Электрохимическая защита: Электрохимическая защита при строительстве и эксплуатации трубопроводов.

Содержание

Что такое электрохимическая защита?

Электрохимическая защита – это эффективный способ защиты готовых изделий, конструкций и сооружений от электрохимической коррозии. Бывает, что в некоторых случаях возобновить защитный оберточный материал, лакокрасочное покрытие или же другое антикоррозионное покрытие невозможно, тогда целесообразно использовать электрохимическую защиту. Возобновлять антикоррозийное покрытие подземного трубопровода или же днища морского судна очень трудоемко и дорого, а иногда просто не представляется такая возможность. Электрохимическая защита надежно защищает изделие, конструкцию или сооружение от коррозии, предупреждая и останавливая разрушение подземных трубопроводов, днищ судов, различных резервуаров и т.п.

Электрохимическую защиту целесообразно применять в тех случаях, когда потенциал свободной коррозии находится в области интенсивного растворения основного металла либо когда идет интенсивное разрушение самой металлоконструкции (перепассивации).

Для электрохимической защиты металлических конструкций и сооружений применяется множество различных средств.

Суть электрохимической защиты состоит в том, что к готовому металлическому изделию, конструкции или сооружению извне подключается постоянный ток (источник постоянного тока или протектор). Постоянный электрический ток на поверхности защищаемого изделия создает катодную поляризацию электродов микрогальванических пар. В результате катодной поляризации, бывшие анодными участки на поверхности металла, становятся катодными. А вследствие воздействия коррозионной среды идет разрушение не металла самой конструкции, а прикрепленного анода.

Таким образом, в зависимости от того, в какую сторону (положительную или отрицательную) смещается потенциал металла изделия или конструкции, электрохимическую защиту можно разделить на

анодную и катодную.

При использовании анодной защиты, потенциал защищаемого металла смещается в более положительную сторону до тех пор, пока не будет достигнуто пассивное устойчивое состояние системы. При этом, достоинствами анодной электрохимической защиты является не только очень значительное замедление скорости коррозии, но также и тот факт, что в производимый продукт и среду не попадают продукты коррозии.

Катодная защита — является одним из основных видов защиты металлов от коррозии. Катодная защита, по сути, состоит в подключении к изделию внешнего тока от отрицательного полюса источника тока, который поляризует катодные участки коррозионных элементов, и благодаря этому приближает значение потенциала к анодному. Положительный полюс источника тока присоединяется к аноду. При этом антикоррозионная стойкость повышается, и коррозионные повреждения защищаемой конструкции практически сводятся к нулю. Анод же постепенно разрушается и его необходимо через некоторые интервалы времени заменять на новый.

Электрохимическая защита магистральных трубопроводов и резервуаров

Программа имеет своей целью качественное изменение следующих профессиональных компетенций слушателей, необходимых для профессиональной деятельности в рамках имеющейся квалификации:

способность участвовать в реконструкции систем электрохимической защиты и других объектов трубопроводного транспорта нефти с переводом их на новый технический уровень;
способность проводить электрометрические изыскания и рассчитывать параметры электрохимической защиты;
способность анализировать новые направления в разработке средств защиты от коррозии, использовать технологические приемы изменения состава и физико-химических свойств технологических сред с целью снижения коррозионной агрессивности;
способность участвовать в совершенствовании существующих систем электрохимической защиты в нормативное состояние с учетом требований отраслевых нормативных документов;

способность осуществлять эксплуатацию оборудования электрохимической защиты на объектах трубопроводного транспорта нефти.

В результате освоения программы слушатель должен приобрести следующие знания и умения, необходимые для качественного изменения указанных компетенций:

слушатель должен знать:

основы учения об электричестве, теории коррозии и применения защитных покрытий;
основные виды коррозионных разрушений и причины их образования;
основные методы электрохимической защиты и измерений;
основные термины и определения в области коррозии металлов и сплавов;
контроль качества защитных покрытий;
требования к защитным покрытиям и их влияние на катодную защиту;
особенности электрохимической защиты подземных и подводных металлических конструкций;
методики измерений на подземных и подводных металлических конструкциях;
методы анализа и оценки эффективности систем электрохимической защиты;
методы защита от коррозии блуждающим током от систем постоянного тока;

слушатель должен уметь:

выполнять контроль, проверку и испытания во время монтажа, технического обслуживания элементов системы электрохимической защиты;
выбирать способы проведения измерений и испытаний в системах электрохимической защиты;
выполнять работы по монтажу, плановому техническому обслуживанию систем электрохимической защиты;
определять мероприятия по повышению эффективности электрохимической защиты;

выполнять проектные работы по антикоррозионной защите;
оценивать качество скрытых работ по итогам проведения визуально-измерительного контроля;
следить за соблюдением временных интервалов между подготовкой поверхности и нанесением систем защитных покрытий и соблюдением временных интервалов между последующим нанесением слоев систем защитных покрытий;
выявлять различные виды дефектов при выполнении скрытых работ;
рассчитывать систему защиты от коррозии.

Программа разработана на основе профессиональных стандартов:

«Специалист по электрохимической защите от коррозии линейных сооружений и объектов» утвержден приказом Министерства труда и социальной защиты РФ от 8 сентября 2014 г. №614н.
«Специалист по системам защитных покрытий поверхности зданий и сооружений опасных производственных объектов» утвержден приказом Министерства труда и социальной защиты РФ от 13 октября 2014 г. №709н.

Учебно-методическое пособие «Электрохимическая защита от коррозии подземных и подводных металлических конструкций»

Пособие разработано для специалистов 4, 5 и 6 уровней квалификации профессионального стандарта «Специалист по электрохимической защите от коррозии линейных сооружений и объектов», утвержденного приказом Министерства труда и социальной защиты Российской федерации от 8 сентября 2014 г. No 614н.

Стоимость — 4 100 руб.

без НДС

Доставка почтой:
По России — бесплатно;
Зарубежные страны — оплачивается покупателем при получении.

СОДЕРЖАНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

РАЗДЕЛ 1. ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ И ЭЛЕКТРОХИМИИ.
ТЕОРИЯ КОРРОЗИИ И ПРИМЕНЕНИЕ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ

1.1 Основы электротехники

1.2 Основные термины и определения в области коррозии металлов и сплавов

1.3 Теория коррозии и применения защитных покрытий

1.4 Электрохимия коррозионных процессов

1.5 Общее представление о коррозии металлов

1.6 Особенности коррозии подземных и подводных металлических конструкций

1.7 Основные виды коррозии подземных и подводных металлических конструкций

1.8 Коррозионно-опасные участки подземных и подводных металлических конструкций

1. 9 Защитные покрытия подземных и подводных металлических конструкций

РАЗДЕЛ 2. МЕТОДЫ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ

2.1 Основные принципы и методы электрохимической защиты

2.1.1 Классификация методов электрохимической защиты

2.2 Принципы работы и основные элементы оборудования систем электрохимической защиты

2.3 Технологическая схема электрохимической защиты с протяженными и распределенными анодами

РАЗДЕЛ 3. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ НОРМАТИВНОЙ БАЗЫ ПО ЗАЩИТЕ ОТ КОРРОЗИИ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ СТАНДАРТЫ ПО ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЕ

3.1 Структура современной нормативной базы по защите от коррозии

3.1.1 Иерархическая структура нормативной базы

3.1.2 Международные документы по стандартизации

3.1.3 Национальные документы по стандартизации

3.1.4 Корпоративные документы по стандартизации

3. 2 Действующие нормативные документы по защите от коррозии подземных и подводных металлических конструкций

3.2.1 Международные документы по защите от коррозии

3.2.2 Национальные документы по защите от коррозии

3.2.3 Корпоративные документы по защите от коррозии

3.3 Основные положения действующих стандартов по электрохимической защите подземных и подводных металлических конструкций

3.3.1 Международные документы по защите от коррозии

3.3.2 Национальные документы по защите от коррозии

3.3.3 Корпоративные документы по защите от коррозии

3.4. Основные направления развития нормативной базы по защите от коррозии

РАЗДЕЛ 4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ

4.1. Организационное обеспечение проектирования электрохимической защиты

4.2. Сбор исходных данных для проектирования систем защиты от коррозии

2.1. Измерение удельного электрического сопротивления грунта

4.2.2. Определение наличия и параметров блуждающих токов в земле

4.3. Проектирование простых систем электрохимической защиты

4.4. Порядок выполнения проектных работ по электрохимической защите

4.4.1. Расчет электрических характеристик трубопровода

4.5. Проектирование систем электрохимической защиты для различных условий

4.5.1 Особенностипроектированиянефтегазопроводоввзонахдействия блуждающих постоянных токов

4.5.2 Особенностипроектированиязащитынефтегазопроводов от влияния наведенного переменного тока

4.5.3 Особенностипроектированиясистемыэлектрохимическойзащиты от коррозии в вечномерзлых и высокоомных грунтах

4.5.4 Особенностипроектированиясистемэлектрохимическойзащиты от коррозии промышленных площадок

4. 5.5 Проектированиеэлектрохимическойзащитыоткоррозиирезервуаров и резервуарных парков

4.5.6 Особенности проектирования системы ЭХЗ промысловых сооружений

4.5.7 Особенностипроектированиясовместнойэлектрохимическойзащиты от коррозии многониточных трубопроводов

4.5.8 ОсобенностипроектированияЭХЗтрубопроводовнаучасткахпересечения с железными и автомобильными дорогами и водными преградами

4.5.9 ОсобенностипроектированияЭХЗподводныхтрубопроводов и сооружений

4.5.10 Временная электрохимическая защита от коррозии трубопроводов

4.5.11 Проектирование электрохимической защиты от коррозии газораспределительных сетей

4.6. Проектирование систем электрохимической защиты с использованием САПР

РАЗДЕЛ 5. МОНТАЖ, ПУСКОНАЛАДКА СИСТЕМ ЭЛЕКТРОХИМИ ЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ

5.1 Организационное обеспечение монтажа, пусконаладки систем электрохимической защиты

5. 2 Монтаж и пусконаладка установок катодной защиты

5.3 Монтаж и пусконаладка установок дренажной защиты

5.4 Монтаж и пусконаладка установок протекторной защиты

5.5 Монтаж и пусконаладка элементов системы электрохимической защиты

РАЗДЕЛ 6. ЭКСПЛУАТАЦИЯ И ДИАГНОСТИКА СИСТЕМ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ

6.1 Периодический контроль и обслуживание средств ЭХЗ

6.2 Приборы и оборудование для измерений и испытаний на подземных и подводных металлических конструкций

6.3 Проведение измерений и испытаний на подземных и подводных металлических конструкциях

6.4 Основные критерии контроля на подземных и подводных металлических конструкциях. Форма отчетности по результатам измерений и испытаний на подземных и подводных металлических конструкциях

6.5 Методы измерений и испытаний систем электрохимической защиты для различных условий

6. 6 Область применения метода испытания в соответствии с утвержденными методиками

РАЗДЕЛ 7. ИЗМЕРЕНИЯ И ИСПЫТАНИЯ НА ПОДЗЕМНЫХ И ПОДВОДНЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЯХ, КРИТЕРИИ КОНТРОЛЯ

7.1 Приборы и оборудование для измерений на подземных и подводных металлических конструкциях

7.2 Проведение измерений и испытаний на подземных и подводных металлических конструкциях

РАЗДЕЛ 8. МЕТОДЫ АНАЛИЗА И ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ
СИСТЕМ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ

8.1 Исследование случаев коррозии металла с потерей вещества при применении электрохимической защиты

8.2 Анализ обнаруженных дефектов и аномалий защитных покрытий металлических конструкций

8.3 Мероприятия по повышению эффективности электрохимической защиты

8.4 Анализ эффективности систем электрохимической защиты

8.5 Разработка мероприятий по повышению эффективности систем электрохимической защиты и руководство их реализацией

РАЗДЕЛ 9. ТЕОРИЯ ОРГАНИЗАЦИИ И ОХРАНЫ ТРУДА

9.1 Требования охраны труда и применяемые стандарты по электрохимической защите

9.2 Охрана труда и техника безопасности при обслуживании установок катодной защиты

9.3 Охрана труда и техника безопасности при электроизмерительных работах

9.4 Охрана труда и техника безопасности работ на воздушных линиях электропередач

9.5 Охрана труда и техника безопасности при приварке проводников к трубе

9.6 Охрана труда и техника безопасности при других видах работ

РАЗДЕЛ 10. ПРИЕМЫ ОКАЗАНИЯ ПЕРВОЙ ПОМОЩИ ПОСТРАДАВШИМ
ПРИ НЕСЧАСТНЫХ СЛУЧАЯХ

10.1 Общие положения

10.2 Первая помощь пострадавшему от электрического тока

10.3 Первая помощь при ожогах

10.4 Первая помощь при обморожении

10.5 Первая помощь при тепловом и солнечном ударах

10. 6 Первая помощь при укусах

РАЗДЕЛ 11. СОВРЕМЕННЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ

11.1 Современные требования к материалам и оборудованию электрохимической защиты от коррозии различных объектов

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

ХиМиК.ru — ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ЗАЩИТА — Химическая энциклопедия

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ЗАЩИТА металлов от коррозии, основана на зависимости скорости коррозии от электродного потенциала металла. В общем случае эта зависимость имеет сложный характер и подробно описана в ст. Коррозия металлов. В принципе, металл или сплав должен эксплуатироваться в той области потенциалов, где скорость его анодного растворения меньше нек-рого конструктивно допустимого предела, к-рый определяют, исходя из срока службы оборудования или допустимого уровня загрязнения технол. среды продуктами коррозии. Кроме того, должна быть мала вероятность локальных коррозионных повреждений. Это т. наз. потенциостатич. защита.
К собственно электрохимической защите относят катодную защиту, при к-рой потенциал металла специально сдвигают из области активного растворения в более отрицат. область относительно потенциала коррозии, и анодную защиту, при к-рой электродный потенциал сдвигают в положит. область до таких значений, когда на пов-сти металла образуются пассивирующие слои (см. Пассивность металлов).

Катодная защита. Сдвиг потенциала металла м. б. осуществлен с помощью внеш. источника постоянного тока (станции катодной защиты) или соединением с др. металлом, более электроотрицательным по своему электродному потенциалу (т. наз. протекторный анод). При этом пов-сть защищаемого образца (детали конструкции) становится эквипотенциальной и на всех ее участках протекают только катодные процессы, а анодные, обусловливающие коррозию, перенесены на вспомогат. электроды. Если, однако, сдвиг потенциала в отрицат. сторону превысит определенное значение, возможна т. наз. перезащита, связанная с выделением водорода, изменением состава приэлектродного слоя и др. явлениями, что может привести к ускорению коррозии. Катодную защиту, как правило, совмещают с нанесением защитных покрытий; необходимо учитывать возможность отслаивания покрытия.
Катодную защиту широко применяют для защиты от морской коррозии. Гражданские суда защищают с помощью А1-, Mg- или Zn-протекторных анодов, к-рые размещают вдоль корпуса и вблизи винтов и рулей. Станции катодной защиты используют в тех случаях, когда требуется отключение защиты для устранения электрич. поля корабля, при этом потенциал обычно контролируют по хлорсеребряным электродам сравнения (х. с. э.). Критерием достаточности защиты является значение потенциала -0,75 В по х. с. э. или сдвиг от потенциала коррозии, составляющий 0,3 В (на практике обычно 0,05-0,2 В). Существуют автоматич. станции катодной защиты, расположенные на судне либо на берегу (при стоянке или ремонте). Аноды обычно изготовлены из платинированного титана, линейной или круглой формы, с околоанодными непроводящими экранами для улучшения распределения потенциала и плотности тока вдоль корпуса судна. Конструкция анодов обеспечивает их защиту от мех. повреждений (напр., в ледовых условиях).
Особенно важно использование катодной защиты для стационарных нефтегазопромысловых сооружений, трубопроводов и хранилищ к ним на континентальном шельфе. Подобные сооружения не могут быть введены в сухой док для восстановления защитного покрытия, поэтому электрохимическая защита является осн. методом предотвращения коррозии. Морская нефтепромысловая вышка, как правило, снабжена в своей подводной части протекторными анодами (на одну вышку приходится до 10 т и более протекторных сплавов).

«Дополнение к ВСН 009-88. Электрохимическая защита кожухов на переходах трубопроводов под автомобильными и железными дорогами»

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОНЦЕРН НЕФТЕГАЗОВОГО СТРОИТЕЛЬСТВА «НЕФТЕГАЗСТРОЙ»

Всесоюзный научно-исследовательский институт по строительству магистральных трубопроводов
ВНИИСТ

СТРОИТЕЛЬСТВО МАГИСТРАЛЬНЫХ И ПРОМЫСЛОВЫХ ТРУБОПРОВОДОВ
СРЕДСТВА И УСТАНОВКИ ЭЛЕКТРОХИМЗАЩИТЫ

ВСН 009-88

Миннефтегазстрой

ДОПОЛНЕНИЕ
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ЗАЩИТА КОЖУХОВ НА ПЕРЕХОДАХ ТРУБОПРОВОДОВ ПОД АВТОМОБИЛЬНЫМИ И ЖЕЛЕЗНЫМИ ДОРОГАМИ

Москва 1991

Содержание

РАЗРАБОТАНЫ И ВНЕСЕНЫ

Всесоюзным научно-исследовательским институтом по строительству магистральных трубопроводов (ВНИИСТ) Притула В. В., д-р техн. наук, руководитель задания, Сидорова Н.П., ответственный исполнитель

УТВЕРЖДЕНЫ

Миннефегазстроем

СОГЛАСОВАНЫ

ВНИПИТрансгазом, ЮжНИИГипрогазом, Гипроспецгазом, Главтрубопроводстроем.

Министерство строительства предприятий нефтяной и газовой промышленности	Ведомственные строительные нормы	Дополнение к ВСН 009-88
	Строительство магистральных и промысловых трубопроводов. Средства и установки электро-химзащиты. Электрохимическая защита кожухов на переходах трубопроводов под автомобильными и железными дорогами	Миннефтегазстрой

1. 1. Настоящий нормативный документ содержит требования к электрохимической защите кожухов под автомобильными и железными дорогами.

1.2. Требования настоящего документа должны соблюдать проектные, строительные и эксплуатирующие организации, обеспечивающие электрохимическую защиту магистральных трубопроводов.

1.3. В соответствии с требованиями СНиП 2.05.06-85 на переходах под автомобильными и железными дорогами кожухи и участки трубопроводов, примыкающие к ним, должны иметь усиленный тип защитных покрытий.

1.4. Электрохимическую защиту кожухов на переходах под автомобильными и железными дорогами следует предусматривать одновременно с защитой магистрального трубопровода.

1.5. Электрохимическая защита кожухов под дорогами может быть осуществлена как совместно с трубопроводом, так и самостоятельными защитными установками.

1.6. При сдаче в эксплуатацию и в процессе эксплуатации трубопровода следует проводить контроль наличия электрического контакта между кожухом и трубопроводом. При наличии электрического контакта его необходимо устранить.

Внесены ВНИИСТом

Утверждены Министерством строительства предприятий нефтяной и газовой промышленности.
Приказ № 375 от 27.12.88

Срок введения
l июля 1991 г.

1.7. Для обеспечения защитных потенциалов на кожухе и на прилегающих к нему участках трубопровода следует использовать схемы защиты, содержащиеся в разделе 2.

1.8. Электрохимическую защиту кожухов следует осуществлять в соответствии с требованиями ГОСТ 25812-83 и СНиП 2.05.06-85.

2.1. В зависимости от расстояния между кожухом и катодной установкой, подключенной к трубопроводу, кожухи могут быть классифицированы на три группы.

2.2. К первой группе относятся кожухи, которые расположены на расстоянии до 0,5 км от точки дренажа катодной установки.

2.3. Ко второй группе относятся кожухи, расположенные на расстоянии от 0,5 до 3 км от точки дренажа катодной установки.

2.4. К третьей группе относятся кожухи, расстояние от которых до точки дренажа катодной установки составляет более 3 км.

2.5. Выбор схем электрохимической защиты кожухов на трубопроводах следует осуществлять, исключая опасное и мешающее влияния средств электрохимической защиты на неэлектрифицированные и электрифицированные железные дороги, на кабельные и другие подземные металлические сооружения, расположенные вблизи дорог.

2.6. Для обеспечения электрохимической защиты на кожухах первой группы катодную станцию следует располагать не далее 20 м от единичного трубопровода или крайнего трубопровода многониточной системы. Подключение катодной установки к кожуху следует осуществлять через регулируемое сопротивление (рис. 1). В случае необходимости устанавливают дополнительные анодные заземлители на расстоянии от кожуха, составляющем не более одной пятой длины кожуха. При этом для катодной защиты кожухов, имеющих диаметры до 1220 мм, анодные заземлители устанавливают с одной стороны (рис. 2), а для кожухов диаметром более 1220 мм-с обеих сторон (рис. 3).

Рис. 1. Схема катодной защиты кожуха при близком расположении катодной станции:

1 — кожух; 2 — трубопровод; 3 — катодная — станция; 4 — анодное заземление; 5 — регулируемое сопротивление

Рис. 2. Схема катодной защиты кожуха с использованием анодных заземлителей, расположенных с одной стороны кожуха:

1 — кожух; 2 — трубопровод; 3 — катодная станция; 4 — анодное заземление; 5 — регулируемое сопротивление; 6 — дополнительные анодные заземлители

Рис. 3. Схема катодной защиты с дополнительными анодными заземлителями, расположенными с обеих сторон кожуха:

1 — кожух, 2 — трубопровод; 3 — катодная станция; 4 — анодное заземление; 5 — регулируемое сопротивление; 6 — дополнительные анодные заземлители

2.7. При обеспечении электрохимической защиты на кожухах второй группы катодную станцию можно располагать на любом расстоянии от трубопровода, а подключение кожуха к трубопроводу следует осуществлять также через регулируемое сопротивление (рис. 4). В случае необходимости к кожуху подключают протекторы, устанавливаемые от него на расстоянии, составляющем не более одной десятой длины кожуха. В этом случае для защиты кожухов с диаметром до 1220 мм протекторы устанавливают с одной стороны кожуха (рис. 5), а при диаметрах кожухов более 1220мм — с обеих сторон кожуха (рис. 6).

2.8. При обеспечении защитного потенциала на кожухах третьей группы катодную станцию можно располагать на любом расстоянии от трубопровода. В этом случае кожух подключают к трубопроводу через регулируемое сопротивление и защиту кожуха усиливают с помощью протекторов, устанавливаемых от него на расстоянии, не превышающем одной десятой длины кожуха. Протекторы устанавливают с одной стороны кожуха при диаметре его до 720 мм (см. рис. 5). При диаметре кожуха 820 мм и более протекторы устанавливает с обеих сторон (см. рис. 6).

Рис. 4. Схема катодной защиты кожуха при подключении его к трубопроводу:

1 — кожух; 2 — трубопровод; 3 — катодная станция; 4 — анодное заземление; 5 — регулируемое сопротивление

Рис. 5. Схема защиты кожуха с помощью протекторов, устанавливаемых с одной стороны кожуха:

1 — кожух; 2 — трубопровод; 3 - регулируемое сопротивление; 4 — протекторы; 5 — катодная станция; 6 — анодное заземление

Рис.6. Схема защиты кожуха с помощью протекторов, устанавливаемых с двух сторон кожуха:

2.9. Наладку системы электрохимической защиты на кожухе осуществляют путем подбора действующего значения регулируемого сопротивления.

2.10. При реализации схем защиты, указанных на рис. 2, 3, 5, 6, установку дополнительных анодных заземлителей и протекторов предусматривает с интервалом 5-10 м между соседними электродами.

2.11. На кожухах протяженностью более 40 м дополнительные анодные заземлители или протекторы следует устанавливать с обеих сторон кожуха.

2.12. Общее количество анодных заземлителей или протекторов при любых условиях должно быть не менее двух — по одному на каждом конце кожуха.

3.1. Величину тока, необходимую для защиты участка трубопровода с кожухами на переходах, определяют по формуле

, (1)

где J_t — величина тока, необходимая для защиты участка собственно трубопровода, А;

i_k₁ — величина тока, необходимая для защиты единичного кожуха, А;

n — количество кожухов на защищаемом участке трубопровода.

3.2. Величину тока, необходимую для защиты участка собственно трубопровода, определяют по формуле

, (2)

где U_t₃_l — требуемое смещение потенциала в конце защищаемого участка трубопровода, В;

R_t — продольное сопротивление трубопровода, Ом/м;

R_nt — переходное сопротивление трубопровода, Ом/м;

L₃,- длина плеча защиты на участке трубопровода, м.

3.3. Величину тока, необходимую для защиты единичного кожуха, определяют по формуле

, (3)

где U_зк- требуемый защитный потенциал кожуха, В;

U_ек — естественным потенциал кожуха, В;

R_ПК_—переходное сопротивление кожуха, Ом;

, (4)

где — удельное сопротивление грунта, окружающего кожух, Ом·м;

L_k длина кожуха, м;

D_k — диаметр кожуха, м;

R_изк— сопротивление изоляционного покрытия кожуха Ом·м.

3.4. Величину тока, попадающего в кожух, электрически подключенный к катодной станции, защищающей участок трубопровода, определяют по формуле

, (5)

где Rрег- действующее значение регулировочного сопротивления в цепи защиты кожуха, Ом;

L_к — расстояние от точки дренажа катодной станции до дальнего конца кожуха, м;

- постоянная распространения тока в защищаемом трубопроводе, I/м,

; (6)

Z_вхт — входное сопротивление части участка защищаемого трубопровода до места расположения кожуха, Ом

; (7)

— расстояние от точки дренажа катодной станции до ближнего конца кожуха, м.

3.5. Для обеспечения необходимого уровня защиты на всех кожухах должно выполняться соотношение .

3.6. При условии соотношения на отдельных кожухах в процессе наладки всей системы катодной защиты на них необходимо увеличивать действующее значение регулировочного сопротивления в цепи защиты кожуха для достижения условия .

3.7. При условии соотношения на отдельных кожухах для достижения на них необходимого уровня защиты следует обеспечить с помощью дополнительных средств электрохимической защиты наложение недостающего защитного тока, величину которого определяют по формуле

. (8)

3.8. При установке дополнительных анодных заземлителей сопротивление растеканию их определяют по формуле

, (9)

где R_аз - сопротивление растеканию основного анодного заземления катодной станции, Ом.

3.9. Количество дополнительных анодных заземлителей определяют по формуле

, (10)

где R_з — сопротивление растеканию одного заземлителя, Ом;

коэффициент экранирования заземлителей.

3.10. При защите кожуха с помощью протекторов для определения их количества исходят из величины дополнительного тока и разности потенциалов протектор-кожух.

3.11. Сопротивление цепи протекторов определяют по формуле

, (11)

где U_п_{— потенциал протектора, В.}

3.12. Переходное сопротивление протекторов определяют по формуле

(12)

3.13. Количество протекторов, необходимое для защиты кожуха, определяют по формуле

, (13)

где R_РП — сопротивление растеканию одного протектора, Ом;

R_ПОЛ — поляризационное сопротивление протектора, Ом×м²;

S_П — рабочая поверхность протектора, м²;

— коэффициент экранирования протекторов.

4.1. Электрическими параметрами, характеризующими состояние кожуха при эксплуатации трубопроводов, являются защитный потенциал, переходное сопротивление кожуха и сопротивление цепи между кожухом и трубопроводом.

4.2. Для измерения перечисленных параметров осуществляют подключение измерительных приборов к выводу от кожуха в контрольно-измерительном пункте, расположенном вблизи кожуха (рис.7).

4.3. Измерение потенциала кожуха выполняют высокоомным вольтметром, устанавливая медносульфатный электрод сравнения в грунт над кожухом.

4.4. Периодические измерения потенциалов кожухов позволяют контролировать работу средств катодной и протекторной защиты. При резком изменении потенциала кожуха следует проверить работу защитных установок и принять меры к устранению неисправностей.

Рис.7. Схема измерения переходного сопротивления кожуха:

1 — трубопровод; 2 — кожух; 3 - контрольно — измерительный пункт; 4 — прибор для измерения сопротивления заземлений; I₁, I₂ — токовые клеммы прибора; Е₁, Е₂ — клеммы напряжения прибора; 5 — измерительный электрод; 6 — токовый электрод; В — расстояние между трубопроводом и измерительный электродом; А — расстояние между трубопроводом и токовым электродом; L_К — длина кожуха

4.5. Измеренная величина переходного сопротивления кожуха характеризует фактическое состояние изоляционного покрытия и используется при расчете параметров защитных установок.

4.6. Измерение переходного сопротивления выполняют на кожухе, не имеющем электрического контакта с трубопроводом при отключенных ближайших средствах электрохимической защиты.

4.7. Допустима оценка переходного сопротивления кожуха по результатам измерений с помощью омметра. В этом случае его включают в цепь между кожухом и трубопроводом через контрольно-измерительный пункт. Величину переходного сопротивления кожуха определяют, вычитая входное сопротивление трубопровода () из показаний омметра.

4.8. Сопротивление цепи кожух-труба ниже требуемого минимально допустимого значения, определяемого по графику рис. 8, указывает на вероятное наличие электрического контакта между кожухом и трубопроводом или на недопустимо низкое переходное сопротивление кожуха.

Рис. 8. График зависимости усредненного минимально допустимого сопротивления цепи кожух-труба R_Ц от длины кожуха L_К

14. Электрохимическая защита от коррозии / КонсультантПлюс

14.1. При проектировании электрохимической защиты от коррозии линейной части магистральных нефтепроводов и подземных коммуникаций перекачивающих и наливных станций следует руководствоваться ГОСТ Р 51164, ГОСТ 9.602, СНиП 2.05.06 и РД 153-39.4-039.

14.2. Электрохимическая защита подземных металлических сооружений и коммуникаций должна осуществляться независимо от коррозионной активности грунта и условий эксплуатации.

14.3. Проектирование электрохимической защиты от почвенной коррозии и коррозии, вызываемой блуждающими токами, должно выполняться на основании результатов изысканий с учетом данных прогноза изменения электрических параметров защищаемых сооружений.

14.4. Катодная поляризация металлических подземных сооружений и коммуникаций должна осуществляться таким образом, чтобы создаваемые на всей поверхности этих сооружений защитные потенциалы находились в пределах, регламентируемых ГОСТ Р 51164 и ГОСТ 9.602.

14.5. Для контроля состояния комплексной защиты на сооружениях магистральных нефтепроводов должны быть установлены контрольно-измерительные пункты.

14.6. Контроль работы установок электрохимической защиты линейной части нефтепроводов должен обеспечиваться средствами телемеханики (ток и напряжение на выходе катодных станций, защитный потенциал трубопровода) и периодически эксплуатирующим персоналом, в соответствии с п. 7.4.6 ГОСТ Р 51164.

14.7. При проектировании электрохимической защиты следует предусматривать мероприятия по исключению вредного влияния катодной поляризации с соседних подземных сооружений.

14.8. Электрохимическая защита внешних поверхностей днищ стальных наземных резервуаров должна осуществляться с использованием анодных заземлителей, в том числе протяженных, преимущественно размещаемых непосредственно под днищами резервуаров.

Открыть полный текст документа

Электрохимическая защита технологических трубопроводов

При укладке в траншею изолированного трубопровода и его последующей засыпке изоляционное покрытие может быть повреждено, а в процессе эксплуатации трубопровода оно постепенно стареет (теряет свои диэлектрические свойства, водоустойчивость, адгезию). Поэтому при всех способах прокладки, кроме надземной, трубопроводы подлежат комплексной защите от коррозии защитными покрытиями и средствами электрохимической защиты (ЭХЗ) независимо от коррозионной активности грунта.

К средствам ЭХЗ относятся катодная, протекторная и электродренажная защиты.

Защита от почвенной коррозии осуществляется катодной поляризацией трубопроводов. Если катодная поляризация производится с помощью внешнего источника постоянного тока, то такая защита называется катодной, если же поляризация осуществляется присоединением защищаемого трубопровода к металлу, имеющему более отрицательный потенциал, то такая защита называется протекторной.

Катодная защита

Принципиальная схема катодной защиты показана на рисунке.

Источником постоянного тока является станция катодной защиты 3, где с помощью выпрямителей переменный ток от вдольтрассовой ЛЭП 1, поступающий через трансформаторный пункт 2, преобразуется в постоянный.

Отрицательным полюсом источник с помощью соединительного провода 4 подключен к защищаемому трубопроводу 6, а положительным — к анодному заземлению 5. При включении источника тока электрическая цепь замыкается через почвенный электролит.

Принципиальная схема катодной защиты

1 — ЛЭП; 2 — трансформаторный пункт; 3 — станция катодной защиты; 4 — соединительный провод; 5 — анодное заземление; 6 — трубопровод

Принцип действия катодной защиты следующий. Под воздействием приложенного электрического поля источника начинается движение полусвободных валентных электронов в направлении «анодное заземление — источник тока— защищаемое сооружение». Теряя электроны, атомы металла анодного заземления переходят в виде ион-атомов в раствор электролита, т.е. анодное заземление разрушается. Ион-атомы подвергаются гидратации и отводятся в глубь раствора. У защищаемого же сооружения вследствие работы источника постоянного тока наблюдается избыток свободных электронов, т.е. создаются условия для протекания реакций кислородной и водородной деполяризации, характерных для катода.

Подземные коммуникации нефтебаз защищают катодными установками с различными типами анодных заземлений. Необходимая сила защитного тока катодной установки определяется по формуле

J_др=j₃·F₃·K₀

где j₃ — необходимая величина защитной плотности тока; F₃ — суммарная поверхность контакта подземных сооружений с грунтом; К₀ — коэффициент оголенности коммуникаций, величина которого определяется в зависимости от переходного сопротивления изоляционного покрытия R_nep и удельного электросопротивления грунта р_г по графику, приведенному на рисунке ниже.

Необходимая величина защитной плотности тока выбирается в зависимости от характеристики грунтов площадки нефтебазы в соответствии с таблицей ниже.

Протекторная защита

Принцип действия протекторной защиты аналогичен работе гальванического элемента.

Два электрода: трубопровод 1 и протектор 2, изготовленный из более электроотрицательного металла, чем сталь, опущены в почвенный электролит и соединены проводом 3. Так как материал протектора является более электроотрицательным, то под действием разности потенциалов происходит направленное движение электронов от протектора к трубопроводу по проводнику 3. Одновременно ион-атомы материала протектора переходят в раствор, что приводит к его разрушению. Сила тока при этом контролируется с помощью контрольно-измерительной колонки 4.

Зависимость коэффициентов оголенности подземных трубопроводов от переходного сопротивления изоляционного покрытия для грунтов удельным сопротивлением, Ом-м

1 — 100; 2 — 50; 3 — 30; 4 — 10; 5 — 5

Зависимость защитной плотности тока от характеристики грунтов

Тип грунта	р_п Омм	А, А/м²
Влажный глинистый грунт:
— pH >8	15	0,033
pH = 6-8	15	0,160
— с примесью песка	15	0,187
Влажный торф (pH <8)	15	0,160
Увлажненный песок	50	0,170
Сухой глинистый грунт	100	0,008

Принципиальная схема протекторной защиты

1 — трубопровод; 2 — протектор; 3 — соединительный провод; 4 — контрольно-измерительная колонка

Таким образом, разрушение металла все равно имеет место. Но не трубопровода, а протектора.

Теоретически для защиты стальных сооружений от коррозии могут быть использованы все металлы, расположенные в электрохимическом ряду напряжений левее железа, так как они более электроотрицательны. Практически же протекторы изготавливаются только из материалов, удовлетворяющих следующим требованиям:

разность потенциалов материала протектора и железа (стали) должна быть как можно больше;
ток, получаемый при электрохимическом растворении единицы массы протектора (токоотдача), должен быть максимальным;
отношение массы протектора, израсходованной на создание защитного тока, к общей потере массы протектора (коэффициент использования) должно быть наибольшим.

Данным требованиям в наибольшей степени удовлетворяют сплавы на основе магния, цинка и алюминия.

Протекторную защиту осуществляют сосредоточенными и протяженными протекторами. В первом случае удельное электросопротивление грунта должно быть не более 50 Ом-м, во втором — не более 500 Ом·м.

Электродренажная защита трубопроводов

Метод защиты трубопроводов от разрушения блуждающими токами, предусматривающий их отвод (дренаж) с защищаемого сооружения на сооружение — источник блуждающих токов либо специальное заземление, называется электродренажной защитой.

Применяют прямой, поляризованный и усиленный дренажи.

Принципиальные схемы электродренажной защиты

а — прямой дренаж; б —поляризованный дренаж; в — усиленный дренаж

Прямой электрический дренаж — это дренажное устройство двусторонней проводимости. Схема прямого электрического дренажа включает: реостат К, рубильник К, плавкий предохранитель Пр и сигнальное реле С. Сила тока в цепи «трубопровод — рельс* регулируется реостатом. Если величина тока превысит допустимую величину, то плавкий предохранитель сгорит, ток потечет по обмотке реле, при включении которого включается звуковой или световой сигнал.

Прямой электрический дренаж применяется в тех случаях, когда потенциал трубопровода постоянно выше потенциала рельсовой сети, куда отводятся блуждающие токи. В противном случае дренаж превратится в канал для натекания блуждающих токов на трубопровод.

Поляризованный электрический дренаж — это дренажное устройство, обладающее односторонней проводимостью. От прямого дренажа поляризованный отличается наличием элемента односторонней проводимости (вентильный элемент) ВЭ. При поляризованном дренаже ток протекает только от трубопровода к рельсу, что исключает натекание блуждающих токов на трубопровод по дренажному проводу.

Усиленный дренаж применяется в тех случаях, когда нужно не только отводить блуждающие токи с трубопровода, но и обеспечить на нем необходимую величину защитного потенциала. Усиленный дренаж представляет собой обычную катодную станцию, подключенную отрицательным полюсом к защищаемому сооружению, а положительным — не к анодному заземлению, а к рельсам электрифицированного транспорта.

За счет такой схемы подключения обеспечивается: вопервых, поляризованный дренаж (за счет работы вентильных элементов в схеме СКЗ), а во-вторых, катодная станция удерживает необходимый защитный потенциал трубопровода.

После ввода трубопровода в эксплуатацию производится регулировка параметров работы системы их защиты от коррозии. При необходимости с учетом фактического положения дел могут вводиться в эксплуатацию дополнительные станции катодной и дренажной защиты, а также протекторные установки.

Just Что такое катодная защита?

Катодная защита (CP) — это метод, используемый для контроля коррозии металлической поверхности, делая ее катодной стороной электрохимической ячейки. Самый простой метод нанесения CP — это соединение металла, который необходимо защитить, с другим, более легко корродирующим металлом, который действует как анод электрохимической ячейки.

Катодная защита, в принципе, может быть применена к любой металлической конструкции, контактирующей с объемным электролитом, хотя на практике ее основное применение — защита стальных конструкций, заглубленных в почву или погруженных в воду.

Системы катодной защиты используются для защиты широкого спектра металлических конструкций в различных средах. К наиболее распространенным приложениям относятся:

Катодная защита — важный метод предотвращения коррозии подземных металлических трубопроводов. Каждый оператор трубопровода должен проводить регулярные измерения CP — в трансформаторных выпрямителях и контрольных точках (в системах с наложенным током) и на протекторных анодах (в гальванических системах).

Сбор и анализ этих измерений CP трудоемок, очень дорог и (что более важно) они могут быть только реактивными — проблемы CP могут оставаться незамеченными в течение длительного периода времени, в течение которого трубопровод недостаточно защищен.

Первое практическое применение катодной защиты обычно приписывается сэру Хэмфри Дэви, который в 19 веке улучшил сопротивление медных кораблей коррозии морской водой, добавив небольшие количества железа, цинка или олова.

Затраты на прокладку металлического трубопровода, определяемые его спецификацией, толщиной стенки и укладкой в грунт, очень высоки. Устранение деградации материала трубы требует больших затрат и, в худшем случае, может привести к выходу трубы из строя с непредсказуемыми последствиями.

Сегодня компания CP хорошо зарекомендовала себя благодаря своей проверенной репутации по обслуживанию трубопроводов на протяжении многих десятилетий. Он используется на трубопроводах, других погруженных или заглубленных металлических конструкциях и в железобетоне для повышения устойчивости к коррозии. Это позволяет использовать более тонкие металлические листы или трубы, тем самым снижая затраты.

Коррозия — это действие извлеченного из руды металла, которое возвращается в свое первоначальное состояние под воздействием кислорода и воды.Самый распространенный пример — ржавчина стали. Коррозия — это электрохимический процесс, обычно происходящий на аноде, но не на катоде.

Использование внешнего гальванического анода, где постоянный ток возникает из естественной разницы потенциалов между металлами анода (например, Zn, Al или Mg) и трубой (например, углеродистой сталью).Анод электрически соединен с трубопроводом, заставляя положительный ток течь от анода к трубе, так что вся поверхность стали становится более отрицательно заряженной, то есть катод.

Гальванические системы просты в установке, имеют низкие эксплуатационные расходы и минимальные требования к обслуживанию, не нуждаются во внешнем источнике питания и редко создают помехи для посторонних конструкций.Однако они предлагают ограниченную защиту больших конструкций и поэтому используются для довольно локализованных приложений CP.

Системы с наложенным током чаще используются для защиты трубопроводов и подземных резервуаров. Их высокий выходной ток позволяет экономично защищать большие подземные металлические конструкции, они гибки, чтобы работать в различных условиях, и менее чувствительны к удельному сопротивлению почвы. Однако они полагаются на непрерывность источника питания переменного тока и могут создавать помехи другим близлежащим подземным сооружениям.

Уровень тока CP, который подается от систем с подаваемым током, важен. Слишком малый ток приведет к коррозии; чрезмерный ток может привести к разрыву покрытия и водородной хрупкости. По этим причинам системы с импульсным током требуют регулярного контроля.

Потенциал соединения трубы с грунтом (потенциал включения) — Потенциал трубопровода в заданном месте обычно называют потенциалом соединения трубы с почвой.Это происходит в результате коррозионной электролитической реакции между заглубленной трубой и окружающей почвой (электролитом). Фактически он измеряется между трубопроводом и контрольным электродом (чаще всего из сульфата меди), помещенным в почву непосредственно над трубопроводом. Он также известен как потенциал включения, потому что измерение выполняется, когда система CP находится под напряжением.
Мгновенное отключение потенциала — При измерении расстояния между трубой и почвой потенциал трубопровода будет более отрицательным, чем его истинный потенциал, из-за ошибок падения ИК-излучения.Измерение мгновенного выключения исправляет эти ошибки; ток CP ненадолго прерывается для создания «истинного» потенциала трубы-грунта, свободного от нежелательных эффектов падения ИК-излучения и до того, как произойдет какая-либо заметная деполяризация. Это более точная мера уровня защиты, обеспечиваемой трубопроводу. Если невозможно на мгновение отключить CP, альтернативным подходом является использование купона на коррозию (см. Ниже).
Текущий купон — Купоны на коррозию, подключенные к катодно-защищенным конструкциям, могут использоваться для контроля эффективности системы CP.Купон — это репрезентативный образец материала трубопровода, закопанный близко к трубе, так что он подвергается воздействию той же окружающей среды. Подключаемый к трубопроводу через испытательный пост, он моделирует реакцию трубопровода, если в его покрытии обнаружится дефект (часто называемый «выходом из строя»). Это особенно полезно, когда невозможно прервать работу системы CP, поскольку мгновенные потенциалы отключения можно удобно измерить, прервав соединение CP с купоном. Измерение тока, протекающего к / от купона, также можно определить путем измерения напряжения на шунте.Площадь поверхности купона позволяет рассчитать плотность тока.

Эти измерения можно проводить на трансформаторном выпрямителе или, в полевых условиях, на испытательных постах / станциях CP. Тем не менее, они представляют собой только образец трубопровода в этой точке — и на небольшой длине с каждой стороны.

CIPS заполняет «промежуток» между измерениями в контрольных точках. К трубопроводу подключается прямое соединение, и этот подводящий провод разматывается с катушки по мере того, как техник проходит по его длине.В процессе работы выходной ток TR прерывается, чтобы техник мог измерить потенциал ВЫКЛ между трубой и почвой с интервалом примерно в 1 м. На трубопроводах с несколькими TR все выходы (или, по крайней мере, те, которые влияют на измерение потенциала в этой точке) должны прерываться синхронно. Время цикла прерывания варьируется, но выбранный период «включения» длиннее периода «выключения», чтобы ограничить деполяризацию трубопровода во время обследования.

DCVG используется для обнаружения и определения размеров дефектов покрытия трубопроводов.«Отпуск» покрытия на трубопроводе с системой CP с подаваемым током вызовет градиент напряжения — с самым высоким градиентом, ближайшим к дефекту. Измерение градиента напряжения на поверхности над трубопроводом позволяет точно обнаруживать и размещать даже небольшие дефекты.

Наш монитор-выпрямитель трансформатора MERLIN имеет опцию удаленной синхронизации с использованием технологии GPS, предназначенную для облегчения этих исследований. Выпрямители можно настроить на синхронизацию и прерывание их вывода, просто отправив сообщение с мобильного телефона.

MERLIN Interrupter TX разработан для точного твердотельного отключения выпрямителей CP или солнечных станций, подключенных к подземному трубопроводу. Используется вместе со специальными мониторами для трансформаторных выпрямителей MERLIN и позволяет дистанционно управлять прерыванием (переключением токового выхода) выпрямителя или солнечной станции.

Прерыватель выходит из строя и переключает выходные нагрузки выпрямителя, возникающие в температурных, окружающих и электрических условиях в шкафу выпрямителя. Твердотельная схема преодолевает ограничения электромеханических реле.

Совместимый со стандартными отраслевыми схемами прерывания, прерыватель MERLIN можно включать и выключать, а также изменять цикл с помощью программного обеспечения Abriox CPSM или iCPSM. Управление прерываниями и временем цикла также можно контролировать с сотового / мобильного телефона в полевых условиях.

Все операторы трубопроводов широко используют CP на своих магистральных трубопроводах. Большим преимуществом CP по сравнению с другими формами антикоррозионной обработки является то, что он применяется очень просто, поддерживая цепь постоянного тока, и ее эффективность можно постоянно контролировать.

Мы работаем по всему миру с консультантами по проектированию CP и компаниями, чтобы помочь с их требованиями к мониторингу CP.Свяжитесь с нами для получения дополнительной информации о том, как системы удаленного мониторинга Abriox могут улучшить управление вашей сетью.

Коррозия является основной причиной преждевременного разрушения металлических конструкций. Операторы могут продлить срок службы своих объектов и оборудования, установив системы катодной защиты и регулярно их проверяя.

Эти системы используются для предотвращения коррозии в течение многих лет в широком спектре гражданских и промышленных применений.Обычно они устанавливаются во время первоначального строительства, значительного расширения или модернизации.

В этом посте рассматриваются два типа систем катодной защиты, типы защищаемых конструкций и приводится пример CP для предотвращения коррозии трубопроводов. Чтобы получить более подробную информацию, просмотрите обучающее видео ниже или ознакомьтесь с нашими часто задаваемыми вопросами внизу этой страницы.

В гальванической системе аноды, подключенные к защищаемой конструкции, имеют естественный потенциал, более отрицательный, чем у самой конструкции.При включении в цепь ток катодной защиты течет от анода (более отрицательный) к конструкции (менее отрицательный).

Гальванические аноды (также называемые расходуемыми анодами) при правильном применении могут защитить подземные стальные, морские, внутренние и промышленные конструкции от коррозии. Для работы им не требуется внешний источник энергии, поэтому их использование ограничено. При правильном применении они могут быть спроектированы таким образом, чтобы обеспечить долгий срок службы при простоте эксплуатации.

Во многих случаях разность потенциалов между гальваническим / протекторным анодом и стальной конструкцией недостаточна для выработки тока, достаточного для срабатывания защиты.В этих случаях источник питания (выпрямитель) может генерировать большую разность потенциалов, позволяя протекать большему току к защищаемой конструкции. Это называется системой катодной защиты наложенным током (ICCP).

На незащищенном трубопроводе потенциальные отклонения возникают естественным образом. Везде, где вы переходите от незначительного положительного к незначительному отрицательному, будут происходить токи и гальваническая коррозия трубопровода.Если вы примените CP к этому трубопроводу — например, линейный анод MATCOR, который проходит параллельно трубопроводу, — ток от анода отводится на трубопровод, предотвращая коррозию.

Что такое катодная защита?
Катодная защита (CP) — это электрохимический процесс, который замедляет или останавливает токи коррозии путем подачи постоянного тока на металл. При правильном применении CP предотвращает реакцию коррозии, чтобы защитить целостность металлических конструкций.
Как работает катодная защита?
Катодная защита работает путем помещения анода или анодов (внешних устройств) в электролит для создания цепи.Ток течет от анода через электролит к поверхности конструкции. Коррозия перемещается к аноду, чтобы остановить дальнейшую коррозию конструкции.
Какие два типа систем катодной защиты?
Двумя основными типами систем катодной защиты являются гальванические и с наложенным током.
Что такое анод?
Анод — один из ключевых компонентов системы катодной защиты. Это компонент, из которого будет разряжаться постоянный ток.Это источник электронов в системе CP. Это компонент, более отрицательный по отношению к защищаемой конструкции.
Что такое катод?
Катод — это структура, имеющая катодную защиту, в которую протекает ток после разрядки с анода. Это компонент, более положительный по отношению к защищаемой конструкции. Когда катод принимает электроны, он становится поляризованным или более электрически отрицательным.
Что такое электролит?
Электролит для целей катодной защиты — это среда вокруг катода (защищаемой конструкции), которая обладает достаточной электропроводностью, чтобы позволить току течь от анода к катоду.И анод, и катод должны находиться в такой среде, которая позволяет току катодной защиты течь от анода к катоду. В некоторых случаях может быть несколько слоев или типов электролита, через которые может протекать ток.
Какие конструкции обычно требуют катодной защиты?
Некоторые подземные или подводные конструкции требуют или могут выиграть от надлежащего применения катодной защиты. Сюда входят все стальные трубопроводы для нефти и газа, системы водяных трубопроводов из стали и чугуна с шаровидным графитом, днища резервуаров большого диаметра над землей, стояки пожарных гидрантов из чугуна с шаровидным графитом и анкеры для направляющих тросов опоры HVAC являются примерами конструкций, которые обычно защищаются с помощью CP.Для морских сооружений катодная защита обычно применяется к стальным сваям и стенкам из шпунтовых свай на широком диапазоне морских прибрежных сооружений. Кроме того, корабли и другие крупные суда обычно используют CP. Это некоторые из распространенных приложений CP, но есть и множество других.
Что такое поляризация?
Когда ток катодной защиты течет от анода к защищаемой конструкции (катод в цепи), электрический потенциал конструкции будет сдвигаться более электрически в отрицательную сторону — обычно это измеряется в мВ.Этот сдвиг потенциала называется поляризацией. Величина поляризации является мерой эффективности тока катодной защиты, и как только поляризация становится достаточной, конструкция считается катодно защищенной. Время, необходимое для полной поляризации структуры, может варьироваться в зависимости от структуры и окружающей среды, но в некоторых случаях для полной поляризации структуры могут потребоваться недели.
Что такое деполяризация?
Когда ток катодной защиты перестанет течь от анода к катодно защищаемой структуре, поляризованная структура начнет деполяризоваться.Скорость деполяризации может варьироваться в зависимости от структуры и окружающей среды.
Когда моя конструкция имеет катодную защиту? Каковы критерии катодной защиты?
В соответствии с международными стандартами NACE существует два основных критерия, которые можно использовать для подтверждения того, что конструкция считается катодно защищенной. Первым критерием является поляризация 100 мВ — это довольно простой критерий для применения, поскольку вы измеряете потенциал конструкции без применения какого-либо CP (собственный потенциал), а затем, применяя катодную защиту в течение достаточного периода времени для поляризации, измеряете потенциал снова, и если разность потенциалов больше 100 мВ — это обычно известно как критерий сдвига 100 мВ.Другой критерий — это критерий отключения напряжения 850 мВ. В этом случае нет необходимости иметь собственный потенциал для использования в качестве базовой линии — этот критерий просто требует, чтобы потенциал структуры был более отрицательным, чем -850 мВ после учета всех источников тока (путем их отключения на некоторое время). мгновенный).
Что такое «Мгновенное отключение»?
Мгновенное выключение относится к процессу выполнения измерений в момент отключения питания системы CP с подаваемым током.При наличии нескольких источников тока все они должны быть отключены одновременно с помощью синхронизированных прерывателей. Целью отключения всех источников тока является устранение ИК-перепадов в цепи. Поскольку ток (I) течет по кабелю, возникает сопротивление (R), которое ток должен преодолеть — это называется падением напряжения, потому что V = I x R.Пытаясь измерить уровень поляризации, важно исключить ИК-излучение. падения в цепи, которые являются результатом протекания тока, создающего эти IR капли.При мгновенном отключении тока эти показания падения ИК-излучения немедленно уменьшаются до нуля, поскольку ток (I) теперь равен нулю. Это означает, что поляризация, измеряемая сразу после отключения тока, является истинным током поляризации. Выбор времени имеет решающее значение, потому что при отключении тока структура немедленно деполяризуется, и потенциал поляризации начинает уменьшаться. Цель мгновенных показаний отключения поляризации — уловить уровень поляризации при отключении питания и до начала процесса деполяризации.
Какие бывают типы анодов?
Аноды можно разделить на два основных типа анодов — гальванические аноды (часто называемые расходуемыми анодами) и аноды с подаваемым током. Аноды гальванической серии используют естественный перепад напряжения между анодом и структурой для отвода тока от анода к конструкции. Аноды с наложенным током используют внешний источник питания для отвода тока от анода к конструкции.
Что такое гальванический или расходный анод?
Гальванические аноды — это в основном металлические отливки, в которых не используется внешний источник питания для управления током.Они полагаются на естественные разности потенциалов между двумя металлами, чтобы управлять током катодной защиты. Существует три основных типа гальванических анодов. Магний, который является наиболее активным из гальванических анодов и используется в основном в почве. Цинк, который является менее активным металлом, обычно используется в почвах с низким удельным сопротивлением и солоноватой воде. Цинк также является основным металлом при гальванике. И, наконец, алюминий, который в основном используется в морской воде. Обратите внимание, что гальванические аноды часто называют расходными анодами, потому что они расходуются во время реакции CP — это также верно и для многих анодов с подаваемым током.Термин «жертвенный» подразумевает отсутствие источника питания и использование анодов этих анодов, которые более активны, чем защищаемая конструкция.
Каковы преимущества гальванической анодной системы?
Гальванические анодные системы обладают двумя основными преимуществами. Для них не требуется источник питания — во многих случаях затраты на обеспечение и установку источника питания могут быть весьма значительными. Они практически не требуют регулярного обслуживания, поскольку отсутствует блок питания.В правильных применениях эти два преимущества делают эти анодные системы рентабельными.
Каковы недостатки гальванических анодных систем?
Ограниченная мощность, с гальваническими анодными системами движущая сила между анодом и структурой ограничена максимумом около 1 В и часто намного меньше, чем движущая сила 1 В. Для более крупных конструкций часто требуется больший ток, чем то, что можно получить с помощью гальванических анодов.
Гальванические аноды с ограниченным сроком службы потребляют относительно большие объемы — несколько кг / ампер в год.Это значительно ограничивает срок службы анода в некоторых приложениях.
Ограниченное управление, гальванические аноды не имеют источника питания, выход которого можно регулировать путем изменения мощности, подаваемой на анод — с системами гальванических анодов они работают исключительно на основе сопротивления системы, зависящего от разницы напряжений между анодом и структурой.
Что такое анод с наведенным током?
Аноды с наложенным током предназначены для разряда тока при питании от внешнего источника постоянного тока.Обычно этот внешний источник представляет собой трансформатор / выпрямитель, который преобразует мощность переменного тока в мощность постоянного тока. При наличии достаточного количества внешних источников питания анодные системы с подаваемым током могут разряжать достаточный ток для защиты практически любой конструкции независимо от размера или состояния покрытия. Поскольку аноды выбираются не на основе их уровня активности, они могут быть выбраны на основе их текущих характеристик разряда — с каким током они могут справиться. Три наиболее распространенных анода с подаваемым током — это графитовый, высококремнистый чугун и аноды электрокаталитического типа.
Каков ожидаемый срок службы анода?
Существует два основных класса анодов — это те аноды, которые электрохимически реагируют, генерируя электрический ток. В эту группу входят магний, цинк и алюминий, а также аноды с напряженным током из графита и чугуна с высоким содержанием кремния. Эти аноды потребляют с определенной скоростью, основанной на генерируемом токе, и их скорость потребления может быть определена в килограммах массы, потребляемой на каждое такое количество ампер-лет работы.Всегда есть соображения по поводу использования анода — вы никогда не сможете полностью израсходовать 100% массы анода — в какой-то момент деградация анода влияет на способность анодов работать. Таким образом, эти электрохимически активные аноды вполне могут рассчитать ожидаемый срок службы анодов.
Существует второй класс анодов — это те аноды, которые являются электрокаталитическими и не являются реагентами, но способствуют электрохимическим реакциям. Эти аноды каталитического типа изготавливаются на основе платины или типа MMO.MMO — это сокращение от смешанного оксида металлов, и это покрытие, состоящее из оксидов металлов иридия (или рутения) и других компонентов. Поскольку эти аноды являются каталитическими, они потребляют не так, как электрохимически активные аноды. У MMO-анодов нет измеримой потери массы, поскольку они не вступают в прямую реакцию с электролитом. Однако у этих каталитических анодов действительно есть свой определяемый срок службы анода, также основанный на ампер-годах эксплуатации.
Что такое анод из смешанного оксида металла (MMO)?
MMO — это покрытие, состоящее из смеси оксидов редкоземельных металлов с иридием или рутением в качестве активного катализатора.Иридий подходит для всех сред CP, в то время как аноды на основе рутения подходят только для морской воды. Точная смесь, используемая в покрытии, может варьироваться от производителя, но ключевым моментом является то, что производитель имеет проверенный рецепт и что его рабочие характеристики, включая срок службы анода, могут быть предсказуемо рассчитаны на основе ускоренных программ испытаний на срок службы. Эти анодные покрытия MMO наносятся на подложку из технически чистого титана Grade I или Grade II. Некоторые из распространенных форм анодов MMO включают проволоку, стержни, трубки, полосы, полосы и листы из ленточной сетки, пластины и диски.
Что такое выпрямитель?
Выпрямитель — это просто источник питания, который преобразует мощность переменного тока в мощность постоянного тока. Для большинства систем катодной защиты наложенным током выпрямитель является неотъемлемым компонентом конструкции системы. Выпрямители доступны в широком диапазоне типов корпусов в зависимости от окружающей среды и классификации опасной зоны. Размер выпрямителя рассчитывается исходя из максимальной номинальной мощности постоянного тока — например, 50 В x 50 А означало бы, что выпрямитель способен выдавать мощность 2500 Вт.
Какая правильная проводка постоянного тока для выпрямителя катодной защиты?
Крайне важно, чтобы полярность выхода выпрямителя постоянного тока была правильно установлена до подачи питания на выпрямитель или источник питания. Положительный полюс постоянного тока всегда должен быть подключен к анодной системе, в то время как отрицательный полюс постоянного тока всегда подключается к проводам конструкции, подключенным к конструкции. Повторюсь, анод всегда должен быть подключен к положительной — структуре к отрицательной. Если анод и выводы структуры связаны с противоположной полярностью, ток будет отводиться от конструкции к анодной системе.Это может иметь катастрофические последствия, поскольку это вызовет ускоренную коррозию конструкции — для стали это будет со скоростью 20 фунтов / ампер в год.
Что такое испытательная станция катодной защиты?
Испытательные станции — еще один ключевой компонент в конструкции системы катодной защиты. Эти испытательные станции обычно устанавливаются в стратегически важных местах, чтобы обеспечить доступ для тестирования. Испытательные станции — это общее название, которое может варьироваться от простого вывода от трубы или заглубленной конструкции к испытательной станции, чтобы обеспечить простое электрическое соединение, до очень сложных с датчиками скорости коррозии, купонами переменного и постоянного тока и оборудованием для удаленного сбора и мониторинга данных. .
Что такое кабель HMWPE? Что такое кабель HMWPE / Kynar или HMWPE / Halar?
В индустрии катодной защиты аноды часто закапывают в землю или размещают в суровых условиях эксплуатации. Для защиты целостности анодной кабельной системы в промышленности используется кабельная система «прямого захоронения». Наиболее распространенным в США является кабель из высокомолекулярного полиэтилена или HMWPE. Эта изоляция кабеля обычно имеет толщину 110 мил или более и чрезвычайно прочна и ее трудно повредить даже при самом жестком обращении.Для некоторых сильно хлорированных сред обычно используется двойная изоляция с внутренней оболочкой из фторполимера. Обычно используются такие типы, как PVDV (Kynar) и ECTFE (Halar), и они имеют очень похожие характеристики химической стойкости.
Где используется кабель HMWPE / Kynar или HMWPE / Halar с двойной изоляцией?
Прямой подземный кабель с двойной изоляцией имеет внутренний слой из химически стойкого фторполимера (Kynar или Halar) для обеспечения дополнительной химической стойкости в сильно хлорированной среде.Если соли присутствуют, эти соли могут привести к образованию газообразного хлора, который реагирует с водой с образованием соляной кислоты. Это может серьезно повредить стандартные кабели, и дополнительная химическая защита кабелей с двойной изоляцией настоятельно рекомендуется в областях, где возникают высокие плотности тока в среде, богатой хлоридом, с минимальной подвижностью газа или электролита. Глубокие анодные грунты, засоленные почвы, заболоченные участки — все это может создать проблемы для стандартного кабеля, требуя более химически инертной изоляции кабеля.
В чем заключается проблема соединений кабеля с анодом в катодной защите?
Для систем катодной защиты наложенным током критически важно, чтобы в кабельной разводке или каких-либо кабельных соединениях / стыках не было сколов, порезов или трещин. Это особенно важно для анодных кабелей, подключенных к положительной стороне источника питания. Если какая-либо часть анодной кабельной системы будет нарушена, и медный проводник имеет электрический путь обратно в окружающую среду, тогда медь станет непреднамеренным анодом и начнет очень быстро потреблять, что приведет к обрыву цепи и неработоспособной системе CP.Таким образом, на анодной стороне очень важно, чтобы все стыки или соединения были полностью водонепроницаемыми и чтобы вся изоляция кабеля была в хорошем состоянии.
Что такое RMU? Как RMU используются в катодной защите?
RMU — это сокращение от Remote Monitoring Unit. При удаленном мониторинге катодной защиты RMU обычно используются для мониторинга и в большинстве случаев управления производительностью выпрямителей в системах катодной защиты с наложенным током. RMU также могут быть применены к испытательным станциям, критическим соединениям и другим приложениям мониторинга.Доступны различные технологии, включая широкополосную, сотовую и спутниковую связь, позволяющие осуществлять мониторинг и управление системой.
Что такое опрос CIS (или CIPS)?
CIS или исследование с близким интервалом, более широко известное как CIPS (исследование потенциала с близким интервалом), является распространенным средством проверки надлежащей работы систем катодной защиты вдоль протяженных трубопроводов или внутри трубопроводных сетей станций / заводов. Обследование заключается в снятии возможных показаний по мере того, как бригада проходит по центру заглубленного трубопровода.Эти показания обычно снимаются, когда все влияющие источники тока периодически включаются и выключаются. Таким образом, снимаются показания, фиксирующие потенциал между трубой и электродом сравнения. Регистрируются показания как текущего включенного, так и текущего выключенного цикла. Этот процесс повторяется по всей длине трубопровода. Затем данные включения / выключения анализируются, чтобы подтвердить, что система CP работает правильно и обеспечивает требуемую поляризацию системы.
Что такое «прерывание»?
Прерыватель — это сложный переключатель, который можно использовать для прерывания работы выпрямителя.Используемые сегодня прерыватели автоматически синхронизируются по спутниковому сигналу, что позволяет синхронизировать множество прерывателей с одним и тем же временем, чтобы собранные данные о выключении были точными. Многие новые выпрямители для трубопроводов поставляются со встроенными прерывателями, которые можно запитывать дистанционно для обследований и для тестирования системы CP.
Что такое система с глубоким анодом?
Иногда называемая глубоким анодным колодцем или глубоким анодным заземляющим слоем, система глубокого анода часто является эффективным средством подачи большого количества тока в землю из одного места с очень малой площадью контакта с поверхностью.Обычное буровое оборудование используется для бурения скважины глубиной примерно 200-400 футов и опускания одного или нескольких анодов в скважину перед засыпкой скважины. Аноды расположены достаточно далеко от поверхности, чтобы их можно было считать электрически удаленными от конструкции и, таким образом, они могли пропускать ток в перегруженную подземную среду или распределять ток на многие мили в каждом направлении для изолированных трубопроводов.
Что такое газовая блокировка анода?
Во время электрохимической реакции катодной защиты в процессе реакции образуется газ, который также высвобождает электроны, позволяя току распространяться через электролит.В большинстве сред этот газ может куда-то диффундировать или выходить; однако в тех редких случаях, когда генерируемый газ не может мигрировать от поверхности анода, газ может фактически блокировать поток электронов и подавлять реакцию катодной защиты. Это чаще встречается в системах с глубоким анодом, когда отверстие пробивается с поверхности в землю, а окружающая среда вокруг ствола скважины может быть не очень проницаемой, что приводит к улавливанию газов. В большинстве систем с глубоким анодом используется вентиляционная труба, позволяющая газам выходить наружу и предотвращать закупорку газа.
Что такое вентиляционная труба?
Вентиляционные трубы — это трубы небольшого диаметра, в которых просверлены отверстия или прорезаны щели, которые позволяют газам, образующимся на аноде во время процесса катодной защиты, выходить из анода. Это может помочь уменьшить скопление газов вокруг анода или концентрацию соляной кислоты с низким pH, которая может образовываться, когда избыток газообразного хлора доступен и не удаляется. Эта среда с низким pH может повредить изоляцию кабеля из HMWPE и привести к преждевременному выходу кабеля из строя.
Какова роль засыпки кокса?
Почти все заглубленные аноды имеют ту или иную форму обратной засыпки, которая либо встроена в анодную упаковку, либо поставляется извне для установки. Для анодов с подаваемым током обычно используется засыпка из кокса. Основная роль засыпки кокса заключается в обеспечении однородной среды с низким сопротивлением, в которой анод может легко разряжать ток. Это помогает уменьшить любые проблемы, связанные с плохим контактом с землей скрытого анода, а также увеличивает эффективный размер анода, уменьшая анодную засыпку до сопротивления заземления.
Расходует ли также засыпка кокса, и если да, то сколько?
Углерод сам по себе может действовать как анод с подаваемым током, и когда другой анод с подаваемым током устанавливается в засыпку кокса, часть засыпки кокса будет действовать как продолжение анода подаваемого тока, и в той степени, в которой углерод расходуется, текущее потребление анода, вероятно, уменьшится. Скорость расходования коксовой засыпки и степень положительного воздействия, оказываемого на фактический срок службы анода, во многом зависит от конкретной площадки и зависит от таких переменных, как качество коксовой колонны, уплотнение коксовых частиц, уровень влажности и форма частиц.По сути, существует два режима проводимости для электронов — это электронная проводимость, при которой электроны текут от анода через кокс, являясь продолжением реального анода, происходит электрохимическая анодная реакция от углерода к окружающей среде. Это приводит к тому, что углерод является реагентом, и происходит ионный перенос, когда ток генерируется на аноде, а затем течет по пути влаги на внешней стороне коксовых частиц, таким образом, не вовлекая углерод в качестве первичного реагента и, следовательно, не потребляя.Суть в том, что трудно знать, как будет работать отдельная установка или с какой скоростью будет потребляться засыпка.
Где я могу узнать больше о катодной защите?
Конечно, вы всегда можете связаться с MATCOR, однако темы ScienceDirect включают в себя книги и рецензируемые журналы по предмету CP.
Мы ответим на ваш вопрос по электронной почте и разместим его здесь.
Чтобы связаться с нашей командой экспертов по катодной защите для получения дополнительной информации, задать вопрос или получить расценки, нажмите ниже.Мы ответим по телефону или электронной почте в течение 24 часов. Чтобы получить немедленную помощь, позвоните по телефону + 1-215-348-2974.
Катодная защита 101
Ричард Бакстер и Джим Бриттон
Как сталь разъедает в воде?
Чтобы понять катодную защиту, вы должны сначала понять, как вызывается коррозия. Для возникновения коррозии должны присутствовать три вещи:
1. Два разнородных металла
2. Электролит (вода с любым типом соли или растворенных в ней солей)
3.Металлический (токопроводящий) путь между разнородными металлами
Два разнородных металла могут быть совершенно разными сплавами, такими как сталь и алюминий, но более вероятно, что это будут микроскопические или макроскопические металлургические различия на поверхности цельного куска стали. В данном случае мы будем рассматривать свободно корродирующую сталь, которая неоднородна.
Если указанные выше условия существуют, в более активных центрах происходит следующая реакция: (два иона железа плюс четыре свободных электрона).
2Fe => 2Fe ⁺⁺ + 4e ^—
Свободные электроны перемещаются по металлическому пути к менее активным центрам, где происходит следующая реакция: (газообразный кислород превращается в ион кислорода — путем объединения с четырьмя свободными электронами — который соединяется с водой с образованием гидроксильных ионов).
O ₂ + 4e ^— + 2H ₂ 0 => 4 OH ^—
Рекомбинация этих ионов на активной поверхности приводит к следующей реакции, в результате которой образуется гидроксид железа, продукт коррозии железа: (железо соединяется с кислородом и водой с образованием гидроксида железа).
2Fe + O ₂ + 2H ₂ O => 2Fe (OH) ₂
Эта реакция чаще описывается как «протекание тока через воду от анода (более активный центр) к катоду (менее активный центр)».
Как катодная защита останавливает коррозию?
Катодная защита предотвращает коррозию за счет преобразования всех анодных (активных) участков на поверхности металла в катодные (пассивные) за счет подачи электрического тока (или свободных электронов) от альтернативного источника.
Обычно это гальванические аноды, которые более активны, чем сталь. Эту практику также называют жертвенной системой, поскольку гальванические аноды жертвуют собой, чтобы защитить конструкционную сталь или трубопровод от коррозии.
В случае алюминиевых анодов реакция на поверхности алюминия: (четыре иона алюминия плюс двенадцать свободных электронов)
4Al => 4AL ⁺⁺⁺ + 12 e ^—
и на стальной поверхности: (газообразный кислород превращается в ионы кислорода, которые соединяются с водой с образованием гидроксильных ионов).
3O ₂ + 12e ^— + 6H ₂ 0 => 12OH ^—
Пока ток (свободные электроны) достигает катода (стали) быстрее, чем кислород, коррозия не происходит.
Рисунок 1: Система расходуемого анода в морской воде
Основные соображения при проектировании расходуемых анодных систем
Электрический ток анодного разряда регулируется законом Ома:
I = E / R
I = текущий ток в амперах
E = разница потенциалов между анодом и катодом в вольтах
R = полное сопротивление цепи в омах
Первоначально ток будет высоким, потому что разница потенциалов между анодом и катодом велика, но по мере того, как разность потенциалов уменьшается из-за эффекта протекания тока на катод, ток постепенно уменьшается из-за поляризации катода.Сопротивление цепи включает как водяной путь, так и металлический путь, который включает любой кабель в цепи. Преобладающей величиной здесь является сопротивление анода морской воде.
Для большинства применений сопротивление металла настолько мало по сравнению с водонепроницаемостью, что им можно пренебречь (хотя это не относится к саням или длинным трубопроводам, защищенным с обоих концов). Как правило, длинные и тонкие аноды имеют меньшее сопротивление, чем короткие толстые аноды. Они будут разряжать больше тока, но не прослужат так долго.
Следовательно, разработчик катодной защиты должен подобрать аноды таким образом, чтобы они имели правильную форму и площадь поверхности для разрядки достаточного тока для защиты конструкции и достаточный вес, чтобы прослужить желаемый срок службы при разрядке этого тока.
Как правило:
Длина анода определяет, какой ток может производить анод, и, следовательно, сколько квадратных футов стали можно защитить. Поперечное сечение (вес) определяет, как долго анод может выдерживать этот уровень защиты.
Системы катодной защиты с наложенным током (анодные системы ICCP)
Из-за высоких токов, присутствующих во многих системах с морской водой, нередко используются системы с подаваемым током, в которых используются аноды того типа (аноды ICCP), которые нелегко растворяются в ионах металлов. Это вызывает альтернативную реакцию: окисление растворенных хлорид-ионов.
2Cl ^— => Cl ₂ + 2e ^—
Питание осуществляется от внешнего блока питания постоянного тока.
Рисунок 2: Система катодной защиты наложенным током в морской воде
Как мы узнаем, что у нас достаточно катодной защиты?
Мы можем проверить наличие достаточного тока, измерив потенциал стали относительно стандартного электрода сравнения, обычно серебра / хлорида серебра (Ag / AgCl SW.), Но иногда и цинка (SW.).
Поток тока на любой металл сместит его нормальный потенциал в отрицательную сторону.История показала, что если сталь получает достаточно тока, чтобы сместить потенциал до (-) 0,800 В по сравнению с серебром / хлоридом серебра (Ag / AgCl), коррозия практически останавливается.
Из-за природы образующихся пленок минимальный (-0,800 В) потенциал редко бывает оптимальным, поэтому разработчики стараются достичь потенциала между (-) 0,950 В и (-) 1,000 В относительно Ag / AgCl sw.
Рисунок 3: Защищенные и незащищенные конструкции, подтвержденные потенциалом катодной защиты
16.8. Электрохимическая коррозия — Chemistry LibreTexts
Цели обучения
Убедитесь, что вы полностью понимаете следующие важные идеи. Особенно важно, чтобы вы знали точное значение всех выделенных терминов в контексте этой темы.
Электрохимическая коррозия металлов происходит, когда электроны от атомов на поверхности металла переносятся на подходящий акцептор электронов или деполяризатор . Должна присутствовать вода, чтобы служить средой для переноса ионов.
Наиболее распространенными деполяризаторами являются кислород, кислоты и катионы менее активных металлов.
Поскольку электроны проходят через сам металлический объект, анодная и катодная области (две половины электрохимической ячейки) могут находиться на значительном расстоянии друг от друга.
Анодные области имеют тенденцию развиваться в местах, где металл подвергается напряжению или защищен от кислорода.
Контакт с другим металлом, прямой или косвенный, может привести к коррозии более активного металла.
Коррозию стали можно предотвратить путем цинкования , то есть путем покрытия его цинком, более активным металлом, растворение которого оставляет на металле отрицательный заряд, который препятствует дальнейшему растворению Fe ²⁺.
Катодная защита с использованием внешнего источника напряжения широко используется для защиты подземных сооружений, таких как резервуары, трубопроводы и опоры. Источником может быть расходуемый анод из цинка или алюминия, либо сетевой или фотоэлектрический источник питания.
Коррозию можно определить как разрушение материалов химическими процессами. Из них наиболее важной на сегодняшний день является электрохимическая коррозия металлов, в которой процесс окисления M → M ⁺ + e ^— облегчается наличием подходящего акцептора электронов, иногда называемого в коррозионной науке как деполяризатор.
В некотором смысле коррозию можно рассматривать как самопроизвольное возвращение металлов в свои руды; огромное количество энергии, потребляемой при добыче, рафинировании и производстве металлов в полезные объекты, рассеивается множеством различных маршрутов.Экономические аспекты коррозии намного важнее, чем думает большинство людей; ориентировочная стоимость коррозии только в США составила 276 миллиардов долларов в год. Из этой суммы около 121 миллиарда долларов было потрачено на борьбу с коррозией, а разница в 155 миллиардов долларов осталась чистой убытком для экономики. Коммунальные предприятия, особенно системы питьевого водоснабжения и канализации, несут наибольший экономический ущерб, за которыми следуют автомобили и транспорт.
Ячейки коррозии и реакции
Особенностью большинства процессов коррозии является то, что стадии окисления и восстановления происходят в разных местах металла.Это возможно, потому что металлы являются проводящими, поэтому электроны могут течь через металл из анодной области в катодную (рис. \ (\ PageIndex {1} \)). Присутствие воды необходимо для переноса ионов к металлу и от него, но может быть достаточно тонкой пленки адсорбированной влаги.
Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Коррозия — это двухэтапный процесс. Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Электрохимическая коррозия железа. Коррозия часто начинается в месте (1), где металл находится под напряжением (на изгибе или сварке) или изолирован от воздуха (где два куска металла соединены или находятся под неплотно приставшей пленкой краски.) Ионы металлов растворяются в пленке влаги, а электроны мигрируют в другое место (2), где они захватываются деполяризатором . Кислород — самый распространенный деполяризатор; образующиеся гидроксид-ионы реагируют с Fe ²⁺ с образованием смеси водных оксидов железа, известной как ржавчина . (CC BY 3.0 Unported; Стивен Лоуэр)
Коррозионная система может рассматриваться как короткозамкнутый электрохимический элемент, в котором анодный процесс примерно равен
. {-}} \ label {1.{-}} \ rightarrow \ ce {M (s)} \ label {1.7.2c} \]
где \ (\ ce {M} \) — металл.
Какие части металла служат анодами и катодами, может зависеть от многих факторов, как видно из обычно наблюдаемых нерегулярных структур коррозии. Атомы в областях, которые подверглись напряжению, которое может быть получено при формовании или механической обработке, часто имеют более высокую свободную энергию и, следовательно, имеют тенденцию становиться анодными.
Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): Принципиальная схема ячеек коррозии железа.(CC BY-NSA-NC; анонимно по запросу)
Если одна часть металлического объекта защищена от атмосферы так, что \ (\ ce {O2} \) недостаточно для создания или поддержания оксидной пленки, это «защищает «регион часто будет местом, где коррозия наиболее активна. Тот факт, что такие участки обычно скрыты от глаз, во многом объясняет сложность обнаружения и контроля коррозии.
Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): Точечная коррозия Большинство металлов покрыто тонкой оксидной пленкой, которая препятствует анодному растворению.Когда происходит коррозия, иногда в металле образовывается узкое отверстие или ямка. Дно этих ям, как правило, лишено кислорода, что способствует дальнейшему врастанию ямы в металл. (CC BY 3.0 Unported; Стивен Лоуэр)
В отличие от анодных участков, которые, как правило, локализуются в определенных областях поверхности, катодная часть процесса может происходить практически где угодно. Поскольку оксиды металлов обычно являются полупроводниками, большинство оксидных покрытий не препятствуют потоку электронов к поверхности, поэтому почти любая область, которая подвергается воздействию \ (\ ce {O2} \) или какого-либо другого акцептора электронов, может действовать как катод.Склонность участков, лишенных кислорода, становиться анодными, является причиной многих часто наблюдаемых видов коррозии.
Ржавые пятна от автомобилей и ванных комнат
Любой, кто владел старым автомобилем, видел коррозию на стыках между частями кузова и под пленкой краски. Вы также заметили, что как только начинается коррозия, она начинает питаться сама собой. Одна из причин этого заключается в том, что одним из продуктов реакции восстановления O ₂ является ион гидроксида. Высокий pH, образующийся в этих катодных областях, имеет тенденцию разрушать защитную оксидную пленку и может даже смягчать или ослаблять пленки краски, так что эти участки могут стать анодными.Большее количество электронов способствует более интенсивному катодному действию, которое порождает еще больше анодных участков и т. Д.
Рисунок \ (\ PageIndex {4} \): Ржавый автомобиль. Сильно проржавевшие половицы Chrysler New Yorker 1990 года выпуска. Автомобиль был поврежден до такой степени, что управлять им стало небезопасно. Под ржавым участком между двумя отверстиями были две тормозные магистрали (Public Domain; Bige1977 через Википедию).
Очень распространенной причиной коррозии является контакт двух разнородных металлов, что может произойти около крепежа или в сварном шве.Влага собирается в точке соединения, действуя как электролит и образуя ячейку, в которой два металла служат электродами. {-}}.\]
Метод защиты 1. Жертвенные покрытия
Один из способов снабжения этого отрицательного заряда — нанесение покрытия из более активного металла. Таким образом, очень распространенный способ защиты стали от коррозии — покрытие ее тонким слоем цинка; Этот процесс известен как цинкование. Цинковое покрытие, которое менее благородно, чем железо, имеет тенденцию к избирательной коррозии. Растворение этого жертвенного покрытия оставляет после себя электроны, которые концентрируются в железе, делая его катодным и тем самым препятствуя его растворению.
Рисунок \ (\ PageIndex {5} \): Жертвенные покрытия (CC BY 3.0 Unported; Стивен Лоуэр)
Эффект покрытия железа менее активным металлом обеспечивает интересный контраст. Обычная луженая банка (справа) — хороший тому пример. Пока оловянное покрытие остается неповрежденным, все в порядке, но воздействие влажной атмосферы даже на крошечную часть лежащего под ним железа вызывает коррозию. Электроны, высвобождаемые из железа, перетекают в олово, делая его более анодным, поэтому теперь олово активно способствует коррозии железа! Вы, наверное, наблюдали, как жестяные банки очень быстро разрушаются, когда их оставляют на открытом воздухе.
Метод защиты 2: катодная защита
Более сложная стратегия состоит в поддержании постоянного отрицательного электрического заряда на металле, чтобы предотвратить его растворение в виде положительных ионов. Поскольку вся поверхность приводится в катодное состояние, этот метод известен как катодная защита . Источником электронов может быть внешний источник постоянного тока (обычно используемый для защиты нефтепроводов и других подземных сооружений), или это может быть коррозия другого, более активного металла, такого как кусок цинка или алюминия, закопанный в землю поблизости. , как показано на иллюстрации подземного резервуара для хранения пропана ниже.
Рисунок \ (\ PageIndex {6} \): Катодная защита (CC BY 3.0, без порта; Стивен Лоуэр)
Катодная защита — обзор
5.1 ВВЕДЕНИЕ
Катодная защита — это проверенный метод контроля коррозии для защиты подземных и подводных металлических конструкций, таких как нефте- и газопроводы, кабели, инженерные сети и фундамент конструкций. Катодная защита в настоящее время широко применяется для защиты нефтяных буровых платформ, верфей, причалов, кораблей, подводных лодок, труб конденсаторов в теплообменниках, мостов и палуб, гражданских и военных самолетов и систем наземного транспорта.
Проектирование систем катодной защиты довольно сложно, однако оно основано на простых электрохимических принципах, описанных ранее в главе 2. Коррозионный ток протекает между анодами местного действия и катодами из-за наличия разности потенциалов между ними (Рис. 5.1). Как показано на рис. 5.2, электроны, высвобождаемые в анодной реакции, расходуются в катодной реакции. Если мы подадим дополнительные электроны в металлическую структуру, больше электронов будет доступно для катодной реакции, что приведет к увеличению скорости катодной реакции и уменьшению скорости анодной реакции, что в конечном итоге сведет к минимуму или устранит коррозию.Это в основном цель катодной защиты. Дополнительные электроны питаются постоянным электрическим током. При приложении постоянного тока потенциал катода смещается к потенциалу анодной области. Если применяется достаточный постоянный ток, разница потенциалов между анодом и катодом устраняется, и коррозия в конечном итоге прекращается.
Рисунок 5.1. Электрохимическая ячейка. Ячейка коррозии между двумя участками на единой металлической поверхности. Ток течет из-за разницы потенциалов, которая существует между анодом и катодом.Анионы (например, Fe ⁺⁺) остаются на аноде, который подвергается коррозии, и попадают на катод, предотвращая коррозию. Электроны не растворяются в водных растворах и движутся только в металле
Рисунок 5.2. Простая электрохимическая ячейка
По мере увеличения катодного тока (большая передача электронов) катодная реакция поляризуется в направлении анодного потенциала местного действия, тем самым дополнительно уменьшая разность потенциалов между анодами и катодами. Полная катодная защита достигается, когда металлическая структура становится катодной (более отрицательной).Степень коррозии прямо пропорциональна величине разности потенциалов между анодом и катодом, следовательно, устранение этой разницы может исключить коррозию.
Обзор катодной защиты | Инспекционная
Катодная защита (CP) — один из наиболее эффективных методов предотвращения большинства видов коррозии на металлической поверхности.В некоторых случаях CP может даже предотвратить возникновение коррозионных повреждений. Металлы, особенно черные, подвержены коррозии в присутствии кислорода, воды и других примесей, таких как сера. Без CP металлы действуют как анод и легко теряют свои электроны, и, таким образом, металл окисляется и корродирует. CP просто снабжает металл электронами от внешнего источника, делая его катодом.
Базовая терминология
Окисление — Потеря электронов
Восстановление — Прирост электронов
Анод — где происходят реакции окисления
Катод — там, где происходят реакции восстановления
Ниже приведены две полезные мнемоники, чтобы запомнить, как электроны переносятся в окислительно-восстановительных (окислительно-восстановительных) реакциях.
OILRIG — Окисление — потеря, уменьшение — прибыль
AnOx RedCat — анод для окисления, восстановления на катоде
Типы катодной защиты
1. Гальваническая катодная защита
Гальваническая катодная защита включает защиту металлической поверхности части оборудования с использованием другого металла, который является более реактивным. Последний металл, обычно называемый гальваническим или расходуемым анодом, имеет менее отрицательный электрохимический потенциал по сравнению с защищаемым металлическим компонентом.Следовательно, жертвенный анод подвергается окислению, а не рабочее оборудование. Этот метод показан на Рисунке 1 ниже для морской платформы со стальной трубой, погруженной в морскую воду. В этом примере расходуемый анод представляет собой алюминиевый анод.

Иногда сталь оцинковывают, а не соединяют с гальваническими анодами. Оцинкованные стали — это стали, покрытые защитным слоем цинка. Слой цинка обеспечивает катодную защиту стали от коррозии в большинстве подземных и морских сред.
Рис. 1. Морская нефтяная вышка с расходуемым анодом.
2. Катодная защита наложенным током (ICCP)
ICCP — более экономичный метод защиты от утечки газа, когда подземные трубопроводы длинные или морское оборудование слишком велико для защиты с помощью одного или нескольких гальванических анодов. В ICCP электроны подводятся к катодной структуре с помощью внешнего источника постоянного тока (также называемого выпрямителем). Стальной компонент подключается к отрицательной клемме источника питания, а аноды наложенного тока подключаются к положительной клемме источника питания.Для простоты на рисунке 2 показаны один катод и один анод, подключенные выпрямителем. В приложении несколько анодов подключаются к положительной клемме источника питания.
Рис. 2. Морская буровая установка с наложенным током.
Применение катодной защиты в промышленности
Катодная защита обычно используется для защиты оборудования, работающего в агрессивных средах. Два наиболее распространенных применения CP — это подземные трубопроводные системы и суда, а также морские платформы.CP не используется для защиты оборудования в атмосферных условиях или внутренней защиты компонентов.
CP Вызовы
После установки CP необходимо контролировать и обслуживать. Кроме того, неадекватные конструкции CP не могут максимизировать количество тока, достигающего защищаемого объекта. Конструкции CP должны учитывать условия окружающей среды и компонент, который необходимо защитить от коррозии. Еще один важный фактор, который необходимо контролировать, — это паразитные токи, которые могут создавать помехи в системе.Эти мешающие токи могут быть вызваны окружающей средой или соседними компонентами (особенно, если новое оборудование введено в эксплуатацию). Кроме того, аноды и выпрямители необходимо обслуживать, чтобы CP был эффективным и надежным.
Соответствующие стандарты и правила
49 CFR 192.451 — Требования к контролю коррозии — Транспортировка природного и другого газа по трубопроводам: минимальные федеральные стандарты безопасности США
49 CFR 192.551 — Требования к контролю коррозии — Транспортировка опасных жидкостей по трубопроводам: Минимальные федеральные стандарты безопасности США
API RP 651 — Катодная защита надземных резервуаров для хранения нефти
Связанные темы
Инструменты темы
Поделиться темой
Внести вклад в определение
Мы приветствуем обновления этого определения Integripedia от Inspectioneering сообщество.Щелкните ссылку ниже, чтобы отправить любые рекомендуемые изменения для Inspectioneering’s команда редакторов для обзора.
Способствовать определению Жертвенный анод
— Chemistry LibreTexts
Жертвенный анод
— это высокоактивные металлы, которые используются для предотвращения коррозии менее активной поверхности материала.Жертвенные аноды создаются из металлического сплава с более отрицательным электрохимическим потенциалом, чем другой металл, который он будет использоваться для защиты. Жертвенный анод сгорит вместо металла, который он защищает, поэтому его называют «жертвенным» анодом.
Катодная защита
Когда металлические поверхности контактируют с электролитами, они подвергаются электрохимической реакции, известной как коррозия. Коррозия — это процесс возвращения металла в его естественное состояние в виде руды, в результате чего металл распадается и его структура становится слабой.Эти металлические поверхности используются повсюду вокруг нас — от трубопроводов до зданий и кораблей. Важно гарантировать, что эти металлы служат как можно дольше, что требует так называемой катодной защиты.
Жертвенные аноды относятся к нескольким формам катодной защиты. Другими формами катодной защиты являются
гальванизация,
гальванизация и
формирование сплавов.
Металл в морской воде является одним из таких примеров, когда металлическое железо контактирует с электролитами.При нормальных обстоятельствах металлическое железо реагировало бы с электролитами и начало бы коррозировать, становясь слабее и разрушаясь. Добавление цинка, расходуемого анода, предотвратит «коррозию» металлического железа. Согласно таблице стандартных восстановительных потенциалов, стандартный восстановительный потенциал цинка составляет около -0,76 вольт. Стандартный восстановительный потенциал железа составляет около -0,44 В. Эта разница в потенциале восстановления означает, что цинк будет окисляться намного быстрее, чем железо.Фактически, цинк полностью окислится, прежде чем железо начнет реагировать.
Какие материалы используются для расходных анодов?
Материалы, используемые для расходуемых анодов, представляют собой либо относительно чистые активные металлы, такие как цинк или магний, либо сплавы магния или алюминия, которые были специально разработаны для использования в качестве расходуемых анодов. В тех случаях, когда аноды заглублены, специальный материал для обратной засыпки окружает анод, чтобы гарантировать, что анод будет производить желаемую мощность.
Так как расходуемый анод работает за счет введения другой металлической поверхности с более отрицательной электроотрицательной и гораздо более анодной поверхностью. Ток будет течь от недавно введенного анода, и защищенный металл станет катодным, образуя гальванический элемент. Реакции окисления переносятся с металлической поверхности на гальванический анод и приносятся в жертву в пользу защищенной металлической конструкции.
Рисунок 1 . Частично корродированный жертвенный анод на корпусе корабля.Цифры любезно предоставлены Википедией
Как надеваются расходуемые аноды?
Жертвенные аноды обычно поставляются либо с подводящими проводами, либо с литыми лентами для облегчения их соединения с защищаемой конструкцией. Выводные провода могут быть прикреплены к конструкции с помощью сварки или механических соединений. Они должны иметь низкое сопротивление и должны быть изолированы, чтобы предотвратить повышенное сопротивление или повреждение из-за коррозии. Когда используются аноды с залитыми ремнями, ремни можно либо приварить непосредственно к конструкции, либо ремни можно использовать в качестве мест для крепления.
Для хорошей защиты и устойчивости к механическим повреждениям требуется механически адекватное крепление с низким сопротивлением. В процессе обеспечения электронами катодной защиты менее активного металла более активный металл корродирует. Более активный металл (анод) приносится в жертву, чтобы защитить менее активный металл (катод). Степень коррозии зависит от металла, используемого в качестве анода, но прямо пропорциональна величине подаваемого тока.
Применения
Жертвенные аноды используются для защиты корпусов судов, водонагревателей, трубопроводов, распределительных систем, надземных резервуаров, подземных резервуаров и нефтеперерабатывающих заводов.Аноды в системах катодной защиты с протекторным анодом необходимо периодически проверять и заменять по мере использования.
Ссылки
«Контроль коррозии» NAVFAC MO-307 Сентябрь 1992 г.
Петруччи, Ральф Х., Уильям С. Харвуд, Джеффри Херринг и Джеффри Д. Мадура. Общая химия: принципы и современные приложения. Девятое изд. Река Аппер Сэдл, Нью-Джерси: Pearson Education, 2007. 848. Print.
Проблемы
Каковы цели использования расходуемых анодов?
Как работают расходуемые аноды?
Какие еще формы катодной защиты?
Какие металлы можно использовать в качестве расходуемых анодов? (назовите три)
Ответы
Жертвенные аноды используются для защиты металлических конструкций от коррозии.

Что такое электрохимическая защита?

Что такое электрохимическая защита?

Электрохимическая защита магистральных трубопроводов и резервуаров

Учебно-методическое пособие «Электрохимическая защита от коррозии подземных и подводных металлических конструкций»

ХиМиК.ru — ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ЗАЩИТА — Химическая энциклопедия

«Дополнение к ВСН 009-88. Электрохимическая защита кожухов на переходах трубопроводов под автомобильными и железными дорогами»

14. Электрохимическая защита от коррозии / КонсультантПлюс

Электрохимическая защита технологических трубопроводов

Катодная защита

Принципиальная схема катодной защиты

Протекторная защита

Зависимость коэффициентов оголенности подземных трубопроводов от переходного сопротивления изоляционного покрытия для грунтов удельным сопротивлением, Ом-м

Зависимость защитной плотности тока от характеристики грунтов

Принципиальная схема протекторной защиты

Принципиальные схемы электродренажной защиты

Just Что такое катодная защита?

Использование CP на трубопроводах

История катодной защиты

Принципы катодной защиты

Измерения катодной защиты

Исследование потенциала с близким интервалом (CIPS)

Градиент напряжения постоянного тока (DCVG)

Мониторинг катодной защиты

Конструкция катодной защиты

Все о системах катодной защиты и катодной защиты

Автор: alexxlab

Добавить комментарий Отменить ответ

Рубрики