תרשים חשמלי של תחנת הגנה קתודית. הגנה קתודית

צינורות הם ללא ספק האמצעי הנפוץ ביותר להובלת נושאי אנרגיה. החיסרון הברור שלהם הוא הרגישות שלהם לחלודה. לשם כך מתבצעת הגנה קתודית של צינורות ראשיים מפני קורוזיה. מהו עקרון הפעולה שלו?

גורמים לקורוזיה

רשתות של צינורות למערכות תומכות חיים מופצות ברחבי רוסיה. בעזרתם מועברים ביעילות גז, מים, מוצרי נפט ונפט. לא מזמן הונח צינור להובלת אמוניה. רוב סוגי הצינורות עשויים ממתכת, והאויב העיקרי שלהם הוא קורוזיה, ממנה ישנם סוגים רבים.

הסיבות להיווצרות חלודה על משטחי מתכת מבוססות על המאפיינים סביבה, קורוזיה חיצונית ופנימית של צינורות. הסיכון של קורוזיה עבור משטחים פנימיים מבוסס על:

1. אינטראקציה עם מים.
2. נוכחות של אלקליות, מלחים או חומצות במים.

נסיבות כאלה עלולות להתעורר במערכות אספקת מים ראשיות, אספקת מים חמים (DHW), קיטור ומערכות חימום. גורם חשוב לא פחות הוא שיטת הנחת הצינור: מעל הקרקע או מתחת לאדמה. הראשון קל יותר לתחזוקה ולחסל את הגורמים להיווצרות חלודה בהשוואה לשנייה.

בשיטת ההתקנה של צינור לצינור, הסיכון לקורוזיה נמוך. בהתקנה ישירה של צינור בחוץ, עלולה להיווצר חלודה עקב אינטראקציה עם האווירה, מה שמוביל גם לשינוי בעיצוב.

צינורות הממוקמים מתחת לאדמה, כולל קיטור ו מים חמיםהפגיע ביותר לקורוזיה. נשאלת השאלה לגבי הרגישות לקורוזיה של צינורות הנמצאים בתחתית מקורות מים, אך רק חלק קטן מהצנרת נמצא במקומות אלו.

על פי מטרתם, צינורות עם סיכון לקורוזיה מחולקים ל:

• קווים ראשיים;
• דיג;
• למערכות חימום ותמיכה בחיים;
• עבור שפכים ממפעלי תעשייה.

רגישות לקורוזיה של רשתות צינורות ראשיים

קורוזיה של צינורות מסוג זה נחקרת היטב, וההגנה עליהם מפני חשיפה גורמים חיצונייםמוגדר על פי דרישות התקן. מסמכים רגולטוריים דנים בשיטות הגנה, ולא בסיבות להיווצרות חלודה.

חשוב לא פחות לקחת בחשבון שבמקרה זה נחשבת רק קורוזיה חיצונית, שהחלק החיצוני של הצינור רגיש לה, שכן גזים אינרטים עוברים בתוך הצינור. במקרה זה, מגע של המתכת עם האטמוספרה אינו כל כך מסוכן.

להגנה מפני קורוזיה על פי GOST, מספר קטעים של הצינור נחשבים: מוגבר ו סכנה גבוהה, כמו גם מאכל.

השפעת גורמים שליליים מהאטמוספרה על אזורים סכנה מוגברתאו סוגי קורוזיה:

1. זרמים תועים נובעים ממקורות זרם ישר.
2. חשיפה למיקרואורגניזמים.
3. הלחץ שנוצר מעורר פיצוח של המתכת.
4. אחסון פסולת.
5. קרקעות מלוחות.
6. הטמפרטורה של החומר המועבר היא מעל 300 מעלות צלזיוס.
7. קורוזיה של פחמן דו חמצני של צינור נפט.

מתקין להגנה על צינורות תת קרקעיים מפני קורוזיה חייב לדעת את עיצוב הצינור ואת הדרישות של SNiP.

קורוזיה אלקטרוכימית מאדמה

בשל ההבדל במתחים הנוצרים בקטעים בודדים של צינורות, מתרחשת זרימת אלקטרונים. תהליך היווצרות החלודה מתרחש על פי העיקרון האלקטרוכימי. בהתבסס על השפעה זו, חלק מהמתכת באזורים האנודיים נסדקת וזורמת לבסיס האדמה. לאחר אינטראקציה עם האלקטרוליט נוצרת קורוזיה.

אחד הקריטריונים המשמעותיים להבטחת הגנה מפני ביטויים שליליים הוא אורך הקו. בדרך יש קרקעות עם הרכב שונהומאפיינים. כל זה תורם להופעת הפרש מתחים בין חלקי הצינורות המונחים. לרשת החשמל יש מוליכות טובה, כך שמתרחשת היווצרות של זוגות גלווניים במידה רבה למדי.

עלייה בקצב קורוזיה בצנרת נגרמת על ידי צפיפות שטף אלקטרונים גבוהה. עומק הקווים חשוב לא פחות, שכן הוא שומר על אחוזי לחות משמעותיים והטמפרטורה אינה מורשית לרדת מתחת לסימן "0". אבנית טחנה נשארת גם על פני הצינורות לאחר העיבוד, והדבר משפיע על מראה החלודה.

על ידי ניצוח עבודת מחקרנוצר קשר ישיר בין העומק לאזור החלודה שנוצרת על המתכת. זה מבוסס על העובדה שמתכת עם שטח פנים גדול יותר היא הפגיעה ביותר לחיצוניות ביטויים שליליים. מקרים מיוחדים כוללים התרחשות של כמויות קטנות משמעותית של הרס על מבני פלדה בהשפעת התהליך האלקטרוכימי.

האגרסיביות של קרקעות למתכת נקבעת, קודם כל, על ידי המרכיב המבני שלהן, לחות, התנגדות, רוויה אלקלית, חדירות אוויר וגורמים אחרים. על המתקין להגנה על צנרת תת קרקעית מפני קורוזיה להכיר את פרויקט בניית הצנרת.

קורוזיה בהשפעת זרמים תועים

חלודה יכולה לנבוע מזרימה מתחלפת וקבועה של אלקטרונים:

• היווצרות חלודה בהשפעת זרם קבוע. זרמים תועים הם זרמים המצויים בקרקע ובאלמנטים מבניים הנמצאים מתחת לאדמה. מקורם הוא אנתרופוגני. הם מתעוררים כתוצאה מהפעלת מכשירים טכניים של זרם ישר, המתפשטים מבניינים או מבנים. הם יכולים להיות ממירי ריתוך, מערכות הגנת קתודה והתקנים אחרים. הזרם נוטה ללכת בנתיב ההתנגדות הקטנה ביותר, כתוצאה מכך, עם צינורות קיימים באדמה, יהיה הרבה יותר קל לזרם לעבור דרך המתכת. האנודה היא הקטע של הצינור שממנו יוצא הזרם התועה אל פני הקרקע. החלק של הצינור שאליו נכנס הזרם פועל כקתודה. על המשטחים האנודיים המתוארים, יש לזרמים צפיפות מוגברתלכן, במקומות אלה נוצרים כתמי קורוזיה משמעותיים. קצב הקורוזיה אינו מוגבל ויכול להיות עד 20 מ"מ בשנה.
• היווצרות חלודה בהשפעת זרם חילופין. כאשר ממוקם ליד קווי חשמל עם מתחי רשת מעל 110 קילו וולט, כמו גם בסידור מקביל של צינורות, קורוזיה מתרחשת בהשפעת זרמי חילופין, כולל קורוזיה מתחת לבידוד של צינורות.

פיצוח קורוזיה במתח

אם משטח מתכת נחשף בו זמנית לחיצוניות גורמים שלילייםומתח גבוה מקווי חשמל, יוצר כוחות מתיחה, ואז מתרחשת היווצרות חלודה. על פי המחקר שבוצע, תורת הקורוזיה החדשה של מימן תפסה את מקומה.

סדקים קטנים נוצרים כאשר הצינור רווי במימן, מה שמבטיח עלייה בלחץ מבפנים לרמות גבוהות מהמקבילה הנדרשת לקשר האטומים והגבישים.

בהשפעת דיפוזיה של פרוטונים, הידרוגנציה של שכבת פני השטח מתרחשת בהשפעת הידרוליזה ב רמות גבוהותהגנה קתודית וחשיפה בו-זמנית לתרכובות אנאורגניות.

לאחר פתיחת הסדק מואץ תהליך החלודה של המתכת, אותו מספק האלקטרוליט הקרקע. כתוצאה מכך, בהשפעה השפעות מכניותהמתכת עוברת הרס איטי.

קורוזיה עקב מיקרואורגניזמים

קורוזיה מיקרוביולוגית היא תהליך היווצרות חלודה על צינור תחת השפעת מיקרואורגניזמים חיים. אלה יכולים להיות אצות, פטריות, חיידקים, כולל פרוטוזואה. הוכח כי התפשטות החיידקים משפיעה באופן משמעותי ביותר על תהליך זה. כדי לשמור על הפעילות החיונית של מיקרואורגניזמים, יש צורך ליצור תנאים, כלומר חנקן, לחות, מים ומלחים. כמו כן התנאים הם:

1. מחווני טמפרטורה ולחות.
2. לַחַץ.
3. זמינות תאורה.
4. חַמצָן.

אורגניזמים המייצרים תנאים חומציים יכולים גם הם לגרום לקורוזיה. בהשפעתם מופיעים על פני השטח חללים שצבעם שחור ו ריח רעמימן גופרתי. חיידקים המכילים סולפט נמצאים כמעט בכל הקרקעות, אך קצב הקורוזיה עולה ככל שמספרם עולה.

מהי הגנה אלקטרוכימית

הגנה אלקטרוכימית של צינורות מפני קורוזיה היא מערכת של אמצעים שמטרתם למנוע התפתחות קורוזיה בהשפעת שדה חשמלי. מיישרים מיוחדים משמשים להמרת זרם ישר.

הגנה מפני קורוזיה מתבצעת על ידי יצירת שדה אלקטרומגנטי, כתוצאה מכך נרכש פוטנציאל שלילי או שהאזור פועל כקתודה. כלומר, קטע של צינורות פלדה, מוגן מפני היווצרות של חלודה, רוכש מטען שלילי, וההארקה הופכת חיובית.

הגנה קתודיתהגנת קורוזיה של צינורות מלווה בהגנה אלקטרוליטית עם מוליכות מספקת של המדיום. פונקציה זו מבוצעת על ידי אדמה בעת הנחת כבישים תת קרקעיים מתכתיים. המגע בין האלקטרודות מתבצע באמצעות אלמנטים מוליכים.

המחוון לקביעת מחווני קורוזיה הוא מד מתח גבוה או מד קורוזיה. באמצעות מכשיר זה מנוטר המחוון בין האלקטרוליט לאדמה, במיוחד למקרה זה.

כיצד מסווגים הגנה אלקטרוכימית?

קורוזיה והגנה של צינורות ראשיים ומיכלים ממנו נשלטים בשתי דרכים:

• מקור זרם מחובר למשטח המתכת. אזור זה מקבל מטען שלילי, כלומר, הוא פועל כקתודה. אנודות הן אלקטרודות אינרטיות שאין להן שום קשר לעיצוב. שיטה זו נחשבת לנפוצה ביותר, ולא מתרחשת קורוזיה אלקטרוכימית. טכניקה זו נועדה למנוע את סוגי הקורוזיה הבאים: בור, עקב נוכחות של זרמים תועים, סוג גבישי של נירוסטה, כמו גם פיצוח של אלמנטים פליז.
• שיטה גלוונית. הגנה על צינורות ראשיים או הגנת דריכה מתבצעת עם לוחות מתכת עם דירוגים גבוהיםמטענים שליליים עשויים מאלומיניום, אבץ, מגנזיום או סגסוגות שלהם. אנודות הן שני יסודות, מה שנקרא מעכבים, בעוד שההרס האיטי של המגן עוזר לשמור על זרם הקתודה במוצר. הגנת מגן משמשת לעתים רחוקות ביותר. ECP מבוצע על ציפוי בידוד של צינורות.

על התכונות של הגנה אלקטרוכימית

הסיבה העיקרית להרס צינורות היא תוצאה של קורוזיה של משטחי מתכת. לאחר היווצרות החלודה נוצרים סדקים, קרעים וחללים, אשר גדלים בהדרגה ותורמים לקריעת הצינור. תופעה זו מתרחשת לעתים קרובות יותר ליד כבישים מהירים המונחים מתחת לאדמה או במגע עם מי תהום.

עקרון ההגנה הקתודית הוא יצירת הפרש מתח ופעולת שתי השיטות שתוארו לעיל. לאחר ביצוע פעולות מדידה ישירות במיקום הצינור, נמצא כי הפוטנציאל הנדרש לסיוע בהאטת תהליך ההרס צריך להיות 0.85V, ולאלמנטים תת קרקעיים ערך זה הוא 0.55V.

כדי להאט את קצב הקורוזיה, יש להפחית את מתח הקתודה ב-0.3V. במצב זה, קצב הקורוזיה לא יעלה על 10 מיקרון לשנה, וזה יאריך משמעותית את חיי השירות של מכשירים טכניים.

אחת הבעיות המשמעותיות היא הימצאות זרמים תועים בקרקע. זרמים כאלה נובעים מהארקה של מבנים, מבנים, פסי רכבת והתקנים אחרים. יתרה מכך, אי אפשר לעשות הערכה מדויקת היכן הם עשויים להופיע.

כדי ליצור אפקט הרסני, מספיק להטעין צינורות פלדה בעלי פוטנציאל חיובי ביחס לסביבה האלקטרוליטית, אלה כוללים צינורות המונחים באדמה.

על מנת לספק למעגל זרם, יש צורך לספק מתח חיצוני, שהפרמטרים שלו יספיקו כדי לפרוץ את ההתנגדות של יסוד הקרקע.

ככלל, מקורות כאלה הם קווי חשמל עם דירוגי הספק בין 6 ל-10 קילוואט. אם לא ניתן לספק זרם חשמלי, אז ניתן להשתמש במחוללי דיזל או גז. על המתקין להגנה על צינורות תת קרקעיים מפני קורוזיה להכיר את פתרונות התכנון לפני ביצוע העבודה.

הגנה קתודית

כדי להפחית את אחוז החלודה על פני הצינורות, נעשה שימוש בתחנות הגנת אלקטרודות:

1. אנודה, עשויה בצורה של מוליכים הארקה.
2. ממירים של זרימת אלקטרונים קבועה.
3. ציוד לבקרת תהליכים וניטור תהליך זה.
4. חיבורי כבלים וחוטים.

תחנות הגנה קתודיות יעילות למדי; כאשר הן מחוברות ישירות לקו חשמל או לגנרטור, הן מספקות אפקט מעכב של זרמים. זה מבטיח הגנה על מספר חלקים של הצינור בו זמנית. ניתן לכוונן פרמטרים באופן ידני או אוטומטי. במקרה הראשון, פיתולי שנאי משמשים, ובשני, תיריסטורים משמשים.

הנפוץ ביותר ברוסיה הוא התקנת ההייטק - Minevra -3000. הכוח שלו מספיק כדי להגן על 30,000 מ' של כבישים מהירים.

יתרונות המכשיר הטכני:

• מאפייני הספק גבוה;
• עדכון מצב הפעולה לאחר עומסי יתר ברבע דקה;
• באמצעות רגולציה דיגיטלית, מנוטרים פרמטרי הפעלה;
• אטימות של קשרים קריטיים ביותר;
• חיבור המכשיר לבקרת תהליך מרחוק.

משתמשים גם ב-ASKG-TM, למרות שההספק שלהם נמוך, הציוד שלהם עם קומפלקס טלמטריה או שלט רחוק מאפשר להם להיות לא פחות פופולריים.

תרשים של ראש הבידוד של אספקת המים או צינור הגז חייב להיות זמין באתר העבודה.

וידאו: הגנה קתודית מפני קורוזיה - מהי וכיצד היא מתבצעת?

הגנה מפני קורוזיה על ידי התקנת ניקוז

מתקין הגנת קורוזיה לצנרת תת קרקעית חייב להכיר את מערכת הניקוז. הגנה כזו מפני היווצרות חלודה של צינורות מזרמים תועים מתבצעת על ידי התקן ניקוז הדרוש להסטת זרמים אלה לקטע אחר של הקרקע. ישנן מספר אפשרויות ניקוז.

סוגי ביצוע:

1. הוצא להורג מתחת לאדמה.
2. יָשָׁר.
3. עם קוטביות.
4. מחוזק.

בעת ביצוע ניקוז עפר, אלקטרודות מותקנות באזורי האנודה. כדי להבטיח קו ניקוז ישר, נעשה מגשר חשמלי המחבר את הצינור לקוטב השלילי של מקורות זרם, למשל, הארקה מבניין מגורים.

לניקוז מקוטב יש מוליכות חד כיוונית, כלומר, כאשר מטען חיובי מופיע על לולאת הקרקע, הוא נכבה אוטומטית. ניקוז משופר פועל מממיר זרם המחובר אליו בנוסף תרשים חשמלי, וזה משפר את הסרת זרמי תועים מהקו הראשי.

הגידול עבור קורוזיה בצנרת מתבצע על ידי חישוב, על פי RD.

בנוסף, נעשה שימוש בהגנה מעכבת, כלומר, נעשה שימוש בהרכב מיוחד על הצינורות כדי להגן מפני סביבות אגרסיביות. קורוזיה מעמידה מתרחשת כאשר ציוד הדוד אינו פעיל במשך זמן רב; כדי למנוע זאת, יש צורך תחזוקהצִיוּד.

מתקין להגנה על צינורות תת-קרקעיים מפני קורוזיה חייב להיות בעל ידע ומיומנויות, להיות מאומן בכללים ולעבור מעת לעת בדיקה רפואית ולעבור בחינות בנוכחות מפקח מ-Rostechnadzor.

הגנה על מתכת מפני קורוזיה על ידי הפעלת זרם חשמלי ישיר חיצוני, המשנה באופן קיצוני את פוטנציאל האלקטרודה של החומר ומשנה את קצב הקורוזיה שלו, נקראת הגנה אלקטרוכימית. הוא מגן בצורה מהימנה על משטחים מפני קורוזיה, מונע הרס של מיכלים תת קרקעיים, צינורות, תחתיות ספינה, מיכלי גז, מבנים הידראוליים, צינורות גז וכו'. שיטה זו משמשת במקרים בהם פוטנציאל הקורוזיה נמצא באזור של ריקבון עז או במהלך פסיביות , כלומר, כאשר מתרחש הרס פעיל של מבני מתכת.

עקרון הפעולה של הגנה אלקטרוכימית

מקור קבוע מחובר למבנה המתכת מבחוץ. זרם חשמלי. על פני המוצר, זרם חשמלי יוצר קיטוב קתודי של האלקטרודות, וכתוצאה מכך מתרחשת החלפה והאזורים האנודיים הופכים לקטודיים. כתוצאה מכך, בהשפעת סביבה קורוזיבית, האנודה נהרסת, ולא חומר המקור. סוג זה של הגנה מחולק לקתודי ואנודי, זה תלוי באיזה כיוון (שלילי או חיובי) הפוטנציאל של המתכת משתנה.

הגנה בפני קורוזיה קתודית

דוגמה: (+0.8)Au/Fe(-0.44)

כדי להגביר את היציבות של חלקי מתכת במגע עם כל סביבה אגרסיבית או במהלך פעולה עם חשיפה ל מי יםאו אדמה, מוחל הגנת קורוזיה קתודית. במקרה זה, קיטוב קתודי של המתכת המאוחסנת מושג על ידי יצירת זוג מיקרוגלווני עם מתכת אחרת (אלומיניום, אבץ, מגנזיום), הפחתת מהירות התהליך הקתודי (פיזור האלקטרוליט) או הפעלת זרם חשמלי ממקור חיצוני. .

בדרך כלל משתמשים בטכניקה זו לשימור מתכות ברזליות, מכיוון שרוב החפצים המצויים באדמה ובמים עשויים מהן - למשל מזחים, מבני כלונסאות, צינורות. יישום רחבשיטה זו נמצאה גם בהנדסת מכונות, במניעת תהליכי קורוזיה של כלי רכב חדשים ובשימוש, בעת עיבוד מרכב המכונית, חללי איברי צד, רכיבי השלדה וכו'. יש לציין כי אותה שיטה מגנה ביעילות על תחתית המכונית, אשר חשופה לרוב לחשיפה לסביבות אגרסיביות.

להגנה קתודית, עם יתרונות רבים, יש עדיין חסרונות. אחד מהם הוא עודף הגנה; תופעה זו נצפית כאשר הפוטנציאל של המוצר המאוחסן מוסט מאוד לכיוון השלילי. התוצאה היא שבירות מתכת, פיצוח קורוזיה של החומר והרס של כל ציפויי ההגנה. הסוג שלו הוא הגנת דריכה. בעת השימוש בו, מתכת עם פוטנציאל שלילי (מגן) מחוברת למוצר המאוחסן, אשר נהרס לאחר מכן, שומר על החפץ.

הגנה אנודית

דוגמה: (-0.77)Cd/Fe(-0.44)

הגנה אנודית מפני קורוזיה מתכת משמשת למוצרים העשויים מסגסוגות ברזל בסגסוגת גבוהה, פלדה עמידה לפחמן וחומצה, הממוקמים בסביבות קורוזיביות עם מוליכות חשמלית טובה. בשיטה זו, פוטנציאל המתכת עובר ל צד חיוביעד שהוא מגיע למצב יציב (פאסיבי).

המתקן האלקטרוכימי של האנודה כולל: מקור זרם, קתודה, אלקטרודת ייחוס וחפץ מאוחסן.

על מנת שההגנה תהיה יעילה ככל האפשר עבור כל פריט ספציפי, יש לפעול לפי כללים מסוימים:

למזער את מספר הסדקים, החריצים וכיסי האוויר;

איכות הריתוכים והחיבורים של מבני מתכת חייבת להיות מקסימלית;

יש למקם את הקתודה ואלקטרודת הייחוס בתמיסה ולהישאר שם לצמיתות

צינורות העוברים מתחת לאדמה נתונים להשפעות ההרסניות של קורוזיה. קורוזיה בצנרת משפיעה על צינורות מתכת כאשר נוצרים תנאים שבהם אטומי מתכת יכולים להפוך ליונים.

כדי שאטום ניטרלי יהפוך ליון, יש צורך לוותר על אלקטרון, וזה אפשרי אם יש אנודה שתקבל אותו. מצב זה אפשרי כאשר מתרחש הבדל פוטנציאלי בין חלקים בודדים של הצינור: חלק אחד הוא האנודה, השני הוא הקתודה.

סיבות לתגובות אלקטרוליטיות

ישנן מספר סיבות להיווצרות הבדל פוטנציאלי (גודל ערכו) בקטעים בודדים של הצינור:

• הרכבי קרקע שונים לפי תכונות פיזיקליות וכימיות;
• הטרוגניות מתכת;
• לחות אדמה;
• מַשְׁמָעוּת טמפרטורת פעולה, חומר מועבר;
• אינדיקטור של חומציות אלקטרוליטים בקרקע;
• מעבר של קו הובלה חשמלי היוצר זרמים תועים.

חָשׁוּב! אזורים הדורשים הגנה נקבעים בשלב התכנון של המתקן. כל המבנים הדרושים בנויים במקביל להנחת צינורות.

כתוצאה מכך, שני סוגים של נזקי קורוזיה יכולים להתרחש:

• שטחי, שאינו מוביל להרס של הצינור;
• מקומי, מה שגורם להיווצרות קונכיות, סדקים וסדקים.

סוגי הגנה מפני קורוזיה

כדי להגן על צינורות מהרס, נעשה שימוש בהגנה מפני קורוזיה בצנרת.

ישנן שתי שיטות הגנה עיקריות:

• פסיבי, שבו נוצרת מעטפת מגן סביב הצינורות, המפרידה לחלוטין אותם מהקרקע. בדרך כלל זהו ציפוי העשוי מביטומן, שרף אפוקסי או סרט פולימר;
• פעיל, המאפשר לך לשלוט בתהליכים האלקטרוכימיים המתרחשים בנקודות המגע בין הצינור לאלקטרוליט הקרקע.

השיטה הפעילה מחולקת לשלושה סוגי הגנה:

• קָטוֹדָה;
• לִדרוֹך;
• תעלת ניקוז

ניקוז מגן על צינורות מפני קורוזיה הנגרמת על ידי זרמים תועים. זרמים כאלה מופנים לכיוון המקור שיוצר אותם או ישירות לתוך שכבת הקרקע. ניקוז יכול להיות עפר (הארקת אזורי האנודה של הצינור), ישיר (ניתוק מהקוטב השלילי של מקור הזרם התועה). ניקוז מקוטב ומשופר משמש בתדירות נמוכה יותר.

שיטות לארגון הגנה קתודית

הגנה קתודית של צינור מפני קורוזיה נוצרת אם נעשה שימוש בשדה חשמלי חיצוני לארגון הקיטוב הקתודי של הצינור, והנזק מועבר לאנודה החיצונית שתעבור הרס.

הקתודה מחולקת לשני סוגים:

• גלווני עם שימוש באנודות מגן, לייצור אשר נעשה שימוש בסגסוגות של מגנזיום, אלומיניום ואבץ;
• חשמלי, המשתמש במקור זרם ישר חיצוני עם דיאגרמת חיבור: מינוס לצינור, פלוס לאנודה המוארקת.

הבסיס של השיטה הגלוונית של הגנה קתודית: השימוש בתכונה של מתכות להיות בעלות פוטנציאלים שונים כאשר הם משמשים בצורה של אלקטרודה. אם האלקטרוליט מכיל שתי מתכות עם משמעות שונהפוטנציאל, אז זה עם הערך הנמוך ביותר ייהרס.

חומר הדריכה נבחר כך שדרישות מסוימות מתקיימות:

• פוטנציאל שלילי בעל ערך גדול בהשוואה לפוטנציאל של הצינור;
• יעילות משמעותית;
• פלט זרם ספציפי גבוה;
• קיטוב אנודי נמוך, כך שלא ייווצרו סרטי תחמוצת.

הערה! היעילות הגבוהה ביותר היא לאנודות עשויות אבץ וסגסוגת אלומיניום, הנמוכה ביותר עבור מגנזיום.

כדי להגביר את היעילות והאפקטיביות של ההגנה, מגנים טבולים במפעיל, מה שמפחית את הקורוזיה של המגן עצמו ואת מידת ההתנגדות לזרם המתפשט מהמגן, ומפחית את יכולת הקיטוב האנודי.

מתקן המגן מורכב ממגן, אקטיבטור, מוליך המחבר בין המגן לצינור ונקודה לניטור ומדידה של פרמטרים חשמליים.

יְעִילוּת הגנת דריכהקורוזיה של צינורות תלויה בערך התנגדות הקרקע. זה עובד היטב אם מחוון זה אינו עולה על 50 אוהם*מ; עם ערך גבוה יותר, ההגנה תהיה חלקית. כדי להגביר את היעילות, משתמשים במגני סרטים.

המגבלה לשימוש בהגנה קורבנות היא המגע החשמלי של הצינור ותקשורת מורחבת סמוכה.

תחנות הגנה קתודיות

מורכב יותר לארגון, אבל היעיל ביותר הוא החשמלי. כדי לארגן אותו, נבנה מקור זרם ישר חיצוני - תחנת הגנה קתודית. בתחנת חשמל, זרם חילופין הופך לזרם ישר.

רכיבי הגנה קתודיים:

• הארקה אנודית;
• קו חיבור DC;
• הארקה מגן;
• מקור DC;
• מסוף קתודה.

השיטה החשמלית היא אנלוגי לתהליך האלקטרוליזה.

בהשפעת השדה החיצוני של מקור הזרם, אלקטרונים ערכיים מתרחקים מהארקת האנודה לכיוון מקור הזרם והצינור. האנודה המוארקת נהרסת בהדרגה. וליד צינור ממקור זרם ישר, עודף נכנס של אלקטרונים חופשיים מוביל לדה-פולריזציה (כמו קתודה בזמן אלקטרוליזה).

כדי למנוע הרס קורוזיבי של מספר צינורות, נבנות מספר תחנות ומותקנות מספר מתאים של אנודות.

הבטחת ההגנה על צינורות מפני השפעות קורוזיביות מתבצעת באמצעות טכנולוגיות שונות. אחד ה טכניקות יעילותטיפול אלקטרוכימי נחשב, כולל הגנה קתודית. ברוב המקרים, אפשרות זו משמשת בשילוב, יחד עם טיפול במבני מתכת עם תרכובות בידוד.

סוגים עיקריים של הגנה קתודית

הגנה קתודית של צינורות מפני קורוזיה פותחה עוד במאה התשע-עשרה. טכנולוגיה זו היא הראשונה שימשו בתעשיית בניית ספינותוכן - גוף הכלי הצף היה מכוסה במגני האנודה, אשר מזערו את תהליכי הקורוזיה של סגסוגת הנחושת. קצת מאוחר יותר, טכנולוגיה זו החלה להיות בשימוש פעיל בתחומים אחרים. בנוסף, הטכניקה הקתודית על כַּיוֹםנחשבת לטכנולוגיה האנטי קורוזיה היעילה ביותר.

ישנם שני סוגים של הגנה קתודית לסגסוגות מתכת:

האפשרות הראשונה נחשבת לנפוצה ביותר כיום, מכיוון שהיא מהירה ופשוטה יותר. בעזרת טכנולוגיה זו אתה יכול להתמודד עם סוגים שוניםקורוזיה:

• בין קריסטל;
• פיצוח של פליז עקב מתח מוגזם;
• קורוזיה הנגרמת מהשפעת זרמים חשמליים תועים;
• קורוזיה בבור וכו'.

יש לציין כי הטכניקה הראשונה מאפשרת עיבוד של מבני מתכת בגודל גדול, והגנה חשמלית כימית גלוונית מיועדת רק למוצרים קטנים.

הטכנולוגיה הגלוונית פופולרית מאוד בארצות הברית, אך במדינה שלנו כמעט ולא נעשה בה שימוש, שכן הטכנולוגיה לבניית צינורות בפדרציה הרוסית אינה מרמזת על טיפול בידוד מיוחד, הדרוש להגנה גלוונית.

ללא ציפוי כזה, קורוזיה פלדה גוברת בהשפעת מי התהום, שחשובה ביותר לסתיו ולאביב. IN תקופת החורףלאחר שהמים קופאים, תהליך הקורוזיה מואט באופן משמעותי.

תיאור הטכנולוגיה

הגנת קורוזיה קתודית מתבצעת באמצעות זרם חשמלי ישר המופעל על חומר העבודה, והופכת את פוטנציאל היצירה לשלילי. מיישרים משמשים לעתים קרובות למטרה זו.

העצם המחובר למקור הזרם החשמלי נחשב ל"מינוס", כלומר הקתודה, והאדמה המחוברת היא האנודה, כלומר ה"פלוס". התנאי העיקרי הוא נוכחות של סביבה מוליכה חשמלית טובה. עבור צינורות תת קרקעיים, זוהי אדמה.

בעת יישום טכנולוגיה זו, יש לשמור על הבדל בפוטנציאל הזרם החשמלי בין האדמה (המדיום המוליך חשמלית) לבין האובייקט המעובד. ניתן לקבוע את הערך של מחוון זה באמצעות מד מתח בעל התנגדות גבוהה.

תכונות של עבודה יעילה

קורוזיה היא לעתים קרובות האשם בהפחתת לחץ הצינור. עקב פגיעה במבנה המתכת נוצרים במבנה סדקים, חללים וקרעים. בעיה זו רלוונטית ביותר לצינורות תת קרקעיים, מכיוון שהם נמצאים כל הזמן במגע עם מי תהום.

במצב זה, הטכניקה הקתודית מאפשרת למזער את תהליך הפירוק והחמצון של סגסוגת המתכת על ידי שינוי פוטנציאל הקורוזיה הראשוני.

תוצאות בדיקה מעשיות מצביעות על כך שפוטנציאל הקיטוב של סגסוגות מתכת באמצעות טכניקות קתודיות מאט את הקורוזיה.

על מנת להשיג הגנה יעילה, עליך להשתמש בזרם חשמלי ישיר כדי להפחית את פוטנציאל הקתודה של החומר ששימש ליצירת הצינור. במצב זה, קצב קורוזית המתכת לא יעלה על עשרה מיקרומטרים בשנה.

בנוסף, הגנה קתודית היא הפתרון הטוב ביותר להגנה על צינורות תת קרקעיים מהשפעת זרמים חשמליים תועים. זרמים תועים הם מטען חשמלי החודר לקרקע בזמן פעולת מקל ברק, תנועת רכבות חשמליות וכו'.

כדי לספק הגנה נגד קורוזיה, ניתן להשתמש בקווי חשמל או גנרטורים ניידים הפועלים על סולר או גז.

ציוד מיוחד

למטרות הגנה, נעשה שימוש בתחנות מיוחדות. ציוד זה כולל מספר יחידות:

• מקור זרם חשמלי;
• אנודה (הארקה);
• נקודת מדידה, בקרה וניהול;
• חוטי חיבור וכבלים.

תַחֲנָה הגנה אנודיתמאפשר לך לספק הגנה למספר צינורות הממוקמים זה ליד זה בבת אחת. התאמה של הזרם החשמלי המסופק יכולה להיות אוטומטית או ידנית.

בארצנו, מתקן Minerva-3000 פופולרי במיוחד. מחווני הכוח של SCP זה מספיקים כדי להגן על כ-40 קילומטרים של צינור תת קרקעי מפני קורוזיה.

יתרונות ההתקנה כוללים:

שליטה מרחוק על הציוד מתבצעת באמצעות מודולי GPRS, המובנים בעיצוב.

M. Ivanov, Ph.D. נ.

קורוזיה של מתכות, במיוחד ברזל ופלדה לא סגסוגת, גורמת נזק גדולמכשירים וצינורות המופעלים במגע עם מים ואוויר. זה מוביל להפחתת חיי השירות של הציוד ובנוסף יוצר תנאים לזיהום מים עם מוצרי קורוזיה.

אתה יכול להירשם למאמרים ב

כידוע, קורוזיה היא תהליך אלקטרוכימי שבו מתרחשת חמצון של מתכת, כלומר שחרור אלקטרונים על ידי האטומים שלה. תהליך זה מתרחש בחלק מיקרוסקופי של פני השטח הנקרא אזור האנודי. זה מוביל להפרה של שלמות המתכת, שהאטומים שלה נכנסים תגובה כימית, פעיל במיוחד בנוכחות חמצן ולחות באטמוספירה.

מכיוון שמתכות הן מוליכות חשמל טובות, האלקטרונים המשתחררים זורמים בחופשיות לאזור מיקרוסקופי אחר, שם מתרחשות תגובות הפחתה בנוכחות מים וחמצן. אזור זה נקרא הקתודה.

דְלִיפָה קורוזיה אלקטרוכימיתניתן לנטרל על ידי הפעלת מתח ממקור זרם ישר חיצוני כדי להעביר את פוטנציאל האלקטרודה של המתכת לערכים שבהם תהליך הקורוזיה אינו מתרחש.

על בסיס זה נבנו מערכות הגנה קתודיות לצנרת תת קרקעית, מיכלים ומבני מתכת אחרים. אם מופעל פוטנציאל חשמלי על המתכת המוגנת, ערכי פוטנציאל כאלה נקבעים על כל פני השטח של מבנה המתכת שבהם יכולים להתרחש רק תהליכי הפחתה של קתודה: למשל, קטיוני מתכת יקבלו אלקטרונים ויהפכו ליונים בדרגה נמוכה יותר. מצב חמצון או אטומים ניטרליים.

מבחינה טכנית, שיטת ההגנה הקתודית של מתכות מתבצעת באופן הבא ( אורז. 1). למבנה המתכת המיועד להגנה מסופק חוט, למשל צינור פלדה, המחובר לקוטב השלילי של תחנת הקתודה, וכתוצאה מכך הצינור הופך לקתודה. במרחק מסוים ממבנה המתכת ממוקמת באדמה אלקטרודה המחוברת בחוט אל הקוטב החיובי והופכת לאנודה. ההבדל הפוטנציאלי בין הקתודה לאנודה נוצר באופן שיבטל לחלוטין את התרחשותם של תהליכי חמצון על המבנה המוגן. במקרה זה יזרמו זרמים חלשים דרך האדמה הלחה בין הקתודה לאנודה בעובי הקרקע. הגנה יעילה דורשת הצבת מספר אלקטרודות אנודה לכל אורך הצינור. אם ניתן להפחית את הפרש הפוטנציאל בין המבנה המוגן לאדמה ל-0.85-1.2 V, אזי קצב קורוזיה בצנרת מצטמצם לערכים נמוכים משמעותית.

אז, מערכת ההגנה הקתודית כוללת מקור של זרם חשמלי ישיר, נקודת בקרה והארקת אנודה. בדרך כלל, תחנת הגנה קתודית מורכבת משנאי AC ומיישר דיודה. ככלל, הוא מופעל מרשת 220 V; ישנן גם תחנות המופעלות בקווי מתח גבוה (6-10 קילו וולט).

ל עבודה יעילהתחנת קתודה, הפרש הפוטנציאל בין הקתודה לאנודה שנוצרה על ידה חייב להיות לפחות 0.75 V. במקרים מסוימים מספיקים כ-0.3 V להגנה מוצלחת. פרמטרים טכנייםתחנות הגנה קתודיות משתמשות בערכים הנומינליים של זרם המוצא ומתח המוצא. לפיכך, בדרך כלל מתח המוצא המדורג של תחנות הוא בין 20 ל-48 V. מתי מרחק ארוךבין האנודה לאובייקט המוגן, הערך הנדרש של מתח המוצא של התחנה מגיע ל-200 וולט.

אלקטרודות אינרטיות עזר משמשות כאנודות. אלקטרודות הארקה של האנודה, למשל, דגם AZM-3X מתוצרת JSC Katod (כפר רזווילקה, אזור מוסקבה), הן יציקות העשויות מסגסוגת עמידה בפני קורוזיה, המצוידת בחוט מיוחד עם ליבת נחושת בבידוד מחוזק, וכן צימוד אטום לחיבור לכבל הראשי של עמדת ההגנה הקתודית. זה הכי רציונלי להשתמש באלקטרודות הארקה בסביבות של פעילות קורוזיבית גבוהה ומתונה עם התנגדות קרקע של עד 100 אוהם. לפיזור אופטימלי של חוזק השדה וצפיפות הזרם בכל גוף הציוד, ממוקמים סביב האנודות מסכים מיוחדים בצורת מילוי חוזר של פחם או קוק.

להערכת היעילות של עמדת הגנה קתודית, נדרשת מערכת המורכבת מאלקטרודת מדידה ואלקטרודת ייחוס ומהווה את החלק העיקרי בנקודת הבקרה והמדידה. בהתבסס על קריאות האלקטרודות הללו, הפרש פוטנציאל ההגנה הקתודי מוסדר.

אלקטרודות מדידה עשויות מפלדה מסגסוגת גבוהה, ברזל יצוק סיליקון, פליז פלטיני או ברונזה, ונחושת. אלקטרודות התייחסות הן כלורי כסף או נחושת גופרתית. על פי התכנון שלהם, אלקטרודות ייחוס יכולות להיות טבולות או מרוחקות. הרכב התמיסה המשמשת בהם חייב להיות קרוב להרכב המדיום, מ השפעות מזיקותשעל הציוד צריך להגן.

ניתן לציין אלקטרודות התייחסות דו מתכתיות משחק ארוךסוג EDB, שפותח על ידי VNIIGAZ (מוסקבה). הם נועדו למדוד את הפרש הפוטנציאל בין חפץ מתכת תת קרקעי (כולל צינור) לבין הקרקע כדי לשלוט אוטומטית בתחנת הגנה קתודית בתנאי עומס כבד ובעומקים משמעותיים, כלומר, כאשר אלקטרודות אחרות אינן יכולות להבטיח תחזוקה מתמדת של נתון. פוטנציאל.

ציוד להגנה קתודית מסופק בעיקר על ידי יצרנים מקומיים. לפיכך, CJSC "Kathod" המוזכרת מציעה את תחנת "Minerva-3000" ( אורז. 2), שנועד להגן על רשתות אספקת מים ראשיות. הספק המוצא המדורג שלו הוא 3.0 קילוואט, מתח המוצא הוא 96 V, זרם ההגנה הוא 30 A. דיוק השמירה על פוטנציאל ההגנה וערך הזרם הוא 1 ו-2%, בהתאמה. ערך האדוות הוא לא יותר מ-1%.

יצרן רוסי נוסף, Energomera OJSC (Stavropol), מספק מודולים של המותגים MKZ-M12, PNKZ-PPCh-M10 ו-PN-OPE-M11, המספקים הגנה קתודית יעילה על מבני מתכת תת-קרקעיים באזורים בעלי סכנת קורוזיה גבוהה. למודול MKZ-M12 יש זרם נקוב של 15 או 20 A; מתח מוצא מדורג הוא 24 וולט. עבור דגמי MKZ-M12-15-24-U2, מתח המוצא הוא 30 וולט. הדיוק של שמירה על פוטנציאל ההגנה מגיע ל-±0.5%, הזרם שצוין הוא ±1%. המשאב הטכני הוא 100 אלף שעות, וחיי השירות הם לפחות 20 שנה.

LLC "Electronic Technologies" (Tver) מציעה תחנות הגנה קתודיות "Tvertsa" ( אורז. 3), מצויד במיקרו-מעבד מובנה ומערכת שלט רחוק טלמכנית. נקודות בקרה ומדידה מצוידות באלקטרודות השוואה ארוכות טווח שאינן מקטבות עם חיישני פוטנציאל אלקטרוכימיים, המספקות מדידה של פוטנציאל הקיטוב בצינור. תחנות אלו כוללות גם מקור מתכוונן של זרם קתודה ובלוק חיישנים לפרמטרים חשמליים של המעגל, המחובר באמצעות בקר להתקן גישה מרחוק. השנאי של תחנה זו עשוי על בסיס ליבות פריט מסוג Epcos. כמו כן נעשה שימוש במערכת בקרת ממיר מתח המבוססת על מעגל מיקרו UCC 2808A.

חברת Kurs-OP (מוסקבה) מייצרת תחנות הגנה קתודיות של אלקון, שמתח המוצא שלהן משתנה בטווח שבין 30 ל-96 וולט, וזרם המוצא בטווח שבין 20 ל-60 A. אדוות מתח מוצא - לא יותר מ-2 % . תחנות אלו נועדו להגן על צינורות חד-גדילים מפני קורוזיה בקרקע, ובשימוש ביחידת הגנה משותפת, צנרת רב-גדילית באזורים ללא זרמים תועים בתנאי אקלים מתונים (מ-45 עד +40 מעלות צלזיוס). התחנות כוללות שנאי כוח חד פאזי, ממיר עם ויסות מדורג של מתח המוצא, ציוד מתח גבוה, מנתק ידני דו קוטבי ומדכאי נחשולי מתח.

ניתן גם לציין מתקנים הגנה קתודיים מסדרת NGK-IPKZ המיוצרים על ידי NPF Neftegazkompleks EKhZ LLC (Saratov), ​​שזרם המוצא המרבי שלהם הוא 20 או 100 A, ומתח המוצא המדורג הוא 48 V.

אחת הספקיות של תחנות הגנה קתודיות ממדינות חבר העמים היא הופמן אלקטריק טכנולוגיות (חרקוב, אוקראינה), המציעה ציוד עבור הגנה אלקטרוכימיתמפני קורוזיה בקרקע של צינורות ראשיים.