Электрохимическая зашита от коррозии

Реферат

по курсу  «защита от коррозии»

на тему «Электрохимическая зашита от коррозии» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Москва 2008

Оглавление

 

ВВЕДЕНИЕ

    Среди различных способов защиты металлов от коррозии особое место занимают электрохимические способы. Это обстоятельство связано с тем, что чаще всего металлы в эксплуатационных условиях подвергаются электрохимической коррозии, против которой наиболее эффективны электрохимические методы защиты.

    Сущность  всех электрохимических методов  защиты заключается в смещении потенциала защищаемого металла в область значений, при которых его ионизация затруднена или вообще невозможна.

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ  МЕТОДОВ ЗАЩИТЫ ОТ КОРРОЗИИ

 

    Защита  от коррозии вообще необходима в том  случае, когда процесс коррозии протекает  при таком потенциале, которому соответствует  скорость ионизации металла, превышающая  технически допустимую, обеспечивающую необходимую долговечность конструкции.

    Как правило, в этом случае потенциал  коррозии Е_СТ находится в области активного растворения металла Е¹_СТ или в области нарушения пассивного состояния Е¹¹ _СТ (рис.1).

    Уменьшить скорость растворения до приемлемой, величины j_доп можно, сместив потенциал к достаточно низкому значению в активной области, например к E_защ или сместив его в пассивную область, например, до Е¹¹_защ. Добиться требуемого смещения потенциала можно при помощи электрохимической защиты.

     Для смещения потенциала от Е¹_ст к Е¹_защ или от Е¹¹_ст к Е¹¹_защ металл необходимо поляризовать катодно. Добиться смещения потенциала в этом направлении можно, пользуясь внешним источником тока. Этот метод принято называть катодной защитой от внешнего источника.

    Катодную  поляризацию можно осуществить, соединив защищаемый металл с другим металлом, имеющим более отрицательный потенциал. Этот метод получил название катонной защиты с помощью анодных протекторов. Протектор в данном случае работает  

    Рисунок 1.

    Полная  анодная поляризационная кривая

как анод. Для смещения потенциала от Е¹_ст до Е¹¹_защ металл необходимо поляризовать анодно. При поляризации от внешнего источника тока метод называют анодной защитой. Возможно также осуществление анодной поляризации за счет соединения защищаемого металла с протектором, имеющим более положительный потенциал. Этот метод называется анодной защитой с помощью катодного протектора. Протектор в этом случае работает как катод.

    Таким образом, электрохимическая защита металлов от коррозии в растворах электролитов основана на зависимости скоростей растворения от потенциала. При катодной защите используют снижение скорости растворения металла в активной области при смещении потенциала в отрицательную сторону, т.е. положительный протект-эффект. Анодная защита использует принцип перевода металла в пассивное состояние.

КАТОДНАЯ  ЗАЩИТА

Катодная защита с помощью протекторов

 

    Наиболее  простым случаем катодной защиты является защита с помощью протекторов. В данном случае процесс электрохимической защиты обусловлен действием коррозионного элемента, образованного двумя разнородными металлами, помещенными в проводящую среду. В этом случае более благородный электрод коррозионного элемента – катод, менее благородным – анод. Возникающий гальванический ток является током короткого замыкания.

    Ток этого коротко замкнутого гальванического элемента катодно защищает теплопровод точно так же, как если бы поляризующий ток подавался от внешнего источника тока.

     Схематически катодная защита с  помощью протектора может быть представлена следующим образом (рис. 2).  
 
 
 
 
 
 

    Рисунок 2.

    1. протектор 

    2. активатор протектора 

    3. защищаемое сооружение (трубопровод).  

    При замыкании защищаемой конструкции  с протектором с помощью соединительного кабеля происходит растворение материала протектора, а на поверхности защищаемого сооружения идут восстановительные процессы, не приводящие к разрушению сооружения. В процессе эксплуатации протектор растворяется и требует периодической замены.

    Протекторы  широко используются для защиты подземных  трубопроводов и кабелей. Катодная защита с помощью протекторов не требует специальных источников энергии, поэтому может быть использована в труднодоступных районах, где отсутствуют постоянные источники энергии.

    Ее  используют преимущественно в тех  случаях, когда необходим защитный ток малой величины. Это бывает, если конструкция имеет хорошее изоляционное покрытие и необходима защита только тех участков, где изоляция нарушена.

    Область применения протекторной защиты ограничивается величиной удельного сопротивления  грунта. В токопроводящих грунтах протекторная защита становится малоэффективной.

    К протекторным материалам предъявляются  определенные требования:

    - потенциал материала протектора  должен быть достаточно отрицательным, чтобы пара "протектор – сталь" имела максимальную ЭДС;

    - протекторы не должны пассивироваться, т.е. поляризация протектора при пассивации может значительно снизить защитный ток.

    Для уменьшения возможности пассивации протектора его помещают в мешки, заполненные специальным активатором.

    - протекторный материал должен иметь высокую эффективность или высокую токоотдачу. Практической токоотдачей протектора q_пр называют среднее количество электричества, получаемое с единицы массы протектора.

Материалы анодных протекторов

 

    В качестве протекторных материалов могут  быть использованы магний, алюминий, цинк или сплавы на основе этих металлов. Однако следует отметить, что чистые металлы, несмотря на достаточно высокий отрицательный потенциал, не получили широкое применение. Это объясняется тем, что Mg имеет сравнительно низкую токоотдачу, а алюминий и цинк склонны к пассивации. Например, КПД магния на 10-20% ниже, чем КПД специальных протекторов, изготовленных из сплавов на основе магния.

    Поэтому наибольшее применение находят различные  протекторные сплавы. Введение добавок в основной металл позволяет получать более отрицательный потенциал, более, активный, равномерно растворяющийся и не склонный к пассивации материал.  

 

Катодная защита внешним током

 

    Катодную  защиту внешним током (КЗВТ) широко применяют для защиты подземных и гидротехнических сооружений. Практически катодную защиту можно применять всегда, когда это экономически обосновано и имеются источники электроэнергии. Применимость катодной защиты зависит от характера катодной реакции коррозионного процесса.

    Если  коррозия протекает с водородной деполяризацией, то для достижения полной защиты металла необходим защитный ток, плотность которого во много раз превышает плотность коррозионного тока. Практически это означает, что использование катодной защиты в таких условиях невозможно из-за больших количеств выделяющегося водорода и значительных энергетических затрат. Например, для защиты стали в 0,3 М H₂SO₄ защитная плотность тока должна быть примерно 300 А/м². Если же коррозия металла идет с кислородной деполяризацией, например, в грунтах, то защитная плотность тока в основном зависит от скорости диффузии кислорода. При этом величина защитного тока будет расти только при увеличении степени аэрации.

    Обычно  КЗВТ используется совместно с различными изоляционными покрытиями наружной поверхности защищаемого сооружения:

    - высокая эффективность (почти  100% защита);

    - возможность защиты протяженных  металлических поверхностей, имеющих  поврежденную изоляцию и вообще  лишенных её в средах с различным удельным сопротивлением;

    -возможность регулирования защитного тока в процессе эксплуатации;

    -возможность  автоматизации процесса защиты.

    К недостаткам метода можно отнести  высокую начальную стоимость  работ, необходимость систематического контроля и профилактического ремонта, а также возможное вредное влияние на соседние незащищенные металлические конструкции.

Организация КЗВТ

 

Установка катодной защиты состоит из источника  постоянного тока, анодного заземления и соединительных кабелей.

    Защищаемая  конструкция присоединяется к отрицательному полюсу источника тока, к его положительному полюсу подключают второй электрод – анодный заземлитель. Место контакта с конструкцией называется точкой дренажа. Принципиальную схему метода можно представить следующим образом (рис. 3)

    

    рис. 3

    1 – источник постоянного тока 2 – защищаемое сооружение

    3 – точка дренажа 4 – анодное  заземление 

    Работа  катодной защиты возможна лишь в том  случае, когда защищаемая конструкция и анодное заземление находятся в электронном и электролитическом контакте. Электронный контакт достигается с помощью металлических проводников, электролитический обеспечивается электропроводностью грунта. При этом поверхность защищаемого металла поляризуется катодно и на ней протекают процессы катодного восстановления, чаще всего – кислорода. Аноды служат для съема на землю положительных зарядов и на них протекают преимущественно анодные процессы окисления. Поэтому в данном случае, в отличие от протекторной защиты, необходимо заботиться о том, чтобы аноды были изготовлены из материалов, наиболее стойких к окислению.

    Для питания постоянным током обычно используют выпрямители, преобразующие переменный ток промышленной частоты в постоянный.

    В простейшем случае КЗВТ сооружения может  производиться от нерегулируемого источника с настраиваемым постоянным напряжением на выходе. Они получили название преобразователей потенциала с ручным управлением.

    Такая система защиты может быть использована, если параметры защищаемого объекта остаются стабильными во времени. Тогда задается от источника постоянная величина защитного потенциала, нерегулируемая во времени. Если параметры защищаемого объекта меняются во времени, то следует при организации КЗВТ использовать автоматические катодные станции, поддерживающие потенциал защищаемого объекта в заданном режиме.

    Преобразователи с автоматическим управлением оборудованы  устройством для стабилизации заданной разности потенциалов между защищаемым сооружением и землей. Они называются автоматическими станциями катодной защиты. Блок-схема автоматической станции катодной защиты представлена на рис.4

    С помощью блока, задающего потенциал 1, устанавливается требуемый защитный потенциал. Это значение потенциала сравнивается с помощью блока  сравнения 2 с потенциалом защищаемой конструкции, измеренной по отношению  к тому же электроду сравнения 4 с помощью блока измерения потенциала 3. Разность потенциалов после усиления блоком усилителя 5 подается на блок управления 6, корректирующего силу поляризующего тока, идущего от выпрямителя 7.