Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Техника arrow Коррозия и защита материалов

Электрохимическая защита

Под электрохимической защитой понимают перевод металла в нереакционноспособное состояние путем электродной поляризации. Различают два способа электрохимической защиты. Первый из них, обеспечивающий изменение направления тока в системе металл - электролит, называется катодной защитой. Второй способ, затрудняющий или предотвращающий отдачу металлом электронов, называется анодной защитой.

Катодная защита предотвращает коррозию путем катодной поляризации металла со сдвигом его потенциала в отрицательную сторону. Она сводится к тому, чтобы

Схема катодной защиты внешним током

Рис. 16.1. Схема катодной защиты внешним током

обеспечить возможность протекания на поверхности металла только катодных процессов.

Анодная защита - способ предотвращения коррозии путем анодной поляризации металла со сдвигом его потенциала в положительную сторону. Она заключается в том, чтобы обеспечить создание на поверхности металла защитной пассивирующей пленки.

Впервые идею электрохимической (катодной ) защиты высказал X. Дэви в 1824 г. Он предложил защищать медную обшивку кораблей железными блоками. Однако идея в то время не прижилась, поскольку защищенная таким образом обшивка быстрее обрастала морскими организмами. Анодная защита предложена С. Эделану (1954).

Схема катодной защиты представлена на рис. 16.1. Отрицательный полюс внешнего источника 1 присоединен к защищаемой металлической конструкции 4, а положительный полюс - к вспомогательному электроду 2, работающему как анод. В процессе защиты анод активно разрушается и подлежит периодическому восстановлению. В качестве материала анода применяют чугун, сталь, уголь, графит, металлический лом. Наибольшее сопротивление прохождению электрического тока оказывает слой почвы, прилегающий непосредственно к аноду, поэтому последний обычно помещают в так называемую засыпку 3 - толстый слой кокса (или угольной крошки), в который добавляют 3-4 части (по массе) гипса и 1 часть поваренной соли. Засыпка имеет высокую электропроводность, что способствует снижению переходного сопротивления почва - анод.

Величина необходимого защитного потенциала определяется природой металла, особенностями его коррозионноэлектрохимического поведения в условиях протекания коррозионного процесса. Потенциал защищаемой конструкции, измеренный по отношению к электролиту (для магистральных трубопроводов - потенциал труба - грунт), при котором ток коррозии практически равен нулю, называют защитным потенциалом. Минимальный защитный потенциал для стальных сооружений, уложенных в песчаных и глинистых грунтах, измеряется от -0,72 до -1,1 В по медно-сульфатному электроду сравнения. В странах СНГ для таких сооружений принят минимальный потенциал Е3 min = -0,85 В. При анаэробной биокоррозии защитный потенциал должен быть равен -0,95 В. Величина же максимального защитного потенциала для сооружений с покрытием Е3 тах = -1,10 В. Однако, как показала практика, в точках дренажа катодных станций (местах присоединения анодов) защитный потенциал может быть повышен в случае битумной изоляции до -2,5 В , а для полимерной и пленочной изоляции - до -3,5 В. Это увеличивает эффективность катодной защиты и позволяет сократить количество катодных станций в 3-4 раза. Трубопровод значительной протяженности защищается несколькими катодными установками. Основные элементы установки катодной защиты - катодная станция, анодное заземление и внешняя электрическая цепь трубопровод - анодное заземление. Катодная станция включает источник постоянного тока (преобразователь), контрольно-измерительные, защитные, коммутирующие приборы и устройства. Эффективность катодной защиты характеризуют защитным эффектом

(здесь vi,v2~ скорости коррозии металла соответственно без катодной защиты и с катодной защитой) и коэффициентом защитного действия:

где АШ]_, Ат2 - уменьшение массы металла в коррозионной среде соответственно без катодной защиты и с катодной защитой; iK - катодная плотность тока.

Схема протекторной защиты

Рис. 16.2. Схема протекторной защиты:

1 - защищаемый резервуар; 2 - контрольно-измерительная колонна; 3 - соединительный провод (кабель); 4 - протектор; 5 — активатор

Катодная защита внешним током нецелесообразна в условиях атмосферной коррозии, в парообразной среде, в органических растворителях, так как в этом случае коррозионная среда не обладает достаточной электропроводностью.

Протекторная защита по принципу действия - это вариант катодной защиты. Отличие заключается в ином источнике катодной поляризации защищаемого металла. Протектор, соединенный накоротко с защищаемой конструкцией, создает короткозамкнутый гальванический элемент, который и является источником постоянного тока. Защищаемый металл становится катодом, а металл протектора - растворимым анодом. Принципиальная схема протекторной защиты приведена на рис. 16.2.

В качестве протектора чаще всего используют магний, цинк и их сплавы. Алюминий применяют реже, поскольку он покрывается пассивирующей его оксидной пленкой.

Неравномерность анодного растворения протектора в системе защиты от подземной коррозии устраняется погружением его в смесь гипса, глины, сульфата натрия и других солей (активатор), обладающих повышенной по сравнению с окружающим грунтом проводимостью. Действие протектора ограничивается определенным расстоянием. Максимально возможное удаление протектора от защищаемой конструкции называется радиусом действия протектора. Он зависит от электропроводности среды и разности потенциалов между протектором и защищаемой конструкцией. Например, радиус действия цинкового протектора в дистиллированной воде составляет 0,1 см, в 0,03%-м растворе NaCl - 15 см, в морской воде - 400 см. Соотношение поверхностей протектора и защищаемого металла находится в пределах 1:200...1:1000. Протекторную защиту, как и катодную, наиболее целесообразно комбинировать с нанесением защитных покрытий. Эффективность защиты возрастает при этом многократно. Так, если непокрытый стальной трубопровод, уложенный в грунт, требует установления магниевых протекторов через каждые 30 м, то изолированный трубопровод защищается одним таким протектором на протяжении 8 км.

Преимущества протекторной защиты заключаются в необычайной простоте, достаточной эффективности, высоком уровне рентабельности. В некоторых областях применения протекторы являются незаменимыми, например при защите стальных конструкций от морской коррозии. Недостатки протекторной защиты - некоторая нестабильность защитного тока в процессе эксплуатации (за счет пассивации протектора), относительно малый срок службы протекторов, а также меньшая по сравнению с катодной эффективность защиты.

Некоторые металлы (например, железо и нержавеющие стали) могут быть надежно защищены, если их потенциал сдвинуть в положительную сторону до значений, лежащих в пассивной области анодной поляризационной кривой (см. рис. 3.9). На этом основана анодная защита внешним током, при которой защищаемую конструкцию подсоединяют к положительному полюсу внешнего источника тока, а вспомогательный электрод (катод) - к отрицательному.

Анодная защита применима только для металлов и сплавов, которые легко пассивируются при анодной поляризации. Она неосуществима, например, для цинка, магния, кадмия, серебра, меди и медных сплавов. Кроме того, анодная защита опасна: в случае перерыва в подаче тока возможно активирование металла и его интенсивное анодное растворение. Поэтому такой метод защиты требует тщательного контроля.

К достоинствам анодной защиты относятся малая плотность тока и незначительное потребление электроэнергии, а также возможность защиты на больших расстояниях от катода и в электрически экранированных участках. Для конструкций с небольшой защищаемой площадью можно использовать катодные протекторы. При этом следует иметь в виду, что в отличие от анодных протекторов площадь поверхности катодного протектора должна во много раз превышать площадь защищаемой поверхности. Поэтому такой метод защиты (с катодными протекторами) может быть использован далеко не всегда. Применение протекторов с развитой поверхностью (пористых) позволяет частично устранить этот недостаток.

Метод анодной защиты успешно используют в химической промышленности для снижения скорости коррозии низкоуглеродистой стали в H2S04 и в растворах, содержащих аммиак и нитрат аммония, а также для защиты конструкционных материалов, например углеродистой и нержавеющей сталей, способных пассироваться во многих средах.

 
Посмотреть оригинал
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >
 

Популярные страницы