Katódos védelem: alkalmazások és szabványok

2025 Szerző: Howard Calhoun | [email protected]. Utoljára módosítva: 2025-01-24 13:17

A korrózió egy fém kémiai és elektrokémiai reakciója a környezetével, amely károsítja azt. Különböző sebességgel folyik, ami csökkenthető. Gyakorlati szempontból érdekes a talajjal, vízzel és szállított közeggel érintkező fémszerkezetek korróziógátló katódos védelme. A csövek külső felületét különösen károsítja a talaj és a kóboráramok hatása.

A belső korrózió a közeg tulajdonságaitól függ. Ha gáz, akkor alaposan meg kell tisztítani a nedvességtől és az agresszív anyagoktól: kénhidrogén, oxigén stb.

Működési elv

Az elektrokémiai korrózió folyamatának tárgyai a környezet, a fém és a köztük lévő határfelület. A közeg, amely általában nedves talaj vagy víz, jó elektromos vezetőképességgel rendelkezik. A közte és a fémszerkezet határfelületén elektrokémiai reakció megy végbe. Ha az áram pozitív (anódelektróda), a vasionok átjutnak a környező oldatba, ami a fém tömegveszteségét eredményezi. A reakció korróziót okoz. Negatív áram (katódelektróda) esetén ezek a veszteségek hiányoznak, mivel inelektronok kerülnek az oldatba. A módszert galvanizálásban használják acél nemvasfémekkel való bevonására.

Katódos korrózióvédelem akkor érhető el, ha negatív potenciált alkalmazunk egy vastárgyra.

Ehhez egy anódelektródát helyeznek a földbe, és egy pozitív potenciált kapcsolnak rá az áramforrásról. A mínusz a védett objektumra vonatkozik. A katódos-anódos védelem csak az anódelektróda aktív korróziós károsodásához vezet. Ezért időnként módosítani kell.

Az elektrokémiai korrózió negatív hatása

A szerkezetek korróziója előfordulhat más rendszerekből származó szórt áramok hatására. Hasznosak a céltárgyaknál, de jelentős károkat okoznak a közeli szerkezetekben. A villamosított járművek síneiről kóbor áramok terjedhetnek. Az alállomás felé haladnak és belépnek a csővezetékekbe. Ezek elhagyásakor anódszakaszok képződnek, amelyek intenzív korróziót okoznak. A védelem érdekében elektromos vízelvezetést használnak - az áramok speciális eltávolítását a csővezetékből a forrásukig. Itt is lehetséges a csővezetékek korrózió elleni katódos védelme. Ehhez ismerni kell a szórt áramok értékét, amelyet speciális eszközökkel mérnek.

Az elektromos mérések eredményei alapján kiválasztják a gázvezeték védelmének módszerét. Az univerzális gyógymód egy passzív módszer a csövek talajjal való érintkezésétől való elkülönítésére szigetelő bevonatokkal. A gázvezeték katódos védelme az aktív módszerre vonatkozik.

Csővezetékek védelme

A talajban lévő kialakítások védve vannak a korróziótól, ha egy egyenáramforrás mínuszát csatlakoztatja hozzájuk, a pluszt pedig a közelben a földbe eltemetett anódelektródákhoz. Az áram a szerkezethez fog menni, megvédve azt a korróziótól. Ily módon a földben elhelyezkedő csővezetékek, tartályok vagy csővezetékek katódos védelme valósul meg.

Az anódelektróda tönkremegy, ezért rendszeresen cserélni kell. A vízzel töltött tartálynál az elektródák belül vannak elhelyezve. Ebben az esetben a folyadék lesz az az elektrolit, amelyen keresztül az áram az anódokról a tartály felületére folyik. Az elektródák jól szabályozottak és könnyen cserélhetők. Földön ezt nehezebb megtenni.

Tápegység

Olaj- és gázvezetékek közelében, a katódos védelmet igénylő fűtési és vízellátó hálózatokban olyan állomásokat telepítenek, amelyekről feszültséget kapnak az objektumok. Ha szabadban vannak elhelyezve, védelmi fokozatuk legalább IP34 legyen. Bármelyik alkalmas száraz helyiségekre.

A gázvezetékek és más nagyméretű építmények katódos védelmére szolgáló állomások teljesítménye 1-10 kW.

Energiaparamétereik elsősorban a következő tényezőktől függenek:

• ellenállás a talaj és az anód között;
• talaj vezetőképessége;
• védőzóna hossza;
• a bevonat szigetelő hatása.

Hagyományosan a katódos védelmi átalakító transzformátor telepítés. Most egy inverteres váltja fel, amelynek kisebbek a méretei, jobb az áramstabilitása és nagyobb a hatásfoka. Fontos területeken olyan vezérlőket szerelnek fel, amelyek az áram- és feszültségszabályozás, a védőpotenciálok kiegyenlítésének stb. funkciói.

A berendezéseket különféle változatokban mutatják be a piacon. Különleges igények esetén egyedi tervezést alkalmazunk a legjobb működési feltételek biztosítása érdekében.

Tápforrás paraméterei

A vas korrózióvédelméhez a védőpotenciál 0,44 V. A gyakorlatban ennek nagyobbnak kell lennie a zárványok hatása és a fémfelület állapota miatt. A maximális érték 1 V. A fémen lévő bevonatok jelenlétében az elektródák közötti áramerősség 0,05 mA/m². Ha a szigetelés meghibásodik, az érték 10mA/m^2.

A katódos védelem más módszerekkel kombinálva is hatékony, mivel kevesebb áramot fogyaszt. Ha a szerkezet felületén festékbevonat van, akkor csak a törött helyeket védi elektrokémiai módszerrel.

Katódos védelem jellemzői

1. Állomások vagy mobilgenerátorok működtetik.
2. Az anódföldelés helye a csővezetékek sajátosságaitól függ. Az elhelyezési mód lehet elosztott vagy koncentrált, valamint különböző mélységekben is elhelyezhető.
3. Az anód anyagát alacsony oldhatósággal választották ki, hogy 15 évig kitartson.
4. Védelmi potenciálmezők kiszámítása minden egyes csővezetékhez. Nem szabályozott, ha a szerkezeteken nincs védőbevonat.

A Gazprom szabványos követelményei a katódos védelemre

• Hatás a védőfelszerelés teljes élettartama alatt.
• Túlfeszültség-védelem.
• Az állomás elhelyezése blokkdobozokban vagy önálló, vandálellenes kialakításban.
• Az anódföldelést olyan területeken választják ki, ahol minimális a talaj elektromos ellenállása.
• A jelátalakító jellemzőit a csővezeték védőbevonatának öregedésének figyelembevételével választják ki.

Futófelületvédelem

A módszer a katódos védelem egy fajtája, melynek során az elektródákat egy elektronegatívabb fémből, elektromosan vezető közegen keresztül csatlakoztatják. A különbség az energiaforrás hiányában rejlik. A futófelület elnyeli a korróziót azáltal, hogy feloldódik egy elektromosan vezető környezetben.

Néhány éven belül ki kell cserélni az anódot, mivel elhasználódik.

Az anód hatása a közeggel való érintkezési ellenállásának csökkenésével növekszik. Idővel korrozív réteggel boríthatja be. Ez az elektromos érintkezés meghibásodásához vezet. Ha az anódot olyan sókeverékbe helyezzük, amely oldja a korróziós termékeket, a hatásfok javul.

A védő befolyása korlátozott. A tartományt a közeg elektromos ellenállása, valamint az anód és a katód közötti potenciálkülönbség határozza meg.

A védővédelmet energiaforrások hiányában vagy azok használatakor alkalmazzákgazdaságilag nem praktikus. Savas alkalmazásoknál is hátrányos az anódok nagy oldódási sebessége miatt. A védőelemeket vízbe, talajba vagy semleges környezetbe kell felszerelni. Az anódok általában nem tiszta fémből készülnek. A cink egyenetlenül oldódik, a magnézium túl gyorsan korrodál, és erős oxidfilm képződik az alumíniumon.

Futófelület anyagok

Annak érdekében, hogy a védőburkolatok rendelkezzenek a szükséges teljesítményjellemzőkkel, a következő ötvöző adalékokat tartalmazó ötvözetekből készülnek.

• Zn + 0,025-0,15% Cd+ 0,1-0,5% Al - berendezések védelme tengervízben.
• Al + 8% Zn + 5% Mg + Cd, In, Gl, Hg, Tl, Mn, Si (százalékos részekben) - szerkezetek működése folyó tengervízben.
• Mg + 5-7% Al +2-5% Zn - kisméretű szerkezetek védelme alacsony sókoncentrációjú talajban vagy vízben.

Bizonyos típusú védőeszközök helytelen használata negatív következményekkel jár. A magnézium anódok a berendezések megrepedését okozhatják a hidrogénridegség kialakulása miatt.

A korróziógátló bevonatokkal kombinált áldozati katódos védelem növeli annak hatékonyságát.

A védőáram elosztása javult, és lényegesen kevesebb anódra van szükség. Egyetlen magnézium-anód védi a bitumenbevonatú csővezetéket 8 km-en keresztül, a bevonatlan csővezetéket pedig csak 30 méteren keresztül.

Karosszériák védelme a korrózió ellen

Ha a bevonat eltörik, a karosszéria vastagsága 5 év alatt akár 1 mm-re is csökkenhet, pl.átrozsdásodik. A védőréteg helyreállítása fontos, de emellett lehetőség van a korróziós folyamat teljes megállítására katódos-védő védelemmel. Ha a testet katóddá alakítja, a fém korróziója leáll. Az anódok bármilyen közeli vezető felület lehet: fémlemezek, földhurok, garázstest, nedves útfelület. Ebben az esetben a védelmi hatékonyság az anódok területének növekedésével növekszik. Ha az anód egy útfelület, akkor fémezett gumiból készült "farkat" használnak az érintkezéshez. A kerekekkel szemben van elhelyezve, hogy a fröccsenő víz jobban csökkenjen. A "farok" el van szigetelve a testtől.

Az akkumulátor plusz egy 1 kΩ-os ellenálláson és egy vele sorba kapcsolt LED-en keresztül csatlakozik az anódhoz. Amikor az áramkör az anódon keresztül zárva van, amikor a mínusz a testhez van csatlakoztatva, normál üzemmódban a LED alig észrevehetően világít. Ha erősen ég, akkor rövidzárlat történt az áramkörben. Az okot meg kell találni és meg kell szüntetni.

A védelem érdekében egy biztosítékot sorosan kell beépíteni az áramkörbe.

Amikor az autó a garázsban van, egy földelő anódhoz csatlakozik. Vezetés közben a kapcsolat a "farkon" keresztül jön létre.

Következtetés

A katódos védelem a föld alatti csővezetékek és egyéb építmények üzembiztonságának javításának egyik módja. Ugyanakkor figyelembe kell venni a szomszédos csővezetékekre gyakorolt negatív hatását a kóbor áramok hatására.