История развития катодной защиты от коррозии

История катодной защиты

Древний город Эфес, водопроводные трубы

История развития катодной защиты от коррозии в моем изложении по материалам книги В. Бэкман, В. Швенк ”Катодная защита от коррозии”. Мне было интересно прочитать.

 

Первые упоминания о коррозии относятся к 4 - 5 веку до нашей эры.  Известный философ древности Платон говорил о ржавчине, как о чем-то земном, что выделяется из металла.

Прошло 2000 лет, а в понимании природы коррозии ничего не изменилось. Один из основателей минералогии Георг Агрикола (1494-1555 г.)  в 1546 г. писал: ”… ржавчина является выделением металлического железа”. Для борьбы с этим явлением он предлагал использовать покрытия из гипса, битума, смолы.

Защита древних трубопроводов из меди, бронзы, свинца заключалась в обмазывании их известковыми или гипсовыми растворами, т.е. применялись пассивные методы защиты. Эти методы все время совершенствовались, менялись материалы, улучшались технологии.

Пассивные методы защиты интуитивно понятны, легко реализуются. Чего не скажешь о катодной защите, которая предполагает наличие защитного электрического тока. Поэтому полноценная катодная защита появилась только в самом начале 20 века.

Считается, что первый источник постоянного тока изобрели итальянцы Луиджи Гальвани (1737-1798 г.) и Алессандро Вольта (1745-1827 г.)   в конце 18 века. Некоторые археологи античности  с этим не согласны.

Недалеко от Багдада в 1936 г. были найдены глиняные кувшины высотой порядка 14 см. Внутри каждого кувшина располагался медный цилиндр с железным сердечником внутри. Все это было закупорено пеком. Аналогичные устройства были найдены в древних поселениях на берегу Тигра. Происхождение этих предметов датировали периодом Римской империи (4 – 5 век до н.э.). Было выдвинуто логичное предположение, что эти кувшины - первые гальванические источники тока. И гальваническое электричество было открыто и применялось задолго до первого опыта Гальвани с бедной лягушкой.

Древние римляне успешно боролись с контактной коррозией обшивки кораблей. Для защиты от червей, деревянные корпуса античных гребных судов покрывали свинцовыми пластинами. Крепили пластины медными гвоздями. Между свинцом и медью образовывался коррозионный элемент. Свинцовые пластины коррозировали в местах крепления гвоздями и отваливались. Античные инженеры покрывали свинцом головки медных гвоздей. Ток между гвоздями и пластинами исчезал и коррозия прекращалась.

 

Гораздо более осознанным и практичным был вклад в развитие катодной защиты английского химика Гемфри Дэви (1778-1829 г.). Он считается одним из основателей электрохимии.

По заказу британского адмиралтейства он занимался разработкой методов защиты медной обшивки деревянных судов от коррозии. Во время своих опытов Дэви обнаружил способ защиты меди при помощи железа или цинка.

В 1812 г. он выдвинул гипотезу, что существует определенное свойство каждого вещества, от которого зависят электрохимические изменения. Дэви считал, что на скорость химической реакции можно повлиять изменением электрического состояния вещества. Различные вещества имеет смысл соединять между собой только в случае, если они имеют противоположные электрические заряды. Главным в его теории было утверждение, что если первоначально положительное вещество, искусственно зарядить отрицательно, то оно не сможет вступать ни в какие коррозионные реакции.

Удивительно, как Дэви, правильно и практично сформулировал принцип электрохимической защиты. Он установил, что медь действует слабо положительно в ряду гальванических потенциалов.

Далее Дэви пришел к решению, что коррозия меди может быть остановлена, если придать ей положительный заряд. Тогда поверхность меди станет отрицательной (катодом), и химическая реакция будет остановлена.

Дэви провел ряд экспериментов. Он погружал в воду полированные медные листы. К части листов был припаян кусок олова. Через три дня на медных листах без олова образовались следы коррозии, а на листах с оловом – ни каких следов не было. В результате Дэви пришел к выводу, что такие металлы как железо  или цинк могут оказывать защитное действие для меди. Еще ряд опытов показал, что нет никакой разницы, в каком месте припаивать цинк. Важен электрический контакт. Также он заметил, что цинк защищает не только медные пластины, но и железо.

В 1824 г., после судьбоносного доклада в Британском адмиралтействе, Дэви приступил к практическим экспериментам на медной обшивке корпусов военных кораблей. Под его руководством на медной ошибке судов были закреплены пластины из цинка и чугуна. Было установлено, что чугунные пластины дают вполне удовлетворительный результат, но значительно дешевле цинковых. Дальнейшие эксперименты проводились уже в дальних походах военных кораблей. Эффект от применения в качестве защиты от коррозии цинковых и чугунных пластин был потрясающий. Обшивка судов, вернувшихся из походов в Новую Шотландию (Канада) и Калькутту, выглядела как новая.

Ученик Дэви Майкл Фарадей (1791-1867 г.) принимал участие в его опытах. В последствие он разработал основы теории электролиза, а значит и катодной защиты.

К разработке способов электрохимической защиты приложили свою руку малоизвестный телеграфист Фришен и известный изобретатель Томас Альва Эдисон (1847-1931). Если первый пытался защитить железные сооружения, прикручивая к ним кусочки цинка, то Эдисон в 1890 г. пытался сделать защиту от коррозии уже с помощью внешнего источника тока. Только не совершенство источников тока и материалов для анода не позволили ему осуществить систему защиты на практике.

Первую систему катодной защиты для трубопроводов в 1906 г. реализовал Херберт Гепперт, директор компании ”Штадтверке Карлсруэ”. С помощью генератора постоянного тока (10 В, 12 А) и анодных заземлителей было защищено около 300 м трубопровода. Гепперт получил немецкий патент на эту установку.

Достоинства защиты металлических объектов внешним источником тока были обще признаны, и практические реализации способов катодной защиты начали появляться по всему миру.

В США применили катодную защиту для паровых котлов паровозов. Раньше нагревательные трубы парового котла приходилось менять каждые 9 месяцев, а после внедрения катодной защиты расходы на ремонт котлов были сокращены до минимума.

Электрохимическая защита начала активно применятся в химической промышленности для защиты резервуаров-хранилищ.

С 1928 г. катодная защита трубопроводов активно внедрялась в США. К 1930 г. она применялась уже на трубопроводах общей длиной более 300 км.

В эти же годы электрохимическая защита получает распространение в Европе.

 

В Советском Союзе к 1939 г. имелось более 500 установок катодной защиты.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *