Катодная защита
Катодная защита — это электрохимическая защита, основанная на наложении отрицательного потенциала на защищаемую деталь [1] [2] .
Сдвиг потенциала защищаемого металлического объекта осуществлён с помощью внешнего источника постоянного тока (станции катодной защиты) или соединением с протекторным анодом, изготовленным из металла, более электроотрицательного относительно объекта. При этом поверхность защищаемого образца (детали конструкции) становится эквипотенциальной и на всех её участках протекает только катодный процесс. Обусловливающий коррозию анодный процесс перенесён на вспомогательные электроды. Отсюда названия — «жертвенный анод», «жертвенный электрод». Если, однако, сдвиг потенциала в отрицательную сторону превысит определённое значение, возможна так называемая «перезащита», связанная с выделением водорода, изменением состава приэлектродного слоя и другими явлениями, что может привести к ускорению коррозии. Катодную защиту, как правило, совмещают с нанесением защитных покрытий.
Содержание
История открытия
Катодная защита была впервые описана сэром Гемфри Дэви в серии докладов, представленных Лондонскому королевскому обществу [3] по развитию знаний о природе в 1824. После продолжительных тестов впервые катодную защиту применили в 1824 г. на судне HMS Samarang [4] . Анодные протекторы из железа были установлены на медную обшивку корпуса судна ниже ватерлинии, что значительно снизило скорость корродирования меди. Медь, корродируя, высвобождает ионы меди, которые обладают антиобрастающим эффектом. В связи с чрезмерным обрастанием корпуса и снижением эффективности корабля Королевский военно-морской флот Великобритании принял решение отказаться от протекторной защиты, чтобы получить преимущества от антифоулингового эффекта вследствие корродирования меди.
Применение
- Для защиты судов от морской коррозии.
- Для стационарных нефтегазопромысловых сооружений, трубопроводов и хранилищ.
- Для подземных сооружений, трубопроводов, кабелей, и скважин.
- Для защиты стальной арматуры в железобетоне для свай, фундаментов, дорожных сооружений (в том числе горизонтальных покрытий) и зданий.
- Для защиты емкостных водонагревателей.
Стандарты
- DNV-RP-B401 — Cathodic Protection Design — Det Norske Veritas
- EN 12068:1999 — Cathodic protection. External organic coatings for the corrosion protection of buried or immersed steel pipelines used in conjunction with cathodic protection. Tapes and shrinkable materials
- EN 12473:2000 — General principles of cathodic protection in sea water
- EN 12474:2001 — Cathodic protection for submarine pipelines
- EN 12495:2000 — Cathodic protection for fixed steel offshore structures
- EN 12499:2003 — Internal cathodic protection of metallic structures
- EN 12696:2000 — Cathodic protection of steel in concrete
- EN 12954:2001 — Cathodic protection of buried or immersed metallic structures. General principles and application for pipelines
- EN 13173:2001 — Cathodic protection for steel offshore floating structures
- EN 13174:2001 — Cathodic protection for harbour installations
- EN 13509:2003 — Cathodic protection measurement techniques
- EN 13636:2004 — Cathodic protection of buried metallic tanks and related piping
- EN 14505:2005 — Cathodic protection of complex structures
- EN 15112:2006 — External cathodic protection of well casing
- EN 50162:2004 — Protection against corrosion by stray current from direct current systems
- BS 7361-1:1991 — Cathodic Protection
- NACE SP0169:2007 — Control of External Corrosion on Underground or Submerged Metallic Piping Systems
- NACE TM 0497 — Measurement Techniques Related to Criteria for Cathodic Protection on Underground or Submerged Metallic Piping Systems
- ГОСТ 26251-84 — Протекторы для защиты от коррозии. Технические условия
- ГОСТ 9.056-75 — Единая система защиты от коррозии и старения. Стальные корпуса кораблей и судов. Общие требования к электрохимической защите при долговременном стояночном режиме
Примечания
- ↑Защита металлов от коррозии (ГРИГОРЬЕВ В. П. , 1999), ХИМИЯ
- ↑Электрохимическая защита
- ↑ Davy, H., Phil. Trans. Roy. Soc., 114,151,242 and 328 (1824)
- ↑ Ashworth V., Corrosion Vol. 2, 3rd Ed., 1994, 10:3
Wikimedia Foundation . 2010 .
Полезное
Смотреть что такое «Катодная защита» в других словарях:
Катодная защита — электрохимическая защита металла от коррозии, осуществляемая катодной поляризацией его от внешнего источника тока или путем соединения с металлом, имеющим в данной среде более отрицательный потенциал, чем у защищаемого металла. Источник: snip id… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Катодная защита — (a. cathodic protection; н. Kathodenschutz; ф. protection cathodique; и. proteccion catodica) метод электрохим. защиты металлич. сооружений от морской и подземной коррозии. Основан на катодной поляризации металла, осуществляемой внеш.… … Геологическая энциклопедия
катодная защита — Электрохимическая защита металла, осуществляемая катодной поляризацией от внешнего источника тока или путем соединения с металлом, имеющим более отрицательный потенциал, чем у защищаемого металла. [ГОСТ 5272 68] катодная защита Электрохимическая… … Справочник технического переводчика
Катодная защита — электрохимическая защита металлического сооружения путем подключения его к отрицательному полюсу источника постоянного тока, к положительному полюсу которого подключен анод. Источник: ПРИКАЗ Минэнерго РФ от 29.12.2001 N 375 О ВВЕДЕНИИ В… … Официальная терминология
катодная защита — [cathodic protection] электро химическая защита металлов от коррозии, при которой защищаемое изделие является катодом; направлена на смещение потенциала корродирующей поверхности в катодную сторону до стационарного (так называемого защитного)… … Энциклопедический словарь по металлургии
КАТОДНАЯ ЗАЩИТА — разновидность электрохими ческой защиты корпуса или плав, сооружения от коррозии, состоящая в подключении защищаемой констр. к отрицат. полюсу источника постоянного тока, к положит, полюсу к рого подключаются нераствори мые или малорастворимые… … Морской энциклопедический справочник
Катодная защита — Cathodic protection Катодная защита. (1) Уменьшение скорости коррозии, приведение коррозионного потенциала электрода к меньшему значению окислительного потенциала путем приложения внешней электродвижущей силы. (2) Частичная или полная защита… … Словарь металлургических терминов
катодная защита — katodinė apsauga statusas T sritis chemija apibrėžtis Metalų apsauga nuo korozijos katodine poliarizacija. atitikmenys: angl. cathodic protection rus. катодная защита … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas
КАТОДНАЯ ЗАЩИТА — см. Электрохимическая защита … Химическая энциклопедия
Катодная защита при помощи постороннего источника тока — способ электрической защиты подземных металлических сооружений от коррозии путем сообщения им отрицательного потенциала по отношению к окружающей среде при помощи соединения их с отрицательным полюсом источника постоянного тока катодной установки … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Источник
ОБОРУДОВАНИЕ
ТЕХНОЛОГИИ
РАЗРАБОТКИ
Блог технической поддержки моих разработок
Катодная защита от коррозии. Принцип действия, основные понятия.
Больше 15 лет я разрабатываю станции катодной защиты. Требования к станциям четко формализованы. Есть определенные параметры, которые должны быть обеспечены. А знание теории защиты от коррозии совсем не обязательно. Гораздо важнее знание электроники, программирования, принципов конструирования электронной аппаратуры.
Создав этот сайт, я не сомневался, что когда-нибудь там появится раздел катодная защита. В нем я собираюсь писать о том, что я хорошо знаю, о станциях катодной защиты. Но как-то не поднимается рука писать о станциях, не рассказав, хотя бы коротко, о теории электрохимической защиты. Постараюсь рассказать о таком сложном понятии как можно проще, для не профессионалов.
История развития катодной защиты настолько занимательная глава, что я изложил ее в отдельной статье. Она не имеет практического значения. Просто интересно.
Для того чтобы защитится от коррозии, надо понять, что такое коррозия, природу ее происхождения.
Электрохимическая коррозия.
Коррозию можно определить как реакцию материала с окружающей средой, вызывающую в нем ощутимые изменения.
Изменения – понятие расплывчатое. Поэтому существует понятие коррозионного повреждения, основными признаками которого является нарушение функционирования объекта, например разрушение все той же металлической трубы. Не все реакции ведут к повреждению. Если труба станет коричневой или зеленой, но не будет протекать, это не будет считаться коррозионным повреждением.
Материалы и окружающая среда бывают разными. Бывают разными и реакции между ними. В основе коррозии могут лежать чисто химические реакции. Но вряд ли кого-либо заинтересует коррозия висмута в растворе дигидрофосфата натрия. Гораздо важнее знать о коррозии железной трубы, закопанной в землю.
Так вот, практический интерес имеет коррозия металлических материалов в водных средах, т.е. электрохимическая коррозия. В основе ее лежат реакции, имеющие электрохимическую природу.
В детстве я был любознательным мальчиком. Я проводил опыты по гальваническому осаждению меди на железные предметы, чем удивлял своих одноклассников. Но еще больше я поразил их, когда принес в школу лезвие от безопасной бритвы с вырезанной на нем сквозной надписью. Эффект я усилил сказав, что сделал это лазером. Конечно, я просто покрыл лезвие лаком, иголкой выцарапал надпись, опустил в жестяную банку с раствором соли, подключил электрический ток и немного подождал. Теперь я понимаю, что мои детские опыты были иллюстрацией того, как происходит электрохимическая коррозия и как от нее защититься. (Рассказ о моих детских опытах не художественный вымысел, а чистая правда.)
Итак, объекты процесса электрохимической коррозии:
- среда – раствор электролита (почва всегда влажная, поэтому это тоже раствор электролита);
- граница раздела среда-металл;
- металл.
Все перечисленные объекты способны проводить электрический ток, обладают хорошей электропроводностью. В растворе электролита содержатся анионы и катионы. Они создают электрический ток. Ток протекает через участок металл – раствор электролита. За счет этого тока на границе раздела происходит электрохимическая реакция, на которую могут влиять еще и внешние токи. Влиять они могут по-разному, как усиливать коррозию, так и замедлять ее.
За счет тока на границе образуется разность потенциалов. Ее невозможно измерить. Поэтому измеряют потенциал специального электрода сравнения. Он является своеобразным суммарным показателем электрохимической реакции.
Физическое объяснение электрохимической коррозии выглядит так. В металле присутствуют ионы железа (положительно заряженные) и электроны (с отрицательным зарядом). Оба компонента реагируют с раствором электролита.
- При положительном токе металл переходит в раствор, что связано с прохождения ионов и вызывает потерю массы металла (растворение металла).
- При отрицательном токе в раствор проходят электроны, и происходит это без потери массы металла.
В первом случае происходит анодная, а во втором случае — катодная электрохимические реакции. Анодная реакция (растворение металла) вызывает коррозию. Катодная реакция является процессом обратным коррозии и используется в гальванотехнике для нанесения гальванических покрытий.
Принцип действия катодной защиты.
Понятно, что для защиты объекта от коррозии необходимо вызвать катодную реакцию и не допустить анодную. Сделать это можно, если искусственно создать отрицательный потенциал на защищаемом объекте.
Для этого необходимо разместить в среде (почве) анодные электроды и подключить внешний источник тока: минус к объекту защиты, а плюс – к анодным электродам. Ток пойдет по цепи анодный электрод – почвенный электролит – объект защиты от коррозии.
С точки зрения гальванических процессов металлический объект будет катодом, а дополнительный электрод – анодом.
Таким образом, коррозия объекта прекратится. Разрушаться будет только анодный электрод. Он называются анодным заземлением. Анодные электроды делают из инертного материала и периодически меняют.
Станция катодной защиты.
Ток для катодной защиты вырабатывает специальное устройство — станция катодной защиты.
По сути это источник вторичного электропитания, специализированный блок питания. Т.е. станция подключается к питающей сети (как правило
220 В) и вырабатывает электрический ток с заданными параметрами.
Вот пример схемы системы электрохимической защиты подземного газопровода с помощью станции катодной защиты ИСТ-1000.
Станция катодной защиты установлена на поверхности земли, вблизи от газопровода. Т.к. станция эксплуатируется на открытом воздухе, то она должна иметь исполнение IP34 и выше. В этом примере используется современная станция, с контроллером GSM телеметрии и функцией стабилизации потенциала.
В принципе, станции катодной защиты бывают очень разными. Они могут быть трансформаторными или инверторными. Могут быть источниками тока, напряжения, иметь различные режимы стабилизации, различные функциональные возможности.
Станции прошлых лет это громадные трансформаторы с тиристорными регуляторами. Современные станции это инверторные преобразователи с микропроцессорным управлением и GSM телемеханикой.
Выходная мощность устройств катодной защиты, как правило, находится в диапазоне 1 – 3 кВт, но может доходить и до 10 кВт. Станциям катодной защиты и их параметрам посвящена отдельная статья.
Нагрузкой для устройства катодной защиты является электрическая цепь: анодное заземление – почва – изоляция металлического объекта. Поэтому требования к выходным энергетическим параметрам станций, прежде всего, определяют:
- состояние анодного заземления (сопротивление анод-почва);
- почва (сопротивление грунта);
- состояние изоляции объекта защиты от коррозии (сопротивление изоляции объекта).
Все параметры станции определяются при создании проекта катодной защиты:
- рассчитываются параметры трубопровода;
- определяется величина защитного потенциала;
- рассчитывается сила защитного тока;
- определяется длина защитной зоны;
- выбирается место установки станции;
- определяется тип, место расположения и параметры анодного заземления;
- окончательно рассчитываются параметры станции катодной защиты.
Применение.
Катодная защита от коррозии получила широкое распространение для электрохимической защиты:
- подземных газопроводов и нефтепроводов;
- трубопроводов теплосетей и водоснабжения;
- оболочек электрических кабелей;
- крупных металлических объектов, резервуаров;
- подземных сооружений;
- морских судов от коррозии в воде;
- стальной арматуры в железобетонных сваях, в фундаментах.
Применение катодной защиты обязательно для газопроводов низкого и среднего давления, магистральных газопроводов, нефтепроводов.
Источник
