Kathodische bescherming: toepassingen en normen

2024 Auteur: Howard Calhoun | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2023-12-17 10:36

Corrosie is een chemische en elektrochemische reactie van een metaal met zijn omgeving, waardoor het beschadigd raakt. Het stroomt met verschillende snelheden, die kunnen worden verminderd. Vanuit praktisch oogpunt is anticorrosieve kathodische bescherming van metalen constructies in contact met de grond, water en getransporteerde media van belang. Vooral de buitenoppervlakken van leidingen worden beschadigd door de invloed van grond en zwerfstromen.

Binnencorrosie hangt af van de eigenschappen van het medium. Als het een gas is, moet het grondig worden gereinigd van vocht en agressieve stoffen: waterstofsulfide, zuurstof, enz.

Werkingsprincipe

De objecten van het proces van elektrochemische corrosie zijn de omgeving, het metaal en de interface daartussen. Het medium, dat meestal vochtige grond of water is, heeft een goede elektrische geleidbaarheid. Op het grensvlak tussen het en de metalen structuur vindt een elektrochemische reactie plaats. Als de stroom positief is (anode-elektrode), gaan de ijzerionen in de omringende oplossing, wat resulteert in een massaverlies van het metaal. De reactie veroorzaakt corrosie. Bij een negatieve stroom (kathode-elektrode) zijn deze verliezen afwezig, aangezien inelektronen worden overgebracht naar de oplossing. De methode wordt gebruikt bij het galvaniseren voor het coaten van staal met non-ferrometalen.

Kathodische corrosiebescherming wordt bereikt wanneer een negatieve potentiaal wordt toegepast op een ijzeren voorwerp.

Om dit te doen, wordt een anode-elektrode in de grond geplaatst en wordt er een positieve potentiaal op aangesloten vanuit een stroombron. De min wordt toegepast op het beveiligde object. Kathodisch-anodische bescherming leidt tot actieve corrosievernietiging van alleen de anode-elektrode. Daarom moet het regelmatig worden gewijzigd.

Negatief effect van elektrochemische corrosie

Corrosie van constructies kan optreden door de werking van zwerfstromen van andere systemen. Ze zijn handig voor doelobjecten, maar veroorzaken aanzienlijke schade aan nabijgelegen structuren. Zwerfstromen kunnen zich verspreiden vanaf de rails van geëlektrificeerde voertuigen. Ze gaan richting het onderstation en gaan de leidingen in. Bij het verlaten ervan worden anodesecties gevormd, die intense corrosie veroorzaken. Voor bescherming wordt elektrische drainage gebruikt - een speciale verwijdering van stromen van de pijpleiding naar hun bron. Ook hier is kathodische bescherming van leidingen tegen corrosie mogelijk. Om dit te doen, moet u de waarde van zwerfstromen kennen, die wordt gemeten door speciale apparaten.

Volgens de resultaten van elektrische metingen wordt een methode gekozen om de gasleiding te beschermen. Een universele remedie is een passieve methode om leidingen te isoleren van contact met de grond met behulp van isolerende coatings. Kathodische bescherming van de gasleiding verwijst naar de actieve methode.

Bescherming van pijpleidingen

Ontwerpen in de grond worden beschermd tegen corrosie als je de min van een gelijkstroombron erop aansluit en de plus op de anode-elektroden die dichtbij in de grond zijn begraven. De stroom gaat naar de structuur en beschermt deze tegen corrosie. Op deze manier wordt kathodische bescherming van pijpleidingen, tanks of pijpleidingen in de grond uitgevoerd.

De anode-elektrode zal degraderen en moet periodiek worden vervangen. Voor een tank gevuld met water worden de elektroden erin geplaatst. In dit geval zal de vloeistof de elektrolyt zijn waardoor de stroom van de anodes naar het oppervlak van de container zal vloeien. De elektroden zijn goed gecontroleerd en gemakkelijk te verwisselen. In de grond is dit moeilijker te doen.

Voeding

In de buurt van olie- en gaspijpleidingen, in verwarmings- en waterleidingnetwerken die kathodische bescherming vereisen, zijn stations geïnstalleerd van waaruit spanning wordt geleverd aan objecten. Als ze buiten worden geplaatst, moet hun beschermingsgraad minimaal IP34 zijn. Elke is geschikt voor droge ruimtes.

Stations voor kathodische bescherming van gaspijpleidingen en andere grote constructies hebben een vermogen van 1 tot 10 kW.

Hun energieparameters hangen voornamelijk af van de volgende factoren:

• weerstand tussen grond en anode;
• bodemgeleidbaarheid;
• beschermingszone lengte;
• isolerende werking van de coating.

Traditioneel is een kathodische beschermingsomzetter een transformatorinstallatie. Nu wordt deze vervangen door een inverter met kleinere afmetingen, betere stroomstabiliteit en meer efficiëntie. In belangrijke gebieden zijn controllers geïnstalleerd die de functies hebben van het regelen van stroom en spanning, het vereffenen van beschermende potentialen, enz.

Apparatuur wordt in verschillende uitvoeringen op de markt gepresenteerd. Voor specifieke behoeften wordt een individueel ontwerp gebruikt om de beste bedrijfsomstandigheden te garanderen.

Parameters stroombron

Voor corrosiebescherming voor ijzer is het beschermingspotentieel 0,44 V. In de praktijk zou dit groter moeten zijn vanwege de invloed van insluitsels en de toestand van het metalen oppervlak. De maximale waarde is 1 V. In aanwezigheid van coatings op het metaal is de stroom tussen de elektroden 0,05 mA/m². Als de isolatie fa alt, stijgt deze tot 10mA/m^2.

Kathodische bescherming is effectief in combinatie met andere methoden, omdat er minder elektriciteit wordt verbruikt. Als er een verflaag op het oppervlak van de structuur zit, worden alleen de plaatsen waar deze is gebroken door de elektrochemische methode beschermd.

Kenmerken van kathodische bescherming

1. Aangedreven door stations of mobiele generatoren.
2. De locatie van anode-aarding hangt af van de specifieke kenmerken van pijpleidingen. De plaatsingsmethode kan verspreid of geconcentreerd zijn, maar ook op verschillende diepten.
3. Het anodemateriaal is geselecteerd met een lage oplosbaarheid om 15 jaar mee te gaan.
4. Beschermend potentieelvelden voor elke pijplijn wordt berekend. Het is niet gereguleerd als er geen beschermende coatings op de constructies aanwezig zijn.

Gazprom-standaardvereisten voor kathodische bescherming

• Van actie gedurende de gehele levensduur van beschermingsmiddelen.
• Overspanningsbeveiliging.
• Plaatsing van het station in blokkendozen of in een stand-alone antivandaal ontwerp.
• Anode-aarding wordt geselecteerd in gebieden met een minimale elektrische weerstand van de grond.
• De kenmerken van de transducer worden geselecteerd rekening houdend met de veroudering van de beschermende coating van de pijpleiding.

Bescherming van het loopvlak

De methode is een soort kathodische bescherming met de verbinding van elektroden van een meer elektronegatief metaal via een elektrisch geleidend medium. Het verschil zit hem in de afwezigheid van een energiebron. Het loopvlak absorbeert corrosie door op te lossen in een elektrisch geleidende omgeving.

Over een paar jaar moet de anode worden vervangen omdat deze verslijt.

Het effect van de anode neemt toe met een afname van de contactweerstand met het medium. Na verloop van tijd kan het bedekt raken met een corrosieve laag. Dit leidt tot een storing in het elektrisch contact. Door de anode in een zoutmengsel te plaatsen dat corrosieproducten oplost, wordt het rendement verbeterd.

De invloed van de beschermer is beperkt. Het bereik wordt bepaald door de elektrische weerstand van het medium en het potentiaalverschil tussen de anode en de kathode.

Beschermende bescherming wordt gebruikt bij afwezigheid van energiebronnen of wanneer deze worden gebruikteconomisch onpraktisch. Het is ook nadelig bij zure toepassingen vanwege de hoge oplossnelheid van de anoden. Protectors worden geïnstalleerd in water, in de bodem of in een neutrale omgeving. Anodes zijn meestal niet gemaakt van pure metalen. Zink lost ongelijkmatig op, magnesium corrodeert te snel en er vormt zich een sterke oxidefilm op aluminium.

Loopvlakmaterialen

Om ervoor te zorgen dat de beschermers de nodige prestatie-eigenschappen hebben, zijn ze gemaakt van legeringen met de volgende legeringsadditieven.

• Zn + 0,025-0,15% Cd+ 0,1-0,5% Al - bescherming van apparatuur in zeewater.
• Al + 8% Zn +5% Mg + Cd, In, Gl, Hg, Tl, Mn, Si (fracties van een procent) - werking van constructies in stromend zeewater.
• Mg + 5-7% Al +2-5% Zn - bescherming van kleine structuren in bodem of water met een lage zoutconcentratie.

Onjuist gebruik van sommige soorten beschermers leidt tot negatieve gevolgen. Magnesiumanoden kunnen ervoor zorgen dat apparatuur barst als gevolg van de ontwikkeling van waterstofbrosheid.

Gecombineerde kathodische opofferingsbescherming met anti-corrosie coatings verhoogt de doeltreffendheid ervan.

Beschermende stroomverdeling is verbeterd en er zijn aanzienlijk minder anodes nodig. Een enkele magnesiumanode beschermt een met bitumen gecoate leiding 8 km lang en een ongecoate leiding slechts 30 m.

Bescherming van carrosserieën tegen corrosie

Als de coating kapot is, kan de dikte van de carrosserie in 5 jaar tot 1 mm afnemen, d.w.z.doorroesten. Het herstellen van de beschermlaag is belangrijk, maar daarnaast is er een manier om het corrosieproces volledig te stoppen door middel van kathodisch-beschermende bescherming. Als je het lichaam in een kathode verandert, stopt de corrosie van het metaal. Anodes kunnen alle geleidende oppervlakken in de buurt zijn: metalen platen, aardlus, garagecarrosserie, nat wegdek. In dit geval neemt de beschermingsefficiëntie toe met een toename in het gebied van de anodes. Als de anode een wegdek is, wordt een "staart" van gemetalliseerd rubber gebruikt om ermee in contact te komen. Het is tegenover de wielen geplaatst zodat spatten beter worden. "Staart" is geïsoleerd van het lichaam.

De batterij plus is verbonden met de anode via een weerstand van 1 kΩ en een LED die er in serie mee is geschakeld. Wanneer het circuit via de anode is gesloten, wanneer de min op het lichaam is aangesloten, brandt de LED in de normale modus nauwelijks merkbaar. Brandt het fel, dan is er kortsluiting in het circuit opgetreden. De oorzaak moet worden gevonden en verholpen.

Voor bescherming moet een zekering in serie in het circuit worden geïnstalleerd.

Als de auto in de garage staat, is deze aangesloten op een aardanode. Tijdens het rijden wordt de verbinding gemaakt via de "staart".

Conclusie

Kathodische bescherming is een manier om de operationele betrouwbaarheid van ondergrondse pijpleidingen en andere constructies te verbeteren. Tegelijkertijd moet rekening worden gehouden met de negatieve impact ervan op aangrenzende pijpleidingen door de invloed van zwerfstromen.