הגנה פסיבית של צינורות גז תת קרקעיים עם ציפויים מבודדים משלימה על ידי הגנה חשמלית. המשימות של הגנה חשמלית הן כדלקמן.
- הוצאת זרמים חשמליים תועים מצינור הגז המוגן והחזרתם המאורגנת למתקנים חשמליים ולרשתות DC, שהם המקור לזרמים אלו.
- דיכוי זרמים הזורמים בצינור הגז בנקודות יציאתם לקרקע (אזורים אנודיים) על ידי זרמים ממקור חיצוני, וכן זרמים הנובעים עקב קורוזיה אלקטרוכימית בקרקע, על ידי יצירת מעגל גלווני ופוטנציאל חשמלי מגן על צינורות צינור הגז.
- מניעת התפשטות זרמים חשמליים דרך צינורות גז על ידי חתך האחרון עם אוגנים מבודדים.
ניתן לפתור את בעיית הסטת זרמים תועים על ידי יצירת:
- הארקה נוספת לניקוז זרמים לקרקע. חסרון - אפשרות של השפעה מזיקה על צינורות שכנים של זרמים הזורמים מצינור הגז המוגן;
- הגנת ניקוז פשוטה או ישירה, כלומר. חיבור חשמלי של צינור הגז המוגן עם מסילות של חשמלית או רכבת חשמלית על מנת להחזיר זרמים דרכם למקורם. לניקוז פשוט יש מוליכות דו-צדדית, כלומר. יכול להעביר זרם קדימה ואחורה ולכן משמש באזורי אנודה יציבים. החיסרון של הגנה זו הוא הצורך לכבות את הניקוז אם הקוטביות של הזרם השתנתה או אם הפוטנציאל על צינור הגז הפך נמוך יותר מאשר על המסילות;
- הגנת ניקוז מקוטב, כלומר. ניקוז עם מוליכות חד צדדית, אשר אינו כולל זרימה הפוכה של זרם מהמסילות אל צינור הגז המוגן;
- הגנת ניקוז משופרת, כלומר. הגנה כזו, שבמעגל שלה כלול מקור זרם חיצוני להגברת היעילות. לפיכך, ניקוז משופר הוא שילוב של ניקוז מקוטב עם הגנה קתודית.
ניתן לפתור את המשימה של דיכוי זרמים הזורמים דרך צינור הגז המוגן באמצעות:
- הגנה קתודית על ידי זרם חיצוני (הגנה חשמלית), כלומר. על ידי חיבור צינור הגז המוגן למקור זרם חיצוני - לקוטב השלילי שלו כקתודה. הקוטב החיובי של מקור הזרם מחובר לאדמה - האנודה. נוצר מעגל סגור בו הזרם זורם מהאנודה דרך האדמה אל צינור הגז המוגן ובהמשך אל הקוטב השלילי של מקור הזרם החיצוני. במקרה זה, הארקת האנודה נהרסת בהדרגה, אך ההגנה על צינור הגז מובטחת בשל הקיטוב הקתודי שלו ומניעת זרימת זרם מהצינורות לאדמה. כמקור חיצוני, ניתן להשתמש בתחנות הגנה קתודיות (CPS);
- הגנה מגן, כלומר. הגנה על ידי שימוש במעגל החשמלי במגנים העשויים ממתכות בעלות פוטנציאל שלילי יותר בסביבה קורוזיבית מאשר המתכת של הצינור. זרם חשמלי נוצר במערכת ההגנה על הדריכה, וכן בתא גלווני, והאדמה המכילה לחות משמשת אלקטרוליט, וצינור הגז ומתכת הדריכה הם האלקטרודות. זרם המגן המתקבל מדכא זרמי קורוזיה אלקטרוכימיים ומבטיח יצירת פוטנציאל חשמלי מגן על צינור הגז.
תרשים סכמטי של הגנה קתודית של צינור גז תת קרקעי
1 - הארקת האנודה; 2.4 - כבלי ניקוז; 3 - מקור חיצוני של זרם חשמלי; 5 - נקודת חיבור של כבל הניקוז; 6 - צינור גז מוגן
תרשים סכמטי של הגנת הדריכה של צינור גז תת קרקעי
1 - צינור גז מוגן; 2 - כבלים מבודדים; 3 - פלט בקרה; 4 - מגן; 5 - מילוי דריכה
בעיית החתך החשמלי של צינורות נפתרת על ידי התקנת אוגנים מבודדים עם אטמי פארוניט או טקסטוליט, תותבי טקסטוליט ודסקיות. דוגמה לעיצוב של אוגנים מבודדים מוצגת באיור שלהלן.
התקנת אוגנים מבודדים
1 - תותב טקסטוליט או פרוניט בידוד; 2 - מכונת כביסה מבודדת עשויה טקסטוליט, גומי או ויניל כלוריד; 3 - מכונת כביסה פלדה; 4 - מנקי עופרת; 5 - אטם טבעת טקסטוליט
הגורמים העיקריים המאפיינים את מידת השפעת הקורוזיה על צינורות גז פלדה תת-קרקעיים הם:
- גודל וכיוון של זרמים תועים באדמה;
- הגודל והקוטביות של הפוטנציאל של צינור הגז ביחס לתשתיות תת-קרקעיות ממתכת אחרות ומסילות של תחבורה מחושמלת;
- כיוון וחוזק של זרמים הזורמים בצינור הגז;
- מצב של הגנה נגד קורוזיה של צינורות גז;
- ערך ההתנגדות החשמלית של הפאונד.
כל הגורמים הללו כפופים לניטור תקופתי.
תדירות המדידות החשמליות היא כדלקמן:
- בתחומי מתקני מיגון חשמלי לצנרת גז ומבנים מוגנים אחרים, וכן ליד תחנות מתיחה ומחסנים של תחבורה חשמלית, ליד מסילות פנאי ומסילות מחושמלות ובמקומות שצינורות הגז מצטלבים איתם - לפחות אחת לשלושה חודשים , כמו גם בעת שינוי אופני התקנה - חידושים בהגנה על חשמל, מבנים מוגנים או מקורות זרמים תועים;
- באזורים שאינם מסוכנים מבחינת מיגון חשמלי - לפחות פעם בשנה בקיץ, וכן בכל שינוי בתנאים שעלולים לגרום לקורוזיה חשמלית.
להגנה על הדריכה משתמשים במגני מתכות לא ברזליות - לרוב מגנזיום, אבץ, אלומיניום וסגסוגותיהם.
בקרת פעולתם של מתקני הגנה חשמליים ומדידת הפוטנציאלים במגעים מתבצעת (לפחות): במתקני ניקוז - 4 פעמים בחודש; על מתקנים קתודיים - 2 פעמים בחודש; על התקנות דריכה - פעם אחת בחודש.
מבני מתכת»
בסיס תיאורטי
הגנה קתודית על מבני מתכת תת קרקעיים
עקרון הפעולה של הגנה קתודית
במגע של המתכת עם קרקעות הקשורות למדיה אלקטרוליטית, מתרחש תהליך קורוזיה, המלווה ביצירת זרם חשמלי, ומתבסס פוטנציאל אלקטרודה מסוים. ניתן לקבוע את גודל פוטנציאל האלקטרודה של הצינור לפי הפרש הפוטנציאלים בין שתי האלקטרודות: הצינור ואלמנט הנחושת הסולפט שאינו ניתן לקיטוב. לפיכך, ערך הפוטנציאל של הצינור הוא ההפרש בין פוטנציאל האלקטרודה שלו לפוטנציאל של אלקטרודת הייחוס ביחס לאדמה. על פני הצינור, תהליכי אלקטרודה בכיוון מסוים ובאופי נייח משתנים בזמן.
הפוטנציאל הנייח נקרא בדרך כלל הפוטנציאל הטבעי, מה שמרמז על היעדר זרמים תועים וזרמים אחרים המושרים על הצינור.
האינטראקציה של מתכת קורוזיה עם אלקטרוליט מתחלקת לשני תהליכים: אנודי וקתודי, המתרחשים בו זמנית בחלקים שונים של הממשק בין המתכת לאלקטרוליט.
בעת הגנה מפני קורוזיה, נעשה שימוש בהפרדה הטריטוריאלית של תהליכי האנודה והקתודה. לצנרת מחובר מקור זרם עם אלקטרודת הארקה נוספת, בעזרתו מופעל זרם ישר חיצוני על הצינור. במקרה זה, תהליך האנודה מתרחש על אלקטרודת הארקה נוספת.
הקיטוב הקתודי של צינורות תת קרקעיים מתבצע על ידי הפעלת שדה חשמלי ממקור זרם ישר חיצוני. הקוטב השלילי של מקור הזרם הישר מחובר למבנה המוגן, בעוד שהצינור הוא קתודה ביחס לאדמה, אל הקוטב החיובי מחוברת אנודה הארקה שנוצרה באופן מלאכותי.
תרשים סכמטי של הגנה קתודית מוצג באיור. 14.1. עם הגנה קתודית, הקוטב השלילי של מקור הזרם 2 מחובר לצינור 1, והקוטב החיובי מחובר לאלקטרודת האנודה-האדמה 3 שנוצרה באופן מלאכותי. כאשר מקור הזרם מופעל, הוא זורם מהקוטב שלו דרך הקוטב שלו. קרקע האנודה לתוך הקרקע ודרך קטעים פגומים של בידוד 6 לצינור. יתר על כן, דרך נקודת הניקוז 4 לאורך חוט החיבור 5, הזרם חוזר שוב למינוס של מקור הכוח. במקרה זה, תהליך הקיטוב הקתודי מתחיל בחלקים החשופים של הצינור.
אורז. 14.1. תרשים סכמטי של הגנה קתודית בצינור:
1 - צינור; 2 - מקור חיצוני של זרם ישר; 3 - הארקת האנודה;
4 - נקודת ניקוז; 5 - כבל ניקוז; 6 - מגע מסוף קתודה;
7 - פלט קתודה; 8 - נזקי בידוד צנרת
מכיוון שהמתח של הזרם החיצוני המופעל בין אלקטרודת ההארקה לצינור עולה באופן משמעותי על הפרש הפוטנציאל בין האלקטרודות של צמדי המאקרו קורוזיה של הצינור, הפוטנציאל הנייח של הארקת האנודה אינו ממלא תפקיד מכריע.
עם הכללת הגנה אלקטרוכימית ( j 0a.add) התפלגות הזרמים של צמדי מאקרו קורוזיה מופרעת, ערכי הפרש הפוטנציאל "צינור - אדמה" של קטעי הקתודה מתקרבים זה לזה ( י 0k) עם הפרש הפוטנציאל של קטעי האנודה ( j 0a), מסופקים התנאים לקיטוב.
הגנה קתודית מוסדרת על ידי שמירה על פוטנציאל ההגנה הנדרש. אם, על ידי הפעלת זרם חיצוני, הצינור מקוטב לפוטנציאל שיווי משקל ( j 0к = j 0а) פירוק המתכת (איור 14.2 א), ואז זרם האנודה נעצר והקורוזיה נעצרת. הגדלה נוספת של זרם המגן אינה מעשית. עם ערכי פוטנציאל חיוביים יותר, מתרחשת התופעה של הגנה לא מלאה (איור 14.2 ב). זה יכול להתרחש במהלך הגנה קתודית של צינור הממוקם באזור של השפעה חזקה של זרמים תועים או בעת שימוש במגנים שאין להם פוטנציאל אלקטרודה שלילי מספיק (מגני אבץ).
הקריטריונים להגנה על מתכת מפני קורוזיה הם צפיפות זרם ההגנה ופוטנציאל ההגנה.
הקיטוב הקתודי של מבנה מתכת לא מבודד לפוטנציאל מגן דורש זרמים משמעותיים. הערכים הסבירים ביותר של צפיפויות הזרם הנדרשות לקיטוב של פלדה בסביבות שונות לפוטנציאל ההגנה המינימלי (-0.85 V) ביחס לאלקטרודת הייחוס גופרתי נחושת ניתנים בטבלה. 14.1
אורז. 14.2. דיאגרמת קורוזיה למקרה של קיטוב מלא (א) ו
קיטוב לא שלם (ב)
בדרך כלל, הגנה קתודית משמשת יחד עם ציפויים מבודדים המיושמים על פני השטח החיצוניים של הצינור. ציפוי פני השטח מפחית את הזרם הנדרש במספר סדרי גודל. אז, להגנה קתודית של פלדה עם ציפוי טוב באדמה, נדרש רק 0.01 ... 0.2 mA / m 2.
טבלה 14.1
צפיפות זרם נדרשת להגנה קתודית
משטח פלדה חשוף בסביבות שונות
צפיפות הזרם המגן עבור צינורות ראשיים מבודדים אינה יכולה להפוך לקריטריון הגנה אמין עקב התפלגות בלתי ידועה של בידוד צינור פגום, הקובעת את שטח המגע בפועל של מתכת לאדמה. אפילו עבור צינור לא מבודד (מחסנית במעבר תת קרקעי דרך מסילות רכבת וכבישים מהירים), צפיפות הזרם המגן נקבעת על פי הממדים הגיאומטריים של המבנה והיא פיקטיבית, מכיוון שחלק פני השטח של המחסנית נותר לא ידוע, מכוסה כל הזמן שכבות הגנה פסיביות (קנה מידה וכו') ואינן משתתפות בתהליך הדפולריזציה. לכן, צפיפות זרם המגן כקריטריון הגנה משמשת בחלק מחקרי מעבדה שבוצעו על דגימות מתכת.
קורוזיה של צינורות תת קרקעיים והגנה מפניה
קורוזיה של צינורות תת קרקעיים היא אחת הסיבות העיקריות להפחתת הלחץ שלהם עקב היווצרות חללים, סדקים וקרעים. קורוזיה של מתכות, כלומר. החמצון שלהם הוא המעבר של אטומי מתכת ממצב חופשי למצב יוני קשור כימית. במקרה זה, אטומי מתכת מאבדים את האלקטרונים שלהם, וחומרי חמצון מקבלים אותם. בצינור תת קרקעי, בשל ההטרוגניות של מתכת הצינור ובשל ההטרוגניות של הקרקע (הן מבחינת התכונות הפיזיקליות והן מבחינת ההרכב הכימי), מופיעים קטעים בעלי פוטנציאל אלקטרודה שונה, מה שמוביל להיווצרות קורוזיה גלוונית. סוגי הקורוזיה החשובים ביותר הם: משטח (רציף על פני כל פני השטח), מקומי בצורת קונכיות, פיתולים, סדקים קורוזיה ועייפות. שני סוגי הקורוזיה האחרונים הם המסוכנים ביותר לצנרת תת קרקעית. קורוזיה פני השטח לעתים נדירות גורמת נזק, בעוד שבור גורם לנזק רב ביותר. מצב הקורוזיה בו נמצא צינור מתכת בקרקע תלוי במספר רב של גורמים הקשורים לתנאי קרקע ואקלים, תכונות תוואי ותנאי תפעול. גורמים אלה כוללים:
- לחות אדמה,
- כימיה של קרקע,
- חומציות אלקטרוליטים בקרקע,
- מבנה קרקע,
- טמפרטורת הגז המועבר
הביטוי השלילי החזק ביותר של זרמים תועים באדמה, הנגרמים על ידי הובלת רכבת זרם ישר מחושמל, הוא הרס אלקטרוקורוזיבי של צינורות. עוצמת הזרמים התועים והשפעתם על צינורות תת קרקעיים תלויים בגורמים כגון:
- התנגדות מגע מסילה לקרקע;
- התנגדות אורכית של מסילות ריצה;
- מרחק בין תחנות מתיחה;
- צריכת זרם ברכבות חשמליות;
- מספר וחתך של קווי יניקה;
- התנגדות חשמלית ספציפית של אדמה;
- מרחק ומיקום הצינור ביחס לשביל;
- התנגדות מעבר ואורכית של הצינור.
יש לציין שלזרמים תועים באזורים הקתודיים יש השפעה מגינה על המבנה, ולכן במקומות כאלה ניתן לבצע הגנה קתודית על הצינור ללא עלויות הון גדולות.
שיטות להגנה על צינורות מתכת תת קרקעיים מפני קורוזיה מחולקות לפסיביות ואקטיביות.
השיטה הפסיבית להגנה מפני קורוזיה כוללת יצירת מחסום בלתי חדיר בין מתכת הצינור לבין האדמה שמסביב. זה מושג על ידי מריחת ציפויי הגנה מיוחדים על הצינור (ביטומן, זפת זפת פחם, סרטי פולימר, שרפי אפוקסי וכו').
בפועל, לא ניתן להשיג המשכיות מלאה של הציפוי המבודד. סוגים שונים של ציפויים בעלי חדירות דיפוזיה שונה ולכן מספקים בידוד שונה של הצינור מהסביבה. במהלך הבנייה וההפעלה מתרחשים בציפוי הבידוד סדקים, סימני שפשוף, שקעים ופגמים נוספים. המסוכנים ביותר הם באמצעות נזק לציפוי המגן, שבו, בפועל, קורוזיה הקרקע מתרחשת.
מאחר שהשיטה הפסיבית לא מצליחה לספק הגנה מלאה על הצינור מפני קורוזיה, מופעלת בו זמנית הגנה אקטיבית, הקשורה לשליטה בתהליכים אלקטרוכימיים המתרחשים בממשק בין מתכת הצינור לאלקטרוליט הקרקע. הגנה זו נקראת הגנה מקיפה.
השיטה הפעילה של הגנת קורוזיה מתבצעת על ידי קיטוב קתודי ומבוססת על ירידה בקצב הפירוק של המתכת כאשר פוטנציאל הקורוזיה שלה עובר לערכים שליליים יותר מהפוטנציאל הטבעי. נקבע בניסוי כי הערך של פוטנציאל ההגנה הקתודי של פלדה הוא מינוס 0.85 וולט ביחס לאלקטרודת הייחוס גופרתי נחושת. מכיוון שהפוטנציאל הטבעי של פלדה באדמה שווה בערך ל -0.55 ... -0.6 וולט, אז ליישום הגנה קתודית יש צורך להזיז את פוטנציאל הקורוזיה ב -0.25 ... 0.30 וולט בכיוון השלילי.
הפעלת זרם חשמלי בין משטח המתכת של הצינור לאדמה, יש צורך להשיג ירידה בפוטנציאל במקומות פגומים של בידוד הצינור לערך מתחת לקריטריון הפוטנציאל המגן, שווה ל - 0.9 V. כתוצאה מכך , שיעור הקורוזיה מופחת באופן משמעותי.
2. מתקני הגנה קתודיים
הגנה קתודית על צינורות יכולה להתבצע בשתי דרכים:
- השימוש במגני האנודה להקרבה מגנזיום (שיטה גלוונית);
- השימוש במקורות DC חיצוניים, שהמינוס שלהם מחובר לצינור, והפלוס לקרקע האנודה (שיטה חשמלית).
השיטה הגלוונית מבוססת על העובדה שלמתכות שונות באלקטרוליט יש פוטנציאלים שונים של אלקטרודה. אם יוצרים זוג גלווני של שתי מתכות ומניחים אותן באלקטרוליט, אז המתכת בעלת הפוטנציאל השלילי יותר תהפוך לאנודה ותיהרס, ובכך תגן על המתכת בעלת פוטנציאל שלילי פחות. בפועל, מגנים העשויים מגנזיום, אלומיניום וסגסוגות אבץ משמשים כאנודות גלווניות להקרבה.
השימוש בהגנה קתודית באמצעות מגנים יעיל רק בקרקעות בעלות התנגדות נמוכה (עד 50 אוהם-מ). בקרקעות בעלות התנגדות גבוהה, שיטה זו אינה מספקת את ההגנה הדרושה. הגנה קתודית על ידי מקורות זרם חיצוניים מורכבת וגוזלת זמן רב יותר, אך אינה תלויה הרבה בהתנגדות הקרקע ויש לה משאב אנרגיה בלתי מוגבל.
כמקור זרם ישר, ככלל, נעשה שימוש בממירים בעיצובים שונים, המופעלים על ידי רשת זרם חילופין. ממירים מאפשרים לך להתאים את זרם המגן על פני טווח רחב, ומבטיחים את ההגנה על הצינור בכל תנאי.
קווי אוויר 0.4 משמשים כמקורות כוח למתקנים הגנה קתודיים; 6; 10 קילו וולט. זרם המגן המוטל על הצינור מהממיר ויוצר הפרש פוטנציאלי "צינור לאדמה" מופץ בצורה לא אחידה לאורך הצינור. לכן, הערך המוחלט המרבי של הפרש זה הוא בנקודת החיבור של המקור הנוכחי (נקודת ניקוז). ככל שמתרחקים מנקודה זו, ההבדל הפוטנציאלי "צינור לאדמה" יורד. הערכת יתר של ההבדל הפוטנציאלי משפיעה לרעה על הידבקות הציפוי ועלולה לגרום לרוויה מימן של מתכת הצינור, מה שעלול לגרום לפיצוח מימן. הגנה קתודית היא אחת השיטות למלחמה בקורוזיה של מתכת בסביבות כימיות אגרסיביות. היא מבוססת על העברת המתכת מהמצב הפעיל למצב הפסיבי ושמירה על מצב זה בעזרת זרם קתודה חיצוני. כדי להגן על צינורות תת קרקעיים מפני קורוזיה לאורך תוואי התרחשותם, נבנות תחנות הגנה קתודיות (CPS). מבנה ה-SKZ כולל מקור זרם ישר (התקנה מגן), הארקת אנודה, נקודת בקרה ומדידה, חוטי חיבור וכבלים. בהתאם לתנאים, מתקני הגנה יכולים להיות מופעלים באמצעות AC 0.4; 6 או 10 קילו וולט או ממקורות עצמאיים. בעת הגנה על צינורות רב-קוים המונחים במסדרון אחד, ניתן להתקין מספר מתקנים ולבנות מספר הארקות אנודה. עם זאת, בהתחשב בעובדה שבמהלך הפסקות בפעולת מערכת ההגנה, עקב ההבדל בפוטנציאל הטבעי של צינורות המחוברים באמצעות מגשר עיוור, נוצרים זוגות גלווניים רבי עוצמה, המובילים לקורוזיה עזה, יש לחבר את הצינורות ל ההתקנה באמצעות בלוקים מיוחדים להגנה על מפרקים. בלוקים אלה לא רק מפרידים את הצינורות זה מזה, אלא גם מאפשרים לך להגדיר את הפוטנציאל האופטימלי על כל צינור. כמקורות זרם ישר להגנה קתודית ב-RMS, משתמשים בעיקר בממירים, המופעלים על ידי רשת בתדר מתח של 220 וולט. מתח המוצא של הממיר מותאם באופן ידני, על ידי החלפת ברזי מתפתל השנאי, או אוטומטית, באמצעות שסתומים מבוקרים (תיריסטורים). אם מתקני הגנה קתודיים פועלים בתנאים המשתנים עם הזמן, שעשויים לנבוע מהשפעת זרמים תועים, שינויים בעמידות הקרקע או גורמים אחרים, אזי רצוי לספק לממירים ויסות מתח מוצא אוטומטי. ויסות אוטומטי יכול להתבצע לפי הפוטנציאל של המבנה המוגן (ממירי פוטנציוסטט) או לפי זרם ההגנה (ממירי גלוונוסטאט).
3. מתקנים להגנת ניקוז
ניקוז חשמלי הוא הסוג הפשוט ביותר של מיגון אקטיבי שאינו מצריך מקור חשמל, שכן הצינור מחובר חשמלית למסילות המתיחה של מקור הזרם התועה. המקור לזרם המגן הוא ההבדל הפוטנציאלי בין צינור-מסילה, הנובע מפעולה של תחבורה מחושמלת ומנוכחות של שדה זרם תועה. זרימת זרם הניקוז יוצרת את השינוי הפוטנציאלי הנדרש בצינור התת קרקעי. ככלל, נתיכים משמשים כמכשיר מגן, עם זאת, נעשה שימוש גם במתגי עומס מרבי אוטומטיים עם החזרה, כלומר, שחזור מעגל הניקוז לאחר נפילת זרם מסוכן לרכיבי ההתקנה. כאלמנט מקוטב, נעשה שימוש בלוקי שסתומים, המורכבים ממספר דיודות סיליקון מפולת המחוברות במקביל. ויסות הזרם במעגל הניקוז מתבצע על ידי שינוי ההתנגדות במעגל זה על ידי החלפת נגדים פעילים. אם השימוש בניקוז חשמלי מקוטב אינו יעיל, אזי משתמשים בניקוז חשמל מחוזקים (מאולצים), שהם מתקן הגנה קתודי, שאלקטרודת הארקה של האנודה היא מסילות של מסילת רכבת מחושמלת. זרם הניקוז הכפוי הפועל במצב הגנה קתודי לא יעלה על 100A, והשימוש בו לא אמור להוביל להופעת פוטנציאלים חיוביים של המסילות ביחס לקרקע על מנת למנוע קורוזיה של המסילות ומחברי המסילה, כמו גם מבנים המחוברים אליהם.
מותר לחבר מיגון ניקוז חשמלי לרשת המסילות ישירות רק לנקודות האמצע של שנאי החנק במסלול דרך שתיים עד נקודת החנקה השלישית. חיבור תכוף יותר מותר אם התקן מגן מיוחד כלול במעגל הניקוז. כמכשיר כזה, ניתן להשתמש במשנק, שהתנגדות הכניסה הכוללת שלו לזרם האותות של מערכת האיתות של מסילות הברזל הראשיות בתדר של 50 הרץ היא לפחות 5 אוהם.
4. התקנות מיגון גלווני
מתקני הגנה גלווניים (מתקני מגן) משמשים להגנה קתודית על מבני מתכת תת קרקעיים במקרים בהם השימוש במתקנים המופעלים על ידי מקורות זרם חיצוניים אינו כדאי מבחינה כלכלית: מחסור בקווי מתח, אורך קטן של החפץ וכו'.
בדרך כלל, מתקנים קתודיים משמשים להגנה קתודית על המבנים התת-קרקעיים הבאים:
- מיכלים וצינורות שאין להם מגעים חשמליים עם תקשורת מורחבת סמוכה;
- קטעים בודדים של צינורות שאינם מסופקים ברמת הגנה מספקת מפני ממירים;
- קטעים של צינורות מנותקים חשמלית מהראשי על ידי מפרקים מבודדים;
- מארזי מגן מפלדה (מחסניות), מאגרים ומיכלים תת-קרקעיים, תומכי פלדה וכלונסאות וחפצים מרוכזים אחרים;
- החלק הליניארי של הצנרת הראשית בהקמה לפני הפעלת מתקני הגנה קתודיים קבועים.
הגנה יעילה מספיק עם התקנות דריכה יכולה להתבצע בקרקעות עם התנגדות חשמלית ספציפית של לא יותר מ-50 אוהם.
5. מתקנים עם אנודות מורחבות או מבוזרות.
כפי שכבר צוין, בעת שימוש בתכנית המסורתית של הגנה קתודית, חלוקת פוטנציאל ההגנה לאורך הצינור אינה אחידה. הפיזור הלא אחיד של פוטנציאל ההגנה מוביל הן להגנה מוגזמת ליד נקודת הניקוז, כלומר. לצריכה לא פרודוקטיבית של חשמל, ולירידה באזור המגן של המתקן. ניתן למנוע חסרון זה על ידי שימוש בתכנית עם אנודות מורחבות או מבוזרות. התכנית הטכנולוגית של ECP עם אנודות מבוזרות מאפשרת להגדיל את אורך אזור המגן בהשוואה לתכנית ההגנה הקתודית עם אנודות בגוש, ומספקת גם חלוקה אחידה יותר של פוטנציאל ההגנה. בעת יישום התוכנית הטכנולוגית של ZKhZ עם אנודות מבוזרות, ניתן להשתמש בפריסות שונות של הארקת האנודה. הפשוטה ביותר היא התוכנית עם קרקעות האנודה המותקנות באופן שווה לאורך צינור הגז. פוטנציאל ההגנה מותאם על ידי שינוי זרם הארקת האנודה באמצעות התנגדות מתכווננת או כל מכשיר אחר המבטיח את שינוי הזרם בגבולות הנדרשים. במקרה של הארקה ממספר מתגי הארקה, ניתן להתאים את זרם המגן על ידי שינוי מספר מתגי ההארקה המחוברים. באופן כללי, אלקטרודות האדמה הקרובות ביותר לממיר צריכות להיות בעלות התנגדות מגע גבוהה יותר. הגנה מגן הגנה אלקטרוכימית באמצעות מגנים מבוססת על כך שבשל הפרש הפוטנציאלים בין המגן למתכת המוגנת בתווך אלקטרוליט, המתכת מצטמצמת וגוף המגן מתמוסס. מכיוון שעיקר מבני המתכת בעולם עשויים מברזל, מתכות בעלות פוטנציאל אלקטרודה שלילי יותר מברזל יכולות לשמש כמגן. ישנם שלושה מהם - אבץ, אלומיניום ומגנזיום. ההבדל העיקרי בין מגיני מגנזיום הוא ההבדל הפוטנציאלי הגדול ביותר בין מגנזיום לפלדה, אשר משפיע לטובה על רדיוס פעולת ההגנה, שנע בין 10 ל-200 מ', המאפשר שימוש במספר קטן יותר של מגיני מגנזיום מאשר אבץ ו אֲלוּמִינְיוּם. בנוסף, לסגסוגות מגנזיום ומגנזיום, בניגוד לאבץ ואלומיניום, אין קיטוב המלווה בירידה בתפוקת הזרם. תכונה זו קובעת את היישום העיקרי של מגיני מגנזיום להגנה על צינורות תת קרקעיים בקרקעות בעלות התנגדות גבוהה.
הגנת קורוזיה של צינורות מתבצעת באמצעות טכנולוגיות שונות. אחת השיטות היעילות ביותר היא טיפול אלקטרוכימי הכולל הגנה קתודית. ברוב המקרים, אפשרות זו משמשת בשילוב, יחד עם טיפול במבני מתכת עם תרכובות בידוד.
הסוגים העיקריים של הגנה קתודית
הגנה קתודית של צינורות מפני קורוזיה פותחה במאה התשע-עשרה. טכנולוגיה זו היא הראשונה שימשו בתעשיית בניית ספינותוכן - גוף הכלי הצף היה מכוסה במגני האנודה, אשר מזערו את תהליכי הקורוזיה של סגסוגת הנחושת. קצת מאוחר יותר, טכנולוגיה זו החלה להיות בשימוש פעיל בתחומים אחרים. בנוסף, הטכניקה הקתודית נחשבת כיום לטכנולוגיה היעילה ביותר להגנה מפני קורוזיה.
ישנם שני סוגים של הגנה קתודית לסגסוגות מתכת:
האפשרות הראשונה נחשבת לנפוצה ביותר כיום, מכיוון שהיא מהירה ופשוטה יותר. בעזרת טכנולוגיה זו, אתה יכול להתמודד עם סוגים שונים של קורוזיה:
- בין גבישי;
- פליז מתפצפץ עקב מתח מוגזם;
- קורוזיה הנגרמת מהשפעת זרמים חשמליים תועים;
- בור וכו'.
יש לציין כי הטכניקה הראשונה מאפשרת עיבוד מבני מתכת בגודל גדול, והגנה חשמלית כימית גלוונית מיועדת רק למוצרים קטנים.
הטכנולוגיה הגלוונית פופולרית מאוד בארצות הברית, אך במדינה שלנו היא כמעט ואינה בשימוש, שכן הטכנולוגיה לסידור צינורות בפדרציה הרוסית אינה מרמזת על עיבוד עם בידוד מיוחד, הדרוש להגנה גלוונית.
ללא ציפוי כזה, קורוזיה פלדה גוברת בהשפעת מי התהום, שחשובה ביותר לסתיו ולאביב. בחורף, לאחר קרחון המים, תהליך הקורוזיה מואט באופן משמעותי.
תיאור טכנולוגיה
הגנת קורוזיה קתודית מיוצרת על ידי זרם ישר המופעל על חומר העבודה והופכת את הפוטנציאל של חומר העבודה לשלילי. מיישרים משמשים לעתים קרובות למטרה זו.
חפץ המחובר למקור זרם חשמלי נחשב ל"מינוס", כלומר קתודה, והארקה מחוברת היא אנודה, כלומר "פלוס". התנאי העיקרי הוא נוכחות של מדיום מוליך חשמלי טוב. עבור צינורות תת קרקעיים, זה אדמה.
בעת יישום טכנולוגיה זו בין האדמה (מדיום מוליך) לבין האובייקט המעובד, יש לשמור על הפרש הפוטנציאל של הזרם החשמלי. ניתן לקבוע את הערך של מחוון זה באמצעות מד מתח מסוג התנגדות גבוהה.
תכונות של עבודה יעילה
קורוזיה היא לעתים קרובות האשם בהפחתת הלחץ של צינורות. עקב פגיעה במבנה המתכת נוצרים במבנה סדקים, חללים ורווחים. בעיה זו רלוונטית ביותר לצינורות תת קרקעיים, מכיוון שהם נמצאים כל הזמן במגע עם מי תהום.
הטכניקה הקתודית במצב זה מאפשרת למזער את תהליך הפירוק והחמצון של סגסוגת המתכת על ידי שינוי פוטנציאל הקורוזיה הראשוני.
תוצאות הבדיקות המעשיות מצביעות על כך שפוטנציאל הקיטוב של סגסוגות מתכת באמצעות הטכניקה הקתודית מאט את הקורוזיה.
על מנת להשיג הגנה יעילה, יש צורך להפחית את הפוטנציאל הקתודי של החומר ששימש ליצירת הצינור באמצעות זרם חשמלי קבוע. במצב זה, קצב קורוזית המתכת לא יעלה על עשרה מיקרומטרים בשנה.
בנוסף, הגנה קתודית היא הפתרון הטוב ביותר להגנה על צינורות תת קרקעיים מהשפעת זרמים חשמליים תועים. זרמים תועים הם מטען חשמלי החודר לקרקע בזמן פעולת מקל ברק, תנועת רכבות חשמליות וכו'.
קווי חשמל או גנרטורים ניידים המופעלים על ידי דיזל או גז יכולים לשמש כדי לספק הגנה מפני קורוזיה.
ציוד מיוחד
למטרות הגנה, נעשה שימוש בתחנות מיוחדות. ציוד זה כולל מספר צמתים:
- מקור זרם חשמלי;
- אנודה (קרקע);
- נקודת מדידה, בקרה וניהול;
- חוטי חיבור וכבלים.
עמדת הגנת האנודה מאפשרת להגן על מספר צינורות בו זמנית, הממוקמים זה ליד זה. התאמה של הזרם החשמלי המסופק יכולה להיות אוטומטית או ידנית.
בארצנו, מתקן Minerva-3000 פופולרי במיוחד. דירוגי ההספק של VCS זה מספיקים כדי להגן על כ-40 קילומטרים של צינור מתחת לאדמה מפני קורוזיה.
יתרונות ההתקנה כוללים:
השליטה מרחוק על הציוד מתבצעת באמצעות מודולי GPRS, המובנים בעיצוב.
הגנה אלקטרוכימית- דרך יעילה להגן על מוצרים מוגמרים מפני קורוזיה אלקטרוכימית. במקרים מסוימים, אי אפשר לחדש את צבעי הצבע או חומר העטיפה המגן, אז רצוי להשתמש במיגון אלקטרוכימי. ציפוי של צינור תת קרקעי או קרקעית של כלי שיט ים מאוד מייגע ויקר לחידוש, לפעמים זה פשוט בלתי אפשרי. הגנה אלקטרוכימית מגינה באופן מהימן על המוצר מפני, מונעת הרס של צינורות תת קרקעיים, תחתיות ספינה, מכלים שונים וכו'.
הגנה אלקטרוכימית משמשת במקרים בהם הפוטנציאל לקורוזיה חופשית הוא באזור של פירוק אינטנסיבי של המתכת הבסיסית או העברת יתר. הָהֵן. כאשר יש הרס אינטנסיבי של מבנה המתכת.
המהות של הגנה אלקטרוכימית
זרם ישר מחובר למוצר המתכת המוגמר מבחוץ (מקור זרם ישר או מגן). זרם חשמלי על פני המוצר המוגן יוצר קיטוב קתודי של האלקטרודות של זוגות מיקרוגלוונים. התוצאה של זה היא שהאזורים האנודיים על פני המתכת הופכים קתודיים. וכתוצאה מחשיפה לסביבה קורוזיבית, לא מתכת המבנה נהרסת, אלא האנודה.
בהתאם לאיזה כיוון (חיובי או שלילי) הפוטנציאל של המתכת מוסט, הגנה אלקטרוכימית מחולקת לאנודה וקתודה.
הגנה בפני קורוזיה קתודית
הגנת קורוזיה אלקטרוכימית קתודית משמשת כאשר המתכת המוגנת אינה נוטה לפסיביות. זהו אחד מסוגי ההגנה העיקריים של מתכות מפני קורוזיה. המהות של הגנה קתודית היא יישום של זרם חיצוני מהקוטב השלילי למוצר, אשר מקטב את חלקי הקתודה של אלמנטים קורוזיה, ומקרב את הערך הפוטנציאלי לאנודה. הקוטב החיובי של מקור הזרם מחובר לאנודה. במקרה זה, הקורוזיה של המבנה המוגן כמעט מופחתת לאפס. האנודה נהרסת בהדרגה ויש להחליפה מעת לעת.
ישנן מספר אפשרויות להגנה קתודית: קיטוב ממקור חיצוני של זרם חשמלי; ירידה בקצב תהליך הקתודה (לדוגמה, פינוי אלקטרוליטים); מגע עם מתכת בעלת פוטנציאל אלקטרונילי יותר לקורוזיה חופשית בסביבה נתונה (מה שנקרא הגנת קורבן).
קיטוב ממקור חיצוני של זרם חשמלי משמש לעתים קרובות מאוד כדי להגן על מבנים הממוקמים באדמה, במים (תחתיות של ספינות וכו '). בנוסף, סוג זה של הגנה מפני קורוזיה משמש עבור אבץ, פח, אלומיניום וסגסוגותיו, טיטניום, נחושת וסגסוגותיו, עופרת, וכן פלדות עתירות כרום, פחמן, סגסוגת (הן נמוכה והן סגסוגת גבוהה).
מקור זרם חיצוני הוא תחנות הגנה קתודיות, המורכבות ממיישר (ממיר), אספקת זרם למבנה המוגן, אלקטרודות הארקה של האנודה, אלקטרודת ייחוס וכבל אנודה.
הגנה קתודית משמשת כסוג עצמאי ונוסף של הגנה מפני קורוזיה.
הקריטריון העיקרי שלפיו ניתן לשפוט את יעילות ההגנה הקתודית הוא פוטנציאל מגן. פוטנציאל ההגנה הוא זה שבו קצב הקורוזיה של המתכת בתנאים סביבתיים מסוימים מקבל את הערך הנמוך ביותר (עד כמה שניתן).
ישנם חסרונות לשימוש בהגנה קתודית. אחד מהם הוא סכנה הגנת יתר. הגנת יתר נצפית עם שינוי גדול בפוטנציאל של האובייקט המוגן בכיוון השלילי. יחד עם זאת, זה בולט. כתוצאה מכך, הרס של ציפוי מגן, שבירות מימן של המתכת, פיצוח קורוזיה.
הגנה על דריכה (יישום דריכה)
סוג של הגנה קתודית הוא הגנה קתודית. בעת שימוש בהגנה קורבנות, מתכת בעלת פוטנציאל אלקטרונילי יותר מחוברת לאובייקט המוגן. במקרה זה, לא המבנה נהרס, אלא הדריכה. עם הזמן, המגן יתכלה ויש להחליפו בחדש.
הגנת דריכה יעילה במקרים בהם קיימת התנגדות חולפת מועטה בין המגן לסביבה.
לכל מגן יש את רדיוס פעולת ההגנה שלו, הנקבע לפי המרחק המקסימלי האפשרי בו ניתן להסיר את המגן מבלי לאבד את אפקט המגן. מיגון מגן משמש לרוב כאשר זה בלתי אפשרי או קשה ויקר להביא זרם למבנה.
מגנים משמשים להגנה על מבנים בסביבות ניטרליות (מי ים או נהר, אוויר, אדמה וכו').
לייצור מגינים משתמשים במתכות הבאות: מגנזיום, אבץ, ברזל, אלומיניום. מתכות טהורות אינן ממלאות את פונקציות ההגנה שלהן במלואן, ולכן הן מסויגות בנוסף במהלך ייצור המגנים.
מגיני ברזל עשויים מפלדות פחמן או ברזל טהור.
מגיני אבץ
מגיני אבץ מכילים כ-0.001 - 0.005% עופרת, נחושת וברזל, 0.1 - 0.5% אלומיניום ו-0.025 - 0.15% קדמיום. מקרני אבץ משמשים להגנה על מוצרים מפני קורוזיה ימית (במי מלח). אם מגן האבץ משמש במים מלוחים מעט, מתוקים או באדמה, הוא מכוסה במהירות בשכבה עבה של תחמוצות והידרוקסידים.
מגנזיום מגן
סגסוגות לייצור מגיני מגנזיום סגסוגות ב-2-5% אבץ ו-5-7% אלומיניום. כמות הנחושת, העופרת, הברזל, הסיליקון, הניקל בסגסוגת לא תעלה על עשיריות ומאיות האחוז.
מגנזיום המגן משמש במים מתוקים מעט מלוחים, קרקעות. המגן משמש בסביבות בהן מגיני אבץ ואלומיניום אינם יעילים. היבט חשוב הוא שיש להשתמש במגני מגנזיום בסביבה עם pH של 9.5 - 10.5. הסיבה לכך היא הקצב הגבוה של פירוק המגנזיום והיווצרות תרכובות מסיסות בקושי על פני השטח שלו.
מגן מגנזיום מסוכן, כי. הוא הגורם להתפרקות מימן ולפיצוח קורוזיה של מבנים.
מגיני אלומיניום
מגיני אלומיניום מכילים תוספים המונעים היווצרות תחמוצות אלומיניום. עד 8% אבץ, עד 5% מגנזיום ועשיריות עד מאיות של סיליקון, קדמיום, אינדיום ותליום מוכנסים למגנים כאלה. מגני אלומיניום משמשים במדף החוף ובמי הים הזורמים.
הגנה מפני קורוזיה של האנודה
הגנה אלקטרוכימית אנודה משמשת למבנים העשויים מטיטניום, נירוסטה סגסוגת נמוכה, פלדות פחמן, סגסוגות ברזל בסגסוגת גבוהה, מתכות פסיביות שונות. הגנת האנודה משמשת בסביבות קורוזיביות מוליכות גבוהה.
עם הגנה אנודית, הפוטנציאל של המתכת המוגנת מוסט לצד חיובי יותר עד שמגיעים למצב יציב פסיבי של המערכת. היתרונות של הגנה אלקטרוכימית אנודית הם לא רק האטה משמעותית ביותר בקצב הקורוזיה, אלא גם העובדה שמוצרי קורוזיה אינם חודרים למוצר ולתווך.
ניתן ליישם הגנה על האנודה בכמה דרכים: על ידי העברת הפוטנציאל לצד החיובי באמצעות מקור זרם חשמלי חיצוני או על ידי החדרת חומרי חמצון (או אלמנטים לתוך הסגסוגת) לסביבה הקורוזיבית, אשר מגבירים את יעילות התהליך הקתודי על משטח מתכת.
הגנת האנודה בשימוש בחומרי חמצון דומה במנגנון ההגנה שלה לקיטוב אנודי.
אם משתמשים במעכבי פסיבציה בעלי תכונות מחמצנות, אזי המשטח המוגן עובר למצב פסיבי בהשפעת הזרם שנוצר. אלה כוללים דיכרומטים, חנקות וכו'. אבל הם מזהמים את הסביבה הטכנולוגית שמסביב בצורה די חזק.
עם החדרת תוספים לסגסוגת (בעיקר סימום עם מתכת אצילה), תגובת ההפחתה של מפוזרים המתרחשת בקתודה ממשיכה עם מתח יתר נמוך יותר מאשר על המתכת המוגנת.
אם מועבר זרם חשמלי דרך המבנה המוגן, הפוטנציאל עובר לכיוון החיובי.
מתקן להגנה אלקטרוכימית אנודית מפני קורוזיה מורכב ממקור זרם חיצוני, אלקטרודת ייחוס, קתודה והאובייקט המוגן עצמו.
על מנת לברר האם ניתן ליישם הגנה אלקטרוכימית אנודית על עצם מסוים, נלקחות עקומות קיטוב אנודי, בעזרתן ניתן לקבוע את פוטנציאל הקורוזיה של המבנה הנחקר בסביבה קורוזיבית מסוימת, אזור של פסיביות יציבה וצפיפות הזרם באזור זה.
לייצור קתודות משתמשים במתכות מסיסות נמוכה, כגון פלדות אל-חלד בסגסוגת גבוהה, טנטלום, ניקל, עופרת ופלטינה.
על מנת שהגנה אלקטרוכימית אנודית תהיה יעילה בסביבה מסוימת, יש צורך להשתמש במתכות וסגסוגות מפסיבות בקלות, אלקטרודת הייחוס והקתודה חייבים להיות תמיד בפתרון, והאלמנטים המחברים חייבים להיות באיכות גבוהה.
עבור כל מקרה של הגנה על האנודה, פריסת הקתודות מתוכננת בנפרד.
על מנת שהגנת האנודה תהיה יעילה עבור אובייקט מסוים, יש צורך שתעמוד בדרישות מסוימות:
כל הריתוכים חייבים להיות באיכות גבוהה;
בסביבה הטכנולוגית, החומר ממנו עשוי החפץ המוגן חייב לעבור למצב פסיבי;
יש לצמצם את מספר כיסי האוויר והחריצים;
לא צריכים להיות חיבורים מסמרות על המבנה;
במכשיר שיש להגן עליו, אלקטרודת הייחוס והקתודה חייבים להיות תמיד בפתרון.
כדי ליישם הגנת האנודה בתעשייה הכימית, משתמשים לעתים קרובות במחלפי חום ויחידות גליליות.
הגנה אנודית אלקטרוכימית של פלדות אל-חלד מתאימה לאחסון תעשייתי של חומצה גופרתית, תמיסות המבוססות על אמוניה, דשנים מינרליים, כמו גם כל מיני קולטים, מיכלים, מיכלי מדידה.
הגנת האנודה יכולה לשמש גם למניעת נזקי קורוזיה באמבטיות ציפוי ניקל כימי, מחליפי חום בייצור סיבים מלאכותיים וחומצה גופרתית.