Katodická ochrana: Aplikace a standardy

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-12-17 10:22

Koroze je chemická a elektrochemická reakce kovu s okolním prostředím, která způsobuje jeho poškození. Proudí různou rychlostí, kterou lze snížit. Z praktického hlediska je zajímavá antikorozní katodická ochrana kovových konstrukcí ve styku se zemí, vodou a dopravovanými médii. Vnější povrchy potrubí jsou zvláště poškozeny vlivem půdy a bludných proudů.

Vnitřní koroze závisí na vlastnostech média. Pokud se jedná o plyn, musí být důkladně očištěn od vlhkosti a agresivních látek: sirovodík, kyslík atd.

Funkční princip

Předměty procesu elektrochemické koroze jsou prostředí, kov a rozhraní mezi nimi. Médium, kterým je obvykle vlhká půda nebo voda, má dobrou elektrickou vodivost. Na rozhraní mezi ním a kovovou strukturou probíhá elektrochemická reakce. Pokud je proud kladný (anodová elektroda), ionty železa přecházejí do okolního roztoku, což má za následek ztrátu hmoty kovu. Reakce způsobuje korozi. U záporného proudu (katodová elektroda) tyto ztráty chybí, protože velektrony jsou přeneseny do roztoku. Metoda se používá při galvanickém pokovování pro povlakování oceli neželeznými kovy.

Katodické korozní ochrany je dosaženo, když je na železný předmět aplikován negativní potenciál.

Za tímto účelem se anodová elektroda umístí do země a připojí se k ní kladný potenciál ze zdroje energie. Mínus se aplikuje na chráněný objekt. Katodicko-anodická ochrana vede k aktivní korozní destrukci pouze anodové elektrody. Proto by se měl pravidelně měnit.

Negativní účinek elektrochemické koroze

Koroze konstrukcí může nastat působením bludných proudů z jiných systémů. Jsou užitečné pro cílové objekty, ale způsobují značné poškození okolních struktur. Bludné proudy se mohou šířit z kolejnic elektrifikovaných vozidel. Procházejí směrem k rozvodně a vstupují do potrubí. Při jejich opuštění se tvoří anodové úseky způsobující intenzivní korozi. Pro ochranu se používá elektrická drenáž - speciální odstranění proudů z potrubí do jejich zdroje. Je zde možná i katodická ochrana potrubí proti korozi. K tomu potřebujete znát hodnotu bludných proudů, která se měří speciálními přístroji.

Podle výsledků elektrických měření je zvolen způsob ochrany plynovodu. Univerzálním prostředkem je pasivní metoda izolace potrubí od kontaktu se zemí pomocí izolačních nátěrů. Katodická ochrana plynovodu se vztahuje k aktivní metodě.

Ochrana potrubí

Designy v zemi jsou chráněny před korozí, pokud k nim připojíte minus stejnosměrného zdroje a plus k anodovým elektrodám uloženým poblíž v zemi. Proud půjde do konstrukce a chrání ji před korozí. Tímto způsobem se provádí katodická ochrana potrubí, nádrží nebo potrubí umístěných v zemi.

Anodová elektroda bude degradovat a měla by být pravidelně vyměňována. U nádrže naplněné vodou jsou elektrody umístěny uvnitř. V tomto případě bude kapalinou elektrolyt, kterým bude proudit proud z anod na povrch nádoby. Elektrody se dobře ovládají a snadno se vyměňují. V zemi je to obtížnější.

Napájení

V blízkosti ropovodů a plynovodů, v topných a vodovodních sítích, které vyžadují katodickou ochranu, jsou instalovány stanice, ze kterých je přiváděno napětí do objektů. Pokud jsou umístěny ve venkovním prostředí, jejich stupeň krytí musí být minimálně IP34. Jakýkoli je vhodný do suchých místností.

Stanice pro katodickou ochranu plynovodů a jiných velkých staveb mají výkon 1 až 10 kW.

Jejich energetické parametry závisí především na následujících faktorech:

• odpor mezi půdou a anodou;
• vodivost půdy;
• délka ochranné zóny;
• izolační účinek nátěru.

Konvertor katodické ochrany je tradičně instalace transformátoru. Nyní je nahrazován invertorovým, který má menší rozměry, lepší proudovou stabilitu a větší účinnost. V důležitých oblastech jsou instalovány regulátory, které mají funkce regulace proudu a napětí, vyrovnání ochranných potenciálů atd.

Zařízení je na trhu prezentováno v různých verzích. Pro specifické potřeby se používá individuální design pro zajištění nejlepších provozních podmínek.

Parametry zdroje napájení

Pro ochranu proti korozi železa je ochranný potenciál 0,44 V. V praxi by měl být větší kvůli vlivu vměstků a stavu kovového povrchu. Maximální hodnota je 1 V. V případě přítomnosti povlaků na kovu je proud mezi elektrodami 0,05 mA/m². Pokud izolace selže, stoupne na 10 mA/m^2.

Katodická ochrana je účinná v kombinaci s jinými metodami, protože se spotřebuje méně elektřiny. Pokud je na povrchu konstrukce nátěr, jsou elektrochemickou metodou chráněna pouze místa, kde je porušen.

Vlastnosti katodické ochrany

1. Poháněno stanicemi nebo mobilními generátory.
2. Umístění uzemnění anody závisí na specifikách potrubí. Způsob umístění může být distribuován nebo koncentrován, stejně jako umístěn v různých hloubkách.
3. Materiál anody je vybrán s nízkou rozpustností, aby vydržel 15 let.
4. Ochranný potenciálpole pro každé potrubí. Není regulováno, pokud na konstrukcích nejsou žádné ochranné nátěry.

Standardní požadavky Gazpromu na katodickou ochranu

• Působí po celou dobu životnosti ochranných prostředků.
• Přepěťová ochrana.
• Umístění stanice v blokových boxech nebo v samostatném antivandal designu.
• Uzemnění anody se volí v oblastech s minimálním elektrickým odporem půdy.
• Charakteristiky převodníku jsou vybírány s ohledem na stárnutí ochranného povlaku potrubí.

Ochrana běhounu

Metoda je typem katodické ochrany s připojením elektrod z elektronegativnějšího kovu přes elektricky vodivé prostředí. Rozdíl spočívá v absenci zdroje energie. Běhoun absorbuje korozi tím, že se rozpustí v elektricky vodivém prostředí.

Za pár let by měla být anoda vyměněna, protože se opotřebovává.

Účinek anody se zvyšuje s poklesem jejího přechodového odporu s médiem. Časem se může pokrýt korozivní vrstvou. To vede k poruše elektrického kontaktu. Umístěním anody do solné směsi, která rozpouští produkty koroze, se účinnost zvýší.

Vliv ochránce je omezený. Rozsah je určen elektrickým odporem média a potenciálním rozdílem mezi anodou a katodou.

Ochranná ochrana se používá při absenci zdrojů energie nebo při jejich použitíekonomicky nepraktické. Je také nevýhodný v kyselých aplikacích kvůli vysoké rychlosti rozpouštění anod. Chrániče se instalují ve vodě, v půdě nebo v neutrálním prostředí. Anody obvykle nejsou vyrobeny z čistých kovů. Zinek se rozpouští nerovnoměrně, hořčík příliš rychle koroduje a na hliníku se tvoří silný oxidový film.

Materiály běhounu

Aby měly chrániče potřebné výkonové vlastnosti, jsou vyrobeny ze slitin s následujícími legujícími přísadami.

• Zn + 0,025-0,15% Cd+ 0,1-0,5% Al - ochrana zařízení v mořské vodě.
• Al + 8% Zn +5% Mg + Cd, In, Gl, Hg, Tl, Mn, Si (zlomky procent) - provoz konstrukcí v tekoucí mořské vodě.
• Mg + 5-7% Al +2-5% Zn - ochrana malých struktur v půdě nebo vodě s nízkou koncentrací solí.

Nesprávné použití některých typů chráničů vede k negativním důsledkům. Hořčíkové anody mohou způsobit praskání zařízení v důsledku vývoje vodíkového křehnutí.

Kombinovaná obětní katodická ochrana s antikorozními povlaky zvyšuje její účinnost.

Je vylepšena distribuce ochranného proudu a je potřeba podstatně méně anod. Jediná hořčíková anoda chrání potrubí potažené bitumenem na 8 km a potrubí bez povrchové úpravy pouze 30 m.

Ochrana karoserií automobilů před korozí

Pokud dojde k porušení povlaku, tloušťka karoserie se může za 5 let zmenšit až o 1 mm, tzn.prorezivěl. Obnova ochranné vrstvy je důležitá, ale kromě ní existuje způsob, jak korozní proces zcela zastavit pomocí katodicko-ochranné ochrany. Pokud z těla uděláte katodu, koroze kovu se zastaví. Anodami mohou být jakékoli vodivé povrchy umístěné v blízkosti: kovové desky, zemnící smyčka, karosérie garáže, mokrý povrch vozovky. V tomto případě se účinnost ochrany zvyšuje se zvětšováním plochy anod. Pokud je anodou povrch vozovky, použije se k jejímu kontaktu „ocas“z pokovené pryže. Je umístěn naproti kolům, aby se zlepšilo rozstřikování. "Ocas" je izolován od těla.

Baterie plus je připojena k anodě přes odpor 1 kΩ a LED diodu zapojenou do série. Když je obvod uzavřen přes anodu, když je mínus připojeno k tělu, v normálním režimu LED sotva znatelně svítí. Pokud hoří jasně, došlo ke zkratu v obvodu. Je třeba najít a odstranit příčinu.

Pro ochranu musí být pojistka instalována v sérii v obvodu.

Když je auto v garáži, je připojeno k uzemňovací anodě. Při jízdě se spojení provádí přes „ocas“.

Závěr

Katodická ochrana je způsob, jak zlepšit provozní spolehlivost podzemních potrubí a dalších konstrukcí. Zároveň je třeba vzít v úvahu jeho negativní vliv na sousední potrubí vlivem bludných proudů.