Katodna zaščita pred korozijo. Princip delovanja, osnovni pojmi
A.I. Kheifets, vodja službe za elektrokemijsko zaščito,
OJSC "Ogrevalno omrežje Sankt Peterburga", Sankt Peterburg
Uvod
Zaščita cevovodov ogrevalnega omrežja pred korozijo je zelo pomembna naloga, katere rešitev v veliki meri določa zanesljivost celotnega centraliziranega sistema oskrbe s toploto. V Sankt Peterburgu prevladujejo podzemna ogrevalna omrežja, ki delujejo v korozivnih razmerah, ki jih povzročajo gosta mreža podzemnih komunikacij na dolge razdalje in razvit elektrificirani promet ter nasičenost tal in tal z vlago in kemičnimi reagenti. Obstajata dva glavna načina za zaščito kovin pred korozijo: pasivno - z nanašanjem izolacijskih premazov na njihovo površino in aktivno - z uporabo elektrokemičnih zaščitnih sredstev.
Malo teorije
Kovinske konstrukcije, ki delujejo v različnih okoljih (atmosfera, voda, zemlja), so podvržene uničujočim vplivom tega okolja. Uničenje kovine zaradi interakcije z zunanjim okoljem se imenuje korozija. Bistvo korozijskega procesa je odstranjevanje atomov iz kovinske mreže, ki lahko poteka na dva načina, zato ločijo preprosto kemično in elektrokemično korozijo.
Korozija je kemična, če se po prekinitvi kovinske vezi atomi kovine neposredno povežejo s kemično vezjo s tistimi atomi ali skupinami atomov, ki so del oksidantov, ki kovini odvzamejo valenčne elektrone. Proces poteka brez sodelovanja prostih elektronov in ga ne spremlja pojav električnega toka. Primer je nastanek vodnega kamna, ko materiali na osnovi železa pri visokih temperaturah reagirajo s kisikom.
Korozija je elektrokemična, če pozitivno nabit kovinski ion zapusti kovinsko mrežo, tj. kation ne pride v stik z oksidacijskim sredstvom, temveč z drugimi komponentami korozivnega okolja, elektroni pa se prenesejo na oksidacijsko sredstvo, ki se sprosti med tvorbo kationa. Pri elektrokemični koroziji odstranitev atomov iz kovinske mreže ne poteka kot posledica enega, kot pri kemični koroziji, temveč dveh neodvisnih, a med seboj povezanih elektrokemičnih procesov: anodni (prehod "zajetih" kovinskih kationov v raztopino) in katodni (vezava sproščenih elektronov z oksidantom). Oksidanti so vodikovi ioni, ki jih najdemo povsod, kjer je prisotna voda, in molekule kisika. Elektrokemično korozijo spremlja pojav električnega toka.
Cevovodi ogrevalnih omrežij so razširjeni objekti in njihovi različni deli niso v enakih pogojih z vidika razvoja korozijskih procesov. Tla in tla na različne načine absorbirajo padavine in talino ter imajo različno zračno prepustnost. Tudi električna upornost tal je različna; njegova vrednost (nižja je, bolj nevarna) je značilna za korozivno agresivnost okolja. Posledično se vzdolž površine cevovodov oblikujejo območja, kjer potekajo predvsem anodne ali katodne reakcije. Električna prevodnost kovine je zelo visoka, elektroni se skoraj v trenutku prerazporedijo iz mest, kjer poteka anodna reakcija, na mesta, kjer poteka katodna reakcija (slika 1). Pravzaprav nastane nekaj podobnega galvanskim celicam ali baterijam, v katerih igra zemlja vlogo elektrolita, zunanji tokokrog pa je podzemna kovinska struktura. Anodna območja so pozitivna elektroda ("+"), katodna območja pa negativna elektroda ("-"). Ko v anodnih conah teče električni tok, atomi nenehno uhajajo iz kovinske mreže v zunanje okolje, tj. raztapljanje kovine.
Posebna nevarnost za cevovode ogrevalnih omrežij so blodeči tokovi, ki nastanejo zaradi uhajanja dela toka iz transportnih električnih tokokrogov v zemljo ali vodne raztopine, kjer padejo na kovinske konstrukcije. Kjer tok izstopa iz teh struktur, pride do anodne raztapljanja kovine ponovno v zemljo ali vodo. Takšna območja so še posebej pogosto opažena na območjih zemeljskega električnega prometa. Korozija zaradi blodečih tokov se včasih imenuje električna korozija. Takšni tokovi lahko dosežejo vrednosti več amperov. Za predstavo: tok 1 A v skladu s prvim Faradayevim zakonom povzroči raztapljanje železa v količini 9,1 kg v enem letu. Če je tok koncentriran na površini 1 m2, potem to ustreza zmanjšanju debeline stene cevi za 1,17 mm na leto, tj. v 6 letih bi se zmanjšal za 7 mm.
Načelo delovanja elektrokemijske zaščite (ECP) zunanje površine kovine pred korozijo temelji na dejstvu, da je mogoče s premikanjem potenciala kovine s prehodom zunanjega električnega toka spremeniti hitrost njene korozije. Razmerje med potencialom in hitrostjo korozije je nelinearno in dvoumno.
ECP, ki temelji na uporabi katodnega toka, se imenuje katodna zaščita. V proizvodnih pogojih se izvaja v dveh različicah.
1. V prvi možnosti je potreben premik potenciala zagotovljen s povezavo zaščitene konstrukcije z zunanjim virom napetosti kot katodo, pomožne elektrode pa se uporabljajo kot anoda (slika 2).
Vir je nastavljiv usmernik, ki pretvarja napetost industrijske frekvence v enosmerno napetost, anodne ozemljitvene elektrode pa so združene v vezje, katerega sestava in lokacija elektrod sta določena z izračunom. Med delovanjem se masa elektrod anodnega ozemljitvenega kroga monotono zmanjša.
Katodna polarizacija neizolirane kovinske konstrukcije na minimalni zaščitni potencial zahteva znatne tokove, zato se katodna zaščita običajno uporablja v povezavi z izolacijskimi premazi, ki se nanesejo na zunanjo površino zaščitene konstrukcije. Površinski premaz zmanjša zahtevani tok za več vrst velikosti. Pri katodni zaščiti je treba nadzorovati tudi vrednost maksimalnega potenciala, saj njegova previsoka vrednost lahko privede do luščenja izolacijske prevleke s stene cevovoda. Regulativni dokumenti (Standardna navodila za zaščito cevovodov ogrevalnega omrežja pred zunanjo korozijo RD 153-34.0-20.518-2003) določajo, da je najmanjši zaščitni potencial za ogrevalna omrežja 1,1 V in največji 2,5 V v negativni smeri glede na nepolarizirajoča referenčna elektroda iz bakrovega sulfata. Takšne vrednosti morajo biti zagotovljene na celotnem varovanem območju, to pa se doseže toliko natančneje, kolikor bolje je kovina izolirana od tal.
2. Druga možnost katodne zaščite je galvanska (ali žrtvena) zaščita (slika 3). Načelo njegovega delovanja temelji na dejstvu, da so za različne kovine značilne različne vrednosti standardnih elektrodnih potencialov. Katodna polarizacija zaščitene strukture je dosežena zaradi njenega stika z bolj elektronegativno kovino. Slednji deluje kot anoda, njegovo elektrokemijsko raztapljanje pa zagotavlja pretok katodnega toka skozi zaščiteno kovino. Sama anoda, izdelana iz magnezija, cinka, aluminija in njihovih zlitin, postopoma propada. Prednost zaščite tekalne plasti je v tem, da ne potrebuje zunanjega vira napetosti, vendar se ta vrsta zaščite lahko uporablja le na relativno kratkih odsekih cevovodov (do 60 m), pa tudi na jeklenih plaščih.
3. Za zaščito cevovodov ogrevalnih omrežij pred zunanjo korozijo pod vplivom blodečih tokov se uporablja električna drenaža (drenaža) - povezava s kovinskim vodnikom območja, iz katerega tečejo ti tokovi, s tirnico tramvajskih ali železniških tirov. Pri veliki oddaljenosti od tirnice, ko je takšno drenažo težko izvesti, se uporabi dodatna litoželezna anoda, ki se zakoplje v zemljo in poveže z varovanim prostorom.
Na mestih, kjer se elektrolitski učinek blodečih tokov kombinira s tokovi galvanskih parov, lahko pride do močnega povečanja hitrosti korozijskih procesov. V takih primerih se uporabljajo izboljšane drenažne naprave (slika 4), ki omogočajo ne le odstranjevanje blodečih tokov iz cevovodov, temveč jim tudi zagotavljajo potrebno količino zaščitnega potenciala. Ojačana drenaža je običajna katodna postaja, ki je z negativnim polom povezana z varovano konstrukcijo, s pozitivnim polom pa ne z anodno ozemljitvijo, temveč s tirnicami elektrificiranega transporta.
4. Inštalacije ECP lastnikov sosednjih podzemnih naprav, kot so plinovodi, imajo lahko močan korozivni učinek na cevovode toplovodnih omrežij (slika 5a). Če so cevovodi v območju delovanja katodnega toka "tuje" instalacije, bo uničenje na mestih, kjer ta tok izstopa iz jeklene cevi v zemljo, enako kot tisto, ki ga povzročajo blodeči tokovi. Za zaščito je potrebno cevovode ogrevalnih omrežij povezati z negativnim polom vira napetosti (slika 5b).
Možno je premakniti potencial kovine za zaščito pred korozijo ne samo proti negativnim, ampak tudi proti pozitivnim vrednostim. V tem primeru nekatere kovine preidejo v pasivno stanje, tok raztapljanja kovine pade desetkrat. Ta vrsta zaščite se imenuje anodna; njena prednost je, da so potrebni nizki tokovi za vzdrževanje pasivnega stanja kovine. Če pa elektrolit vsebuje klorove in žveplove ione, se lahko kovinska korozija močno poveča in sama anodno polarizirana oprema lahko odpove. Anodna zaščita se ne uporablja za ogrevalna omrežja.
ECP v JSC Heating Network of St. Petersburg se upravlja in razvija kot sistem, tj. sklop medsebojno povezanih komponent: stacionarnih tehničnih sredstev, instrumentalnega nadzora in informacijske baze podatkov.
V skladu z urniki strokovnjaki ECP servisa redno izvajajo korozijske meritve po ustaljeni metodologiji na vseh odsekih magistralnega in distribucijskega omrežja na mestih dostopa do podzemnih cevovodov (toplotnih komor). Po obdelavi rezultatov meritev se določijo anodna in katodna območja na cevovodih, zaščitna območja in območja nevarnega vpliva blodečih tokov. Poleg tega se izvajajo korozijske meritve pri načrtovanih izkopih in pri odpravljanju napak na toplovodnih omrežjih, kjer se dopolnijo z rezultatom kemijske analize zemljine. Rezultati meritev so sistematizirani in arhivirani; predstavljajo dragocen podatek tako za pravilno organizacijo obratovanja termomehanske opreme kot tudi za načrtovanje izgradnje dodatnih ECP objektov.
Podrobnejši in temeljitejši korozijski pregled toplovodnih con izvaja specializiran izvajalec. Ti pregledi se izvajajo na korozijsko nevarnih območjih, običajno po rekonstrukciji (prestavitvi) toplovodnih omrežij, ker uporaba sodobnih vrst izolacij, konstrukcij in tehnologij zagotavlja boljšo galvansko ločitev kovine od betona in tal kot doslej. To med drugim pomeni morebitno spremembo meja anodnih in katodnih con, območij vpliva blodečih tokov. Rezultati raziskav so predstavljeni v obliki poročil, ki vsebujejo informacije o spremembah vrednosti elektrodnih potencialov na različnih območjih površine cevovodov v različnih načinih delovanja (slika 6), ne samo lastnih, ampak tudi tistih opreme ECP drugih proizvajalcev. Z metodami matematičnega modeliranja (slika 7) se izračuna vrsta, količina in lokacija potrebne dodatne opreme ECP za nadaljnje projektiranje.
Trenutno ima OJSC Heating Network of St. Petersburg v lasti 432 naprav ECP, od tega: napeljave katodne zaščite - 204 enot. (vključno z napravami katodne zaščite, ki spadajo v kategorijo skupne zaščite pred zunanjo korozijo cevovodov toplovodnih omrežij in plinovodov, položenih v bližini - 20 kosov); izboljšane drenažne instalacije - 8 kosov; naprave za zaščito tekalne plasti - 220 kosov. Vzdrževanje naprav katodne zaščite spojev izvaja OJSC Antikor.
V skladu z zahtevami regulativnih dokumentov (Zaščita pred korozijo. Zasnova elektrokemične zaščite podzemnih konstrukcij. STO Gazprom 2-3.5-047-2006) naprave ECP ne smejo negativno vplivati na sosednje komunikacije. OJSC Antikor, ki se ukvarja z elektrokemijsko zaščito plinovodov v Sankt Peterburgu, med rekonstrukcijo in novogradnjo svojih naprav nemudoma obvesti OJSC Heating Network of St. Petersburg o tehnični izvedljivosti priključitve odsekov toplotnih omrežij na ECP plinovodov, če je to predvideno s projektom.
Med delovanjem vseh naprav ECP, razen drenažnih, se masa njihovih ozemljenih elektrod nenehno izgublja, ker to predstavlja fizično bistvo elektrokemične zaščite. Trenutek "smrti" anodnega ozemljitvenega vezja ali zaščite neizogibno pride. S pravilnimi izračuni je mogoče in potrebno zagotoviti določeno obdobje delovanja med večjimi popravili naprav ECP
potrebno število in lokacija elementov, izbor kakovostnih materialov, strogo upoštevanje tehnologije namestitve. Lahko pride do okvare elektrode zaradi lokalne poškodbe točke. Od leta 2010 med rekonstrukcijo in novogradnjo namesto prejšnjega EGT-1450 uporabljamo ferosilidne anodne ozemljitve ElZhK-1500 z zaščito kontaktne enote. V zadnjih nekaj letih so bili v napravah ECP uporabljeni samo avtomatski pretvorniki tipov UKZTA in PKZ-AR (slika 8), ki omogočajo stalno vzdrževanje določenih vrednosti anodnega toka ali zaščitnega potenciala na cevovod.
Poseben pomen je pridobila praksa opremljanja naprav ECP s telemetričnimi zapisovalniki (slika 9). Te naprave, izdelane v obliki vgradnih enot, kontinuirano na daljavo prenašajo podatke o vrednostih časovno spremenljivih električnih veličin v namenski računalnik (slika 10). Nastajajo arhivi za analizo delovanja ECP naprav. Poleg tega ima telemetrijski sistem alarmno funkcijo za nepooblaščen dostop nepooblaščenih oseb do inštalacij.
Opozoriti je treba, da izvajalec pred začetkom gradbenih in inštalacijskih del o datumu začetka obvesti naročnika, projektantsko organizacijo, organizacijo, ki izvaja tehnični nadzor nad gradnjo, in organizacijo, v službo katere bodo prenesene zaščitne naprave v gradnji. dela.
Naše podjetje se ukvarja z elektrokemijsko zaščito ogrevalnih omrežij pred zunanjo korozijo že od leta 1960, tj. več kot 50 let. Skozi leta so bili strokovnjaki ECP del različnih proizvodnih oddelkov, po ustanovitvi OJSC Heating Network of St. Petersburg leta 2010 pa je bila ustanovljena ločena služba ECP. Danes ga sestavlja 13 ljudi, ki rešujejo tehnične in organizacijske probleme.
Tehnične naloge obsegajo: dnevne obvoze dveh ekip električarjev po zadanih poteh ECP inštalacij z vzdrževanjem. Hkrati se spremlja, ali na območju naših naprav izvajajo izkopne organizacije tretje osebe brez ustrezne registracije.
Vzdrževanje naprav ECP vključuje:
■ pregled vseh elementov inštalacije z namenom ugotavljanja zunanjih okvar, preverjanje tesnosti stikov, uporabnosti inštalacije, odsotnosti mehanskih poškodb posameznih elementov, odsotnosti ožigov in znakov pregretja, odsotnosti izkopanin na trasi drenažnih kablov. in anodne ozemljitve;
■ preverjanje uporabnosti varovalk (če obstajajo);
■ čiščenje ohišja odvodnega in katodnega pretvornika, enote za zaščito sklepov zunaj in znotraj;
■ merjenje toka in napetosti na izhodu pretvornika ali med galvanskimi anodami (zaščitami) in cevmi;
■ merjenje potenciala cevovoda na priključku inštalacije;
■ vpis v montažni dnevnik o rezultatih opravljenega dela;
■ merjenje potencialov na stalno fiksiranih merilnih mestih.
Redno se izvajajo tekoča popravila in spremljanje delovanja opreme ECP. Strokovnjaki službe ECP izvajajo tehnični nadzor nad remontom, rekonstrukcijo in kapitalsko gradnjo naprav ECP s strani izvajalcev. Spremlja se skladnost izvedenih gradbeno-inštalacijskih del s projektom.
Tekoča popravila vključujejo:
■ merjenje izolacijske upornosti napajalnih kablov;
■ popravila električnih vodov;
■ popravilo usmerniške enote;
■ popravilo drenažnega kabla.
Spremljanje učinkovitosti naprave ECP vključuje merjenje zaščitnih potencialov na merilnih mestih v celotnem zaščitnem območju določene naprave ECP. Učinkovitost ECP cevovodov toplovodnega omrežja se spremlja vsaj dvakrat letno, pa tudi ob spremembi obratovalnih parametrov naprav ECP in ko se spremenijo korozijski pogoji, povezani z:
■ polaganje novih podzemnih objektov;
■ v zvezi s popravili toplotnih omrežij;
■ namestitev ECP na sosednje podzemne napeljave.
Strokovnjaki službe ECP izvajajo tehnični nadzor nad remontom, rekonstrukcijo in kapitalsko gradnjo naprav ECP s strani izvajalcev. Spremlja se skladnost izvedenih gradbeno-inštalacijskih del s projektom.
Organizacijske naloge vključujejo predvsem pridobitev dovoljenja za napajanje postaj ECP iz omrežij JSC Lenenergo. To je večstopenjski algoritem, ki ga spremlja velika količina dokumentacije. Poleg oskrbe z električno energijo se ECP servis ukvarja s pripravo ciljnih programov novogradenj in sanacij, preverjanjem in odobritvijo projektov ter pripravo tehničnih specifikacij.
ECP naprave proti zunanji koroziji kovinskih konstrukcij se uporabljajo že 100 let. Fizikalno-kemijski princip njihovega delovanja ostaja nespremenjen, vendar je za podaljšanje njihove življenjske dobe ter zmanjšanje kapitalskih in obratovalnih stroškov potrebno iskati in najti nove tehnične rešitve. Uporaba podaljšanih elektrod za anodno ozemljitev se zdi obetavna. Elastomerne elektrode so položene vodoravno v jarek vzdolž cevovodov toplovodnega omrežja v globini
1,5 m in so razdeljeni na več delov, da se poveča vzdržljivost. Stroški takšnih naprav so nižji kot pri uporabi tradicionalnih anodnih ozemljitvenih zank. V letu 2011 sta bili zgrajeni že dve napravi s horizontalnimi elektrodami.
Nadaljevalo se bo opremljanje naprav ECP s telemetričnimi enotami, v prihodnje pa se bodo informacije o delovanju vseh napeljav prenašale in arhivirale na daljavo.
V letu 2011 je bil zaključen projekt avtomatiziranega merjenja električne energije za 59 naprav ECP, njegova izvedba pa je predvidena v letu 2012.
Začela so se že dela na vnosu baze podatkov o napravah ECP v enotni informacijski in analitični sistem OJSC Heating Network of St. V prihodnosti bo to omogočilo hitro in natančnejše določanje prioritet pri pripravi programa obnove odsekov toplotnih omrežij in pravilno organizacijo izkopavanja pri odpravljanju napak.
Glavni namen ECP toplovodnih omrežij je zagotoviti nepoškodovano delovanje cevovodov skozi celotno regulativno obdobje (25 let). Da bi dosegli ta cilj, je treba ECP obravnavati kot sistem, ne da bi zanemarili katerega od njegovih sestavnih delov, navedenih v tem članku. Nekaj splošnih premislekov je lahko v pomoč.
1. V korozijsko nevarnih območjih je treba ECP zagnati čim prej po izgradnji ali rekonstrukciji odseka toplovodnega omrežja, tj. zaščitite kovino pred praskami.
2. Na odseku cevovodov, ki so električno slabo izolirani od tal (uničenje toplotne izolacije, stik kovine z betonskimi konstrukcijami itd.), Bo namestitev ECP malo učinkovita, ker zaščitni tok, ki ga ustvari, ne bo razporejen na stotine metrov vzdolž cevi, ampak bo stekel v tla na mestu "kratkega stika".
3. Če se ugotovi nizka učinkovitost obstoječe napeljave ECP (majhna razlika v vrednosti kovinskega potenciala pri vklopu in izklopu napeljave), jo je treba rekonstruirati s spremembo lokacije anodne ozemljitvene zanke (AGC). ) v zvezi z zaščitenimi cevovodi.
4. Pri rekonstrukciji in novogradnji ECP naprav je priporočljivo uporabljati najboljše blagovne znamke elektrod za KAZ, ker izpad tokokroga pomeni izpad celotne instalacije, za obnovo KAZ-a pa bo treba opraviti draga izkopavanja.
5. Usklajevanje dejavnosti v zvezi z ECP z drugimi lastniki podzemnih komunikacij bo omogočilo sprejetje ukrepov za zaščito cevovodov ogrevalnih omrežij pred škodljivim vplivom "tujih" naprav ECP, v nekaterih primerih pa tudi organiziranje skupne zaščite.
Izkušnje obratovanja ogrevalnih omrežij JSC Heating Network of St. Petersburg prepričljivo dokazujejo, da je ECP bil in ostaja pomemben sestavni del niza ukrepov za povečanje zanesljivosti oskrbe s toploto v Sankt Peterburgu.
Postaje katodne zaščite (CPS) so nujen element sistema elektrokemijske (ali katodne) zaščite (ECP) podzemnih cevovodov pred korozijo. Pri izbiri VCS najpogosteje izhajajo iz najnižjih stroškov, enostavnosti servisiranja in usposobljenosti svojega operativnega osebja. Kakovost kupljene opreme je običajno težko oceniti. Avtorji predlagajo, da se upoštevajo tehnični parametri SCZ, določeni v potnih listih, ki določajo, kako dobro bo opravljena glavna naloga katodne zaščite.
Avtorji pri opredeljevanju pojmov niso sledili cilju izražanja v strogo znanstvenem jeziku. V procesu komuniciranja z osebjem storitev ECP smo ugotovili, da je treba tem ljudem pomagati sistematizirati pojme in, kar je še pomembneje, jim predstaviti, kaj se dogaja tako v elektroenergetskem omrežju kot v samem VCP. .
Naloga ECP
Katodna zaščita se izvede, ko električni tok teče iz SCZ skozi zaprt električni tokokrog, ki ga sestavljajo trije zaporedno povezani upori:
· odpornost tal med cevovodom in anodo; I odpornost proti širjenju anode;
· izolacijski upor cevovoda.
Odpornost zemlje med cevjo in anodo se lahko zelo razlikuje glede na sestavo in zunanje pogoje.
Anoda je pomemben del ECP sistema in služi kot potrošni element, katerega raztapljanje zagotavlja samo možnost izvedbe ECP. Njegova odpornost med delovanjem stalno narašča zaradi raztapljanja, zmanjšanja efektivne delovne površine in nastajanja oksidov.
Oglejmo si sam kovinski cevovod, ki je zaščiteni element ECP. Zunanja stran kovinske cevi je prekrita z izolacijo, v kateri med delovanjem nastanejo razpoke zaradi učinkov mehanskih vibracij, sezonskih in dnevnih temperaturnih sprememb itd. Skozi nastale razpoke v hidro- in toplotni izolaciji cevovoda prodre vlaga in pride do stika kovine cevi s tlemi, pri čemer nastane galvanski par, ki olajša odstranitev kovine iz cevi. Več kot je razpok in njihovih velikosti, več kovine se odstrani. Tako nastane galvanska korozija, pri kateri teče tok kovinskih ionov, t.j. elektrika.
Ker tok teče, se je porodila odlična ideja, da bi vzeli zunanji vir toka in ga prižgali, da bi zadostil prav temu toku, zaradi česar se odstrani kovina in pride do korozije. Vendar se postavlja vprašanje: kakšno velikost bi morali dati temu umetnemu toku? Zdi se, da plus in minus dajeta ničelni tok odstranjevanja kovine. Kako izmeriti ta tok? Analiza je pokazala, da napetost med kovinsko cevjo in zemljo, t.j. na obeh straneh izolacije mora biti med -0,5 in -3,5 V (to napetost imenujemo zaščitni potencial).
Naloga VCS
Naloga SCP ni samo zagotoviti tok v tokokrogu ECP, temveč ga tudi vzdrževati, tako da zaščitni potencial ne preseže sprejetih meja.
Torej, če je izolacija nova in nepoškodovana, je njena upornost proti električnemu toku velika in je za ohranitev zahtevanega potenciala potreben majhen tok. S staranjem izolacije se njena odpornost zmanjšuje. Posledično se zahtevani kompenzacijski tok iz SCZ poveča. Še bolj se poveča, če se v izolaciji pojavijo razpoke. Postaja mora biti sposobna meriti zaščitni potencial in ustrezno spreminjati svoj izhodni tok. In nič več z vidika naloge ECP ni potrebno.
Načini delovanja VCS
Obstajajo lahko štirje načini delovanja ECP:
· brez stabilizacije vrednosti izhodnega toka ali napetosti;
· I stabilizacija izhodne napetosti;
· stabilizacija izhodnega toka;
· I stabilizacija zaščitnega potenciala.
Takoj povejmo, da je v sprejetem obsegu sprememb vseh vplivnih dejavnikov izvajanje naloge ECP v celoti zagotovljeno le pri uporabi četrtega načina. Kar je sprejeto kot standard za način delovanja VCS.
Senzor potenciala daje postaji informacije o nivoju potenciala. Postaja spremeni svoj tok v želeno smer. Težave se začnejo od trenutka, ko je treba ta potencialni senzor namestiti. Namestiti ga je treba na določeno izračunano mesto, izkopati je treba jarek za povezovalni kabel med postajo in senzorjem. Vsakdo, ki je v mestu položil kakršne koli komunikacije, ve, kakšne težave so. Poleg tega senzor potrebuje redno vzdrževanje.
V pogojih, ko se pojavijo težave z načinom delovanja s potencialno povratno informacijo, postopajte kot sledi. Pri uporabi tretjega načina se predpostavlja, da se stanje izolacije kratkoročno malo spremeni in njena odpornost ostane praktično stabilna. Zato je dovolj, da zagotovimo pretok stabilnega toka skozi stabilen izolacijski upor in dobimo stabilen zaščitni potencial. Srednje- do dolgoročno lahko potrebne prilagoditve opravi posebej usposobljen linijski mojster. Prvi in drugi način ne postavljata visokih zahtev za VCS. Te postaje so po zasnovi enostavne in posledično poceni tako za izdelavo kot za delovanje. Očitno ta okoliščina določa uporabo takšnega SCZ v ECP objektov, ki se nahajajo v pogojih nizke korozivne aktivnosti okolja. Če se zunanji pogoji (stanje izolacije, temperatura, vlaga, blodeči tokovi) spremenijo do te mere, da se na varovanem objektu oblikuje nesprejemljiv režim, te postaje ne morejo opravljati svoje naloge. Za prilagajanje njihovega načina je potrebna pogosta prisotnost vzdrževalcev, sicer je naloga ECP delno opravljena.
Značilnosti VCS
Najprej je treba VCS izbrati na podlagi zahtev, določenih v regulativnih dokumentih. In verjetno bo najpomembnejša stvar v tem primeru GOST R 51164-98. Dodatek “I” tega dokumenta navaja, da mora biti izkoristek postaje vsaj 70 %. Raven industrijskih motenj, ki jih ustvari RMS, ne sme presegati vrednosti, ki jih določa GOST 16842, raven harmonikov na izhodu pa mora biti v skladu z GOST 9.602.
Potni list SPS običajno navaja: nazivno izhodno moč I;
Učinkovitost pri nazivni izhodni moči.
Nazivna izhodna moč je moč, ki jo postaja lahko zagotovi pri nazivni obremenitvi. Običajno je ta obremenitev 1 ohm. Učinkovitost je opredeljena kot razmerje med nazivno izhodno močjo in delovno močjo, ki jo postaja porabi v nazivnem načinu. In v tem načinu je učinkovitost najvišja za katero koli postajo. Vendar pa večina VCS ne deluje v nominalnem načinu. Faktor obremenitve moči se giblje od 0,3 do 1,0. V tem primeru bo dejanska učinkovitost večine danes proizvedenih postaj opazno padla, ko se bo izhodna moč zmanjšala. To je še posebej opazno pri transformatorskih SSC, ki uporabljajo tiristorje kot regulacijski element. Pri breztransformatorskih (visokofrekvenčnih) RMS je padec učinkovitosti z zmanjšanjem izhodne moči bistveno manjši.
Splošni pogled na spremembo učinkovitosti za VMS različnih izvedb lahko vidite na sliki.
Iz sl. Vidi se, da če uporabljate postajo, na primer, z nazivno učinkovitostjo 70%, potem bodite pripravljeni na dejstvo, da ste neuporabno zapravili še 30% električne energije, prejete iz omrežja. In to v najboljšem primeru nazivne izhodne moči.
Pri izhodni moči 0,7 nazivne vrednosti se morate pripraviti na dejstvo, da bodo vaše izgube električne energije enake porabljeni koristni energiji. Kje se izgubi toliko energije?
· ohmske (toplotne) izgube v navitjih transformatorjev, dušilkah in v elementih aktivnega vezja;
· stroški energije za delovanje krmilnega kroga postaje;
· izgube energije v obliki radijskega sevanja; izguba pulzacijske energije izhodnega toka postaje na bremenu.
Ta energija se iz anode seva v tla in ne proizvaja koristnega dela. Zato je tako potrebno uporabljati postaje z nizkim pulzacijskim koeficientom, sicer se zapravlja draga energija. Ne samo, da se izgube električne energije povečajo pri visokih stopnjah pulziranja in radijskega sevanja, ampak poleg tega ta neuporabno razpršena energija moti normalno delovanje velikega števila elektronske opreme, ki se nahaja v okolici. Potni list SKZ navaja tudi zahtevano skupno moč, poskusimo razumeti ta parameter. SKZ jemlje energijo iz električnega omrežja in to počne v vsaki časovni enoti z enako intenzivnostjo, kot smo ji omogočili z nastavitvenim gumbom na nadzorni plošči postaje. Seveda lahko iz omrežja vzamete energijo z močjo, ki ne presega moči tega omrežja. In če se napetost v omrežju spreminja sinusno, potem se naša sposobnost jemanja energije iz omrežja sinusno spreminja 50-krat na sekundo. Na primer, v trenutku, ko omrežna napetost preide skozi nič, iz nje ni mogoče odvzeti nobene moči. Ko pa sinusoid napetosti doseže svoj maksimum, je takrat naša sposobnost jemanja energije iz omrežja največja. V katerem koli drugem času je ta možnost manjša. Tako se izkaže, da se v katerem koli trenutku moč omrežja razlikuje od njegove moči v naslednjem trenutku. Te vrednosti moči se imenujejo trenutna moč v danem času in s tem konceptom je težko delati. Zato smo se dogovorili za koncept tako imenovane efektivne moči, ki je določena iz namišljenega procesa, v katerem se omrežje s sinusno spremembo napetosti zamenja z omrežjem s konstantno napetostjo. Ko smo izračunali vrednost te konstantne napetosti za naša električna omrežja, se je izkazalo, da je 220 V - imenovali so jo efektivna napetost. In največja vrednost napetostnega sinusoida je bila imenovana amplitudna napetost in je enaka 320 V. Po analogiji z napetostjo je bil uveden koncept efektivne vrednosti toka. Produkt vrednosti efektivne napetosti in vrednosti efektivnega toka se imenuje skupna poraba energije, njegova vrednost pa je navedena v potnem listu RMS.
In polna moč v samem VCS ni v celoti izkoriščena, ker vsebuje različne reaktivne elemente, ki ne trošijo energije, ampak jo uporabljajo kot da ustvarijo pogoje, da preostanek energije preide v breme, nato pa to energijo uravnavanja vrne nazaj v omrežje. Ta vrnjena energija se imenuje jalova energija. Energija, ki se prenaša na breme, je aktivna energija. Parameter, ki označuje razmerje med aktivno energijo, ki jo je treba prenesti na obremenitev, in skupno energijo, dobavljeno VMS, se imenuje faktor moči in je naveden v potnem listu postaje. In če svoje zmožnosti uskladimo z zmožnostmi oskrbovalnega omrežja, t.j. sinhrono s sinusno spremembo omrežne napetosti od njega vzamemo moč, potem se ta primer imenuje idealen in faktor moči VMS, ki deluje na ta način z omrežjem, bo enak enoti.
Postaja mora prenesti aktivno energijo čim bolj učinkovito, da ustvari zaščitni potencial. Učinkovitost, s katero SKZ to počne, ocenjujemo s faktorjem učinkovitosti. Koliko energije porabi, je odvisno od načina prenosa energije in načina delovanja. Ne da bi se spuščali v to obsežno področje razprave, bomo rekli le, da so transformatorski in transformatorsko-tiristorski SSC dosegli svojo mejo izboljšav. Nimajo sredstev, da bi izboljšali kakovost svojega dela. Prihodnost pripada visokofrekvenčnim VMS, ki so vsako leto bolj zanesljivi in enostavnejši za vzdrževanje. Po učinkovitosti in kakovosti dela že prekašajo svoje predhodnike in imajo veliko rezervo za izboljšave.
Potrošniške lastnosti
Potrošniške lastnosti takšne naprave, kot je SKZ, vključujejo naslednje:
1. Mere, teža in moč. Verjetno ni treba poudarjati, da manjša in lažja kot je postaja, nižji so stroški njenega prevoza in namestitve, tako med namestitvijo kot popravilom.
2. Vzdrževanje. Možnost hitre zamenjave postaje ali sklopa na mestu je zelo pomembna. Z naknadnimi popravili v laboratoriju, t.j. modularni princip gradnje VCS.
3. Enostavnost vzdrževanja. Enostavnost vzdrževanja poleg enostavnosti prevoza in popravila po našem mnenju določajo naslednje:
prisotnost vseh potrebnih indikatorjev in merilnih instrumentov, možnost daljinskega nadzora in spremljanja načina delovanja VCS.
Na podlagi zgoraj navedenega je mogoče narediti več zaključkov in priporočil:
1. Transformatorske in tiristorsko-transformatorske postaje so v vseh pogledih brezupno zastarele in ne izpolnjujejo sodobnih zahtev, zlasti na področju varčevanja z energijo.
2. Sodobna postaja mora imeti:
· visoka učinkovitost v celotnem območju obremenitev;
· faktor moči (cos I) ni nižji od 0,75 v celotnem območju obremenitve;
· faktor valovanja izhodne napetosti ne več kot 2%;
· območje regulacije toka in napetosti od 0 do 100 %;
· lahko, vzdržljivo in kompaktno ohišje;
· modularni princip gradnje, t.j. imajo visoko vzdržljivost;
· I energetska učinkovitost.
Druge zahteve za postaje za katodno zaščito plinovodov, kot so zaščita pred preobremenitvami in kratkimi stiki; samodejno vzdrževanje danega bremenskega toka - in druge zahteve so splošno sprejete in obvezne za vse VCS.
Za zaključek ponujamo potrošnikom tabelo s primerjavo parametrov glavnih proizvedenih postaj katodne zaščite in trenutno v uporabi. Za udobje so v tabeli prikazane postaje enake moči, čeprav lahko številni proizvajalci ponudijo celo vrsto proizvedenih postaj.
Pri polaganju izoliranega cevovoda v jarek in zasipavanju le-tega se lahko poškoduje izolacijska prevleka, med delovanjem pa se cevovod postopoma stara (izgubi dielektrične lastnosti, vodoodpornost, oprijemljivost). Zato so za vse načine vgradnje, razen nadzemne, cevovodi predmet celovite zaščite pred korozijo z zaščitnimi premazi in sredstvi za elektrokemično zaščito (ECP), ne glede na korozivno delovanje tal.
Sredstva ECP vključujejo katodno, žrtveno in električno drenažno zaščito.
Zaščita pred korozijo tal se izvaja s katodno polarizacijo cevovodov. Če se katodna polarizacija izvede z zunanjim virom enosmernega toka, se taka zaščita imenuje katodna, če pa se polarizacija izvede s priključitvijo zaščitenega cevovoda na kovino, ki ima bolj negativen potencial, se taka zaščita imenuje žrtvena.
Katodna zaščita
Shematski diagram katodne zaščite je prikazan na sliki.
Vir enosmernega toka je postaja katodne zaščite 3, kjer se s pomočjo usmernikov izmenični tok iz trasnega daljnovoda 1, ki vstopa skozi transformatorsko točko 2, pretvori v enosmerni tok.
Negativni pol vira je povezan z zaščitenim cevovodom 6 s povezovalno žico 4, pozitivni pol pa je povezan z anodno ozemljitvijo 5. Ko je tokovni vir vklopljen, se električni tokokrog sklene skozi zemeljski elektrolit.
Shema katodne zaščite
1 - električni vodi; 2 - transformatorska točka; 3 — postaja katodne zaščite; 4 - povezovalna žica; 5 - anodna ozemljitev; 6 - cevovod
Načelo delovanja katodne zaščite je naslednje. Pod vplivom uporabljenega električnega polja vira se začne gibanje napol prostih valentnih elektronov v smeri "ozemljitev anode - vir toka - zaščitena konstrukcija". Z izgubo elektronov atomi anodne ozemljitvene kovine preidejo v obliki ionskih atomov v raztopino elektrolita, tj. anodna ozemljitev je uničena. Ionski atomi se hidrirajo in odstranijo v globino raztopine. Na varovani konstrukciji se zaradi delovanja vira enosmernega toka opazi presežek prostih elektronov, t.j. ustvarjeni so pogoji za nastanek reakcij depolarizacije kisika in vodika, značilnih za katodo.
Podzemne komunikacije skladišč nafte so zaščitene s katodnimi instalacijami z različnimi vrstami anodnega ozemljitve. Zahtevana zaščitna tokovna jakost katodne instalacije je določena s formulo
J dr =j 3 ·F 3 ·K 0
kjer je j 3 zahtevana vrednost gostote zaščitnega toka; F 3 - skupna kontaktna površina podzemnih konstrukcij s tlemi; K 0 je koeficient izpostavljenosti komunikacij, katerega vrednost je določena glede na prehodno upornost izolacijske prevleke R nep in električno upornost tal r g v skladu z grafom, prikazanim na spodnji sliki.
Zahtevana vrednost gostote zaščitnega toka je izbrana glede na značilnosti tal na lokaciji skladišča nafte v skladu s spodnjo tabelo.
Zaščita tekalne plasti
Princip delovanja zaščite tekalne plasti je podoben delovanju galvanskega členka.
Dve elektrodi: cevovod 1 in zaščita 2, izdelana iz bolj elektronegativne kovine kot jeklo, se spustita v zemeljski elektrolit in povežeta z žico 3. Ker je zaščitni material bolj elektronegativen, pod vplivom potencialne razlike nastane usmerjeno gibanje elektroni potekajo od zaščitnika do cevovoda vzdolž vodnika 3. Istočasno gredo ionski atomi zaščitnega materiala v raztopino, kar vodi do njegovega uničenja. Jakost toka se kontrolira s pomočjo kontrolno-merilnega stolpca 4.
Odvisnost koeficientov izpostavljenosti podzemnih cevovodov od prehodne upornosti izolacijske prevleke za upornost tal, Ohm-m
1 — 100; 2 — 50; 3 — 30; 4 — 10; 5 — 5
Odvisnost gostote zaščitnega toka od značilnosti tal
Shema zaščite tekalne plasti
1 - cevovod; 2 - zaščitnik; 3 - povezovalna žica; 4 - kontrolni in merilni stolpec
Tako še vedno pride do uničenja kovine. Ampak ne cevovod, ampak zaščitnik.
Teoretično je za zaščito jeklenih konstrukcij pred korozijo mogoče uporabiti vse kovine, ki se nahajajo v nizu elektrokemičnih napetosti levo od železa, saj so bolj elektronegativne. V praksi so ščitniki izdelani samo iz materialov, ki izpolnjujejo naslednje zahteve:
- potencialna razlika med materialom tekalne plasti in železom (jeklom) mora biti čim večja;
- tok, dobljen z elektrokemičnim raztapljanjem enote mase zaščitnika (izhodni tok), mora biti največji;
- razmerje med maso tekalne plasti, ki se uporablja za ustvarjanje zaščitnega toka, in celotno izgubo mase tekalne plasti (faktor izkoristka) mora biti največje.
Te zahteve najbolje izpolnjujejo zlitine na osnovi magnezija, cinka in aluminija.
Zaščita tekalne plasti se izvaja s koncentriranimi in razširjenimi ščitniki. V prvem primeru električna upornost tal ne sme biti večja od 50 Ohm-m, v drugem pa ne več kot 500 Ohm-m.
Električna drenažna zaščita cevovodov
Metoda zaščite cevovodov pred uničenjem blodečih tokov, ki zagotavlja njihovo odstranitev (odvodnjavanje) iz zaščitene strukture v strukturo, ki je vir blodečih tokov ali posebne ozemljitve, se imenuje zaščita električne drenaže.
Uporablja se direktna, polarizirana in ojačana drenaža.
Shematski diagrami električne drenažne zaščite
a - neposredna drenaža; b - polarizirana drenaža; c - izboljšana drenaža
Direktna električna drenaža je drenažna naprava z dvostransko prevodnostjo. Direktni električni odvodni tokokrog vključuje: reostat K, stikalo K, varovalko Pr in signalni rele C. Jakost toka v tokokrogu cevovod-tirnica* se regulira z reostatom. Če vrednost toka preseže dovoljeno vrednost, bo varovalka pregorela in tok bo stekel skozi navitje releja, ki ob vklopu vklopi zvočni ali svetlobni signal.
Direktna električna drenaža se uporablja v primerih, ko je potencial cevovoda stalno višji od potenciala železniškega omrežja, kjer se odvajajo blodeči tokovi. V nasprotnem primeru se bo drenaža spremenila v kanal za pretok blodečih tokov v cevovod.
Polarizirana električna drenaža je drenažna naprava, ki ima enosmerno prevodnost. Polarizirana drenaža se od neposredne drenaže razlikuje po prisotnosti enosmernega prevodnega elementa (ventilnega elementa) VE. Pri polarizirani drenaži tok teče le iz cevovoda v tirnico, kar izključuje pretok blodečih tokov na cevovod skozi drenažno žico.
Izboljšana drenaža se uporablja v primerih, ko je potrebno ne le odstraniti blodeče tokove iz cevovoda, temveč tudi zagotoviti zahtevani zaščitni potencial na njem. Izboljšana drenaža je običajna katodna postaja, ki je z negativnim polom povezana z varovano konstrukcijo, s pozitivnim polom pa ne z anodno ozemljitvijo, temveč s tirnicami elektrificiranega transporta.
Zaradi te povezovalne sheme je zagotovljeno: prvič, polarizirana drenaža (zaradi delovanja ventilskih elementov v vezju SCP), in drugič, katodna postaja ohranja potreben zaščitni potencial cevovoda.
Po zagonu cevovoda se prilagodijo parametri delovanja protikorozijske zaščite. Po potrebi, ob upoštevanju dejanskega stanja, se lahko zaženejo dodatne katodne in drenažne zaščitne postaje ter zaščitne naprave.
Elektrokemična zaščita– učinkovit način zaščite končnih izdelkov pred elektrokemično korozijo. V nekaterih primerih je nemogoče obnoviti barvni premaz ali zaščitni ovojni material, takrat je priporočljiva uporaba elektrokemične zaščite. Obnova podzemnega cevovoda ali dna morskega plovila je zelo delovno intenzivna in draga, včasih preprosto nemogoča. Elektrokemična zaščita zanesljivo ščiti izdelek pred uničenjem podzemnih cevovodov, ladijskih dna, različnih rezervoarjev itd.
Elektrokemična zaščita se uporablja v primerih, ko je možnost proste korozije v območju intenzivnega raztapljanja osnovne kovine ali repasivacije. Tisti. ko pride do intenzivnega uničenja kovinskih konstrukcij.
Bistvo elektrokemijske zaščite
Na končni kovinski izdelek je od zunaj priključen enosmerni tok (vir DC ali zaščita). Električni tok na površini zaščitenega izdelka ustvarja katodno polarizacijo elektrod mikrogalvanskih parov. Rezultat tega je, da anodna področja na kovinski površini postanejo katodna. In zaradi vpliva korozivnega okolja ni uničena kovina konstrukcije, temveč anoda.
Glede na to, v katero smer (pozitivno ali negativno) se premika kovinski potencial, delimo elektrokemično zaščito na anodno in katodno.
Katodna zaščita pred korozijo
Katodna elektrokemijska zaščita pred korozijo se uporablja, kadar kovina, ki jo ščitimo, ni nagnjena k pasivizaciji. To je ena glavnih vrst zaščite kovin pred korozijo. Bistvo katodne zaščite je uporaba zunanjega toka na izdelku z negativnega pola, ki polarizira katodne odseke korozivnih elementov, s čimer se vrednost potenciala približa anodnim. Pozitivni pol tokovnega vira je povezan z anodo. V tem primeru je korozija zaščitene strukture skoraj zmanjšana na nič. Anoda postopoma propada in jo je treba občasno zamenjati.
Obstaja več možnosti katodne zaščite: polarizacija iz zunanjega vira električnega toka; zmanjšanje hitrosti katodnega procesa (na primer odzračevanje elektrolita); stik s kovino, katere prosti korozijski potencial v danem okolju je bolj elektronegativen (tako imenovana žrtvena zaščita).
Polarizacija iz zunanjega vira električnega toka se zelo pogosto uporablja za zaščito struktur, ki se nahajajo v tleh, vodi (dna ladij itd.). Poleg tega se ta vrsta zaščite pred korozijo uporablja za cink, kositer, aluminij in njegove zlitine, titan, baker in njegove zlitine, svinec, pa tudi za jekla z visoko vsebnostjo kroma, ogljika, legirana (nizko in visoko legirana) jekla.
Zunanji tokovni vir so postaje katodne zaščite, ki jih sestavljajo usmernik (pretvornik), tokovni dovod zaščitene konstrukcije, anodni ozemljitveni vodniki, referenčna elektroda in anodni kabel.
Katodna zaščita se uporablja kot samostojna ali dodatna vrsta protikorozijske zaščite.
Glavno merilo, po katerem lahko presojamo učinkovitost katodne zaščite, je zaščitni potencial. Zaščitni potencial je potencial, pri katerem stopnja korozije kovine pod določenimi okoljskimi pogoji prevzame najnižjo (kolikor je to mogoče) vrednost.
Uporaba katodne zaščite ima slabosti. Eden od njih je nevarnost ponovna obramba. Prekomerno zaščito opazimo z velikim premikom potenciala zaščitenega predmeta v negativno smer. Hkrati pa izstopa. Posledica je uničenje zaščitnih prevlek, vodikova krhkost kovine in korozijsko razpokanje.
Zaščita tekalne plasti (uporaba ščitnika)
Vrsta katodne zaščite je žrtvena. Pri uporabi žrtvene zaščite je kovina z bolj elektronegativnim potencialom povezana z varovanim predmetom. V tem primeru ni uničena struktura, temveč tekalna plast. Sčasoma zaščita zarjavi in jo je treba zamenjati z novo.
Zaščita tekalne plasti je učinkovita v primerih, ko obstaja majhen prehodni upor med zaščito in okoljem.
Vsak ščitnik ima svoj radij zaščitnega delovanja, ki je določen z največjo možno razdaljo, do katere lahko ščitnik odstranimo, ne da bi pri tem izgubili zaščitni učinek. Zaščitna zaščita se najpogosteje uporablja, kadar je dovod toka v konstrukcijo nemogoč ali težak in drag.
Ščitniki se uporabljajo za zaščito objektov v nevtralnih okoljih (morska ali rečna voda, zrak, zemlja itd.).
Za izdelavo protektorjev se uporabljajo naslednje kovine: magnezij, cink, železo, aluminij. Čiste kovine ne opravljajo v celoti svoje zaščitne funkcije, zato jih pri izdelavi ščitnikov dodatno legiramo.
Ščitniki železa so izdelani iz ogljikovega jekla ali čistega železa.
Cinkovi ščitniki
Cinkovi ščitniki vsebujejo približno 0,001 - 0,005 % svinca, bakra in železa, 0,1 - 0,5 % aluminija in 0,025 - 0,15 % kadmija. Cinkovi projektorji se uporabljajo za zaščito izdelkov pred morsko korozijo (v slani vodi). Če cinkovo zaščito uporabljamo v rahlo slani, sladki vodi ali zemlji, se ta hitro prekrije z debelo plastjo oksidov in hidroksidov.
Magnezijev zaščitnik
Zlitine za izdelavo magnezijevih zaščitnikov so legirane z 2–5 % cinka in 5–7 % aluminija. Količina bakra, svinca, železa, silicija, niklja v zlitini ne sme presegati desetin in stotink odstotka.
Magnezijev protektor se uporablja v rahlo slanih, sladkih vodah in tleh. Ščitnik se uporablja v okoljih, kjer so cinkovi in aluminijevi ščitniki neučinkoviti. Pomemben vidik je, da je treba magnezijeve protektorje uporabljati v okolju s pH 9,5 - 10,5. To je razloženo z visoko hitrostjo raztapljanja magnezija in tvorbo težko topnih spojin na njegovi površini.
Magnezijev zaščitnik je nevaren, ker... je vzrok za vodikovo krhkost in korozijsko razpokanje konstrukcij.
Aluminijasti ščitniki
Aluminijasti ščitniki vsebujejo dodatke, ki preprečujejo nastajanje aluminijevih oksidov. Takim zaščitam je dodanih do 8 % cinka, do 5 % magnezija ter desetinke do stotinke silicija, kadmija, indija in talija. Aluminijasti ščitniki se uporabljajo v obalni polici in tekoči morski vodi.
Anodna zaščita pred korozijo
Anodna elektrokemična zaščita se uporablja za konstrukcije iz titana, nizkolegiranih nerjavnih jekel, ogljikovih jekel, železovih visokolegiranih zlitin in različnih pasivizirajočih kovin. Anodna zaščita se uporablja v visoko električno prevodnih korozivnih okoljih.
Z anodno zaščito se potencial zaščitene kovine premakne v bolj pozitivno smer, dokler ni doseženo pasivno stabilno stanje sistema. Prednosti anodne elektrokemične zaščite niso le zelo pomembna upočasnitev hitrosti korozije, ampak tudi dejstvo, da produkti korozije ne pridejo v proizvedeni izdelek in okolje.
Anodno zaščito lahko izvedemo na več načinov: s premikom potenciala v pozitivno smer z uporabo zunanjega vira električnega toka ali z vnosom oksidantov (ali elementov v zlitino) v jedko okolje, ki povečajo učinkovitost katodnega procesa na kovinska površina.
Anodna zaščita z oksidacijskimi sredstvi je po zaščitnem mehanizmu podobna anodni polarizaciji.
Če uporabimo pasivirne inhibitorje z oksidacijskimi lastnostmi, zaščitena površina pod vplivom generiranega toka postane pasivna. Sem spadajo dikromati, nitrati itd., vendar zelo onesnažujejo okoliško tehnološko okolje.
Ko se v zlitino dodajo dodatki (predvsem legiranje z žlahtno kovino), pride do reakcije redukcije depolarizatorja na katodi z nižjo prenapetostjo kot pri zaščiteni kovini.
Če skozi zaščiteno strukturo spuščamo električni tok, se potencial premakne v pozitivno smer.
Inštalacija za anodno elektrokemijsko zaščito pred korozijo je sestavljena iz zunanjega vira toka, referenčne elektrode, katode in samega varovanega objekta.
Da bi ugotovili, ali je za določen objekt možno uporabiti anodno elektrokemijsko zaščito, se vzamejo anodne polarizacijske krivulje, s pomočjo katerih je mogoče določiti korozijski potencial proučevane strukture v določenem korozivnem okolju, območju stabilna pasivnost in gostota toka v tem območju.
Za izdelavo katod se uporabljajo slabo topne kovine, kot so visokolegirana nerjavna jekla, tantal, nikelj, svinec in platina.
Da bi bila anodna elektrokemijska zaščita v določenem okolju učinkovita, je potrebna uporaba zlahka pasiviranih kovin in zlitin, referenčna elektroda in katoda morata biti ves čas v raztopini, vezni elementi pa morajo biti kakovostni.
Za vsak primer anodne zaščite je razporeditev katod zasnovana posebej.
Da bi bila anodna zaščita učinkovita za določen objekt, mora ta izpolnjevati nekatere zahteve:
Vsi zvari morajo biti izdelani kakovostno;
V tehnološkem okolju mora material, iz katerega je izdelan varovani objekt, preiti v pasivno stanje;
Število zračnih žepov in razpok mora biti minimalno;
Na konstrukciji ne sme biti zakovicnih spojev;
V varovani napravi morata biti referenčna elektroda in katoda vedno v raztopini.
Za izvedbo anodne zaščite v kemični industriji se pogosto uporabljajo toplotni izmenjevalniki in naprave, ki imajo cilindrično obliko.
Elektrokemična anodna zaščita nerjavnih jekel je uporabna za industrijsko skladiščenje žveplove kisline, raztopin na osnovi amoniaka, mineralnih gnojil, kot tudi vseh vrst zbiralnikov, rezervoarjev in merilnih posod.
Anodna zaščita se lahko uporablja tudi za preprečevanje korozivnega uničenja kopeli za brezelektrično nikljanje, enot za izmenjavo toplote pri proizvodnji umetnih vlaken in žveplove kisline.
Zagotavljanje zaščite cevi pred korozivnimi učinki se izvaja z različnimi tehnologijami. Ena najučinkovitejših metod je elektrokemijska obdelava, ki vključuje tudi katodno zaščito. V večini primerov se ta možnost uporablja v kombinaciji z obdelavo kovinskih konstrukcij z izolacijskimi spojinami.
Glavne vrste katodne zaščite
Katodna zaščita cevovodov pred korozijo je bila razvita že v devetnajstem stoletju. Ta tehnologija je prva uporabljali v ladjedelništvu in - trup plavajočega plovila je bil obložen z anodnimi ščitniki, ki so zmanjšali korozijske procese bakrove zlitine. Malo kasneje se je ta tehnologija začela aktivno uporabljati na drugih področjih. Poleg tega katodna tehnika trenutno velja za najučinkovitejšo protikorozijsko tehnologijo.
Za kovinske zlitine obstajata dve vrsti katodne zaščite:
Prva možnost danes velja za najpogostejšo, saj je hitrejša in preprostejša. S to tehnologijo se lahko spopadete z različnimi vrstami korozije:
- interkristal;
- pokanje medenine zaradi prekomerne obremenitve;
- korozija zaradi vpliva blodečih električnih tokov;
- luknjičasta korozija itd.
Treba je opozoriti, da prva tehnika omogoča obdelavo kovinskih konstrukcij velikih dimenzij, galvanska kemična električna zaščita pa je namenjena le majhnim izdelkom.
Galvanska tehnologija je v ZDA zelo priljubljena, pri nas pa se skoraj nikoli ne uporablja, saj tehnologija gradnje cevovodov v Ruski federaciji ne predvideva posebne izolacijske obdelave, ki je potrebna za galvansko zaščito.
Brez takšne prevleke se pod vplivom podtalnice poveča korozija jekla, kar je za jesen in pomlad izjemno pomembno. Pozimi, ko voda zmrzne, se proces korozije znatno upočasni.
Opis tehnologije
Katodna zaščita pred korozijo se izvaja z enosmernim električnim tokom, ki se pripelje na obdelovanec, in naredi potencial obdelovanca negativen. V ta namen se pogosto uporabljajo usmerniki.
Predmet, ki je povezan z virom električnega toka, se šteje za "minus", to je katoda, povezana ozemljitev pa je anoda, to je "plus". Glavni pogoj je prisotnost dobrega električno prevodnega okolja. Za podzemne cevi je to zemlja.
Pri izvajanju te tehnologije je treba vzdrževati razliko v potencialu električnega toka med zemljo (električno prevodnim medijem) in predmetom, ki se obdeluje. Vrednost tega indikatorja je mogoče določiti z uporabo voltmetra z visokim uporom.
Značilnosti učinkovitega dela
Korozija je pogosto krivec za znižanje tlaka v cevovodu. Zaradi poškodb kovinske konstrukcije nastanejo razpoke, votline in razpoke na konstrukciji. Ta problem je zelo pomemben za podzemne cevovode, saj so nenehno v stiku s podtalnico.
V tem primeru katodna tehnika omogoča minimiziranje procesa raztapljanja in oksidacije kovinske zlitine s spreminjanjem začetnega korozijskega potenciala.
Rezultati praktičnih preskusov kažejo, da polarizacijski potencial kovinskih zlitin z uporabo katodnih tehnik upočasnjuje korozijo.
Da bi dosegli učinkovito zaščito, je potrebno z enosmernim električnim tokom zmanjšati katodni potencial materiala, ki je bil uporabljen za izdelavo cevovoda. V tem primeru stopnja korozije kovin ne bo presegla deset mikrometrov na leto.
Poleg tega je katodna zaščita najboljša rešitev za zaščito podzemnih cevovodov pred vplivom blodečih električnih tokov. Potepuški tokovi so električni naboj, ki prodre v tla med delovanjem strelovoda, premikanjem električnih vlakov itd.
Za zaščito pred korozijo se lahko uporabljajo električni vodi ali prenosni generatorji, ki delujejo na dizelsko gorivo ali plin.
Posebna oprema
Za namene zaščite se uporabljajo posebne postaje. Ta oprema vključuje več enot:
- vir električnega toka;
- anoda (ozemljitev);
- merilno, nadzorno in upravljalno mesto;
- povezovalne žice in vrvice.
Anodna zaščitna postaja vam omogoča, da hkrati zaščitite več cevovodov, ki se nahajajo drug poleg drugega. Nastavitev dobavljenega električnega toka je lahko avtomatska ali ročna.
Pri nas je še posebej priljubljena instalacija Minerva-3000. Indikatorji moči tega SCP zadostujejo za zaščito približno 40 kilometrov podzemnega cevovoda pred korozijo.
Prednosti namestitve vključujejo:
Daljinsko upravljanje opreme se izvaja s pomočjo modulov GPRS, ki so vgrajeni v konstrukcijo.
