proizvoda od elektrokemijske korozije. U nekim slučajevima nije moguće obnoviti premaz boje ili zaštitnu ambalažu, tada je preporučljivo koristiti elektrokemijsku zaštitu. Pokrivanje podzemnog cjevovoda ili dna morsko plovilo vrlo je radno intenzivna i skupa za obnovu, ponekad je to jednostavno nemoguće. Elektrokemijska zaštita pouzdano štiti proizvod od, sprječavajući uništenje podzemnih cjevovoda, brodskih dna, raznih spremnika itd.
Elektrokemijska zaštita se koristi u slučajevima kada je mogućnost slobodne korozije u području intenzivnog otapanja osnovnog metala ili repasivacije. Oni. kada postoji intenzivno uništavanje metalnih konstrukcija.
Suština elektrokemijske zaštite
Na gotovo metalni proizvod DC je spojen izvana (istosmjerni izvor ili zaštitnik). Električna struja na površini zaštićenog proizvoda stvara katodnu polarizaciju elektroda mikrogalvanskih parica. Rezultat toga je da anodna područja na metalnoj površini postaju katodna. A zbog utjecaja korozivnog okruženja, ne uništava se metal strukture, već anoda.
Ovisno o tome u kojem se smjeru (pozitivnom ili negativnom) pomiče potencijal metala, elektrokemijska zaštita se dijeli na anodnu i katodnu.
Katodna zaštita od korozije
Katodna elektrokemijska zaštita od korozije koristi se kada metal koji se štiti nije sklon pasivizaciji. Ovo je jedna od glavnih vrsta zaštite metala od korozije. Bit katodne zaštite je primjena vanjske struje na proizvod s negativnog pola, koja polarizira katodne dijelove korozivnih elemenata, čime se vrijednost potencijala približava anodnim. Pozitivni pol izvora struje spojen je na anodu. U tom je slučaju korozija zaštićene konstrukcije gotovo svedena na nulu. Anoda se postupno kvari i mora se povremeno mijenjati.
Postoji nekoliko mogućnosti katodne zaštite: polarizacija iz vanjskog izvora električne struje; smanjenje brzine katodnog procesa (na primjer, deaeracija elektrolita); kontakt s metalom čiji je potencijal slobodne korozije u danom okruženju elektronegativniji (tzv. žrtvena zaštita).
Polarizacija iz vanjskog izvora električne struje vrlo se često koristi za zaštitu objekata koji se nalaze u tlu, vodi (dna brodova, itd.). osim ovaj tip zaštita od korozije koristi se za cink, kositar, aluminij i njegove legure, titan, bakar i njegove legure, olovo, kao i za čelike s visokim sadržajem kroma, ugljika, legirane (nisko i visokolegirane) čelike.
Vanjski izvor struje su stanice katodne zaštite koje se sastoje od ispravljača (pretvarača), strujnog dovoda štićene konstrukcije, anodnih uzemljivača, referentne elektrode i anodnog kabela.
Katodna zaštita se koristi i samostalno i dodatni pogled zaštita od korozije.
Glavni kriterij po kojem se može prosuditi učinkovitost katodne zaštite je zaštitni potencijal. Zaštitni potencijal je potencijal pri kojem stopa korozije metala u određenim uvjetima okolina ima najnižu (koliko je to moguće) vrijednost.
Korištenje katodne zaštite ima svoje nedostatke. Jedan od njih je opasnost ponovna obrana. Prekomjerna zaštita se opaža s velikim pomakom potencijala štićenog objekta u negativnom smjeru. Istovremeno se ističe. Rezultat je uništenje zaštitni premazi, vodikova krtost metala, korozijsko pucanje.
Zaštita gazišta (upotreba štitnika)
Vrsta katodne zaštite je žrtvena. Pri korištenju žrtvene zaštite, na štićeni objekt povezuje se metal s jačim elektronegativnim potencijalom. U ovom slučaju nije uništena struktura, već gazni sloj. S vremenom zaštitnik korodira i mora se zamijeniti novim.
Zaštita gaznog sloja učinkovita je u slučajevima kada između gaznog sloja i okoliš mali kontaktni otpor.
Svaki štitnik ima svoj radijus zaštitnog djelovanja koji je određen maksimalnom mogućom udaljenošću na koju se štitnik može ukloniti bez gubitka zaštitnog učinka. Zaštitna zaštita se najčešće koristi kada je nemoguće ili teško i skupo dovod struje do konstrukcije.
Protektori se koriste za zaštitu objekata u neutralnim okruženjima (morska ili riječna voda, zrak, tlo itd.).
Za izradu zaštitnika koriste se sljedeći metali: magnezij, cink, željezo, aluminij. Čisti metali ne obavljaju u potpunosti svoje zaštitne funkcije, pa se tijekom izrade štitnika dodatno legiraju.
Željezni štitnici izrađeni su od ugljičnog čelika ili čistog željeza.
Cinkovi protektori
Protektori od cinka sadrže oko 0,001 - 0,005% olova, bakra i željeza, 0,1 - 0,5% aluminija i 0,025 - 0,15% kadmija. Cink projektori se koriste za zaštitu proizvoda od morske korozije (u slanoj vodi). Ako se cinkov protektor koristi u blago slanoj, slatkoj vodi ili tlu, brzo se prekriva debelim slojem oksida i hidroksida.
Zaštitnik od magnezija
Legure za izradu magnezijskih protektora legirane su s 2–5 % cinka i 5–7 % aluminija. Količina bakra, olova, željeza, silicija, nikla u leguri ne smije prelaziti desetinke i stotinke postotka.
Magnezij protektor koristi se u blago zasoljenim, slatkim vodama i tlima. Štitnik se koristi u sredinama gdje su cinkovi i aluminijski protektori neučinkoviti. Važan aspekt je da se zaštitnici magnezija moraju koristiti u okruženju s pH od 9,5 - 10,5. Ovo je objašnjeno velika brzina otapanje magnezija i stvaranje teško topljivih spojeva na njegovoj površini.
Protektor od magnezija je opasan jer... je uzrok vodikove krtosti i korozijskog pucanja konstrukcija.
Aluminijski štitnici
Aluminijski štitnici sadrže aditive koji sprječavaju stvaranje aluminijevih oksida. Takvim zaštitnicima dodaje se do 8% cinka, do 5% magnezija te desetinke do stotinke silicija, kadmija, indija i talija. Aluminijski štitnici koriste se u obalnom pojasu iu tekućoj morskoj vodi.
Anodna zaštita od korozije
Anodna elektrokemijska zaštita koristi se za konstrukcije izrađene od titana, niskolegiranih nehrđajućih čelika, ugljičnih čelika, željeznih visokolegiranih legura i različitih pasivizirajućih metala. Anodna zaštita koristi se u visokoelektro vodljivim korozivnim sredinama.
Uz anodnu zaštitu, potencijal zaštićenog metala pomiče se u pozitivnijem smjeru dok se ne postigne pasivno stabilno stanje sustava. Prednosti anodne elektrokemijske zaštite nisu samo vrlo značajno usporavanje brzine korozije, već i činjenica da produkti korozije ne ulaze u proizvedeni proizvod i okoliš.
Anodna zaštita može se provesti na nekoliko načina: pomicanjem potencijala u pozitivnom smjeru pomoću vanjskog izvora električne struje ili uvođenjem oksidirajućih sredstava (ili elemenata u leguru) u korozivnu okolinu, čime se povećava učinkovitost katodnog procesa na metalna površina.
Anodna zaštita pomoću oksidirajućih sredstava slična je po zaštitnom mehanizmu anodnoj polarizaciji.
Ako se koriste pasivirajući inhibitori s oksidacijskim svojstvima, zaštićena površina postaje pasivna pod utjecajem generirane struje. To uključuje dikromate, nitrate, itd. Ali oni prilično zagađuju okolni tehnološki okoliš.
Kada se u leguru dodaju aditivi (uglavnom legiranje s plemenitim metalom), reakcija redukcije depolarizatora koja se odvija na katodi odvija se s nižim prenaponom nego na zaštićenom metalu.
Propuštanjem električne struje kroz štićenu konstrukciju potencijal se pomiče u pozitivnom smjeru.
Postrojenje za anodno elektrokemijsku zaštitu od korozije sastoji se od vanjskog izvora struje, referentne elektrode, katode i samog štićenog objekta.
Kako bi se utvrdilo je li moguće primijeniti anodno elektrokemijsku zaštitu za određeni objekt, uzimaju se anodne polarizacijske krivulje pomoću kojih se može odrediti korozijski potencijal proučavane konstrukcije u određenom korozivnom okruženju, području stabilna pasivnost i gustoća struje u ovom području.
Za izradu katoda koriste se slabo topivi metali, kao što su visokolegirani nehrđajući čelici, tantal, nikal, olovo i platina.
Da bi anodna elektrokemijska zaštita bila učinkovita u određenom okruženju, potrebno je koristiti lako pasivibilne metale i legure, referentna elektroda i katoda moraju biti cijelo vrijeme u otopini, a spojni elementi moraju biti kvalitetni.
Za svaki slučaj anodne zaštite, raspored katoda je dizajniran pojedinačno.
Da bi anodna zaštita bio učinkovit za određeni objekt, potrebno je da ispunjava određene zahtjeve:
svi varovi mora biti izvedena visokokvalitetno;
U tehnološkom okruženju materijal od kojeg je izrađen štićeni objekt mora prijeći u pasivno stanje;
Broj zračnih džepova i pukotina trebao bi biti minimalan;
Na konstrukciji ne bi trebalo biti spojeva zakovica;
U uređaju koji se štiti, referentna elektroda i katoda uvijek moraju biti u otopini.
Za provedbu anodne zaštite u kemijskoj industriji često se koriste izmjenjivači topline i instalacije koje imaju cilindrični oblik.
Elektrokemijska anodna zaštita nehrđajući čelici primjenjivo za industrijsko skladištenje sumporne kiseline, otopina na bazi amonijaka, mineralna gnojiva, kao i sve vrste sabirnika, spremnika i mjernih spremnika.
Anodna zaštita također se može koristiti za sprječavanje korozivnog razaranja kupki za bezelektrično poniklavanje, jedinica za izmjenu topline u proizvodnji umjetnih vlakana i sumporne kiseline.
