Методы и средства защиты от коррозии

Накладываемое для защиты напряжение выбирают из необходимости обеспечения защитной плотности тока определенной величины. Естественно, что в грунте или в жидкой среде с высоким электрическим сопротивлением накладываемое напряжение должно быть больше, чем в среде с малым сопротивлением.

Величину оптимальной защитной плотности тока рассчитывают в зависимости от природы защищаемого металла, типа коррозионной среды, величины переходного сопротивления между металлом и средой. Во всех случаях оптимальная защитная плотность тока должна превышать плотность тока, эквивалентную скорости коррозии металла в той же среде. Чем выше скорость коррозии, тем больше защитная плотность тока. Важно также, чтобы она была равномерной по всей поверхности защищаемой конструкции.

Превышение оптимальной  величины защитной плотности тока нежелательно, так как может привести к некоторому снижению катодной защиты (эффект «перезащиты»). Эффективность катодной защиты характеризуется величиной защитного эффекта

 

Z =

· 100,                                   (3)

 

где k₁ - показатель скорости коррозии металла без катодной защиты;

      k₂— то же, при катодной защите,

 

и величиной коэффициента защитного действия

 

k₃ =

,                                       (4)

 

где Δm₁ - уменьшение массы металла в коррозионной среде без катодной защиты;

       Δm₂ - то же, при катодной защите;

       i_к - катодная плотность тока.

 

 Катодную защиту  внешним током широко применяют  как дополнительное средство  защиты к изоляционному покрытию. При этом изоляционное покрытие не обязательно должно быть беспористым, так как защитный ток в основном протекает по обнаженным участкам металла, которые и нуждаются в защите.

 Применяют катодную  защиту и к конструкциям, имеющим  значительные коррозионные повреждения,  что позволяет приостановить дальнейшее распространение коррозии.

Катодная защита внешним  током нецелесообразна в условиях атмосферной коррозии, в парообразной среде, в органических растворителях, так как в этом случае коррозионная среда не обладает достаточной электропроводностью.

2.3.2 Протекторная защита

 

Метод также основан  на явлении катодной поляризации, но без участия внешнего источника  электрического тока. В этом  случае к защищаемой конструкции присоединяют металл (протектор) с меньшим, чем у защищаемого металла электродным потенциалом. Протектор, растворяясь в коррозионной среде, снабжает конструкцию электронами, катодно заполяризовывая ее. Протектор периодически возобновляется.

   Схема протекторной  защиты трубопровода показана на рисунке 3.

 

Рисунок 3 – Схема протекторной защиты трубопровода

 

К защищаемой конструкции 2 присоединяют более электроотрицательный металл-протектор 3, который, растворяясь в окружающей среде, посылает электроны конструкции и катодно заполяризовывает ее. После полного растворения протектора  или потери контакта его с защищаемой конструкцией протектор необходимо возобновлять.

В качестве протектора чаще всего используют магний, цинк и  их сплавы.

Алюминий применяют  реже, так как он быстро покрывается  очень плотной оксидной пленкой, которая пассивирует его и ограничивает токоотдачу.

 Протектор работает  эффективно, если переходное сопротивление  между ним и окружающей средой  невелико. В процессе работы протектор,  например цинковый, может покрываться  слоем  нерастворимых продуктов  коррозии, которые изолируют его от окружающей среды и резко увеличивают переходное сопротивление. Для борьбы с этим протектор помещают в наполнитель 4 смесь солей, которая создает вокруг него определенную среду, облегчающую растворение продуктов коррозии и повышающую эффективность и стабильность работы протектора в грунте 1.

Действие протектора ограничивается определенным расстоянием. Максимально возможное удаление протектора от защищаемой конструкции  называется радиусом действия протектора. Он зависит от ряда факторов, важнейшими из которых являются электропроводность среды, разность потенциалов между протектором и защищаемой конструкцией, поляризационные характеристики. С увеличением электропроводности среды защитное действие протектора распространяется на большее расстояние. Протекторную защиту по сравнению с катодной защитой внешним током целесообразно использовать в тех случаях, когда получение энергии извне связано с трудностями или если сооружение специальных электролиний экономически невыгодно.

В настоящее время протекторную защиту применяют для борьбы с коррозией металлических конструкции в морской и речной воде, грунте и других нейтральных средах. Использование протекторной защиты в кислых средах ограничивается высокой скоростью саморастворения протектора.

Как и в случае катодной защиты внешним током эффективность  протекторной защиты возрастает при  ее совместном использовании с защитными  покрытиями. Так, нанесение битумного  покрытия на трубопроводы значительно  улучшает распределение защитного  тока, уменьшает число анодов и увеличивает протяженность участка трубопровода, защищаемого с помощью одного протектора. Если одним магниевым анодом можно обеспечить защиту непокрытого трубопровода длиной всего 30 м, то защита покрытого битумом трубопровода действует на длину до 8 км.

2.4 Анодная защита

 

Скорость электрохимической  коррозии металла может быть уменьшена  и при его анодной поляризации, если она смещает потенциал защищаемого  металла в пассивную область. На этом принципе основана анодная  защита внешним током, при которой защищаемую конструкцию подсоединяют к положительному полюсу внешнего источника тока, а вспомогательный электрод (катод) - к отрицательному.

 Метод анодной защиты  имеет относительно ограниченное  применение, так как пассивация  эффективна в основном в окислительных средах при отсутствии активных депассивирующих ионов, например ионов хлора для железа и нержавеющих сталей. Кроме того, анодная защита потенциально опасна: в случае перерыва подачи тока возможно активирование металла и его интенсивное анодное растворение. Поэтому анодная защита требует наличия тщательной системы контроля.

 В отличие от  катодной защиты скорость коррозии  при анодной защите никогда  не уменьшается до нуля, хотя  может быть и очень небольшой.  Зато защитная плотность тока  здесь значительно ниже, а потребление электроэнергии невелико. Другое достоинство анодной защиты - высокая рассевающая способность, т. е. возможность защиты на более отдаленном от катода расстоянии и в электрически экранированных участках.

Метод анодной защиты используют для металлов и сплавов, легко пассивирующихся при анодной поляризации. Его успешно применяют для снижения скорости коррозии низкоуглеродистой стали в серной кислоте и в растворах, содержащих аммиак и нитрат аммония, а также для защиты конструкционных материалов, например углеродистой и нержавеющей сталей, способных пассивироваться во многих средах.

Анодные устройства (заземления) делают двух типов: 1)разрушающиеся, периодически заменяемые и 2) неразрушающиеся.

Материалом для разрушающихся  заземлений служит обычная углеродистая сталь в виде пришедших в негодность труб, рельсов, прутков и пластин.

Неразрушающиеся заземления изготавливают из графита, сплавов  железа с кремнием (С-17), сплавов свинца и драгоценных металлов - платины (чаще в виде платинированного титана). Электрохимической реакцией, протекающей на поверхности анодного, неразрушающего заземления, является реакция выделения кислорода.

В анодном устройстве (на сопротивлении растеканию) теряется основная часть электроэнергии, поэтому  от правильного конструирования анодного заземления во многом зависит экономичность установки. Основная характеристика анодного устройства - величина его сопротивления растеканию тока, которая определяет потерю мощности на заземлении, а поэтому должна быть минимальной.

При проектировании анодных  устройств необходимо учитывать  сезонные изменения  удельного сопротивления  среды, так как при уменьшении температуры воды или уменьшении влажности и промерзании грунта сопротивление растеканию возрастает. Также важными характеристиками являются – продолжительность действия установки, стоимость и эксплуатационные расходы.

 

2.5  Кислородная защита

 

Кислородная защита является разновидностью электрохимической  защиты, при которой смещение потенциала защищаемой металлоконструкции в положительную сторону осуществляется путем насыщения коррозионной среды кислородом. В результате этого скорость катодного процесса настолько возрастает, что становится возможным перевод стали из активного в пассивное состояние.

 

Рисунок 4 - Зависимость скорости коррозии низколегированной стали в воде при температуре 300 °С от концентрации кислорода в воде

 

Поскольку величина критического тока пассивации сплавов Fe-Cr, к которым относятся и стали, существенно зависит от содержания в них хрома, ее эффективность возрастает с увеличением концентрации хрома в сплаве. Кислородная защита применяется при коррозии теплоэнергетического оборудования, эксплуатирующегося в воде при высоких параметрах (высокие температура и давление). На рис. 4 представлена зависимость скорости коррозии низколегированной стали от концентрации кислорода в высокотемпературной воде. Как видно, увеличение концентрации растворенного в воде кислорода приводит к первоначальному росту скорости коррозии, последующему се снижению и дальнейшей стационарности. Низкие стационарные скорости растворения стали (в 10—30 раз ниже имеющих место без защиты) достигаются при содержании кислорода в воде ~ 1,8 г/л. Кислородная защита металлов нашла применение в атомной энергетике.

Заключение

На сегодняшний день проблемы антикоррозионной защиты строительных и других видов конструкций, различной продукции и материалов являются актуальными как в России, так и во многих странах мира. В промышленно развитых странах коррозия металлов наносит существенный ущерб экономике каждого государства, поэтому данные вопросы играют немаловажную роль как в быту, так и в государственных масштабах.

В нашей стране накоплен некоторый опыт проведения исследований с целью определения скорости коррозионных процессов и методов защиты. Усилена работы в сфере разработки специализированных материалов и технологий, которые обеспечивают высокую степень защиты от коррозии.

Актуальность проблемы антикоррозионной защиты металлов основывается на необходимости защиты окружающей среды, сохранения природных ресурсов, а также рационального использования и хранения металлических конструкций в условиях производства.

В настоящее время существует большое количество приемов и средств для борьбы с коррозией. Одними из действенных методов существенно уменьшить коррозионные процессы или полностью их ликвидировать являются использование коррозионностойких материалов, нанесение защитных покрытий, введение в потенциально подверженную коррозии среду ингибиторов, таких как нитриты, хроматы, арсениты.

Однако следует помнить, что при каждом конкретном случае необходимо решить, каким из средств или в каком их сочетании возможно добиться наиболее эффективного и экономичного результата.

 

Список использованных источников

1 Андреев И.Н. Коррозия металлов и их защита. – М.: СССР, 1979.

2 Жук Н. П. Курс  коррозии и защиты металлов.- М.: Металлургия, 1976. 472 с. Учебное пособие для студентов металлургических вузов и факультетов

3 Тодт Ф. Коррозия  и защита от коррозии. - М.-Л.: Химия, 1956. 847 с.

4 Томашев Н.Д. Теория  коррозии и защиты металлов. - М.: СССР, 1959.59 с.