מערכת הגנה קתודית. מיגון חשמלי של צינורות גז

הגנת קורוזיה אלקטרוכימית מורכבת מהגנה קתודית וניקוז. הגנה קתודית על צינורות מתבצעת בשתי שיטות עיקריות: שימוש באנודות מגן מתכת (שיטת מגן גלווני) ושימוש במקורות זרם ישר חיצוניים, שהמינוס שלהם מחובר לצינור, והפלוס מחובר להארקת האנודה. (שיטה חשמלית).

אורז. 1. עקרון הפעולה של הגנה קתודית

הגנת דריכה גלוונית מפני קורוזיה

הדרך הברורה ביותר לעשות זאת היא הגנה אלקטרוכימיתמבנה מתכת בעל מגע ישיר עם הסביבה האלקטרוליטית, הוא שיטת ההגנה הגלוונית, המתבססת על כך שלמתכות שונות באלקטרוליט יש פוטנציאל אלקטרודה שונה. לפיכך, אם יוצרים זוג גלווני משתי מתכות ומניחים אותן באלקטרוליט, אז המתכת בעלת הפוטנציאל השלילי יותר תהפוך למגן אנודה ותיהרס, תוך הגנה על המתכת בעלת פוטנציאל שלילי פחות. מגנים משמשים למעשה כמקורות חשמל ניידים.

מגנזיום, אלומיניום ואבץ משמשים כחומרים העיקריים לייצור מגנים. מהשוואה של התכונות של מגנזיום, אלומיניום ואבץ, ברור שמבין היסודות הנחשבים, למגנזיום יש את הכוח האלקטרו-מוטיבי הגדול ביותר. יחד עם זאת, אחד המאפיינים הפרקטיים החשובים ביותר של מגנים הוא המקדם פעולה שימושית, מראה את היחס של מסת הדריכה המשמשת להשגת שימושי אנרגיה חשמליתבשרשרת. יְעִילוּת מגנים העשויים מסגסוגות מגנזיום ומגנזיום לעיתים רחוקות עולים על 50%, בניגוד למגנים המבוססים על Zn ו-Al ביעילות. 90% או יותר.

אורז. 2. דוגמאות למגני מגנזיום

בדרך כלל, התקנות מגן משמשות להגנה קתודית על צינורות שאין להם מגעים חשמליים עם תקשורת מורחבת סמוכה, קטעים בודדים של צינורות, כמו גם טנקים, מארזי מגן מפלדה (מחסניות), מיכלים ומיכלים תת-קרקעיים, תומכי פלדה וכלונסאות, וכן חפצים מרוכזים אחרים.

יחד עם זאת, התקנות דריכה רגישות מאוד לשגיאות במיקום ובתצורה שלהן. בחירה או מיקום שגוי של יחידות הדריכה מובילה לירידה חדה ביעילותן.

הגנה בפני קורוזיה קתודית

השיטה הנפוצה ביותר להגנה אלקטרוכימית מפני קורוזיה של מבני מתכת תת-קרקעיים היא הגנה קתודית, המתבצעת על ידי קיטוב קתודי של משטח המתכת המוגן. בפועל, זה מתממש על ידי חיבור הצינור המוגן לקוטב השלילי של מקור זרם ישר חיצוני, הנקרא תחנת הגנה קתודית. הקוטב החיובי של המקור מחובר באמצעות כבל לאלקטרודה חיצונית נוספת העשויה מתכת, גרפיט או גומי מוליך. אלקטרודה חיצונית זו ממוקמת באותה סביבה קורוזיבית כמו האובייקט המוגן, במקרה של צינורות שדה תת-קרקעיים, באדמה. כך נוצר מעגל חשמלי סגור: אלקטרודה חיצונית נוספת - אלקטרוליט אדמה - צינור - כבל קתודה - מקור DC - כבל אנודה. כחלק ממעגל חשמלי זה, הצינור הוא הקתודה, ואלקטרודה חיצונית נוספת המחוברת לקוטב החיובי של מקור הזרם הישר הופכת לאנודה. אלקטרודה זו נקראת הארקת אנודה. הקוטב הטעון השלילי של מקור הזרם המחובר לצנרת, בנוכחות הארקה אנודית חיצונית, מקטב את הצינור באופן קתודי, בעוד הפוטנציאל של חלקי האנודה והקתודה משתווה למעשה.

לפיכך, מערכת ההגנה הקתודית מורכבת ממבנה מוגן, מקור זרם ישר (תחנת הגנה קתודית), הארקת האנודה, חיבור קווי האנודה והקתודה, המדיום המוליך החשמלי שמסביב (אדמה), וכן אלמנטים של מערכת הניטור - בקרה ונקודות מדידה.

הגנה מפני קורוזיה בניקוז

הגנת ניקוז של צינורות מפני קורוזיה על ידי זרמים תועים מתבצעת על ידי ניקוז מכוון של זרמים אלו למקור או לקרקע. התקנת מיגון ניקוז יכולה להיות מכמה סוגים: ניקוז עפר, ישיר, מקוטב ומחוזק.

אורז. 3. תחנת הגנת ניקוז

ניקוז אדמה מתבצע על ידי הארקת צינורות עם אלקטרודות נוספות במקומות של אזורי האנודה שלהם, ניקוז ישיר מתבצע על ידי יצירת מגשר חשמלי בין הצינור לקוטב השלילי של מקור זרמים תועים, למשל, רשת מסילות מחושמלת מסילת רכבת. לניקוז מקוטב, בניגוד לניקוז ישיר, יש מוליכות חד כיוונית בלבד, כך שכאשר מופיע פוטנציאל חיובי על המסילות, הניקוז כבוי אוטומטית. בניקוז משופר, ממיר זרם כלול בנוסף במעגל, המאפשר להגדיל את זרם הניקוז.

אחת השיטות הנפוצות להגנה אלקטרוכימית על מבני מתכת שונים מפני חלודה היא הגנה קתודית. ברוב המקרים, הוא משמש בשילוב עם יישום של ציפויים מיוחדים על משטחי מתכת.

1 מידע כללי על הגנה קתודית

הגנה כזו על מתכות תוארה לראשונה בשנות ה-20 של המאה ה-20 על ידי האמפרי דייווי. בהתבסס על דיווחיו, בשנת 1824, על הספינה HMS Samarang, התיאוריה שסופקה נבחנה. על ציפוי הנחושת של הספינה הותקנו מגני אנודה מברזל, מה שהפחית משמעותית את קצב החלודה של הנחושת. הטכניקה החלה להתפתח, וכיום הקתודה של כל מיני מבני מתכת (צינורות, חלקי רכב וכו') מוכרת כיעילה ביותר ובשימוש נרחב.

בתנאים תעשייתיים, הגנה כזו על מתכות (זה נקרא לעתים קרובות קיטוב קתודי) מתבצעת בשתי שיטות עיקריות.

1. המבנה, המוגן מפני הרס, מחובר למקור זרם חיצוני. IN במקרה הזהמוצר המתכת פועל כקתודה. ואנודות הן אלקטרודות נוספות אינרטיות. טכניקה זו משמשת בדרך כלל להגנה על צינורות, יסודות מתכת מרותכים ופלטפורמות קידוח.
2. קיטוב קתודי מסוג גלווני. עם תכנית זו, מבנה המתכת נמצא במגע עם מתכת בעלת פוטנציאל אלקטרושליל גבוה יותר (אלומיניום, מגנזיום, סגסוגות אלומיניום, אבץ). במקרה זה, האנודה מתייחסת לשתי המתכות (העיקריות והמגן). פירוק (כלומר תהליך אלקטרוכימי גרידא) של חומר אלקטרוני שלילי מוביל לזרימת זרם הקתודה הדרוש דרך המוצר המוגן. עם הזמן, מתכת "המגן" נהרסת לחלוטין. קיטוב גלווני יעיל למבנים בעלי שכבת בידוד וכן למוצרי מתכת קטנים יחסית.

הטכניקה הראשונה מצאה שימוש נרחב ברחבי העולם. זה די פשוט וישים מבחינה כלכלית, מה שמאפשר להגן על המתכת מפני קורוזיה כללית ומפני רבים מהזנים שלה - קורוזיה בין-גרגירית של נירוסטה, חריפות, פיצוח של מוצרי פליז הנגרמים מהלחצים שבהם הם פועלים.

המעגל הגלווני מצא שימוש רב יותר בארה"ב. בארצנו משתמשים בו בתדירות נמוכה יותר, אם כי יעילותו גבוהה. שימוש מוגבל הגנת דריכהמתכות ברוסיה נובע מכך שצינורות רבים אינם מצופים בציפוי מיוחד, וזהו תְנַאִי מוּקדָםליישום טכניקות גלווניות נגד קורוזיה.

2 כיצד פועל קיטוב קתודי סטנדרטי של מתכות?

הגנת קורוזיה קתודית מושגת באמצעות שימוש בזרם מרוכז. הוא מסופק למבנה ממיישר או מקור אחר של זרם (חיצוני), כאשר זרם חילופין בתדר תעשייתי משתנה לזרם הישר הנדרש. האובייקט המוגן מחובר לזרם מתוקן (לקוטב "מינוס"). המבנה הוא אפוא קתודה. הארקה האנודית (אלקטרודה שנייה) מחוברת ל"פלוס".

חשוב שיהיה מגע אלקטרוליטי ואלקטרוני טוב בין האלקטרודה המשנית למבנה. הראשון מסופק על ידי האדמה, שבה האנודה והאובייקט המוגן שקועים. האדמה במקרה זה פועלת כמדיום אלקטרוליטי. מגע אלקטרוני מושג באמצעות מוליכים העשויים מחומרים מתכתיים.

ויסות הגנה קתודית נגד קורוזיה מתבצע על ידי שמירה על פוטנציאל ההגנה בין המדיום האלקטרוליטי לבין מחוון פוטנציאל הקיטוב (או המבנה עצמו) בערך מוגדר בהחלט.המחוון נמדד באמצעות מד מתח עם סולם בעל התנגדות גבוהה.

כאן צריך להבין שלפוטנציאל יש לא רק מרכיב קיטוב, אלא גם מרכיב נוסף - ירידה במתח (אוהמי). ירידה זו מתרחשת עקב זרימת זרם הקתודה דרך ההתנגדות האפקטיבית. יתרה מכך, איכות ההגנה הקתודית תלויה אך ורק בקיטוב על פני המוצר, המוגן מפני חלודה. מסיבה זו, נבדלים שני מאפיינים של אבטחת מבנה מתכת - פוטנציאל הקיטוב הגבוה והנמוך ביותר.

ויסות יעיל של הקיטוב של מתכות, תוך התחשבות בכל האמור לעיל, הופך לאפשרי במקרה שבו האינדיקטור של הרכיב האוהמי אינו נכלל מערך ההפרש הפוטנציאלי הנוצר. ניתן להשיג זאת באמצעות מעגל מיוחד למדידת פוטנציאל הקיטוב. לא נתאר אותו במסגרת מאמר זה, מכיוון שהוא גדוש במונחים ומושגים מיוחדים רבים.

ככלל, טכנולוגיית הקתודה משמשת בשילוב עם יישום חומרי הגנה מיוחדים על פני השטח החיצוניים של מוצרים המוגנים מפני קורוזיה.

כדי להגן על צינורות לא מבודדים ומבנים אחרים, יש צורך להשתמש בזרמים משמעותיים, אשר אינו משתלם כלכלית וקשה מבחינה טכנית.

3 הגנה קתודית על אלמנטים ברכב

קורוזיה היא תהליך פעיל ואגרסיבי מאוד. הגנה איכותית על רכיבי רכב מפני חלודה גורמת לבעיות רבות לחובבי הרכב. כל הרכבים ללא יוצא מן הכלל נתונים להרס קורוזיבי, כי החלודה מתחילה גם כאשר מופיעה שריטה קטנה על צבע הרכב.

טכנולוגיה קתודית להגנה על מכונית מפני קורוזיה נפוצה למדי בימינו. הוא משמש יחד עם השימוש בכל מיני מסטיקים. טכניקה זו מתייחסת ליישום פוטנציאל חשמלי על פני השטח של חלק רכב מסוים, מה שמוביל לעיכוב יעיל וארוך טווח של חלודה.

עם ההגנה המתוארת רכבהקתודה מורכבת מלוחות מיוחדים המונחים על מרכיביה הפגיעים ביותר. ואת תפקיד האנודה ממלא גוף המכונית. חלוקה כזו של פוטנציאלים מבטיחה את שלמות גוף המכונה, מכיוון שרק לוחות הקתודה נהרסים, והמתכת הבסיסית אינה קורוזיה.

תַחַת פגיעויותכלי רכב שניתן להגן בשיטה הקתודית מבינים:

• חלקים אחוריים וקדמיים של החלק התחתון;
• קשת גלגלים אחורית;
• אזורים לתיקון פנסי צד ופנסי חזית עצמם;
• מפרקי גלגל כנף;
• אזורים פנימיים של דלתות וספים;
• מרווח מאחורי מגני ההגה (קדמי).

כדי להגן על המכונית, אתה צריך לרכוש מודול אלקטרוני מיוחד (חלק מהאומנים מייצרים אותו בעצמם) ולוחות מגן. המודול מותקן בפנים המכונית ומחובר לרשת המשולבת (יש להפעיל אותו כאשר מנוע המכונית כבוי). התקנת המכשיר אורכת ממש 10-15 דקות. יתר על כן, הוא דורש מינימום אנרגיה, ומבטיח הגנה איכותית מאוד נגד קורוזיה.

לוחות מגן עשויים להיות גודל שונה. המספר שלהם שונה גם בהתאם למקום במכונית הם מורכבים, כמו גם על הפרמטרים הגיאומטריים של האלקטרודה. בפועל, ככל שאתה צריך פחות צלחות, כך יותר מידה גדולה יותריש אלקטרודה.

הגנה מפני קורוזיה לרכב בשיטה הקתודית מתבצעת גם על ידי השוואות אחרות בדרכים פשוטות. הבסיסי ביותר הוא לחבר את החוט החיובי של מצבר הרכב למוסך מתכת רגיל. שים לב שעליך להשתמש בנגד לחיבור.

4 הגנה על צינורות בשיטת קיטוב קתודי

ירידת לחץ של צינורות למטרות שונות מתרחשת במקרים רבים עקב הרס קורוזיה שלהם הנגרם על ידי הופעת קרעים, סדקים וחללים. תקשורת תת קרקעית רגישה במיוחד לחלודה. נוצרים עליהם אזורים בעלי פוטנציאלים שונים (אלקטרודות), מה שנגרם מהטרוגניות של הקרקע ומההרכב ההטרוגני של המתכות מהן עשויות הצינורות. בשל המראה של אזורים אלה, מתחיל תהליך של היווצרות פעילה של רכיבים גלווניים מאכלים.

קיטוב קתודי של צינורות, המתבצע על פי הסכמות המתוארות בתחילת המאמר (גלוון או מקור אנרגיה חיצוני), מבוסס על הפחתת קצב הפירוק של חומר הצינור במהלך פעולתם. הפחתה כזו מושגת על ידי העברת פוטנציאל הקורוזיה לאזור שיש לו יותר אינדיקטורים שליליים ביחס לפוטנציאל הטבעי.

עוד בשליש הראשון של המאה ה-20, נקבע הפוטנציאל לקיטוב קתודי של מתכות. המחוון שלו הוא -0.85 וולט. ברוב הקרקעות, הפוטנציאל הטבעי של מבני מתכת הוא בטווח של -0.55 עד -0.6 וולט.

משמעות הדבר היא שכדי להגן ביעילות על צינורות, יש צורך "להזיז" את פוטנציאל הקורוזיה לצד השלילי ב-0.25-0.3 וולט. עם גודל כזה, ההשפעה המעשית של החלודה על מצב התקשורת מפולסת כמעט לחלוטין (לקורוזיה בשנה יש שיעור של לא יותר מ-10 מיקרומטר).

הטכניקה המשתמשת במקור זרם (חיצוני) נחשבת לצריכה עבודה ומורכבת למדי. אבל זה מספק רמה גבוהה של הגנה על צנרת, שלה משאב אנרגיהאינו מוגבל בשום דבר, בעוד שלהתנגדות (ספציפית) של הקרקע יש השפעה מינימלית על איכות אמצעי ההגנה.

מקורות כוח לקיטוב קתודי הם בדרך כלל קווי חשמל עיליים ב-0.4; 6 ו-10 קילוואט. באזורים שבהם אין כאלה, מותר להשתמש בגנרטורים של גז, תרמי ודיזל כמקורות אנרגיה.

זרם "המגן" מופץ בצורה לא אחידה לאורך הצינורות. הערך הגדול ביותר שלו מצוין בנקודת הניקוז כביכול - במקום שבו המקור מחובר. ככל שהמרחק מנקודה זו גדול יותר, כך הצינורות מוגנים פחות. במקביל, זרם מוגזם ישירות באזור החיבור יש השפעה שליליתעל הצינור - יש סבירות גבוהה לפיצוח מימן של מתכות.

השיטה באמצעות אנודות גלווניות מדגימה יעילות טובה בקרקעות עם התנגדות נמוכה (עד 50 אוהם*מ). הוא אינו משמש בקרקעות מקבוצת ההתנגדות הגבוהה, מכיוון שהוא אינו נותן תוצאות מיוחדות. כדאי להוסיף כאן כי האנודות עשויות מסגסוגות על בסיס אלומיניום, מגנזיום ואבץ.

5 בקצרה על תחנות הגנה קתודיות (CPS)

להגנה נגד קורוזיה של צינורות המונחים מתחת לאדמה, מותקנים SCP לאורך המסלול שלהם, כולל:

• הארקה אנודית;
• מקור נוכחי;
• נקודת בקרה ומדידה;
• כבלים וחוטים המבצעים פונקציות חיבור.

תחנות מחוברות לרשתות חשמל או למכשירים אוטונומיים. מותר להתקין מספר חיבורי הארקה ומקורות אנרגיה ב-VCS כאשר שני קווי צנרת או יותר מונחים במסדרון תת קרקעי אחד. עם זאת, הדבר כרוך בגידול בעלויות עבור אמצעים נגד קורוזיה.

אם רק התקנה אחת מותקנת בתקשורת רב-קוית, החיבור שלה לצינורות מתבצע באמצעות בלוקים מיוחדים. הם אינם מאפשרים היווצרות של זוגות גלווניים חזקים המתרחשים בעת התקנת מגשרים עיוורים על מוצרי צינור. בלוקים אלו מבודדים צינורות זה מזה, ומאפשרים גם לבחור את הפוטנציאל הנדרש על כל אלמנט צנרת, ומבטיחים הגנה מרבית על המבנה מפני חלודה.

ניתן לכוונן את מתח המוצא בתחנות הקתודה באופן אוטומטי (ההתקנה במקרה זה מצוידת בתיריסטורים) או באופן ידני (המפעיל מחליף את פיתולי השנאי במידת הצורך). במצבים בהם VSC פועלים בתנאים משתנים בזמן, מומלץ להפעיל תחנות עם ויסות מתח אוטומטי.

הם עצמם עוקבים אחר מדדי ההתנגדות של אדמה (ספציפית), הופעת זרמים תועים וגורמים אחרים שיש להם השפעה. השפעה שליליתעל איכות ההגנה, ולהתאים אוטומטית את פעולת ה-VCS. אבל במערכות שבהן זרם המגן וערך ההתנגדות במעגל שלו נשארים ללא שינוי, עדיף להשתמש בהגדרות עם התאמה ידנית של מתח המוצא.

הבה נוסיף כי ויסות במצב אוטומטי מתבצע על פי אחד משני אינדיקטורים:

• זרם הגנה (ממירים גלוונוסטטיים);
• לפי הפוטנציאל של האובייקט המוגן (ממירים פוטנציוסטטים).

6 מידע על תחנות הגנה קתודיות ידועות

בין ה-VCSs המקומיים הפופולריים, ניתן להבחין במספר התקנות. לתחנה יש ביקוש רב מינרווה–3000– מערכת חזקה שפותחה על ידי מהנדסים צרפתים ורוסים עבור מתקני גזפרום. מינרווה אחת מספיקה כדי להגן בצורה מהימנה על עד 30 קילומטרים של צינורות מפני חלודה. לתחנה יש את היתרונות העיקריים הבאים:

• יכולת ייצור ייחודית של כל מרכיביה;
• כוח מוגבר של ה-VCS (אפשר להגן על תקשורת עם ציפוי מגן גרוע מאוד);
• ריפוי עצמי (לאחר עומסי חירום) של מצבי הפעלה של התחנה למשך 15 שניות;
• זמינות של ציוד דיגיטלי בעל דיוק גבוה לניטור תנאי הפעלה ומערכת בקרה תרמית;
• נוכחותם של מעגלי הגנה מפני מתח יתר של מעגלי מדידה וקלט;
• היעדר חלקים נעים ואטימות של ארון החשמל.

בנוסף ל מינרווה–3000ניתן לחבר מתקנים לשליטה מרחוק על תפעול התחנה ושליטה מרחוק על הציוד שלה.

למערכות יש גם ביצועים טכניים מצוינים ASKG-TM– תחנות אדפטיביות מודרניות טלמכניות להגנה על כבלי חשמל, צינורות עירוניים וראשיים וכן מכלים בהם מאוחסנים מוצרי גז ונפט. מכשירים כאלה זמינים עם דירוגי כוח פלט שונים (מ-1 עד 5 קילוואט). יש להם קומפלקס טלמטריה רב תכליתי המאפשר לך לבחור מצב הפעלה ספציפי של VCS, לנטר ולשנות פרמטרים של תחנות, כמו גם לעבד מידע נכנס ולשלוח אותו למפעיל.

יתרונות השימוש ASKG-TM:

• אפשרות לשילוב במתחמי SCADA עקב תמיכה בטכנולוגיית OPC;
• מילואים ו הערוץ הראשיתקשורת;
• בחירת ערך הספק (תפוקה);
• סובלנות מוגברת לתקלות;
• טווח טמפרטורות הפעלה רחב;
• דיוק ייחודי של הגדרת פרמטרי פלט;
• הגנת מתח של תפוקות הכוח של המערכת.

ישנם SKZ וסוגים אחרים, שמידע עליהם קל למצוא באתרים מיוחדים באינטרנט.

7 אילו עצמים ניתן להגן באמצעות קיטוב קתודי?

בנוסף להגנה על מכוניות וצינורות, טכניקות הקיטוב הנחשבות משמשות באופן פעיל להגנה על חיזוק הכלול במבני בטון מזוין (בניינים, מתקני כבישים, יסודות וכו') מפני קורוזיה. בדרך כלל, האביזרים הם מערכת חשמלית אחת, אשר פוגעת באופן פעיל כאשר כלורידים ומים נכנסים אליה.

קיטוב קתודי בשילוב עם תברואה בטון עוצר תהליכי קורוזיה. במקרה זה, יש צורך להשתמש בשני סוגים של אנודות:

• העיקריים שבהם עשויים מטיטניום, גרפיט או שילובם עם ציפוי תחמוצת מתכת, כמו גם ברזל יצוק סיליקון;
• מוטות חלוקה – מוטות העשויים מסגסוגות טיטניום עם שכבת הגנה נוספת ממתכת או עם ציפוי מוליך חשמלי לא מתכתי.

על ידי ויסות הזרם החיצוני המסופק למבנה הבטון המזוין, נבחר הפוטנציאל של החיזוק.

קיטוב נחשב לטכניקה הכרחית להגנה על מבני קבע הממוקמים על המדף היבשתי, בשדות הגז והנפט. לא ניתן לשחזר את ציפויי המגן המקוריים על חפצים כאלה (הם דורשים פירוק והובלה להאנגרים יבשים), מה שאומר שנותרה רק אפשרות אחת - הגנה קתודית על מתכות.

כדי להגן מפני קורוזיה בים, נעשה שימוש בקיטוב גלווני של ספינות אזרחיות באמצעות אנודות העשויות מסגסוגות אבץ, מגנזיום וסגסוגות אלומיניום. על החוף (במהלך תיקונים ועגינות), ספינות מחוברות ל-SCZ, שהאנודות עבורן עשויות מטיטניום פלטיני.

הגנה קתודית משמשת גם להגנה מפני הרס חלקים פנימייםכלים ומיכלים, כמו גם צינורות הבאים במגע עם שפכים תעשייתיים ואלקטרוליטים אגרסיביים אחרים. קיטוב במקרה זה מגדיל את זמן השימוש ללא תחזוקה במבנים אלה פי 2-3.

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 של זרם חשמלי ישר מחובר למבנה המתכת מבחוץ. על פני המוצר חַשְׁמַליוצר קיטוב קתודי של האלקטרודות, וכתוצאה מכך מתרחשת החלפה והאזורים האנודיים הופכים לאלו קתודיים. 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 הנמצאים באדמה ובמים עשויים מהן - למשל מזחים, מבני כלונסאות, צינורות. יישום רחבשיטה זו נמצאה גם בהנדסת מכונות, במניעת תהליכי קורוזיה של מכונות חדשות ובשימוש, בעת עיבוד מרכב המכונית, חללי איברי צד, רכיבי שלדה ועוד. יש לציין ששיטה זו משמשת לייצור הגנה יעילהתחתית המכונית, החשופה לרוב 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.

האפקטיביות של הגנת הדריכה מפני קורוזיה בצנרת תלויה בגודל עמידות 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.

הם מאפשרים לך להאריך את חיי השירות של מבנה מתכת, כמו גם לשמר את המאפיינים הטכניים והפיזיים שלו במהלך הפעולה. למרות מגוון השיטות להבטחת פעולה נגד קורוזיה, ניתן להגן לחלוטין על חפצים מפני נזקי חלודה רק במקרים נדירים.

האפקטיביות של הגנה כזו תלויה לא רק באיכות טכנולוגיית הדריכה, אלא גם בתנאי היישום שלה. בפרט, כדי לשמר את מבנה המתכת של צינורות, שלהם הנכסים הטובים ביותרמדגים הגנה מפני קורוזיה אלקטרוכימית המבוססת על ביצועי הקתודה. מניעת היווצרות חלודה בתקשורת כזו, כמובן, אינה תחום היישום היחיד של טכנולוגיה זו, אך בהתבסס על מכלול המאפיינים שלה, אזור זה יכול להיחשב כרלוונטי ביותר להגנה אלקטרוכימית.

מידע כללי על הגנה אלקטרוכימית

הגנה על מתכות מפני חלודה באמצעות פעולה אלקטרוכימית מבוססת על התלות של גודל החומר בקצב תהליך הקורוזיה. יש להפעיל מבני מתכת בטווח הפוטנציאלי שבו הפירוק האנודי שלהם יהיה מתחת לגבול המותר. האחרון, אגב, נקבע על ידי התיעוד הטכני לתפעול המבנה.

בפועל, הגנת קורוזיה אלקטרוכימית כרוכה בחיבור מקור זרם ישר למוצר המוגמר. השדה החשמלי על פני השטח ובמבנה האובייקט המוגן יוצר את הקיטוב של האלקטרודות, שבגללו נשלט תהליך נזקי הקורוזיה. למעשה, האזורים האנודיים על מבנה מתכת הופכים קתודיים, מה שמאפשר לעקור תהליכים שליליים, מה שמבטיח את שימור המבנה של אובייקט המטרה.

עקרון הפעולה של הגנה קתודית

יש הגנה קתודית ואנודית מהסוג האלקטרוכימי. הקונספט הראשון, המשמש להגנה על צינורות, זכה לפופולריות רבה ביותר. על ידי עיקרון כללי, עם היישום השיטה הזאתזרם עם קוטב שלילי מסופק לאובייקט ממקור חיצוני. בפרט ניתן להגן בצורה זו על צינור פלדה או נחושת, וכתוצאה מכך יתרחש קיטוב של קטעי הקתודה עם מעבר הפוטנציאלים שלהם למצב האנודי. כתוצאה מכך תפחת פעילות הקורוזיה של המבנה המוגן לכמעט אפס.

במקרה זה, הגנה קתודית יכולה להיות גם גרסאות שונותביצוע. הטכניקה המתוארת לעיל של קיטוב ממקור חיצוני נהוגה רבות, אך השיטה של ​​פינוי האלקטרוליט על ידי הפחתת קצב התהליכים הקתודיים וגם יצירת מחסום מגן עובדת ביעילות.

צוין יותר מפעם אחת שעיקרון ההגנה הקתודית מיושם באמצעות מקור זרם חיצוני. למעשה, תפקידו העיקרי הוא עבודתו. משימות אלו מבוצעות על ידי תחנות מיוחדות, אשר, ככלל, הן חלק מהתשתית הכללית תחזוקהצינורות.

תחנות נגד קורוזיה

תפקידה העיקרי של תחנת הקתודה הוא לספק זרם יציב לאובייקט המתכתי היעד בהתאם לשיטת הקיטוב הקתודי. ציוד כזה משמש בתשתית של צינורות גז ונפט תת קרקעיים, בצינורות אספקת מים, רשתות חימום וכו'.

ישנם סוגים רבים של מקורות כאלה, והתקן ההגנה הקתודי הנפוץ ביותר מכיל:

• ציוד ממיר זרם;
• חוטים לחיבור לאובייקט המוגן;
• מוליך הארקה של האנודה.

במקביל, יש חלוקה של תחנות למהפך ושנאי. ישנם סיווגים אחרים, אך הם מתמקדים בפילוח מתקנים לפי אזור יישום או לפי מפרט טכניופרמטרים של נתוני קלט. עקרונות בסיסייםהעבודות ממחישות בצורה הברורה ביותר את שני סוגי תחנות הקתודה המצוינות.

מתקנים להגנה קתודית שנאי

יש לציין מיד כי סוג זה של תחנה מיושן. זה מוחלף על ידי אנלוגים אינוורטר, שיש להם גם יתרונות וגם חסרונות. כך או אחרת, דגמי שנאים משמשים אפילו בנקודות חדשות למתן הגנה אלקטרוכימית.

שנאי בתדר נמוך של 50 הרץ משמש כבסיס לאובייקטים כאלה, והמכשירים הפשוטים ביותר משמשים למערכת בקרת התיריסטור, כולל ווסת הספק פאזה. גישה אחראית יותר לפתרון בעיות בקרה כוללת שימוש בבקרים בעלי פונקציונליות רחבה.

הגנה קתודית מודרנית מפני קורוזיה של צינורות עם ציוד כזה מאפשרת לך להתאים את הפרמטרים של זרם המוצא, מחווני המתח, וגם להשוות את פוטנציאל ההגנה. באשר לחסרונות של ציוד שנאים, הם מסתכמים מעלות גבוהותאדוות זרם פלט במקדם הספק נמוך. פגם זה אינו מוסבר על ידי הצורה הסינוסואידאלית של הזרם.

את בעיית הפעימה ניתן לפתור במידה מסוימת על ידי הכנסת משנק בתדר נמוך למערכת, אך מידותיו תואמות את מידות השנאי עצמו, מה שלא תמיד מאפשר תוספת כזו.

תחנת הגנה קתודית מהפך

התקנות מסוג אינוורטר מבוססות על ממירים בתדר גבוה פולסים. אחד היתרונות המרכזיים בשימוש בתחנות מסוג זה הוא היעילות הגבוהה שמגיעה ל-95%. לשם השוואה, עבור התקנות שנאים נתון זה מגיע ל-80% בממוצע.

לפעמים יתרונות אחרים באים לידי ביטוי. לדוגמה, הממדים הקטנים של תחנות אינוורטר מרחיבות את אפשרויות השימוש בהן באזורים קשים. ישנם גם יתרונות פיננסיים, אשר מאושרים על ידי הנוהג של שימוש בציוד כזה. לפיכך, הגנה קתודית אינוורטר מפני קורוזיה בצנרת מחזירה את עצמה במהירות ודורשת מינימום השקעהלתוכן טכני. עם זאת, תכונות אלה ניכרות בבירור רק בהשוואה להתקנות שנאים, אך כיום מופיעים אמצעים חדשים יעילים יותר לספק זרם לצינורות.

עיצובים של תחנות קתודה

ציוד כזה מוצג בשוק במקרים, צורות וממדים שונים. כמובן, התרגול של עיצוב פרטני של מערכות כאלה הוא גם נפוץ, מה שמאפשר לא רק לקבל עיצוב אופטימלי לצרכים ספציפיים, אלא גם להבטיח את הפרמטרים התפעוליים הדרושים.

חישוב קפדני של מאפייני התחנה מאפשר לייעל עוד יותר את עלויות ההתקנה, ההובלה והאחסון שלה. לדוגמה, עבור חפצים קטנים, הגנה קתודית מפני קורוזיה של צינורות המבוססת על מהפך במשקל 10-15 ק"ג והספק של 1.2 קילוואט מתאימה למדי. ניתן לטפל בציוד עם מאפיינים כאלה מכונית נוסעיםעם זאת, עבור פרויקטים בקנה מידה גדול, ניתן להשתמש בתחנות מסיביות וכבדות יותר, הדורשות חיבור של משאיות, מנוף וצוותי התקנה.

פונקציונליות מגן

בעת פיתוח תחנות קתודה, מוקדשת תשומת לב מיוחדת להגנה על הציוד עצמו. לצורך כך משולבות מערכות להגנה על תחנות מפני קצרים והפסקות עומס. במקרה הראשון, נתיכים מיוחדים משמשים לטיפול במצבי תפעול חירום של מתקנים.

באשר לנחשולי מתח והפרעות, סביר להניח שתחנת ההגנה הקתודית לא תיפגע מהם באופן רציני, אך עלולה להיות סכנה להתחשמלות. לדוגמה, אם במצב רגיל הציוד מופעל במתח נמוך, אז לאחר הפסקה הקפיצה בקריאות יכולה להגיע ל-120 וולט.

סוגים אחרים של הגנה אלקטרוכימית

בנוסף להגנה הקתודית, נהוגות גם טכנולוגיות ניקוז חשמלי, וכן שיטות הגנה למניעת קורוזיה. הכיוון המבטיח ביותר נחשב להגנה מיוחדת מפני קורוזיה. במקרה זה, אלמנטים פעילים מחוברים גם לאובייקט המטרה, מה שמבטיח את הטרנספורמציה של פני השטח עם קתודות באמצעות זרם. לדוגמה, צינור פלדה כחלק מצינור גז יכול להיות מוגן באמצעות גלילי אבץ או אלומיניום.

סיכום

שיטות הגנה אלקטרוכימיות אינן יכולות להיחשב חדשות ובעיקר חדשניות. האפקטיביות של שימוש בטכניקות כאלה במאבק נגד תהליכי חלודה כבר שולטת במשך זמן רב. עם זאת, השימוש הנרחב בשיטה זו מפריע על ידי חיסרון אחד רציני. העובדה היא כי הגנה קתודית מפני קורוזיה של צינורות בהכרח מייצרת מה שנקרא הם אינם מסוכנים עבור מבנה המטרה, אבל יכול להיות השפעה שלילית על אובייקטים סמוכים. בפרט, זרם תועה תורם להתפתחות של אותה קורוזיה על פני המתכת של צינורות סמוכים.