Анодная и катодная защита от коррозии: Электрохимическая защита

технология, виды и средства защиты труб и трубопроводов от коррозии

Содержание

• Электрохимическая защита
• Катодная защита
• Протекторная защита
• Анодная защита
• Электродренажная защита

Трубопроводные магистрали сегодня являются наиболее распространенным средством для осуществления доставки носителей энергии. К сожалению, у них есть существенный недостаток – они подвержены образованию ржавчины. Чтобы избежать появления коррозии на магистральных трубопроводах, выполняют катодную защиту. В чем же заключается ее принцип действия?

В наши дни существует много способов защиты водопроводов от коррозии. Суть их проста: металл, из которого изготовлены трубы, вступает в реакцию с определенными растворами и веществами. Результатом процесса становится образование небольшой защитной пенки.

Специалистами выделяются следующие методы защиты трубопроводов от коррозии:

Электрохимическая защита

Достаточно результативный способ защиты металлоконструкций от электрохимической коррозии. Иногда воссоздать лакокрасочную оболочку или защитное оберточное покрытие просто невозможно. Вот в таких случаях и уместно применение электрохимической защиты. 

Восстановление покрытия трубопровода, расположенного под землей, или днища морского судна – процесс достаточно трудоемкий и дорогой, а в некоторых случаях и невозможный. Благодаря электрохимической защите изделие будет надежно защищено от коррозии: покрытия подземных трубопроводов, днищ судов, всевозможных резервуаров не будут разрушаться.

• Используется метод в ситуациях, когда потенциал свободной коррозии пребывает в области усиленного распада основного металла или перепассивации. То есть, когда металлоконструкция интенсивно разрушается.
• При электрохимической защите к изделию из металла подключают постоянный электрический ток. Благодаря ему на поверхности металлической конструкции образуется катодная поляризация электродов микрогальванических пар и анодные области становятся катодными.
  А вследствие негативного влияния коррозии разрушается не металл, а анод.
• Электрохимическая защита может быть анодной или катодной: это будет зависеть от того, в какую сторону сдвинется потенциал металла (в положительную или в отрицательную).

Катодная защита

Метод, достаточно часто используемый для защиты металлоконструкций от коррозии. Применяется в тех случаях, когда металл не имеет склонности к пассивации. Суть метода проста: к изделию подается внешний электроток от отрицательного полюса, который обеспечивает поляризацию катодных участков коррозионных составляющих и поднимает значение потенциала до анодных. После прикрепления положительного полюса источника тока к аноду коррозия защищаемого изделия становится почти нулевой.

Анод требует периодической замены, так как со временем происходит его разрушение. 

• Способы катодной защиты: поляризация от внешнего источника электротока, торможение развития катодного процесса, связь с металлом, имеющим более электроотрицательный потенциал свободной коррозии в определенной среде (протекторная защита).
• С помощью поляризации от внешнего источника электротока защищают конструкции, находящиеся в почве и в воде, цинк, олово, алюминий и его сплавы, титан, медь и ее сплавы, свинец, высокохромистые, углеродистые, низколегированные и высоколегированные стали.
• Роль внешнего источника электротока выполняют станции катодной защиты. Их главные составляющие — выпрямитель, токоподвод к защищаемому объекту, анодные заземлители, электрод сравнения и анодный кабель.
• Катодная защита может быть использована в качестве самостоятельного или дополнительного способа коррозионной защиты.

Основной показатель результативности метода – защитный потенциал. Защитным называют тот потенциал, при котором быстрота коррозионного процесса металлического изделия становится минимальной. 

Однако катодная защита обладает определенными недостатками. Один из них – опасность перезащиты. Такой эффект может наблюдаться в случае большого смещения потенциала защищаемого изделия в отрицательную сторону. Вследствие этого разрушаются защитные оболочки, начинается водородное охрупчивание металла, коррозионное растрескивание. 

Протекторная защита

Вид катодной защиты, в процессе которого к защищаемому объекту подсоединяют металл с более высоким электроотрицательным потенциалом. При этом разрушается не металлоконструкция, а протектор. Через определенный промежуток времени протектор корродирует и его потребуется заменить на новый. 

• Эффект от протекторной защиты будет заметен только в том случае, если переходное сопротивление между протектором и окружающей средой незначительно. 
• У каждого протектора есть свой радиус защитного действия – предельно возможное расстояние, на которое можно удалить протектор без утраты защитного эффекта. Протекторную защиту применяют, когда ток к объекту подвести трудно, дорого или просто невозможно.
• С помощью протекторов защищают объекты, находящиеся в нейтральных средах (море, реке, воздухе, почве и т.
  д.).
• Материалом для изготовления протекторов служит магний, цинк, железо, алюминий. Металлы в чистом виде не смогут стать эффективной защитой для конструкций, поэтому, изготавливая протекторы, их дополнительно легируют. 

Для изготовления железных протекторов используют углеродистые стали или чистое железо.

Анодная защита

Используется для титановых конструкций, объектов из низколегированных нержавеющих, углеродистых сталей, железистых высоколегированных сплавов, разнородных пассивирующихся металлов. Метод применяют в хорошо электропроводной коррозионной среде. 

При анодной защите происходит сдвиг потенциала защищаемого металла в более положительную сторону. Смещение будет длиться до тех пор, пока не достигнется инертное устойчивое состояние системы. К преимуществам анодной электрохимической защиты можно отнести не только существенное торможение скорости коррозии, но и то, что продукты коррозии не оказываются в производимом продукте и среде.

 

• Существует несколько способов реализации анодной защиты: можно сдвинуть потенциал в положительную сторону с помощью источника внешнего электротока или ввести в коррозионную среду окислители, которые способны повысить эффективность катодного процесса на металлической поверхности.    
• Анодная защита с применением окислителей по защитному механизму имеет много общего с анодной поляризацией. 
• При использовании пассивирующих ингибиторов с окисляющими характеристиками (бихроматов, нитратов и т.д.), защищаемая металлическая поверхность под воздействием возникшего тока становится пассивной. Однако эти вещества способны сильно загрязнять технологическую среду. 
• Если ввести в сплав добавки, реакция восстановления деполяризаторов, которая происходит на катоде, пройдет не с таким большим перенапряжением, как на защищаемом металле. 
• При прохождении электротока через защищаемую конструкцию потенциал сдвигается в положительную сторону.  
• В состав установки для анодной электрохимической защиты входит источник внешнего электротока, электрод сравнения, катод и защищаемая конструкция. 

Для эффективности метода в той или иной среде используют легкопассивируемые металлы и сплавы. Кроме этого требуется высокое качество выполнения соединительных элементов и постоянное нахождение электрода сравнения и катода в растворе. 

Подход к проектированию схемы расположения катодов должен быть индивидуальным для каждого случая. 

Электрохимическую анодную защиту нержавеющих сталей используют для хранилищ серной кислоты, аммиачных растворов, минеральных удобрений, различных сборников, цистерн, мерников. 

Анодную защиту используют, чтобы предотвратить коррозию ванн химического никелирования и теплообменных установок в изготовлении искусственного волокна и серной кислоты. 

Электродренажная защита

Это способ защиты трубопроводов от разрушения с помощью блуждающих токов. Метод предусматривает их дренаж (отвод) с защищаемой конструкции на источник блуждающих токов или специальное заземление. 

• Дренаж бывает прямым, поляризованным и усиленным. Прямой электрический дренаж — это дренажное устройство, имеющее двустороннюю проводимость. При величине тока, превышающей допустимую величину, выйдет из строя плавкий предохранитель. Электрический ток пойдет по обмотке реле, оно включится, после чего произойдет включение звука или света. 
• Прямой электрический дренаж используют для тех трубопроводов, чей потенциал всегда выше потенциала рельсовой сети, служащей для отвода блуждающих токов. Иначе отвод станет каналом для натекания блуждающих токов на трубопровод. 
• Поляризованный электрический дренаж является дренажным устройством, имеющим одностороннюю проходимость. Отличие поляризованного дренажа от прямого заключается в присутствии у первого элемента односторонней проводимости ВЭ. В случае поляризованного дренажа ток течет только в одном направлении — от трубопровода к рельсу. Это не позволяет блуждающим токам натекать на трубопровод по дренажному проводу. 
• Усиленный дренаж используется тогда, когда требуется не только отвести блуждающие токи с трубопровода, но и создать на нем определенную величину защитного потенциала. Усиленный дренаж – это обычная катодная станция. Ее отрицательный полюс подсоединяют к защищаемой конструкции, а положительный — к рельсам электрифицированного транспорта, а не к анодному заземлению. 
• Как только трубопровод введут в эксплуатацию, регулируют работу системы его защиты от коррозии. Если возникает необходимость, осуществляют подключение станций катодной и дренажной защиты и протекторных установок.

Использование какой-либо из технологий защиты промысловых, стальных и прочих видов трубопроводов от коррозии – обязательная составляющая их эксплуатации. Все методы антикоррозийной защиты требуется реализовывать в строгом соответствии с ГОСТом.

Решения для защиты судов и кораблей от коррозии — Корпорация ПСС

Вследствие коррозионно-механических разрушений выходит из строя большое количество корпусных конструкций судов и плавучих технических сооружений. Помимо экологической опасности при подобных авариях (загрязнение окружающей среды, потеря энергоресурсов), возникают значительные экономические убытки: потеря оборудования, затраты на ремонт, простой в работе. 10% металла теряется безвозвратно, рассеиваясь в виде продуктов окисления.

Производство оборудования для мониторинга и предотвращения коррозии на подводных частях корпуса судна является ключевой компетенцией Корпорации ПСС.
В зависимости от характера коррозии и условий ее протекания применяются различные методы защиты корпусных конструкций судов. Выбор того или иного способа определяется его эффективностью в данном конкретном случае, а также экономической целесообразностью. Любой метод защиты от коррозии изменяет ход коррозионного процесса, либо уменьшая скорость, либо прекращая его полностью. Надежным способом защиты от коррозионных разрушений стали в морской воде является электрохимическая защита. 

Корпорация ПСС развивает два метода электрохимической защиты — протекторную (метод жертвенных анодов) и катодную (метод защиты наложенным током).

Сравнение методов

Протекторная защита Метод жертвенных анодов	Катодная защита Метод защиты наложенным током
+ работают независимо от источника электрической энергии	— потребность в надежном источнике электропитания постоянного тока
+ не могут быть неправильно прикреплены к конструкции	— автоматическая работа, минимум внимания экипажа
— незначительна эффективность при локальных формах коррозии	+ возможность регулирования параметров защиты, в том числе и автоматического, что позволяет предотвратить коррозионные разрушения
— необходимо наличие лакокрасочного покрытия	+ достаточно установки относительно небольшого количества анодов даже для защиты больших конструкций без лакокрасочного покрытия в условиях высокого удельного сопротивления
— ограниченный срок действия протекторов, необходима периодическая замена, в случае стационарного сооружения	+ нет необходимости возобновления средств защиты, увеличивается междоковый период эксплуатации корпусов морских судов и сооружений
— высокая стоимость установки анодов на месте	+ сниженные расходы по обслуживанию, система обеспечивает защиту на весь срок службы
— создает дополнительное сопротивление, имеют большую массу	+ не создает дополнительного сопротивления

Катодная защита

Это наиболее надежный и экономически выгодный способ предохранения от коррозии подводной части корпусов объектов морской инфраструктуры. Преимущества катодной защиты для защиты платформы:

• полное подавление коррозии обшивок и сварных швов
• уменьшение запаса толщины обшивок на коррозионный износ
• не требует замены в течение всего срока службы судна 
  
• удаленный мониторинг и контроль.

Опыт применения и расчеты показывают, что для судов с водоизмещением более 3400 тонн, оптимально использовать катодную защиту, ввиду значительного уменьшения массы по сравнению с протекторной, для судов с водоизмещением более 6000 тонн применение катодной защиты уменьшает суммарную стоимость защиты.

Корпорацией ПСС разработан целый комплекс для защиты судов методом наложенного тока. При использовании данного метода основными звеньями схемы являются:

• Станции катодной защиты (СКЗ) — защищает за счет сдвига потенциала на корпусе судна, на нем протекает только катодный процесс, коррозия замедляется. Станции производятся в разных модификациях и комплектациях. Включены в РМРС.
• Аноды судовые — подключены к СКЗ и предназначены предназначены для стекания в воду защитного тока. Разработаны разные типы анодов для эксплуатации в разных районах плавания, в том числе в Арктике. Монтируются таким образом, чтобы не создавать помех при движении судна.
• Электрод сравнения хлорсеребряный производится в пластиковом корпусе или в защитном коффердаме. Они измеряют потенциал и используются в системах автоматического контроля и регулирования режима работы установок электрохимзащиты.
• Кабель. Для систем ЭХЗ разработан кабель Elkaflex, который обладает стойкостью к маслобензопродуктам и другим агрессивным средам.

Протекторная защита

Протекторная защита экономична, проста и понятна. Протекторы медленно растворяются, защищая конструкцию, к которой они прикреплены. Представляют собой изделия из алюминиевого, цинкового или магниевого сплава с влитым стальным элементом для крепления. Отливаются из сплавов по ГОСТ 26251-84. Изготавливаются различных типоразмеров по требованиям заказчика. Форма определяется исходя из места и условии эксплуатации протектора. Так, на корпус судов оптимально использовать протекторы обтекаемых форм.

Корпорация ПСС предлагает широкий ассортимент протекторов для защиты судов: 

П-НЛМ неотключаемый ленточный магниевый
П-НКМ неотключаемый концевой магниевый
П-ПОМ подвесной отключаемый магниевый
П-РОМ регулируемый отключаемый магниевый
П-КОМ короткозамкнутый отключаемый магниевый
П-КЛА короткозамкнутый линейный алюминиевый
П-ККА короткозамкнутый концевой алюминиевый
П-РОА регулируемый отключаемый алюминиевый
П-ПОА подвесной отключаемый алюминиевый
П-КОА короткозамкнутый одиночный алюминиевый
ПМФ межфланцевый

Морской климат, соленый воздух и вода разрушают не только части корабля, находящиеся в непосредственном контакте с водой, но и внутренние коммуникации. Для защиты труб применяются межфланцевые протекторы, а для исключения ржавления резьбовых соединений — болты-протекторы.

Разница между анодной и катодной защитой

Основное различие между анодной и катодной защитой заключается в том, что при анодной защите защищаемая поверхность действует как анод, тогда как при катодной защите защищаемая поверхность действует как катод .

Анодная и катодная защита — это два электрохимических процесса, которые мы используем для предотвращения коррозии или ржавления поверхностей. В электрохимическом процессе мы используем электрохимическую ячейку с двумя электродами в качестве анода и катода. В процессах анодной и катодной защиты мы используем защищаемую поверхность (подложку) в качестве анода или катода, что приводит к названию этих процессов как таковых. Протекторная защита — это тип катодной защиты, при котором мы используем металл в качестве расходуемого анода. В этом процессе этот жертвенный металл подвергается коррозии, избегая коррозии катода.

СОДЕРЖАНИЕ

1. Обзор и основные отличия
2. Что такое анодная защита
3. Что такое катодная защита
4. Прямые сравнения – анодная и катодная защита в табличной форме
5. Резюме

Что такое анодная защита ?

Анодная защита — это тип электрохимического процесса, при котором мы можем защитить металлическую поверхность, сделав ее анодом в электрохимической ячейке. Мы можем обозначить это как AP. Однако этот метод возможен только для комбинаций материала и среды, которые показывают довольно широкие пассивные области. то есть сталь и нержавеющая сталь в 98% серная кислота.

В АП нам нужно довести металл до высокого потенциала. Затем металл становится пассивным за счет образования защитного слоя. Однако AP не используется широко в качестве катодной защиты, поскольку он ограничен металлами, имеющими на поверхности достаточно надежный пассивный слой; например, нержавеющая сталь.

При применении AP необходимо учитывать два основных момента. Во-первых, нам нужно убедиться, что вся система находится в пассивном диапазоне. Во-вторых, нам необходимо иметь точное представление об ионах, что может привести к обширной точечной коррозии.

Что такое катодная защита?

Катодная защита — это тип электрохимического процесса, при котором мы можем защитить металлическую поверхность, сделав ее катодом в электрохимической ячейке. Мы можем обозначить его как CP. CP может предотвратить коррозию металлических поверхностей. Существуют различные типы CP; например, гальваническая защита или протекторная защита, системы импульсного тока и гибридные системы.

Рисунок 01: Системы подаваемого тока

В этом методе корродирует жертвенный металл, а не защищаемый. Если мы используем катодную защиту для больших конструкций, таких как длинные трубопроводы, метода гальванической защиты недостаточно. Следовательно, нам необходимо обеспечить достаточный ток, используя внешний источник питания постоянного тока.

Рисунок 02: Жертвенный анод – слой цинка

Кроме того, мы можем использовать эту технику для защиты топливных или водопроводных трубопроводов, изготовленных из стали, резервуаров для хранения, корпусов кораблей и лодок, оцинкованной стали и т. д.

Что такое Разница между анодной и катодной защитой?

Анодная защита — это тип электрохимического процесса, в котором мы можем защитить металлическую поверхность, сделав ее анодом в электрохимической ячейке, а катодная защита — это тип электрохимического процесса, в котором мы можем защитить металлическую поверхность, сделав ее катодом. в электрохимической ячейке. Таким образом, ключевое различие между анодной и катодной защитой заключается в том, что при анодной защите защищаемая поверхность действует как анод, тогда как при катодной защите она является катодом.

Кроме того, анодная защита включает подавление реакционной способности металла путем регулирования потенциала более реакционноспособного металла; однако катодная защита включает изменение направления тока между двумя разнородными электродами. Следовательно, мы можем рассматривать и это как разницу между анодной и катодной защитой.

Резюме – Анодная и катодная защита

Анодная защита – это тип электрохимического процесса, в котором мы можем защитить металлическую поверхность, сделав ее анодом в электрохимической ячейке, а катодная защита – это тип электрохимического процесса, в котором мы может защитить металлическую поверхность, сделав ее катодом в электрохимической ячейке. Основное различие между анодной и катодной защитой заключается в том, что при анодной защите защищаемая поверхность действует как анод, тогда как при катодной защите она является катодом.

Ссылка:

1. «Что такое жертвенная защита? — Определение из Corrosionpedia». Corrosionpedia, доступно здесь.

Изображение предоставлено:

1. «Диаграмма катодной защиты» Кафе Нервоза — собственная работа (CC BY-SA 3.0) через Commons Wikimedia
2. «Жертвенный анод» Цвергельстерн (CC BY-SA 3.0) через Commons Wikimedia

Анодная защита – Cor Pro

Cor-Pro Systems Inc.

является ведущей компанией в Хьюстоне, штат Техас, по предоставлению быстрой и высококачественной анодной защиты от коррозии.

Анодная защита является одной из наиболее распространенных форм защиты от коррозии. Анодная защита обеспечивает экстремальную защиту от коррозии в оборудовании, где другие методы не работают из-за суровых условий окружающей среды.

Специалисты обычно применяют анодную защиту на производствах с подземными сооружениями.

В высокоиндустриальных регионах, таких как побережье Мексиканского залива, коррозия представляет собой серьезную проблему, особенно в районах, где такие факторы, как климат и топография, в значительной степени способствуют коррозии. Методы защиты от коррозии, такие как анодная защита, могут предотвратить как потери, так и повреждения, вызванные коррозией.

Что такое анодная защита?

Анодная защита представляет собой вид защиты от коррозии, предназначенный для защиты металлов, подвергающихся воздействию высококоррозионных сред, слишком кислых или слишком щелочных для металлов.

Анодная защита использует слой защитного покрытия на поверхности металла, который обычно называют подложкой.

Для создания анодного слоя на поверхности металла специалисты по защите от коррозии применяют регулируемый электрический ток для зарядки защитной пленки с помощью анода. Ток может увеличивать или уменьшать толщину защитного слоя за счет использования внешнего источника питания.

Анодная защита по сравнению с катодной защитой

Анодная защита отличается от катодной по нескольким параметрам. Среди их отличий:

• Уровень защиты. Катодная защита может предотвратить коррозию в таких областях, как под водой и под землей, за счет использования расходуемого катода. Однако даже электрически заряженные катоды не могут защитить металлы в экстремальных условиях. Между тем, анодная защита, образуя на поверхности металла электрически заряженный слой, способна выдерживать воздействие основных и кислых сред.
• Способ защиты. Катодная защита использует электрически активные сплавы, которые выпускают электрические токи в область, перенаправляя агенты на указанный сплав до тех пор, пока он полностью не разрушится. Между тем, анодная защита использует аноды для создания электрически заряженного слоя, который защищает металл от коррозионных процессов, таких как окисление.

Отрасли, которые получат большую пользу от анодной защиты

К отраслям, которые получат большую пользу от высококачественной анодной защиты, относятся:

• Производство
• Подводное оборудование
• Энергетические услуги
• Производство
• Исследование энергетики
• Нефтехимия
• Конструкционная сталь
• Военный
• Переработка отходов
• Переработка/рафинирование
• Тяжелое оборудование
• Транспорт

Понимая особые потребности каждого клиента и действуя в соответствии с их требованиями, Cor-Pro Systems предоставляет каждой компании точно настроенные услуги как можно быстрее. Наши обширные знания и современное оборудование помогают нам найти лучший способ обработки, обработки и доставки вашего оборудования прямо на вашем предприятии.

Скорость: часть приверженности Cor-Pro «Золотому стандарту Cor-Pro». Cor-Pro Gold Standard», высшая сертификация в области защиты от коррозии.

С помощью нашего сервиса Velocity вы получите готовые проекты по защите от анодной коррозии в течение нескольких часов, а не дней. Кроме того, наш высококвалифицированный персонал позаботится о том, чтобы вы были в курсе наших проектов по мере их реализации.

О Cor-Pro Systems

С 1987 года Cor-Pro Systems Inc. обеспечивает первоклассную защиту от коррозии в Хьюстоне и других районах побережья Мексиканского залива. Наша цель — повысить осведомленность о коррозии и ее влиянии на всю отрасль, а также обеспечить удовлетворительную защиту от коррозии с помощью наших качественных методов, основанных на многолетних обширных исследованиях и разработках.

Помимо нашего беспрецедентного опыта в обеспечении защиты от коррозии для наших клиентов, мы также обязательно поддерживаем долгосрочные отношения с нашими партнерами в отрасли, чтобы гарантировать, что они никогда не столкнутся с инцидентами, связанными с коррозией в будущем.