Καθοδική Προστασία: Εφαρμογές και Πρότυπα

2024 Συγγραφέας: Howard Calhoun | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2023-12-17 10:23

Η διάβρωση είναι μια χημική και ηλεκτροχημική αντίδραση ενός μετάλλου με το περιβάλλον του, προκαλώντας ζημιά σε αυτό. Ρέει με διαφορετικές ταχύτητες, οι οποίες μπορούν να μειωθούν. Από πρακτική άποψη, ενδιαφέρον παρουσιάζει η αντιδιαβρωτική καθοδική προστασία μεταλλικών κατασκευών σε επαφή με το έδαφος, το νερό και τα μεταφερόμενα μέσα. Οι εξωτερικές επιφάνειες των σωλήνων είναι ιδιαίτερα κατεστραμμένες από την επίδραση του εδάφους και των αδέσποτων ρευμάτων.

Η εσωτερική διάβρωση εξαρτάται από τις ιδιότητες του μέσου. Εάν είναι αέριο, πρέπει να καθαριστεί καλά από υγρασία και επιθετικές ουσίες: υδρόθειο, οξυγόνο κ.λπ.

Αρχή λειτουργίας

Τα αντικείμενα της διεργασίας της ηλεκτροχημικής διάβρωσης είναι το περιβάλλον, το μέταλλο και η διεπαφή μεταξύ τους. Το μέσο, το οποίο είναι συνήθως υγρό έδαφος ή νερό, έχει καλή ηλεκτρική αγωγιμότητα. Μια ηλεκτροχημική αντίδραση λαμβάνει χώρα στη διεπιφάνεια μεταξύ αυτού και της μεταλλικής δομής. Εάν το ρεύμα είναι θετικό (ηλεκτρόδιο ανόδου), τα ιόντα σιδήρου περνούν στο περιβάλλον διάλυμα, με αποτέλεσμα την απώλεια μάζας του μετάλλου. Η αντίδραση προκαλεί διάβρωση. Με αρνητικό ρεύμα (ηλεκτρόδιο καθόδου), αυτές οι απώλειες απουσιάζουν, αφού στοηλεκτρόνια μεταφέρονται στο διάλυμα. Η μέθοδος χρησιμοποιείται στην ηλεκτρολυτική επίστρωση για επικάλυψη χάλυβα με μη σιδηρούχα μέταλλα.

Καθοδική προστασία από τη διάβρωση επιτυγχάνεται όταν εφαρμόζεται αρνητικό δυναμικό σε ένα σιδερένιο αντικείμενο.

Για να γίνει αυτό, ένα ηλεκτρόδιο ανόδου τοποθετείται στο έδαφος και ένα θετικό δυναμικό συνδέεται με αυτό από μια πηγή ρεύματος. Το μείον εφαρμόζεται στο προστατευμένο αντικείμενο. Η καθοδική-ανοδική προστασία οδηγεί σε ενεργή καταστροφή της διάβρωσης μόνο του ηλεκτροδίου ανόδου. Επομένως, θα πρέπει να αλλάζει περιοδικά.

Αρνητική επίδραση της ηλεκτροχημικής διάβρωσης

Η διάβρωση των κατασκευών μπορεί να συμβεί από τη δράση αδέσποτων ρευμάτων από άλλα συστήματα. Είναι χρήσιμα για αντικείμενα-στόχους, αλλά προκαλούν σημαντική ζημιά σε κοντινές κατασκευές. Τα αδέσποτα ρεύματα μπορούν να εξαπλωθούν από τις ράγες των ηλεκτροκίνητων οχημάτων. Περνούν προς τον υποσταθμό και μπαίνουν στους αγωγούς. Κατά την απομάκρυνσή τους σχηματίζονται τμήματα ανόδου, προκαλώντας έντονη διάβρωση. Για προστασία, χρησιμοποιείται ηλεκτρική αποστράγγιση - ειδική αφαίρεση ρευμάτων από τον αγωγό στην πηγή τους. Η καθοδική προστασία των αγωγών από τη διάβρωση είναι επίσης δυνατή εδώ. Για να το κάνετε αυτό, πρέπει να γνωρίζετε την τιμή των αδέσποτων ρευμάτων, η οποία μετράται από ειδικές συσκευές.

Σύμφωνα με τα αποτελέσματα των ηλεκτρικών μετρήσεων, επιλέγεται μια μέθοδος προστασίας του αγωγού αερίου. Μια καθολική θεραπεία είναι μια παθητική μέθοδος απομόνωσης σωλήνων από την επαφή με το έδαφος χρησιμοποιώντας μονωτικές επιστρώσεις. Η καθοδική προστασία του αγωγού αερίου αναφέρεται στην ενεργή μέθοδο.

Προστασία αγωγών

Τα σχέδια στο έδαφος προστατεύονται από τη διάβρωση εάν συνδέσετε το μείον μιας πηγής DC σε αυτά και το συν στα ηλεκτρόδια ανόδου που είναι θαμμένα κοντά στο έδαφος. Το ρεύμα θα πάει στη δομή, προστατεύοντάς την από τη διάβρωση. Με αυτόν τον τρόπο πραγματοποιείται καθοδική προστασία αγωγών, δεξαμενών ή αγωγών που βρίσκονται στο έδαφος.

Το ηλεκτρόδιο της ανόδου θα υποβαθμιστεί και θα πρέπει να αντικαθίσταται περιοδικά. Για μια δεξαμενή γεμάτη με νερό, τα ηλεκτρόδια τοποθετούνται μέσα. Σε αυτή την περίπτωση, το υγρό θα είναι ο ηλεκτρολύτης μέσω του οποίου το ρεύμα θα ρέει από τις άνοδοι στην επιφάνεια του δοχείου. Τα ηλεκτρόδια ελέγχονται καλά και αλλάζουν εύκολα. Στο έδαφος, αυτό είναι πιο δύσκολο να γίνει.

Τροφοδοτικό

Κοντά σε αγωγούς πετρελαίου και φυσικού αερίου, σε δίκτυα θέρμανσης και ύδρευσης που απαιτούν καθοδική προστασία, εγκαθίστανται σταθμοί από τους οποίους τροφοδοτείται τάση σε αντικείμενα. Εάν τοποθετηθούν σε εξωτερικό χώρο, ο βαθμός προστασίας τους πρέπει να είναι τουλάχιστον IP34. Οποιοδήποτε είναι κατάλληλο για ξηρούς χώρους.

Οι σταθμοί καθοδικής προστασίας αγωγών αερίου και άλλων μεγάλων κατασκευών έχουν χωρητικότητα από 1 έως 10 kW.

Οι ενεργειακές τους παράμετροι εξαρτώνται κυρίως από τους ακόλουθους παράγοντες:

• αντίσταση μεταξύ εδάφους και ανόδου;
• αγωγιμότητα του εδάφους;
• μήκος ζώνης προστασίας;
• μονωτική δράση της επίστρωσης.

Παραδοσιακά, ένας μετατροπέας καθοδικής προστασίας είναι μια εγκατάσταση μετασχηματιστή. Τώρα αντικαθίσταται από έναν inverter, ο οποίος έχει μικρότερες διαστάσεις, καλύτερη σταθερότητα ρεύματος και μεγαλύτερη απόδοση. Σε σημαντικούς χώρους, εγκαθίστανται ελεγκτές που έχουν τις λειτουργίες ρύθμισης ρεύματος και τάσης, εξισορρόπησης δυναμικών προστασίας κ.λπ.

Ο εξοπλισμός παρουσιάζεται στην αγορά σε διάφορες εκδόσεις. Για συγκεκριμένες ανάγκες, χρησιμοποιείται ατομικός σχεδιασμός για τη διασφάλιση των καλύτερων συνθηκών λειτουργίας.

Παράμετροι πηγής ενέργειας

Για αντιδιαβρωτική προστασία για σίδηρο, το προστατευτικό δυναμικό είναι 0,44 V. Στην πράξη, θα πρέπει να είναι μεγαλύτερο λόγω της επίδρασης των εγκλεισμάτων και της κατάστασης της μεταλλικής επιφάνειας. Η μέγιστη τιμή είναι 1 V. Με την παρουσία επικαλύψεων στο μέταλλο, το ρεύμα μεταξύ των ηλεκτροδίων είναι 0,05 mA/m². Εάν η μόνωση αποτύχει, αυξάνεται στα 10mA/m^2.

Η καθοδική προστασία είναι αποτελεσματική σε συνδυασμό με άλλες μεθόδους, αφού καταναλώνεται λιγότερο ηλεκτρικό ρεύμα. Εάν υπάρχει επίστρωση βαφής στην επιφάνεια της κατασκευής, μόνο τα σημεία όπου έχει σπάσει προστατεύονται με την ηλεκτροχημική μέθοδο.

Χαρακτηριστικά καθοδικής προστασίας

1. Τροφοδοτείται από σταθμούς ή κινητές γεννήτριες.
2. Η θέση της γείωσης ανόδου εξαρτάται από τις ιδιαιτερότητες των αγωγών. Η μέθοδος τοποθέτησης μπορεί να κατανεμηθεί ή να συγκεντρωθεί, καθώς και να εντοπιστεί σε διαφορετικά βάθη.
3. Το υλικό της ανόδου επιλέγεται με χαμηλή διαλυτότητα για να διαρκέσει για 15 χρόνια.
4. Προστατευτικό δυναμικόυπολογίζονται τα πεδία για κάθε αγωγό. Δεν ρυθμίζεται εάν δεν υπάρχουν προστατευτικές επιστρώσεις στις κατασκευές.

Τυπικές απαιτήσεις της Gazprom για καθοδική προστασία

• Δράσης καθ' όλη τη διάρκεια ζωής του προστατευτικού εξοπλισμού.
• Προστασία από υπερτάσεις.
• Τοποθέτηση του σταθμού σε μπλοκ κουτιά ή σε αυτόνομο σχέδιο κατά των βανδαλισμών.
• Η γείωση ανόδου επιλέγεται σε περιοχές με ελάχιστη ηλεκτρική αντίσταση του εδάφους.
• Τα χαρακτηριστικά του μορφοτροπέα επιλέγονται λαμβάνοντας υπόψη τη γήρανση της προστατευτικής επίστρωσης του αγωγού.

Προστασία πέλματος

Η μέθοδος είναι ένας τύπος καθοδικής προστασίας με τη σύνδεση ηλεκτροδίων από ένα πιο ηλεκτραρνητικό μέταλλο μέσω ενός ηλεκτρικά αγώγιμου μέσου. Η διαφορά έγκειται στην απουσία πηγής ενέργειας. Το πέλμα απορροφά τη διάβρωση διαλύοντας σε ένα ηλεκτρικά αγώγιμο περιβάλλον.

Σε λίγα χρόνια η άνοδος θα πρέπει να αντικατασταθεί καθώς φθείρεται.

Η επίδραση της ανόδου αυξάνεται με τη μείωση της αντίστασης επαφής της με το μέσο. Με την πάροδο του χρόνου, μπορεί να καλυφθεί με ένα διαβρωτικό στρώμα. Αυτό οδηγεί σε διακοπή της ηλεκτρικής επαφής. Με την τοποθέτηση της ανόδου σε ένα μείγμα αλατιού που διαλύει τα προϊόντα διάβρωσης, βελτιώνεται η απόδοση.

Η επιρροή του προστάτη είναι περιορισμένη. Το εύρος καθορίζεται από την ηλεκτρική αντίσταση του μέσου και τη διαφορά δυναμικού μεταξύ της ανόδου και της καθόδου.

Χρησιμοποιείται προστατευτική προστασία σε περίπτωση απουσίας πηγών ενέργειας ή κατά τη χρήση τουςοικονομικά ανέφικτο. Είναι επίσης μειονεκτική σε όξινες εφαρμογές λόγω του υψηλού ρυθμού διάλυσης των ανοδίων. Τα προστατευτικά εγκαθίστανται στο νερό, στο έδαφος ή σε ουδέτερο περιβάλλον. Οι άνοδοι συνήθως δεν κατασκευάζονται από καθαρά μέταλλα. Ο ψευδάργυρος διαλύεται ανομοιόμορφα, το μαγνήσιο διαβρώνεται πολύ γρήγορα και ένα ισχυρό φιλμ οξειδίου σχηματίζεται στο αλουμίνιο.

Υλικά πέλματος

Για να έχουν τα προστατευτικά τις απαραίτητες ιδιότητες απόδοσης, κατασκευάζονται από κράματα με τα ακόλουθα πρόσθετα κράματος.

• Zn + 0,025-0,15% Cd+ 0,1-0,5% Al - προστασία εξοπλισμού σε θαλασσινό νερό.
• Al + 8% Zn + 5% Mg + Cd, In, Gl, Hg, Tl, Mn, Si (κλάσματα του ποσοστού) - λειτουργία δομών σε τρεχούμενο θαλασσινό νερό.
• Mg + 5-7% Al +2-5% Zn - προστασία μικρών δομών σε έδαφος ή νερό με χαμηλή συγκέντρωση αλατιού.

Η εσφαλμένη χρήση ορισμένων τύπων προστατευτικών οδηγεί σε αρνητικές συνέπειες. Οι άνοδοι μαγνησίου μπορούν να προκαλέσουν ρωγμές του εξοπλισμού λόγω της ανάπτυξης ευθραυστότητας υδρογόνου.

Ο συνδυασμός θυσιαστικής καθοδικής προστασίας με αντιδιαβρωτικές επιστρώσεις αυξάνει την αποτελεσματικότητά της.

Η προστατευτική κατανομή του ρεύματος έχει βελτιωθεί και απαιτούνται σημαντικά λιγότερες ανόδους. Μία μόνο άνοδος μαγνησίου προστατεύει έναν αγωγό με επίστρωση πίσσας για 8 km και έναν αγωγό χωρίς επίστρωση μόνο για 30 m.

Προστασία αμαξωμάτων αυτοκινήτων από τη διάβρωση

Εάν η επίστρωση σπάσει, το πάχος του αμαξώματος του αυτοκινήτου μπορεί να μειωθεί έως και 1 mm σε 5 χρόνια, δηλ.σκουριά μέσα. Η αποκατάσταση του προστατευτικού στρώματος είναι σημαντική, αλλά εκτός από αυτήν, υπάρχει τρόπος να σταματήσει εντελώς η διαδικασία διάβρωσης χρησιμοποιώντας καθοδική-προστατευτική προστασία. Εάν μετατρέψετε το σώμα σε κάθοδο, η διάβρωση του μετάλλου σταματά. Οι άνοδοι μπορεί να είναι οποιεσδήποτε αγώγιμες επιφάνειες που βρίσκονται κοντά: μεταλλικές πλάκες, βρόχος γείωσης, σώμα γκαράζ, υγρό οδόστρωμα. Σε αυτή την περίπτωση, η αποτελεσματικότητα προστασίας αυξάνεται με την αύξηση της περιοχής των ανοδίων. Εάν η άνοδος είναι επιφάνεια δρόμου, χρησιμοποιείται μια «ουρά» από επιμεταλλωμένο καουτσούκ για την επαφή της. Τοποθετείται απέναντι από τους τροχούς για να γίνονται καλύτερα οι πιτσιλιές. Η "ουρά" είναι απομονωμένη από το σώμα.

Η μπαταρία plus συνδέεται στην άνοδο μέσω μιας αντίστασης 1 kΩ και ενός LED συνδεδεμένου σε σειρά με αυτήν. Όταν το κύκλωμα είναι κλειστό μέσω της ανόδου, όταν το μείον είναι συνδεδεμένο με το σώμα, σε κανονική λειτουργία το LED ανάβει ελάχιστα αισθητά. Εάν καίει έντονα, τότε έχει συμβεί βραχυκύκλωμα στο κύκλωμα. Η αιτία πρέπει να βρεθεί και να εξαλειφθεί.

Για προστασία, πρέπει να τοποθετηθεί μια ασφάλεια σε σειρά στο κύκλωμα.

Όταν το αυτοκίνητο βρίσκεται στο γκαράζ, συνδέεται με μια άνοδο γείωσης. Κατά την οδήγηση, η σύνδεση γίνεται μέσω της "ουράς".

Συμπέρασμα

Η καθοδική προστασία είναι ένας τρόπος βελτίωσης της λειτουργικής αξιοπιστίας των υπόγειων αγωγών και άλλων κατασκευών. Ταυτόχρονα, θα πρέπει να ληφθεί υπόψη ο αρνητικός αντίκτυπός του στους γειτονικούς αγωγούς από την επίδραση των αδέσποτων ρευμάτων.