Korozí kovových potrubí se rozumí jejich samovolná destrukce pod vlivem různých faktorů chemické nebo elektrochemické povahy, určovaných prostředím obklopujícím potrubí.
Chemická koroze je spontánní oxidace kovu pod vlivem prostředí nevodivého prostředí. V tomto případě se korozní produkty tvoří přímo na ploše povrchu kovu, který prochází destrukcí.
Elektrochemická koroze – koroze kovů v elektrolytech,
doprovázené elektrickým proudem. V tomto případě se interakce kovu s prostředím dělí na anodické a katodické procesy probíhající v různých částech rozhraní mezi kovem a elektrolytem.
Půdní koroze se týká elektrochemické koroze, má však následující vlastnosti:
1) vztah vlhkosti k prostředí:
– fyzikálně-mechanické spojení (volná voda v pórech půdy);
– fyzikálně-chemická vazba (vlhkost adsorbovaná na povrchu půdy nebo kovu);
– chemická (hydratovaná) vlhkost obsažená v chemické sloučenině Fe∙nH 2 ;
2) heterogenita struktury a složení půdy, a to jak v mikro- a makroměřítku;
3) téměř úplná absence promíchání pevné fáze půdy
(zpomalení procesu koroze v čase);
4) nerovnoměrný přístup vzdušného kyslíku ke kovovému povrchu.
Hlavní příčiny výskytu korozivních prvků na
SPbGUAP skupina 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
Podmínky pro vznik koroze jsou:
– přítomnost heterogenity půdních oblastí s různými potenciály;
– přítomnost heterogenních půdních oblastí;
– přítomnost prostředků pro vedení elektrického proudu.
Příčiny korozivních prvků na potrubí:
1) mikroheterogenita složení kovu (přítomnost mechanických nečistot v kovu trubky).
2) Přítomnost vodního kamene na kovovém povrchu (mikroheterogenita stavu kovového povrchu).
3) Přítomnost podélných a příčných svarů, které jsou nejnebezpečnějšími oblastmi v potrubí.
4) Různé stavy napětí kovového povrchu
(natažené oblasti mají menší negativní potenciál).
5) Různá hloubka potrubí.
6) Střídání půd s různými fyzikálními a chemickými vlastnostmi.
7) Teplota. S nárůstem teploty dochází k nárůstu výskytu anodických procesů, tzn. rychlost koroze se zvyšuje.
1. Podmínky použití a princip činnosti obětní ochrany hlavních potrubí proti korozi
Ochranná zařízení jsou určena:
– pro ochranu před korozí půdy na dlouhých oblastech vzdálených od zdrojů napájení, kde je nepraktické používat katodickou ochranu vnějším proudem;
– v oblastech chráněných VHC, – v místech neúplné ochrany zajistit potřebný ochranný potenciál;
SPbGUAP skupina 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
– pro ochranu proti korozi zeminy patrony (pouzdra) na přejezdech železnic a silnic;
– v oblastech bludných proudů – jako zemní mikrodrenáže.
Chrániče se instalují také na izolační příruby pro odstranění anodových zón, na elektrické propojky ve společné ochraně podzemních konstrukcí pro eliminaci elektrochemické interakce mezi nimi, pro ochranu kovových podzemních nádrží atd.
Průměrná životnost běhounu je 5-10 let.
Pozitivní aspekty této metody ECP:
Negativní stránkou je snížení účinnosti s výrazným specifickým odporem půdy obklopující běhoun a použití nedostatkových materiálů.
Obr. 1. Schematické schéma instalace běhounu:
1 – potrubí; 2 – odvodňovací bod; 3 – izolovaný spojovací vodič; 4 – chránič; A – anoda; K – katoda.
SPbGUAP skupina 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
Ochranná ochrana potrubí je založena na principu činnosti galvanických párů. Při ochraně podzemních kovových předmětů pomocí ochranných instalací se na potrubí připojuje chránička
(anodová elektroda) s nižším elektrochemickým potenciálem,
než potenciál kovového potrubí. Vznikají podmínky, za kterých potrubí funguje jako katoda a elektroda (protektor) jako anoda.
V důsledku toho je zastavena korozní destrukce potrubí v důsledku intenzivní destrukce běhounu.
Při konstrukci ochrany běhounu se na ocelové potrubí připojuje kovový chránič. V důsledku toho je vytvořen galvanický článek „potrubní chránič“, ve kterém je potrubí katodou, chráničem je anoda a půda je elektrolyt.
Katodická ochrana má tedy stejné základy jako katodická ochrana. Rozdíl je v tom, že proud nutný k ochraně je vytvářen velkým galvanickým článkem, proto se obětní ochraně jinak říká ochrana galvanickými anodami. V tomto případě je kladný pól na chráněném povrchu a
negativní – na zničitelné anodě, to znamená v obráceném pořadí katodické ochrany se superponovaným proudem z externího zdroje.
2. Instalace běhounu
2.1. Kovy a slitiny používané pro výrobu chráničů
Požadavky na materiál běhounu:
– materiál běhounu by měl mít negativnější potenciál,
než je kapacita potrubí;
– na povrchu chrániče by se neměly tvořit husté oxidové filmy (materiál chrániče musí mít nízkou anodickou polarizaci);
SPbGUAP skupina 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
– materiál běhounu musí mít vysokou účinnost, protože dochází k vlastní korozi běhounu;
– materiál chrániče musí mít vysoký specifický proudový výstup, tj. g → max [А∙h/kg];
– množství elektřiny na jednotku hmotnosti (aktuální výkon) by mělo být maximální za minimální náklady.
Jako materiály běhounu se používá hliník, zinek a zinek.
hořčík, stejně jako slitiny na jejich bázi.
Fyzikální a chemické vlastnosti kovů,
používané jako chrániče
Relativní molekulová hmotnost
Rovnovážný elektrodový potenciál podle normálu
vodíková elektroda, V
2.1.1. slitiny hořčíku
Hořčík patří do druhé skupiny periodické tabulky prvků
policisté D. I. Mendělejev. Kovy této skupiny se vyznačují poměrně vysokou chemickou a elektrochemickou aktivitou.
Intenzita koroze kovů této skupiny do značné míry závisí na rozpustnosti jejich hydroxidů. Mírnější koroze hořčíku ve srovnání s jinými kovy je v některých případech spojena se špatnou rozpustností oxidových a hydroxidových filmů vytvořených na jeho povrchu.
Technický i čistý hořčík se dobře rozpouští ve vodných roztocích kyselin, rychle uvolňuje vodík a značné množství tepla.
Protože hydroxid hořečnatý nemá amfoterní vlastnosti, rychlost koroze tohoto kovu ve vodných roztocích alkálií se nezvyšuje, ale snižuje.
SPbGUAP skupina 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
Ve vodě hořčík koroduje pomalu a rychlost koroze se zvyšuje se zvyšujícím se obsahem soli ve vodě.
V neutrálním vodném prostředí je hlavním korozním produktem hořčíku hydroxid, zatímco hořečnaté soli vznikají v kyselých roztocích.
Nejrozpustnější hořečnaté soli (v sestupném pořadí podle rozpustnosti) jsou chlorid, bromid, jodid, síran, chroman a dusičnan.
Mezi špatně rozpustné sloučeniny tohoto kovu patří sulfid,
uhličitan, fluor, boritan, fosforečnany, hydroxid. Hydroxid hořečnatý se vysráží z vodného roztoku při pH = 8–11 (v závislosti na koncentraci hořečnatých iontů).
Potenciál hořčíku v neutrálních vodných elektrolytech a zejména v alkalických roztocích je pozitivnější než v kyselých roztocích, tj. rozpuštění oxidového filmu v kyselém prostředí vede k posunu elektrodového potenciálu hořčíku do zápornějších hodnot. Tvorba nerozpustných korozních produktů na kovu částečně nebo úplně inhibuje anodickou reakci a tím posouvá elektrodový potenciál hořčíku do kladnějších hodnot.
V důsledku toho polarizační charakteristiky hořčíkové elektrody do značné míry závisí na složení prostředí. V
V případě, že se do kovu dostanou anionty chloru (C1 – ) nebo anionty kyseliny sírové (SO 4 2- ), které tvoří rozpustné hořečnaté soli, je anodická polarizace hořčíkové elektrody malá. ionty,
tvořící na povrchu hořčíkové elektrody nerozpustné sloučeniny přispívají k silnější anodické polarizaci. V
přírodní podmínky, jako jsou anionty jako fluor (F-) a kyselina fosforečná
(PO 4 3- ), se vyskytují v malých množstvích.
Oxidové a hydroxidové filmy vytvořené na hořčíkové elektrodě v přítomnosti vody nebo vlhkého vzduchu jsou snadno propustné pro chloridové a síranové ionty. Z tohoto důvodu hořčíkové elektrody nepodléhají silné polarizaci.
SPbGUAP skupina 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
Korozní produkty vznikající na chráničích jsou obohaceny o anionty nacházející se v prostředí, takže kolem chráničů vzniká vodivá vrstva, tedy jakýsi aktivátor. Někdy je taková vrstva účinnější než uměle vytvořená.
Stacionární potenciál hořčíku je asi o jeden volt kladnější než jeho normální potenciál. V neutrálních nebo slabě alkalických elektrolytech závisí posun potenciálu hořčíkové elektrody na kladnější hodnoty na přítomnosti souvislého filmu na jeho povrchu, který zpomaluje anodickou reakci. Potenciál hořčíkové anody ve vodných elektrolytech proto závisí především na složení soli a v menší míře na koncentraci vlastních iontů, které určují stacionární potenciál hořčíkové elektrody. Látky, které zpravidla podporují odstranění oxidového filmu nebo zvyšují jeho propustnost,
usnadnit průběh anodické reakce a posouvat potenciál do zápornějších hodnot. Naopak látky, které vytvářejí ochranný film,
inhibují anodickou reakci a posouvají potenciál hořčíkové elektrody do kladnějších hodnot. První případ je pozorován v přítomnosti iontů chloru Cl – a kyseliny sírové SO 4 2- v médiu, které mohou snadno proniknout přes film; druhý případ – v alkalickém prostředí nebo v
přítomnost iontů, které tvoří nerozpustné sloučeniny hořčíku.
Při připojení hořčíkových a dalších chráničů na chráněnou konstrukci se mění jejich potenciál. Za jinak stejných okolností je rychlost rozpouštění hořčíkových elektrod úměrná hustotě anodového proudu. Čím větší je návrat elektrické energie na jednotku hmotnosti běhounu, tím intenzivnější je jeho rozpouštění. Se zvýšením proudové hustoty v roztocích obsahujících hydroxyl, uhličitan, fluorid,
boritanových nebo fosforečnanových iontů ve významném množství, potenciál hořčíkové anody rychle klesá.
SPbGUAP skupina 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
V suchých půdách je pozorována vysoká polarizace hořčíku a dalších protektorů.
Chování hořčíkových chráničů tedy do značné míry závisí na složení a koncentraci různých iontů solí v prostředí a
také na kyselosti a zásaditosti prostředí, tedy na koncentraci vodíkových iontů a půdní vlhkosti.
I přes zaznamenané pozitivní vlastnosti hořčíku jako materiálu pro chrániče se čistý hořčík stále nedoporučuje pro výrobu chráničů z důvodu značné samokoroze tohoto kovu.
Slitiny hořčíku s přísadami zinku mají nižší míru vlastní koroze. Zavedení hliníku do slitiny také umožňuje posunout potenciál běhounu do zápornějších hodnot.
Ke zvýšení vlastní koroze obvykle přispívá přítomnost nečistot v běhounu, zejména niklu, železa a mědi, které mají relativně malé vodíkové přepětí. Proto by množství takových nečistot mělo být minimální.
Například, když jsou z hořčíkové slitiny vyloučeny železné nečistoty, může být účinnost hořčíkového chrániče zvýšena o 20 %. Získání takové slitiny je však spojeno s technologickými obtížemi.
Mangan za určitých podmínek může být užitečnou nečistotou,
protože pomáhá snižovat škodlivé účinky železa,
obsažené ve slitině běhounu.
Lité slitiny hořčíku se zinkem a hliníkem, jako je ML-3 –
ML-6 lze použít k výrobě chráničů. Nejlepší slitiny jsou však ML-4 a ML-5. Chrániče z nich vyrobené mají výrazný záporný elektrodový potenciál, nízkou polarizovatelnost a schopnost rozpouštění za vzniku uvolněných korozních produktů, což určuje vysokou účinnost těchto chráničů.
SPbGUAP skupina 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
Hořčíkové chrániče MGA (VNIISTa) vyrobené ze slitiny ML-5 se široce používají k ochraně hlavních potrubí a dalších konstrukcí před korozí půdy.
Ve slitině hořčíku by množství znečištění nemělo být větší než 0,6 %,
včetně železa ne více než 0,15 %. Ocelové jádro instalováno
do kokily, musí mít čistý povrch, bez stop okují a koroze.
Alespoň 80 % povrchu jádra musí být v těsném kontaktu se slitinou. To lze zjistit vizuálně při zkoumání tenkých řezů.
Povrch běhounu musí být také čistý. Trhliny a inkluze tavidla nejsou v odlitcích povoleny.
V případě dlouhodobého skladování chrániče podléhají
Síran hořečnatý a síran sodný tvoří s produkty rozpouštění běhounu snadno rozpustné sloučeniny, které zajišťují stabilitu jeho potenciálu a snižují odolnost vůči roztečení běhounu.
Síran hořečnatý a síran sodný jsou soli
rozpustný ve vodě. Síran vápenatý – jemnozrnný prášek (nebo stavební sádra či alabastr) má na rozdíl od těchto dvou solí výrazně nižší rozpustnost ve vodě, díky čemuž je konstantní koncentrace síranu-
2.1.2. Slitiny hliníku
Hliník patří do třetí skupiny periodické tabulky prvků D. I. Mendělejeva. Je známo, že jeho elektrochemický potenciál v neutrálních a kyselých elektrolytech je malý, zatímco v alkalických roztocích je naopak významný. Na hliníkové elektrodě není stanoven potenciál blízký rovnovážné hodnotě,
SPbGUAP skupina 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
určeno z termodynamických dat. To se vysvětluje skutečností, že hliník ve vodných elektrolytech je pokryt oxidovým filmem. V
V alkalickém prostředí se nevytvářejí ochranné oxidové filmy na hliníkové elektrodě v důsledku jejich rozpouštění, takže hliník za těchto podmínek je v aktivním stavu.
Relativně malá molekulová hmotnost hliníku, stejně jako jeho vysoká mocenství, vedou k tomu, že je schopen poskytnout značné množství elektřiny na jednotku své hmotnosti. Tvorba hustých oxidových filmů na povrchu hliníkového chrániče s následnou polarizací a posunem jeho potenciálu přibližně k potenciálu nepolarizované ocelové konstrukce však dosud neumožňovala použití chráničů z čistého hliníku. Proto byly zkoumány binární slitiny na bázi hliníku s přídavkem zinku a ternární slitiny na bázi hliníku s přídavkem zinku a hořčíku.
Hliníková slitina s přísadami zinku má i v neutrálních elektrolytech potenciál posunutý do zápornějších hodnot. V alkalických médiích se potenciál takové slitiny mění jen nepatrně.
Studie ukázaly, že takové slitiny mají řadu výhod.
Takže například testy hliníkových slitin s 1 a 6,5 % zinku ukázaly, že v jílovité půdě poskytuje hliníková slitina s 6,5 % zinku lepší výsledky ve srovnání s první slitinou. Tato slitina vyžaduje méně elektrické energie na jednotku množství ve srovnání s jinými slitinami a kovy. Slitina hliníku a zinku v jílovém médiu má poměrně vysoký negativní potenciál. Hliníkové chrániče v prostředí směsi písku, chloridu sodného a vápna při prvním uvedení do provozu vykazují vysokou účinnost.
Výhodou chráničů na bázi hliníku s přídavkem hořčíku oproti čistým hliníkovým chráničům je, že se na jejich povrchu tvoří méně odolné korozní produkty. Přísada
Jedním z typů ochrany proti elektrochemické korozi podzemních kovových konstrukcí je způsob ochrany pomocí chrániček. Tento způsob ochrany proti korozi lze použít v místech, kde dochází ke kontaktu kovu a elektrolytu (země, mořská voda).
Ochranná protikorozní ochrana je elektrochemická ochrana potrubí pomocí proudu galvanického páru. Principem obětní ochrany je ochrana ocelové chráněné konstrukce (katody) pomocí elektrochemického potenciálu materiálů chrániče (slitiny hořčíku, hliníku a zinku – anody, některé „obětní“ elektrody), jejichž potenciál je vyšší. elektronegativní. V důsledku rozdílu potenciálů v galvanickém páru teče proud z anody (elektronegativnější elektroda) a teče z elektrolytu ke katodě. Vytvoření protékajícího proudu je cílem elektrochemické ochrany proti korozi.
Když je anodový chránič zničen, jeho ionty jdou neodvolatelně k zemi a uvolněné elektrony proudí jako přebytek do katodového potrubí, které jej negativně nabíjí. Tito. pod působením emf. galvanický pár “potrubí-chránič” v obvodu “chránič – zem – potrubí” teče ochranný proud, jak to má být u ECP, ze země do potrubí.
Použití metody ochrany běhounu je vhodné v malých oblastech chráněných konstrukcí a potrubí, protože s velkou plochou chráněné konstrukce je výhodnější použít ochranu pomocí instalací katodové ochrany. Ale pro ochranu případů inženýrské komunikace při přecházení pod silnicí a jinými umělými stavbami je metoda ochrany projektoru ideální. Rovněž v místech, kde není elektrické vedení, je použití katodické ochrany nemožné a jedinou alternativou je ochrana pomocí chráničů. Ochrana pomocí chráničů slouží k ochraně podzemních zásobníků paliva, oleje, LPG atd.
Mezi výhody ochrany běhounu patří:
– autonomie použití – není třeba se připojovat k elektrické síti;
– snadná instalace a provoz;
— dostatečně dlouhá životnost (závisí na půdách, chráničích, chráněné konstrukci atd.);
– ekonomický přínos při použití na malých chráněných stavbách.
– k ochraně velké plochy chráněné konstrukce je potřeba velké množství chráničů, a proto není ekonomicky výhodné používat tento typ ochrany.
— ochrana běhounu se účinně používá v půdách s měrným odporem ne vyšším než 50 Ohm m.
Pro ochranu běhounu mořských konstrukcí (mola, piloty atd.) v mořských vodách se používají chrániče vyrobené z hliníku.
V prostředí s nízkou elektrickou vodivostí lze použít hořčíkové chrániče. Je třeba poznamenat, že hořčíkové chrániče nejsou vhodné pro ochranu vnitřního obložení nádrží, olejových jímek, protože mají poměrně nízké nebezpečí výbuchu a požáru.
Projektory vyrobené na bázi zinku jsou zcela bezpečné, lze je použít k ochraně předmětů s nebezpečím požáru a výbuchu.
Nejběžnějším typem projektoru je hořčíkový chránič PM (PM-5U, PM-10U, resp. PM-20U, hmotnost chrániče je 5, 10, 20 kg). Konstrukčně jsou PM protektory odlitky z hořčíkové slitiny běhounu balené v bavlněných sáčcích s práškovým aktivátorem. Výstup ocelového jádra je připojen k troleji. Stacionární potenciál chrániče má zápornější potenciál než potenciál kovu chráněné konstrukce a je -1,6 V s referenční elektrodou síranu měďnatého.
Způsob jeho instalace je vcelku jednoduchý: do vrtané studny nebo kopané rýhy se spustí pytel, zemina se kolem pečlivě zhutní přidáním vody, poté se provede napojení na kontrolní a měřící místo jako KIK, SKIP , KIP. Na jednu ze svorek kontrolního a měřicího místa je vyveden odvodňovací kabel z chráněné konstrukce a na druhou je připojen vodič od chráničky. V důsledku přepnutí svorek je chránič připojen ke konstrukci. Ochranný potenciál se měří vzhledem k elektrodě ze síranu měďnatého typu ENES.
Počáteční údaje pro vývoj projektu ochrany jsou:
— inženýrské a geologické průzkumy (včetně korozních průzkumů);
— projektovou dokumentaci pro chráněnou stavbu;
— technické podmínky ochrany před provozní organizací.
Ochrannou ochranu lze použít na všechny typy potrubí: plynovody, tepelné sítě, vodovody, kanalizace, ropovody, produktovody.
GeoBlack provádí celou řadu prací na návrhu jakéhokoli typu elektrochemické ochrany, včetně ochrany běhounu, v souladu se všemi platnými pravidly a předpisy.
