Протекторная защита от коррозии | Мир инженера

Приветствую Вас, дорогие и уважаемые читатели сайта “world-engineer.ru”. Из этой статьи Вы узнаете, что такое электрохимзащита (ЭХЗ) и как электрохимическая защита от коррозии устроена, также узнаете, как устроена протекторная защита от коррозии трубопроводов о которой мы поговорим подробно.

Электрохимзащита (ЭХЗ расшифровка) разделяется на 4 вида:

1) Протекторная защита;

2) Катодная защита;

3) Электродренажная защита;

4) Анодная защита.

Схемы ЭХЗ трубопроводов

а) протекторная защита трубопроводов

б) катодная защита трубопроводов

в) электродренажная защита трубопроводов

1 – трубопровод;

2 – протектор;

3 – анодный заземлитель;

4 – выпрямитель переменного тока;

5 – рельсы электротранспорта.

Протекторная защита от коррозии – электрохимзащита трубопроводов с помощью тока гальванической пары. Принцип действия протекторной защиты заключается в защите стального защищаемого сооружения (это является катодом) при помощи электрохимического потенциала протекторных материалов (сплавы на основе магния, алюминия и цинка – аноды, некие “жертвенные” электроды), чей потенциал более электроотрицателен. Благодаря разности потенциалов в гальванической паре возникает ток, стекающий с анода (более электроотрицательного электрода) и натекающий из электролита на катод. Создание натекающего тока — цель электрохимической защиты от коррозии.

При разрушении анода-протектора его ионы уходят безвозвратно в землю, а освободившиеся электроны перетекают, как избыточные, на катод-трубопровод, заряжая его отрицательно. Т.е. под действием э.д.с. гальванопары “труба-протектор” в контуре “протектор — земля — трубопровод” возникает защитный ток, натекающий, как и положено при ЭХЗ, из земли на трубопровод. Вот такой принцип работы ЭХЗ.

Приведу пример расчета протекторной защиты трубопроводов одного из проектов тепловой сети.

Электрохимическая защита трубопроводов от коррозии

1. Общие сведения
2. Характеристики защищаемых подземных сооружений
3. Расчет протекторной защиты трубопроводов
4. Монтажные указания
5. Монтаж протекторных установок
6. Указания к пуско-наладочным работам
7. Эксплуатация протекторных установок
8. Мероприятия по охране труба
9. Пожарная безопасность
10. Мероприятия по обеспечению безопасности населения

1. Общие сведения

Рабочая документация по защите от электрохимической коррозии футляров тепловой сети под железнодорожным полотном на 10км 6ПК+50м станции Среднерогатская, разработан на комплекс работ по строительству объекта: «Реконструкция тепловой сети от ТК с восточной стороны дома №36 корп.4 по Пулковскому шоссе, до ТК на границе территории по адресу: Пулковское шоссе, д.30, литер В (2-й этап строительства)», выполнена в соответствии с требованиями следующих нормативных документов:

— ГОСТ 9.602-2016  «Единая система защиты от коррозии и старения. Сооружения подземные. Общие требования к защите от коррозии (ИУС 3-2017)»;

— «Инструкция по защите городских подземных трубопроводов от коррозии», РД 153-39.4-091-01, 2002г.

Рабочая документация соответствует строительным нормам и правилам, и другим нормативным документам, согласованным с Госгортехнадзором России.

Проектом предусматривается:

1) Прокладка 2-х стальных футляров 720х10 мм ГОСТ 10704-91 ст. 3сп в ВУС изоляции по ГОСТ 9.602-89 тип 7 протяженностью 77,5 м методом ГНБ под железнодорожным полотном ОАО «РЖД».

2) Подземная прокладка в футлярах стальных трубопроводов тепловых сетей Т1, Т2 426х8/560 мм в заводской изоляции пенополиуретаном с защитным слоем из полиэтилена.

3) Обустройство 2-х тепловых камер вне полосы отвода железной дороги из сборного железобетона по Сер. 3.903 КЛ13 вып.1-3: ТК22, ТК23 с установкой запорной арматуры 2Ду400 мм для отключения участка теплосети и спускников 2Ду125 мм для опорожнения сети.

4) Обустройство 2-х неподвижных опор и сильфоных компенсационных узлов для компенсации температурного расширения.

Для электрохимзащиты (ЭХЗ) прокладываемых стальных футляров, проектом предусмотрено устройство узлов протекторной защиты от коррозии трубопроводов включая протектор магниевый ПМ-20У с установкой контрольно-измерительных пунктов.

2. Характеристики защищаемых подземных сооружений

№ п/п	Подземные сооружения	Изоляция, способ прокладки	Диаметр, мм	Длина, м
1	Футляр	Подземный	720	77,5
2	Футляр	Подземный	720	77,5

3. Расчет протекторной защиты трубопроводов

Для защиты от электрохимической коррозии футляров настоящим проектом предусмотрена установка магниевых протекторов типа ПМ-20У, помещенных в мешки с активатором. Активатор предназначен для обеспечения равномерности растворения протектора и уменьшения сопротивления растеканию.

Размеры протектора — протектор магниевый ПМ-20У, мм

Тип анода	L	Н	а	r	Dl	Масса, кг, min
ПМ-20У	610±7	155±4	175±4	75±3	5±1	20

Размеры магниевых протекторов упакованных, мм

Тип анода	LА, min	Б	d	DПР	Масса, кг, min
ПМ-20У	710	50±3	206±4	270±5	60

1. Расчет протекторной защиты футляров.

Исходные данные: Длина футляра – L_Ф = 155 м; (2шт. по 77,5 м)

Диаметр футляра – d_Ф = 720 мм;

Глубина установки футляра — t_Ф = 4 м;

Футляр размещен в грунтах с средней коррозионной агрессивностью, в расчетах среднее удельное сопротивление грунта принимаем 31 Ом*м.

Расстояние протектора от трубопровода выбирают обычно равным 3…5 м, глубину заложения — на уровне трубопровода.

Определяем площадь поверхности футляра:

S_Ф = π*d_Ф*L_Ф = 3,14 * 0,72 * 155 = 350 м²;

Определяем ток необходимый для защиты футляра от коррозии:

I_З = (ΔU/R_ИЗ,MIN)*S_Ф = (0,5/100)*350 = 1,752 А;

Определяем сопротивление футляра:

R_Ф = (ρ/2*π*L_Ф)*[ln (L_Ф²/d_Ф*t_Ф) + 0,5 ln (1 + (4*t_Ф²/ L_Ф²))] =

= (31 / 6,28*155) * [ln (24025/0,72*4) + 0,5 ln (1 + (4*16 / 24025))] = 0,288 Ом;

Определяем сопротивление протектора ПМ-20У:

R_ПР = (ρ/2*π*L_А)*[ln (2L_А²/D_ПР) + 0,5 ln ((4*t_ПР + L_А) /(4*t_ПР — L_А))] =

= (31 / 6,28*0,71) * [ln (1,42/0,27) + 0,5 ln ((4*3 + 0,71)/(4*3 — 0,71))] = 9,598 Ом;

где: L_А — длина протектора, 0,71 м;

D_ПР — диаметр протектора 0,27 м;

t_ПР — глубина установки протектора, 2,5 м.

Определяем токоотдачу протектора ПМ-20У:

I_ПР = ΔU / (R_ПР + R_Ф1) = 0,9 / (9,598 + 0,288) = 0,091 А;

где: ΔU = U_OD — U_СТ = 1,6 — 0,7 = 0,9В — разность стационарных потенциалов между трубопроводом и магниевым протектором ПМ-20У;

Находим требуемое количество ПМ-20У протекторов:

N = I_З / I_ПР = 1,752 / 0,091 = 20 шт.

В интернете есть программа расчета протекторной защиты — АРМ-ЭХЗ-6П, АРМ-ЭХЗ-7П, а также ElectriCS ECP электрохимзащита. Так что советую к использованию.

И самое важное. Необходимость установки протекторной защиты определяется отраслевыми регламентами и документами, по которым Вы работаете. Если согласно Вашей нормативной документации необходима защита, то делайте её. Для расчёта необходимо просто корректно ввести все исходные данные во все поля. Но для корректного расчёта необходим некий опыт и понимание того, что вы делаете, в вашем случае, необходимо знать электрифицированная данная ж/д или нет, есть ли блуждающие токи (а они скорее всего есть) и сами грунтовые условия (удельное сопротивление грунта). Возможно в Ваших условиях применение протекторов не возможно, и не целесообразно и нужна более серьёзная защита. Это всё зависит от необходимости и ответственности защищаемого сооружения.

4. Монтажные указания

Проектом предусмотрены узлы протекторной ЭХЗ трубопроводов подземных футляров, состоящих из протекторов магниевых ПМ-20У расположенных в скважинах, с выводами в контрольно-измерительный пункт в соответствии с планом расположения.

Контактное присоединение к футлярам выполнить без установки ковера.

При оборудовании контрольно-измерительного пункта неполяризующимся медносульфатным электродом сравнения длительного действия (ЭНЕС-1) с датчиком потенциала, устанавливают в КИП так, чтобы дно корпуса и датчик находились на уровне нижней образующей трубопровода и на расстоянии 100 мм от его боковой поверхности. При этом плоскость датчика должна быть перпендикулярна к оси трубопровода, а на боковой поверхности трубопровода не должно быть дефектов в изоляции.

Медносульфатные электроды сравнения после установки (так же, как контрольно-измерительные пункты, электроперемычки, контактные устройства, индикаторы коррозии и др.) необходимо засыпать вручную.

Монтажные указания по электрической схеме ЭХЗ трубопроводов

Узел ЭЗ-1:

1. Установить проектируемый блок совместной защиты (БДРМ-10-2-22) на проектируемую стойку контрольно-измерительного пункта выносного типа;
2. Установить протекторы типа ПМ-20У по чертежу ЭЗК—34.00 серия 5.905-32.07:

— в узле ЭЗ-1 в количестве 8 шт. вертикально в 4 — х скважинах глубиной 4,0 м;

3. Для регулирования защитного тока и контроля защитного потенциала произвести подключение протекторов к стальным футлярам через контрольно-измерительный пункт с блоком совместной защиты (БДРМ-10-2-22) с установкой стального и медносульфатного электродов сравнения по чертежу ЭХ3.132 (альбом ДОАО “Газпроектинжиниринг”). Медносульфатный электрод сравнения длительного действия (ЭНЕС-ЗМ) устанавливается на специальную подушку из хорошо увлажненной глины, на уровне нижней образующей трубопровода. Рядом с ним установить стальной электрод сравнения из круга d=8 мм, L=1 м. Присоединение к трубопроводу выполнить по чертежу ЭЗК26.00 (серия 5.905-32.07 в.2).
4. Электродренажные и контрольные кабели проложить в траншее на глубине 0,7 м от существующих отметок поверхности земли.

Узел ЭЗ-2:

1. Установить проектируемый блок совместной защиты (БДРМ-10-2-22) на проектируемую стойку контрольно-измерительного пункта выносного типа;
2. Установить ПМ-20У протекторы по чертежу ЭЗК—34.00 серия 5.905-32.07:

— в узле ЭЗ-2 в количестве 12 шт. вертикально в 6 -х скважинах глубиной 4,0 м;

3. Для регулирования защитного тока и контроля защитного потенциала произвести подключение протекторов к стальным футлярам через контрольно-измерительный пункт с блоком совместной защиты (БДРМ-10-2-22) с установкой стального и медносульфатного электродов сравнения по чертежу ЭХ3.132 (альбом ДОАО “Газпроектинжиниринг”). Медносульфатный электрод сравнения длительного действия (ЭНЕС-ЗМ) устанавливается на специальную подушку из хорошо увлажненной глины, на уровне нижней образующей трубопровода. Рядом с ним установить стальной электрод сравнения из круга d=8 мм, L=1 м. Присоединение к трубопроводу выполнить по чертежу ЭЗК26.00 (серия 5.905-32.07 в.2).
4. Электродренажные и контрольные кабели проложить в траншее на глубине 0,7 м от существующих отметок поверхности земли.

После выполнения СМР протекторной защиты необходимо произвести измерения электрических параметров с представителем специализированной организации:

— потенциал защищаемого сооружения до присоединения протекторов;

— разность потенциалов между защищаемыми сооружениями и протекторами до присоединения проводников;

— потенциал сооружения после подключения протекторной защиты;

— сила тока в цепи протектор — защищаемое сооружение;

Произвести ПНР протекторных установок.

5. Монтаж протекторных установок

При применении протекторов, не укомплектованных активатором, на монтажно-заготовительном участке следует предварительно зачистить поверхность протекторов, произвести спайку изолированных проводов с контактными сердечниками протекторов, место спайки тщательно изолируется и заливается слоем битума толщиной не менее 4 мм.

Монтаж протекторов ПМ-20У, упакованных в порошкообразном активаторе на заводе-изготовителе, выполняется в такой последовательности:

— с протекторов снимаются наружные мешки; протектор захватывается при помощи стальной 5-миллиметровой проволоки, загнутой на одном конце в виде крючка, за петлю хлопчатобумажного мешка и опускается в скважину или шурф;

— после равномерной засыпки протектора внутри скважины или шурфа мягким грунтом и послойной утрамбовки его монтажную проволоку вынимают;

— после удаления проволоки и закрепления протектора скважину досыпают грунтом и утрамбовывают с предосторожностями, необходимыми для сохранения протектора, соединительного провода и мест контакта провода с сердечником.

В сухих грунтах, при глубоком залегании грунтовых вод, после установки протектора и присыпки его грунтом в скважину заливают 2-3 ведра воды, после чего скважину полностью засыпают грунтом с послойной утрамбовкой. Допускается перед опусканием в скважину упакованного протектора окунуть его в бачок с водой для увлажнения после снятия внешнего бумажного мешка.

Перед приваркой контактных пластин, скоб или стержней к защищаемым сооружениям необходимо осмотреть состояние изоляции сооружений и в случае неудовлетворительного ее состояния известить об этом владельцев сооружений.

Контактные скобы и пластины присоединяют к действующим подземным сооружениям с помощью газо-, электро-, или термической сварки предприятиями, эксплуатирующими подземные сооружения.

6. Указания к пуско-наладочным работам

Проверка работы и промежуточная приемка протекторов осуществляется в течение 3-х суток после их монтажа, при этом производится измерение их электрических параметров.

Удовлетворительной считается работа протекторной установки, когда сдвиг потенциала на подземном сооружении при ее работе будет более чем на 0,2В в катодную сторону, а сила тока равна или близка расчетной.

Измерению подлежат следующие параметры установки:

— потенциал защищаемого сооружения до присоединения установки;

— потенциалы протекторов относительно земли до присоединения к защищаемым сооружениям;

— разность потенциалов между защищаемым сооружением и протекторами до присоединения проводников;

— потенциал сооружения после подключения протекторной защиты;

— сила тока в цепи «протектор — защищаемое сооружение».

Если при измерениях установлена неудовлетворительная работа протекторной установки, то необходимо определить причину неисправности и устранить ее. Основные показатели неудовлетворительной работы протекторов и ее причины, следующие:

— отсутствие электрического тока в цепи протектор-сооружение – обрыв проводников или нарушение контактных соединений;

— сила тока в цепи протектор — сооружение более чем на 50% меньше расчетной;

— плохое состояние контактов или неправильно смонтирован активатор.

7. Эксплуатация протекторных установок

При эксплуатации протекторных установок производят периодический технический осмотр, проверку эффективности.

Технический осмотр установок производят 2 раза в год. Контрольные измерения потенциалов на защищаемом сооружении производят 2 раза в год.

При проверке параметров установки протекторной (гальванической) защиты измеряют:

1) силу тока в цепи гальванический анод (ГА) — защищаемое сооружение;

2) разность потенциалов между ГА и сооружением;

3) потенциал сооружения в точке присоединения ГА при подключенном ГА.

Эффективность действия протекторной защиты определяют путем сравнения сдвига потенциала на защищаемом сооружении при контрольных замерах по отношению к пуско-наладочным значениям.

При ремонте и восстановлении протекторных установок должны производиться ревизия и осмотр всех скрытых контактных соединений.

Потенциалы протекторов, отключенных от сооружений, значения которых (по абсолютной величине) не ниже 1,2 В, характеризуют протекторы, как исправные.

8. Мероприятия по охране труда

При выполнении работ необходимо проводить мероприятия по организации безопасной работы с применением механизмов, транспортных средств и средств малой механизации.

До начала производства работ должна быть выполнена подготовка производства, включая проведение общих организационно-технических мероприятий, выполняемых в соответствии с действующей нормативно-технической документацией РФ и договором подряда.

До начала производства работ необходимо проверить все помещения на загазованность воздуха в них с помощью газоанализаторов взрывозащищенного исполнения. Места отборов проб воздуха определяются местной инструкцией. газоопасные работы должны выполняться под руководством и контролем руководителя работ. В процессе ее проведения все распоряжения выдаются только этим лицом.

При проведении газоопасных работ должны соблюдаться следующие правила:

— использование электрифицированных инструментов, дающих искрение, запрещается;

— инструмент должен быть из цветного металла, исключающего возможность искрообразования. Допускается использовать инструмент из черного металла, при этом его рабочая часть смазывается смазкой;

— в качестве переносного источника света должны использоваться светильники взрывозащищенного исполнения. Использование открытого огня в газоопасных местах запрещается;

— обувь персонала должна быть без стальных подковок и гвоздей.

Перед началом производства работ на всех дорогах, проездах должны быть поставлены предупредительные знаки и надписи, видимые в любое время суток, сделаны ограждения, указаны направления объездов и обходов. До начала производства работ необходимо установить ограждающие знаки, указывающие места расположения подземных коммуникаций. На ограждениях навешиваются надписи, запрещающие вход в огражденную зону («Осторожно. Опасная зона!»). Проходы и проезды в пределах опасной зоны должны иметь защитные навесы, боковые ограждения и надписи, запрещающие проход посторонним лицам.

При работах на высоте более 1,5 м и целесообразности устройства ограждений с целью предупреждения падения работающих необходимо пользоваться предохранительными поясами, без которых персонал не допускается на рабочее место и к ходовой лестнице.

В особо опасных местах необходимо пользоваться предохранительными поясами, имеющими по две цепи с карабинами для поочередного закрепления.

Запрещается работать, находиться на рабочем месте и пользоваться ходовой лестницей без защитных касок.

Подъемно-транспортные механизмы для приготовления материалов, склады и другие объекты, необходимые для работ, не должны находиться в опасной зоне.

Отклонения от проектной документации в процессе строительства, расширения, реконструкции, технического перевооружения, консервации и ликвидации опасного производственного объекта не допускаются.

При производстве всех видов строительно-монтажных работ необходимо соблюдать требования:

— СНиП 12-03-2001 «Безопасность труда в строительстве. Часть 1. Общие требования»;

— СНиП 12-04-2002 «Безопасность труда в строительстве. Часть 2. Строительное производство»;

— СанПиН 2.2.3.1384-03 «Гигиенические требования к организации строительного производства и строительных работ»;

— «Правила безопасности при работе с инструментом и приспособлениями»;

— ПОТ Р М-016-2001 «Межотраслевые правила по охране труда (Правила безопасности) при эксплуатации электроустановок».

9. Пожарная безопасность

При производстве работ должны соблюдаться «Правила пожарной безопасности в РФ».

Курение допускается только в специально отведенных местах. Места для курения должны иметь надпись -«Место для курения».

Первичные средства пожаротушения должны содержаться в исправном состоянии.

В местах производства работ на видных местах должны быть вывешены предупредительные плакаты о запрещении курения, применения открытого огня. На территории мазутного хозяйства курить, разводить огонь, пользоваться факелами, спичками, зажигалками, фонарями не во взрывобезопасном исполнении запрещается.

Все лесоматериалы, используемые для производства работ (леса, защитные козырьки, подмости и т.п.) должны быть обработаны специальным огнезащитным составом.

Ремонтная площадка должна быть обеспечена средствами пожаротушения -огнетушителями, кошма, ящиками с песком и лопатами.

Огневые работы (сварка, резка металла, варка битума) должны проводиться исключительно по наряду-допуску на огневые работы.

Строительно-монтажной организации оповестить руководство пожарной части, ответственной за данный район, о проведении работ и используемых горючих материалах.

10. Мероприятия по обеспечению безопасности населения

В целях создания безопасных условий для населения на период производства работ, а также оповещения граждан и предупреждения случаев травматизма и гибели людей, Заказчику разработать следующие мероприятия:

— установить в местах возможного скопления людей предупредительные знаки и плакаты о производстве работ;

— обеспечить видимое в любое время суток ограждение мест производства работ и опасных зон;

— при проведении работ выставить наблюдающих от подрядной организации для недопущения прохода граждан к опасной зоне;

Эвакуация населения на период производства работ не требуется.

Поделиться ссылкой:

Электрохимическая защита трубопроводов от коррозии — электронный каталог продукции,разработка мобильных приложений,АОС,автоматизированные обучающие системы,семинары по нефтегазовой тематике,разработка СТУ,СТУ

Электрохимическая защита от коррозии состоит из катодной и дренажной защиты. Катодная защита трубопроводов осуществляется двумя основными методами: применением металлических анодов-протекторов (гальванический протекторный метод) и применением внешних источников постоянного тока, минус которых соединяется с трубой, а плюс — с анодным заземлением (электрический метод).

Рис. 1. Принцип работы катодной защиты

Гальваническая протекторная защита от коррозии

Наиболее очевидным способом осуществления электрохимической защиты металлического сооружения, имеющего непосредственный контакт с электролитической средой, является метод гальванической защиты, в основу которого положен тот факт, что различные металлы в электролите имеют различные электродные потенциалы. Таким образом, если образовать гальванопару из двух металлов и поместить их в электролит, то металл с более отрицательным потенциалом станет анодом-протектором и будет разрушаться, защищая металл с менее отрицательным потенциалом. Протекторы, по существу, служат портативными источниками электроэнергии.

В качестве основных материалов для изготовления протекторов используются магний, алюминий и цинк. Из сопоставления свойств магния, алюминия и цинка видно, что из рассматриваемых элементов магний обладает наибольшей электродвижущей силой. В то же время одной из наиболее важных практических характеристик протекторов является коэффициент полезного действия, показывающий долю массы протектора, использованной на получение полезной электрической энергии в цепи. К.П.Д. протекторов, изготовленных из магния и магниевых сплавов, редко превышают 50 % в, в отличие от протекторов на основе Zn и Al с К.П.Д. 90 % и более.

 

Рис. 2. Примеры магниевых протекторов

 

Обычно протекторные установки применяются для катодной защиты трубопроводов, не имеющих электрических контактов со смежными протяженными коммуникациями, отдельных участков трубопроводов, а также резервуаров, стальных защитных кожухов (патронов), подземных резервуаров и емкостей, стальных опор и свай, и других сосредоточенных объектов.

В то же время протекторные установки очень чувствительны к ошибкам в их размещении и комплектации. Неправильный выбор или размещение протекторных установок приводит к резкому снижению их эффективности.

Катодная защита от коррозии

Наиболее распространенный метод электрохимической защиты от коррозии подземных металлических сооружений — это катодная защита, осуществляемая путем катодной поляризации защищаемой металлической поверхности. На практике это реализуется путем подключения защищаемого трубопровода к отрицательному полюсу внешнего источника постоянного тока, называемого станцией катодной защиты. Положительный полюс источника соединяют кабелем с внешним дополнительным электродом, сделанным из металла, графита или проводящей резины. Этот внешний электрод размещается в той же коррозионной среде, что и защищаемый объект, в случае подземных промысловых трубопроводов, в почве. Таким образом, образуется замкнутая электрическая цепь: дополнительный внешний электрод — почвенный электролит — трубопровод — катодный кабель — источник постоянного тока — анодный кабель. В составе данной электрической цепи трубопровод является катодом, а дополнительный внешний электрод, присоединенный к положительному полюсу источника постоянного тока, становится анодом. Данный электрод называется анодным заземлением. Отрицательно заряженный полюс источника тока, присоединенный к трубопроводу, при наличии внешнего анодного заземления катодно поляризует трубопровод, при этом потенциал анодных и катодных участков практически выравнивается.

Таким образом, система катодной защиты состоит из защищаемого сооружения, источника постоянного тока (станции катодной защиты), анодного заземления, соединительных анодной и катодной линий, окружающей их электропроводной среды (почвы), а также элементов системы мониторинга — контрольно-измерительных пунктов.

Дренажная защита от коррозии

Дренажная защита трубопроводов от коррозии блуждающими токами  осуществляется путем направленного отвода этих токов к источнику или в землю. Установка дренажной защиты может быть нескольких видов: земляной, прямой, поляризованный и усиленный дренажи.

Рис. 3. Станция дренажной защиты

Земляной дренаж осуществляется заземлением трубопроводов дополнительными электродами в местах их анодных зон, прямой дренаж — созданием электрической перемычки между трубопроводом и отрицательным полюсом источника блуждающих токов, например рельсовой сетью электрифицированной железной дороги. Поляризованный дренаж в отличие от прямого обладает только односторонней проводимостью, поэтому при появлении положительного потенциала на рельсах дренаж автоматически отключается. В усиленном дренаже дополнительно в цепь включается преобразователь тока, позволяющий увеличивать дренажный ток.

P.S. Обзор технических решений по ЭХЗ других металлических конструкций и сооружений можно прочитать здесь.

Хотите узнать больше о коррозии металлических конструкций и методах противокоррозионной защиты?

Скачайте наше специализированное учебно-справочное приложение «Защита от коррозии»

comments powered by HyperComments

5 способов избежать гальванической коррозии

Гальваническая коррозия (также называемая биметаллической коррозией или коррозией разнородных металлов) представляет собой разрушительный электрохимический процесс, происходящий при контакте двух разнородных металлов друг с другом в присутствии электролита. Этот вид коррозии характеризуется ускоренной коррозией одного металла, в то время как другой остается практически незатронутым. Другими словами, один металл становится анодом и преимущественно подвергается коррозии, таким образом жертвуя собой, защищая другой металл, катод.

Реклама

Гальваническая коррозия относительно агрессивна и ежегодно причиняет ущерб на миллионы долларов. Контрмеры по предотвращению его образования должны быть приняты во внимание на концептуальной или ранней стадии процесса проектирования. (Более подробно обсуждается в разделе «Соображения по борьбе с коррозией в процессе проектирования оборудования».) Причины гальванической коррозии широко варьируются и могут состоять из нескольких различных типов химических реакций. Поэтому важно иметь четкое представление об основных механизмах и факторах, влияющих на развитие этого типа коррозии.

Причины гальванической коррозии

Основной движущей силой гальванической коррозии является свойство, известное как разность потенциалов. Когда металл погружается в электролит, он принимает электродный потенциал. Значение электродного потенциала для различных металлов представлено в таблице, известной как гальванический ряд. Таким образом, разность потенциалов между двумя металлами представляет собой разность потенциалов их соответствующих электродов, как определено в гальваническом ряду.

Реклама

Когда два металла соприкасаются друг с другом в присутствии электролита, существующая между ними разность потенциалов вызывает перенос электронов от анода (более электроотрицательный металл) к катоду (более электроположительный металл). ). Этот перенос электронов приводит к ряду реакций окисления и восстановления, которые затем вызывают гальваническую коррозию анода. (Дополнительное обсуждение доступно в статье «Почему два разнородных металла вызывают коррозию?»)

Рис. 1. Видео, показывающее коррозию разнородных металлов в водопроводных трубах .

Способы предотвращения гальванической коррозии

Меры, направленные на предотвращение гальванической коррозии, обычно основаны на устранении основных элементов, вызывающих ее образование. В основном это включает в себя блокировку электрического пути в металлических или электролитических частях системы, удаление кислорода из электролита и введение ингибиторов коррозии.

Реклама

1. Изоляция

Одним из наиболее эффективных способов разрыва электрического пути в электрохимической ячейке является размещение непроводящего материала между точками контакта соединяемых металлов. Гальваническая коррозия возникает из-за того, что электронам позволяют течь от анода к катоду, создавая гальванический ток в системе. Изоляционный материал блокирует поток электронов, тем самым предотвращая протекание реакций окисления и восстановления.

На практике изоляция обычно достигается за счет использования втулок, шайб, прокладок и покрытий на полимерной или эластомерной основе. Например, в нефтяной и газовой промышленности непроводящие прокладки из эпоксидной смолы, армированной стекловолокном (GRE), обычно размещают между фланцами соединительных труб, чтобы нарушить электропроводность между соседними трубопроводами. (Использование прокладок обсуждается в статье «Как новые методы добычи и транспортировки нефти и газа влияют на коррозию трубопроводов».)

Рис. 2. Изолирующая прокладка, помещаемая между фланцами соединительных труб в качестве электрического изолятора.

2. Электролитная изоляция

Одним из основных элементов, необходимых для возникновения гальванической коррозии, является электролит, который содержит ионы, облегчающие реакции окисления и восстановления в гальваническом элементе. Следовательно, меры, включающие изоляцию контактирующих металлов и электролита, могут оказаться эффективными для предотвращения гальванической коррозии. Это достигается за счет использования водоотталкивающих составов, выполняющих роль барьеров между металлической подложкой и раствором электролита. Краски, покрытия, масла и смазки с большим успехом используются во многих отраслях промышленности.

Гальванической коррозии также можно избежать, сводя к минимуму разность потенциалов между металлами. Как упоминалось ранее, электроны перетекают от анода к катоду из-за разности потенциалов, которая действует как движущая сила. Чем выше разность потенциалов, тем больше индуцированный гальванический ток и тем выше скорость коррозии.

Противоположное верно для металлов с низкой разностью потенциалов между ними. Цель состоит в том, чтобы выбрать контактирующие металлы с близкими электродными потенциалами, т. е. металлы, близкие друг к другу в гальваническом ряду, чтобы уменьшить возможность гальванической коррозии. (Вы можете найти схему гальванического ряда в статье Введение в гальванический ряд: гальваническая совместимость и коррозия. )

4. Ингибиторы коррозии

Ингибиторы коррозии представляют собой соединения (обычно жидкие), которые добавляют в электролит для подавления химических реакций, вызывающих гальваническую коррозию. Ингибиторы действуют несколькими способами, большинство из которых связано со сложными химическими процессами. Однако наиболее эффективны против гальванической коррозии ингибиторы, удаляющие растворенный кислород из раствора электролита. Удаление кислорода уменьшает возможность восстановления, происходящего на аноде. Поскольку катодные реакции зависят от анодных реакций, гальванический процесс останавливается.

5. Минимизация отношения площадей

Несколько исследований показали, что на скорость и тяжесть гальванической коррозии влияет отношение площади катода к площади анода. Чем больше площадь катода по отношению к аноду (т. е. чем выше отношение катода к аноду), тем выше скорость восстановления на аноде и, таким образом, тем сильнее гальваническая коррозия. Напротив, чем меньше площадь катода и анода, тем менее пагубным является последующее ухудшение.

На этапах предварительного проектирования целесообразно обеспечить максимальную площадь анодного металла по отношению к катоду. Например, стальной крепеж в алюминиевой пластине даст лучшие результаты, чем алюминиевый крепеж в стальной пластине.

Заключение

Предотвращение гальванической коррозии обычно включает применение контрмер на самом раннем этапе проектирования проекта. Понимание механизмов, участвующих в этой электрохимической реакции, является ключом к выбору подходящих и наиболее эффективных профилактических мер в данной ситуации. Также важно отметить, что несколько методов защиты могут быть реализованы одновременно для усиления защиты и более высокого уровня эффективности.

Реклама

Связанные термины

• Гальваническая коррозия
• Гальваническая пара
• Гальванический ток
• Гальваническая серия
• Ингибитор коррозии

• Электрическая изоляция
• Потенциал электрода
• Электролит
• Потенциал электрохимической коррозии
• Водонепроницаемый барьер

Поделиться этой статьей

Гальваническая коррозия: объяснение предотвращения и снижения рисков

Коррозия является важным фактором при выборе материалов для трубопроводов и проектировании процессов трубопроводов. Хотя нержавеющая сталь обладает высокой устойчивостью ко многим формам коррозии, необходимо помнить о рисках для безопасной долговременной эксплуатации и снижения затрат в течение срока службы вашей системы.

В этом руководстве мы обсудим гальваническую коррозию, где и когда она может возникнуть, а также то, как можно свести к минимуму риск или предотвратить гальваническую коррозию при использовании трубы из нержавеющей стали.

Что такое гальваническая коррозия?

Гальваническая коррозия, также известная как биметаллическая коррозия или коррозия разнородных металлов, представляет собой коррозионное повреждение, возникающее из-за соединения двух разнородных металлов в присутствии электролита.

Итак, разбивая это, это означает, что должны быть выполнены три условия, чтобы гальваническая коррозия стала проблемой:

1. Должны присутствовать несколько металлов с различным электродным потенциалом или благородством. Чем больше разница, тем выше риск гальванической коррозии.

2. Эти металлы должны находиться в электрическом контакте.

3. Должен иметь место контакт с электролитом, таким как соленая вода.

При этом один металл — анод — будет подвергаться коррозии быстрее, чем в одиночку, а другой — катод — будет подвергаться коррозии медленнее, чем в одиночку.

Предотвращение гальванической коррозии

Сведение к минимуму рисков гальванической коррозии в значительной степени заключается в простом исключении комбинаций трех перечисленных выше элементов. Однако для многих отраслей, таких как перерабатывающие химикаты или работающие на шельфе в среде, богатой солью, это легче сказать, чем сделать.

Учитывайте следующее при проектировании или техническом обслуживании трубопроводов, где электрохимическая коррозия является проблемой.

Объяснение серии гальваники (электродный потенциал)

Одним из основных шагов по предотвращению гальванической коррозии является выбор металлов с одинаковым электродным потенциалом или благородством.

Как показано на изображении выше, многие сплавы из нержавеющей стали относятся к катодному концу шкалы. Это означает, что они с меньшей вероятностью пострадают от гальванической коррозии. Однако при использовании с сильно анодированными крепежными элементами, конструктивными элементами, клапанами или другими компонентами большая разница в благородстве может привести к быстрой деградации других компонентов.

Это обычно наблюдается, когда углеродистая сталь или алюминий используются вместе с трубами из нержавеющей стали.

Понимание компонентов окружающей среды гальванической коррозии

Важно отметить, что риски гальванической коррозии также зависят от электролита, соединяющего оба металла. Например, риски гальванической коррозии в очень чистой воде минимальны. Тем не менее, применяя те же металлы в морской или богатой хлоридами среде, вы увидите, что коррозия происходит очень быстро.

Хотя ваш точный опыт будет зависеть от многих факторов, и вам всегда следует консультироваться с инженером для получения точной информации, касающейся ваших конкретных потребностей, в следующей таблице приведены примеры того, какие риски гальванической коррозии можно ожидать от обычных комбинаций металлов.

Варианты снижения риска электрохимической коррозии

Даже при выборе идеальных материалов полностью исключить риск электрохимической коррозии может оказаться невозможным. Если это так, изоляция компонентов и разрыв электрического пути, где это возможно, являются эффективными вариантами дальнейшего повышения коррозионной стойкости и обеспечения длительного срока службы.

Возможные варианты: 

• Изоляция разнородных материалов с использованием покрытий из непроводящих материалов, смазок, красок, обработок или грунтовок. Оптимальная защита обеспечивается изоляцией обоих материалов. Однако изоляция только анодного материала может помочь замедлить развитие гальванической коррозии, даже если она не предотвращает ее полностью.

• Использование буферов, таких как обертки для труб, зажимные вкладыши и износостойкие прокладки, между разнородными металлами для предотвращения образования гальванических элементов и прерывания электрических путей.

• Покрытие или цинкование также является эффективным средством снижения риска гальванической коррозии или изменения электродного потенциала компонентов без полного изменения их структуры. Например, крепежные детали из углеродистой стали обычно покрывают цинком, чтобы значительно улучшить коррозионную стойкость. Однако можно использовать и любой благородный металл, такой как хром, никель или золото.

Ключевые выводы

Несмотря на то, что трубы и компоненты трубопроводов из нержавеющей стали являются популярным выбором из-за их отличной устойчивости к коррозии, эта же стойкость также может затруднить сопряжение других металлов с нержавеющей сталью, когда возникает проблема гальванической коррозии.

• Гальваническая коррозия требует, чтобы два разнородных металла находились в электрическом контакте в присутствии электролита.

• Металлы, расположенные дальше друг от друга по гальванической шкале (или с большим электродным потенциалом), подвержены более высокому риску гальванической коррозии.