Катодная защита от коррозии. Принцип действия, основные понятия.

Трубопровод

Больше 15 лет я разрабатываю станции катодной защиты. Требования к станциям четко формализованы. Есть определенные параметры, которые должны быть обеспечены. А знание теории защиты от коррозии совсем не обязательно. Гораздо важнее знание электроники, программирования, принципов конструирования электронной аппаратуры.

 

Создав этот сайт, я не сомневался, что когда-нибудь там появится раздел катодная защита. В нем я собираюсь писать о том, что я хорошо знаю, о станциях катодной защиты. Но как-то не поднимается рука писать о станциях, не рассказав, хотя бы коротко, о теории электрохимической защиты. Постараюсь рассказать о таком сложном понятии как можно проще, для не профессионалов.

История развития катодной защиты настолько занимательная глава, что я изложил ее в отдельной статье. Она не имеет практического значения. Просто интересно.

Для того чтобы защитится от коррозии, надо понять, что такое коррозия, природу ее происхождения.

Электрохимическая коррозия.

Коррозию можно определить как реакцию материала с окружающей средой, вызывающую в нем ощутимые изменения.

Изменения – понятие расплывчатое. Поэтому существует понятие коррозионного повреждения, основными признаками которого является нарушение функционирования объекта, например разрушение все той же металлической трубы. Не все реакции ведут к повреждению. Если труба станет коричневой или зеленой, но не будет протекать, это не будет считаться коррозионным повреждением.

Материалы и окружающая среда бывают разными. Бывают разными и реакции между ними.  В основе коррозии могут лежать чисто химические реакции. Но вряд ли кого-либо заинтересует коррозия висмута в растворе дигидрофосфата натрия. Гораздо важнее знать о коррозии железной трубы, закопанной в землю.

Так вот, практический интерес имеет коррозия металлических материалов в водных средах, т.е. электрохимическая коррозия. В основе ее лежат реакции, имеющие электрохимическую природу.

В детстве я был любознательным мальчиком. Я проводил опыты по гальваническому осаждению меди на железные предметы, чем удивлял своих одноклассников. Но еще больше я поразил их, когда принес в школу лезвие от безопасной бритвы с вырезанной на нем сквозной надписью. Эффект я усилил сказав, что сделал это лазером. Конечно, я просто покрыл лезвие лаком, иголкой выцарапал надпись, опустил в жестяную банку с раствором соли, подключил электрический ток и немного подождал. Теперь я понимаю, что мои детские опыты были иллюстрацией того, как происходит электрохимическая коррозия и как от нее защититься. (Рассказ о моих детских опытах не художественный вымысел, а чистая правда.)

Итак, объекты процесса электрохимической коррозии:

  • среда – раствор электролита (почва всегда влажная, поэтому это тоже раствор электролита);
  • граница раздела среда-металл;
  • металл.

Все перечисленные объекты способны проводить электрический ток, обладают хорошей электропроводностью. В растворе электролита содержатся анионы и катионы. Они создают электрический ток. Ток протекает через участок металл – раствор электролита. За счет этого тока на границе раздела происходит электрохимическая реакция, на которую могут влиять еще и внешние токи. Влиять они могут по-разному, как усиливать коррозию, так и замедлять ее.

Электрохимическая коррозия

За счет тока на границе образуется разность потенциалов. Ее невозможно измерить. Поэтому измеряют потенциал специального электрода сравнения. Он является своеобразным суммарным показателем электрохимической реакции.

Физическое объяснение электрохимической коррозии выглядит так. В металле присутствуют ионы железа (положительно заряженные) и электроны (с отрицательным зарядом). Оба компонента реагируют с раствором электролита.

  • При положительном токе металл переходит в раствор, что связано с  прохождения ионов и вызывает потерю массы металла (растворение металла).
  • При отрицательном токе в раствор проходят электроны, и происходит это без потери массы металла.

В первом случае происходит анодная, а во втором случае - катодная электрохимические реакции. Анодная реакция (растворение металла) вызывает коррозию. Катодная реакция является процессом обратным коррозии и используется в гальванотехнике для нанесения гальванических покрытий.

 

Принцип действия катодной защиты.

Понятно, что для защиты объекта от коррозии необходимо вызвать катодную реакцию и не допустить анодную. Сделать это можно, если искусственно создать отрицательный потенциал на защищаемом объекте.

Для этого необходимо разместить в среде (почве) анодные электроды и подключить внешний источник тока: минус к объекту защиты, а плюс – к анодным  электродам. Ток пойдет по цепи анодный электрод – почвенный электролит – объект защиты от коррозии.

Катодная защита от коррозии

С точки зрения гальванических процессов металлический объект будет катодом, а дополнительный электрод – анодом.

Таким образом, коррозия объекта прекратится. Разрушаться будет только анодный электрод. Он называются анодным заземлением. Анодные электроды делают из инертного материала и периодически меняют.

Станция катодной защиты.

Ток для катодной защиты вырабатывает специальное устройство - станция катодной защиты.

По сути это источник вторичного электропитания, специализированный блок питания. Т.е. станция подключается к питающей сети (как правило ~ 220 В) и вырабатывает электрический ток с заданными параметрами.

Вот пример схемы системы электрохимической защиты подземного газопровода с помощью станции катодной защиты ИСТ-1000.

Катодная защита газопроводов

Станция катодной защиты установлена на поверхности земли, вблизи от газопровода. Т.к. станция эксплуатируется на открытом воздухе, то она должна иметь исполнение IP34 и выше. В этом примере используется современная станция, с контроллером GSM телеметрии и функцией стабилизации потенциала.

В принципе, станции катодной защиты бывают очень разными. Они могут быть трансформаторными или инверторными. Могут быть источниками тока, напряжения, иметь различные режимы стабилизации, различные функциональные возможности.

Станции прошлых лет это громадные трансформаторы с тиристорными регуляторами. Современные станции это инверторные преобразователи с микропроцессорным управлением и GSM телемеханикой.

Выходная мощность устройств катодной защиты, как правило, находится в диапазоне 1 – 3 кВт, но может доходить и до 10 кВт. Станциям катодной защиты и их параметрам посвящена отдельная статья.

Нагрузкой для устройства катодной защиты является электрическая цепь: анодное заземление – почва – изоляция металлического объекта. Поэтому требования к выходным энергетическим параметрам станций, прежде всего, определяют:

  • состояние анодного заземления (сопротивление анод-почва);
  • почва (сопротивление грунта);
  • состояние изоляции объекта защиты от коррозии (сопротивление изоляции объекта).

Все параметры станции определяются при создании проекта катодной защиты:

  • рассчитываются параметры трубопровода;
  • определяется величина защитного потенциала;
  • рассчитывается сила защитного тока;
  • определяется длина защитной зоны;
  • выбирается место установки станции;
  • определяется тип, место расположения и параметры анодного заземления;
  • окончательно рассчитываются параметры станции катодной защиты.

 

Применение.

Катодная защита от коррозии получила широкое распространение для электрохимической защиты:

  • подземных газопроводов и нефтепроводов;
  • трубопроводов теплосетей и водоснабжения;
  • оболочек электрических кабелей;
  • крупных металлических объектов, резервуаров;
  • подземных сооружений;
  • морских судов от коррозии в воде;
  • стальной арматуры в железобетонных сваях, в фундаментах.

 

Применение катодной защиты обязательно для газопроводов низкого и среднего давления, магистральных газопроводов, нефтепроводов.

20 комментариев на «Катодная защита от коррозии. Принцип действия, основные понятия.»

  1. В китайской провинции Циньхай солнечные энергосистемы питают энергией системы контроля функционирования 500-километрового газопровода и используются для катодной защиты.

    • французы давно оснастили свои трубопроводы катодной защитой, даже устанавливают в кредит.

  2. Здравствуйте, я нигде не могу найти информацию по следующему вопросу: у меня на участке стоит газовый катод, можно ли строиться на этом участке или это не безопасно для жизни.

    • Здравствуйте! Я только разработчик станций катодной защиты и не могу компетентно ответить на вопросы по эксплуатации систем электрохимзащиты в целом. Скорее, Вам необходимо обратиться в организацию (Горгаз или Облгаз), которая эксплуатирует Вашу установку ЭХЗ. Они хорошо знают все нормативы по этой теме.
      Что, у Вас на участке газовая труба и катодные заземлители? Тогда Вам никто не разрешит строить там что-либо. И, думаю, там опасно жить, но не с точки зрения электробезопасности, а из соображений взрывобезопасности. Уточните. Может кто-то ответит более компетентно.

  3. День добрый! Всё о российских производителях оборудования для защиты от коррозии здесь: http://ehz.center/stati/proizvoditeli-oborudovaniya-dlya-elektroximzashhity/

  4. здравствуйте, у меня на катодной станции три показателя:

    1) А
    2) V
    3) mv

    Какой рабочий диапазон считается норм на этих показателях???

    • Здравствуйте!
      Зависит от многих условий. Определяется в проекте на ваш объект.

      • Да Эдуард, Я тож так подумал….походу мне придется всю документацию с китайского переводить….ок,спс

  5. Доброго времени.
    Скажите, никогда не приходилось заниматься защитой свайных фундаментов из завинчивающихся свай ? Озадачен сейчас такой проблемой , не могу пока найти вариантов расчета конструкции.
    Спасибо.

    • Здравствуйте!
      Нет, мы только производим станции катодной защиты. Проекты защиты создают другие организации. Вопрос о защите таких крупных объектов нам периодически задают. Но для них нужны большие токи, очень мощные станции.

  6. Эдуард, Добрый день. Тема интересная… Я занимаюся солнечными станциями, мощностью от 100Вт до 100кВт. Мне интересно производство СКЗ, современнего типа, видимо инверторные… и совместить в одно целое солнечные станции и СКЗ. Можно добавить и ветрогенераторы… и.т.д. Одним словом, сотрудничество на взаимовыгодных условиях. Что по советуете?

  7. Следует подчеркнуть, что катодная электрохимическая защита не является панацеей. У неё есть свои серьёзные недостатки, одним из которых является опасность перезащиты. Перезащита наблюдается при большом смещении защитного потенциала в отрицательную сторону, а это происходит практически всегда, потому что необходимый потенциал для стали, при котором замедляется любой коррозионный процесс, должен быть не ниже – 0,85 В и не выше – 1,15 В (см. ГОСТ 9.602-2005), а у находящихся в грунте элементов трубопровода его естественное значение равно – 0,55 В. Следовательно, чтобы существенно замедлить процессы коррозионного разрушения, нужно добиться снижения катодного потенциала защищаемой детали всего на 0,3…0,6 В и поддерживать этот потенциал по всей длине трубопровода с высокой точностью, что осуществить практически нереально по технико-экономическим соображениям (потребуется установить слишком много станций катодной защиты). При перезащите выделяется водород, происходит изменение химического состава приэлектродного слоя (наводороживание стали), снижающее её прочность, а также происходит деградация изоляционного покрытия и возникают процессы стресс-коррозии металла защищаемого объекта.

  8. Здравствуйте! Хотим купить участок, рядом с которым стоит табличка с надписью:Аноды на газопроводе. Не копать! Строительству дома она не мешает, но хоту у вас спросить, не вредно ли жить рядом ?

    • Здравствуйте!
      Я не специалист в таких вопросах, но позвонил нашим заказчикам в Ростовгоргаз. Они сказали так. Катодная защита защищает газопровод, а все остальное разрушает. Проблемы могут быть в том, что на вашем участке появятся токи, которые будут разрушать все металлическое на участке. Т.е. металлические конструкции на участке будут коррозировать быстрее, чем обычно. По методике положено измерить в разных точках участка потенциал и по этому показателю судить об этой проблеме. Так делают, если, например, рядом с газопроводом расположены трубы теплотрассы. Для них создают совместную или дополнительную защиту.
      Все это для случая, если газопровод находится с противоположной стороны от участка. Если ваш участок расположен между газопроводом и анодными заземлителями, то, как они выразились, он будет с обременением. Будет много ограничений по постройкам и т.п.

  9. Добрый день. На нашем участке без нашего согласия установили анодную защиту,проходит по всему участку. Как она может влиять на нас семью с маленькими детьми.Есть ли какие ограничения расположения от жилого дома.

    • Здравствуйте!
      Все, что написано в предыдущем комментарии касается вашего случая. Я не знаю, что добавить.

  10. Здравствуйте.Столкнулись с проблемами при обслуживании СКЗ трубопроводов кабельных линий высокого давления.Подскажите пожалуйста литературу по данной теме,очень интересует,какие измерения нужно производить на КИП колодцах,и переодичность этих измерений.В эксплуатации имеем станции УКЗ и ОПС (с глубинными анодами)

    • Здравствуйте!
      Ничем не могу помочь. Я только разработчик СКЗ, а эксплуатацией, измерениями, установкой занимаются совсем другие специалисты. Обратитесь в ближайший Горгаз. У них есть специальная служба. В областных городах, как правило, есть организация под названием Подземметаллзащита. Это их работа.

  11. Здравствуйте! Из текста понял, что…. анодное заземление – почва – изоляция металлического объекта. Теперь вопрос? Как использовать метод катодной защиты для трубопроводов ( сталь) перекачки морской воды воздушной трассировки в т. числе внутри зданий. Спасибо.

    • Здравствуйте!
      Насколько я знаю, для воздушных коммуникаций катодная защита не используется.

Добавить комментарий

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