ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Катодная защита из "Основы учения о коррозии и защите металлов " Электрохимические методы защиты металлов легче всего понять путем рассмотрения соответствующей диаграммы Пурбэ (для железа она представлена в полном и в упрощенном вариантах соответственно на фиг. 33 и 34). Железо не будет корродировать, когда его потенциал и величина pH окружающей среды попадают в область иммунитета, в которой металл термодинамически устойчив. Для достижения этих условий металл должен быть поляризован таким образом, чтобы его потенциал снизился от величины, соответствующей условиям беспрепятственной коррозии, до величины, несколько меньшей нормального электродного потенциала. На этом принципе основана катодная защита, рассматриваемая в разд. 3.2. Другим методом электрохимической защиты является обеспечение пр ыва-ния Железного электрода в области пассивного состояния, что требует поляризации для облагораживания потенциала (если pH среды составляет 2—9). В интервале значений pH = 9-4-12 железо либо находится в состоянии иммунитета, либо в пассивном состоянии, а при pH 2 пассивность не достигается. Этот тип защиты, часто называемый анодной защитой, описан в разд. 3.3. В отличие от катодной защиты он неприменим во всем диапазоне значений pH, и действие защиты может прекратиться, если повреждена пассивная пленка, например, в присутствии хлоридных ионов. Катодная защита может осуществляться в любой среде, если только нет посторонних эффектов, например непосредственного химического разъедания металла. Здесь следует напомрить о различии между иммунитетом, т. е. областью, в которой коррозия (электрохимическое разъедание) не может происходить, и пассивностью, т. е. областью, в которой коррозия не происходит. [c.128] Коррозия в водных средах представляет собой электрохимическое явление, которое подробно рассматривалось в разд. 2.2. Растворение металла протекает в форме анодного процесса. Если потенциал корродирующего объекта снижается до величины обратимого потенциала анодной реакции, то анодное растворение прекращается, так как скорость растворения компенсируется скоростью осаждения металла (соответствует плотности тока обмена) при этой величине потенциала. Таким образом, потерь от разъедания не будет. По существу, вся поверхность объект будет содержать участки с протекающими на них только катодными коррозионными реакциями выделения водорода, восстановления кислорода или той и другой вместе. Это и является йсновой катодной защиты. [c.128] Приложенный катодный ток снижает скорость коррозии OTf opp до корр, частично за-Щ1(кцая металл приложенный катодный ток I, обеспечивает полную защиту. [c.129] Важная роль среды обусловлена тем, что она может реагировать с продуктами катодного процесса. Железо часто покрывается гидроокисями и карбонатами магния и кальция, так как эти ионы обычно присутствуют в воде, содержащей СО2, и конечный продукт-представляет собой осадок из смеси извести и ржавчины, существенно тормозящий коррозию металла. При таких условиях требуемый для полной защиты поляризующий ток 2 будет уменьшаться его основной функцией станет восстановление повреждений в защитном слое осадка. Даже если взаимодействие с образованием, описанного выше осадка и не произойдет, увеличение щелочности в результате катодной реакции станет оказывать защитное действие,, даже если потенциал и не будет снижен до величины 2 (фиг. 65). Это доказывается с помощью соответствующей диаграммы Пурбэ. Как только поверхность металла покрывается защитной пленкой,, величина требуемого поляризующего тока снижается. Однако избыточная щелочность опасна, поскольку многие металлы образуюг растворимые оксианионы при высоких значениях pH. [c.130] На практике имеются два пути обеспечения необходимой для защиты металла поляризации а) использование самопроизвольно-возникающей контактной коррозии за счет постепенно корродирующего менее благородного металла б) приложение тока с использованием либо инертных, либо расходуемых анодов. [c.130] Применение для катодной защиты метода приложения тока облегчает регулирование системы и часто дешевле, чем использование анодов-протекторов, которые, конечно, нуждаются в регулярных заменах. [c.131] Если инертный анод погружен в почву, то он должен быть окружен йористой засыпкой, допускающей выделение кислорода. [c.131] В качестве расходуемых электродов, действующих при при--ложении тока, часто используются ржавые обломки железного и стального скрапа. Они через некоторое время расходуются и подлежат замене. Если это требует значительных земляных работ, то общая стоимость установки существенно возрастает. Сказанное, безусловно, относится и к использованию расходуемых электродов без приложения тока. [c.131] Энергия для поляризации систем в промышл енно развитых странах поступает от линий переменного тока после трансформации и выпрямления тока, тогда как для защиты трубопроводных линий в развивающихся странах используются дизель-генера-торные агрегаты, работающие без обслуживания. Когда это выгодно в местных условиях, применяются и другие источники энергии, например ветряные двигатели. [c.131] Катодная защита широко применяется для подземных конструкций из черных металлов, в особенности для трубопроводов, а так-,же на судах, у которых аноды часто монтируются на корпусе. [c.131] Трубопроводы могут быть проложены через почвы с сильно-изменяющейся проницаемостью кислорода. Отрезок трубы, проходящий через плотные анаэробные глины, может быть анодным по-отношению к отрезку, проложенному в рыхлых п чаных пористых почвах, легкодоступных для кислорода. Это — пример элемента дифференциальной аэрации. При недостатке кислорода и плохой проницаемости реакция восстановления кислорода поляризуется в большей степени, чем при лёгком доступе кислорода. Разность стационарных потенциалов металла в двух почвах создает коррозионный элемент. Анодная и катодная части могут 1ть на мили удалены друг от друга. Этот вид разъедания называется коррозией в длинных цепях. Если трубопровод подвергается этому виду разъедания, то при осуществлении катодной защиты по всей его длине степень необходимой защиты будет зависеть от свойст почвы. [c.132] Биологическое разъедание возникает в анаэробных почвах. Такие почвы часто содержат бактерии, называемые Desulphovibrio desulphuri ans, которые восстанавливают ионы S04 в ионы S . В анаэробных условиях потенциал коррозии снижается из-за отсутствия кислорода, требуемого для деполяризации катода. Выделение водорода является катодной реакцией, и этот процесс протекает с малой скоростью. Сульфидные ионы не только существен- но деполяризуют эту реакцию, но и, по-видимому, снижают активационную поляризацию при растворении ионов двухвалентного железа. Результатом является сильная коррозия труб, сопровождающаяся образованием корки сульфида железа, не обладающего защитными свойствами. [c.132] Колонии бактерий интенсивно разрастаются в нейтральных почвах. Катодная защита эффективна против них во многих случаях, так как она вызывает образование щелочных зон в контакте с металлом и в некоторых случаях способствует формированию защитных корок. Низкие величины pH также снижают жизнедеятельность бактерий, однако часто кислые почвы агрессивны сами по себе, поскольку в них облегчается выделение водорода. В общем случае эффективны бактерицидные вещества, которые могут вводиться в виде раствора либо ими пропитывается песок. Для борьбы с этими бактериями иногда производится щелочная обработка почвы. [c.132] Применение защитных покрытий зависит от условий эксплуатации. Имеется большой выбор таких покрытий их сопоставление — нелегкое дело, так как существуют различные точки зрения, накапливается опыт их применения и непрерывно разрабатываются новые варианты. [c.133] Окрашивание рассмотрено в разд. 3.7. Оно применяется в сочетании с катодной защитой, однако при этом необходима осторожность, так как некоторые лакокрасочные покрытия нестойки в щелочных средах. Например, краски на основе льняного масла подвержены щелочному отслаиванию . Выбор способа защиты подземных коммуникаций определяется агрессивностью почв. В наиболее агрессивных почвах трубы изолируются в них обкладкой траншеи кирпичом и щебнем. Во многих случаях трубы после нанесения грунта обертываются тканью, пропитанной битумом, асфальтом или каменноугольной смолой. Оберткой часто служит стеклопластик либо какой-нибудь из эластичных пластиков. Вместо твердых покрытий, включающих цементные, можно производить эмалирование. Выбор определяется следующими факторами 1) подверженность почвы переменным нагрузкам, например расположение под дорогой 2) наличие устройств для дренажа воды 3) наличие в почве твердых обломков, соприкасающихся с трубой, и др. Чтобы избежать повреждения защитных покрытий, необходима аккуратность при прокладке трубопроводов. [c.133] Катодная защита в почвах может усилить коррозию в соседних незащищенных металлических элексентах. При проектировании систем защиты это следует иметь в виду. Разъедание может вызываться также блуждающими токами независимо от источникрв их возникновения, например от электрофицированной железной дороги. В этих случаях эффективна короткозамкнутая цепь, однако это не всегда дает желаемые результаты. В то время как постоянный ток почти всегда вызывает разрушения, блуждающий переменный ток оказывает вреднее воздействие только на некоторые металлы. Примером является алюминий и некоторые алюминийсодержащие латуни. Эта реакция, по-видимому, связана с выпрямляющим свойством окиси алюминия. [c.133] Вернуться к основной статье