2015-06-30
539
Швидкість корозії металу значною мірою залежить від електродного потенціалу, тому якщо зсунути його в негативному напрямку до зони „імунітету" на діаграмі Пурбе, то метал стає термодинамічно стійким. При позитивних значеннях потенціалу метал можна перевести до пасивного стану, і його корозійне руйнування також практично припиниться. Тому електрохімічний захист полягає в катодній або анодній поляризації металевої конструкції від джерела постійного струму або короткозамкненого електрода-протектора. Залежно від типу поляризації електрохімічний захист поділяють на катодний і анодний.
Катодний захист здійснюють підключенням металоконструкції до негативного полюсу джерела постійного струму {захист зовнішнім струмом) або до металу з більш негативним потенціалом {протекторний захист). У цих умовах метал, що захищають, відіграє роль катода, і на його поверхні перебігає процес відновлення деполяризатора, а електрони, потрібні для цього, надходять від зовнішнього джерела. При катодному захисті зовнішнім струмом (рис.1а,б) позитивний полюс джерела приєднують до допоміжного електрода (анода-заземлювача), який виготовляють з нерозчинних матеріалів (графіт, магнетит, феросиліцид) або розчинного металевого брухту. Останній періодично потрібно відновлювати, оскільки він окислюється і руйнується. Потенціал захищуваного металу вимірюють відносно електрода порівняння (у водних розчинах для цього здебільшого використовують аргентумхлоридний електрод: Е 0 = 0,201 В, а у грунті - купрумсульфатний: Е 0 = 0,32 В). Значення захисного потенціалу (табл. 1) є вирішальним для процесу катодного захисту, оскільки для амфотерних металів (свинець, алюміній) при більш негативних потенціалах виникає небезпека утворення розчинних комплексних сполук у присутності гідроксид-іонів, які утворюються при відновленні кисню в катодній реакції. Тому критеріями захищеності є мінімальний і максимальний захисні поляризаційні потенціали.
|
|
|
Рис. 1а – Схема катодного
захисту емності зовнішнім струмом:
1 - джерело постійного струму;
2 - аноди-заземлювачі; 3 - об'єкт
Захисту; 4 - електричні контакти
|
Рис.1б - Схема катодного захисту: 1 – джерело струму; 2 - трубопровід: 3 - анодне заземлення; 4 - металевий провідник: 5 - ґрунт; б – мідно-сульфатний електрод;7- високоомний вольтметр
Таблиця 1 – Потенціали захисту металів у грунті й воді відносно
купрумсульфатного електрода
| Метал | Потенціал, В |
| Залізо й сталь | -0,85 |
| Свинець | -1,2...-0,6 |
| Алюміній | -1,2...-0,9 |
| Мідь | -0,2 |
Таким чином, для точного регулювання поляризаційного потенціалу трубопроводу, стосовно електрода порівняння з обмірюваної різниці потенціалів повинна бути ілюмінована (виключена) величина омічної складової. Це досягається застосуванням спеціальної схеми виміру поляризаційного потенціалу.
|
|
|
Для інших технічних металів, особливо при корозії з водневою деполяризацією, можливе інтенсивне виділення водню, що загрожує наводнюванням і погіршенням, унаслідок цього, механічних властивостей металу (підвищенням небезпеки міжкристалітної корозії). Тому для кожного металу потрібно підтримувати інтервал захисних потенціалів за рахунок поляризації струмом, густина якого залежить від складу корозійного середовища (табл. 2) й стану (ступеня шорсткості) поверхні.
Катодний захист застосовують для металевих виробів, що знаходяться в грунті (підземні водо-, нафто- й газопроводи; телефонні кабелі; сталеві сваї; сховища нафти й паливних матеріалів) і морській воді, а також для апаратури хімічних і інших підприємств (холодильники, конденсатори, теплообмінники тощо). Звичайно катодний захист використовують разом з ізоляційними покриттями, нанесеними на зовнішню поверхню спорудження, що захищають. Поверхневе покриття зменшує необхідний струм на кілька порядків. Так, для катодного захисту сталі гарним покриттям у ґрунті потрібно всього 0,01...0,2 мА/м2. У міру руйнування покриття й оголення металу катодний струм повинен зростати для забезпечення захисту трубопровода. Струм, необхідний для катодного захисту підземних металевих трубопроводів, майже повністю залежить від якості покриття. Наприклад, при використанні бітумних покриттів густина катодного струму становить лише 0,1-1 мА/м2, а епоксидних і поліетиленових - усього 0,01...0,1 мА/м2. Але в цих умовах слід застосовувати покриття, стійкі до залуження середовища й міцно зчепленні з основою, бо при перезахисті можливе виділення водню і відшарування покриття (табл.3).Таблиця 2 – Густина катодного струму для захисту сталі від корозії
| Тип середовища | Густина струму, А/м2 |
| Грунт | 0,01...0,5 |
| Прісна вода | 0,02...0,05 |
| Морська вода | 0,05...0,15 |
| Морська вода проточна | 0,15...0,30 |
| Сульфатна кислота (гаряча) |
Нанесение защитного покрытия на подземные объекты необходимо организовать таким образом, чтобы оно выполняло свою задачу без обновления в течение многих десятилетий. Тонкие защитные слои, как например, системы покрытий из краски с толщиной слоя менее 300 мкм в целом не подходят для пассивной защиты трубопроводов из-за активного процесса диффундирования кислорода и водяного пара. В настоящее время преимущественно применяются покрытия из полиэтилена, а также покрытия из пропилена, эпоксидного порошка и полиуретана. Для нанесения покрытия в трассовых условиях применяются защитные ленты и термоусаживающиеся материалы.
Защитное покрытие для труб можно подразделить в зависимости от назначения и, следовательно, способа изготовления на следующие группы:
- заводское покрытие;
- покрытие, наносимое в трассовых условиях;
- материалы для механического усиления обычного покрытия.
