| Метод защиты | Принцип действия | Область применения | Нормативная база |
|---|---|---|---|
| Катодная защита с внешним источником тока | Подключение отрицательного полюса источника тока к защищаемой конструкции для создания катодной поляризации | Подземные трубопроводы, резервуары, сооружения в грунтах средней и высокой агрессивности | ГОСТ 9.602-2016, ГОСТ Р 51164-98 |
| Протекторная защита | Соединение защищаемой конструкции с металлом, имеющим более отрицательный потенциал (протектором) | Локальные участки, сооружения в талых грунтах с сопротивлением до 500 Ом·м | ГОСТ 9.602-2016, ГОСТ Р 9.607-2022 |
| Анодная защита | Смещение потенциала в положительную сторону до области пассивации металла | Аппараты из нержавеющих сталей, титана в электропроводных агрессивных средах | Специальная документация производителей |
| Дренажная защита | Отвод блуждающих токов от защищаемого сооружения к их источнику или в землю | Зоны влияния электрифицированного транспорта на постоянном токе | ГОСТ 9.602-2016 |
| Тип сооружения | Минимальный потенциал, В | Максимальный потенциал, В | Электрод сравнения |
|---|---|---|---|
| Трубопроводы общего назначения (поляризационный потенциал) | -0,85 | -1,15 | Медно-сульфатный насыщенный |
| Трубопроводы тепловых сетей (суммарный потенциал с омической составляющей) | -0,9 | -2,5 | Медно-сульфатный насыщенный |
| Резервуары и подземные сооружения (поляризационный потенциал) | -0,85 | -1,15 | Медно-сульфатный насыщенный |
| Сооружения в зоне блуждающих токов | Отсутствие анодных зон | -2,5 | Медно-сульфатный насыщенный |
| Материал анода | Характеристики | Применение | Особенности эксплуатации |
|---|---|---|---|
| Графит искусственный | Скорость растворения до 1 кг/(А·год), высокая электропроводность | Катодные станции для грунтов с умеренной агрессивностью, глубинные заземления | Требует коксовой засыпки, механически непрочен |
| Титан с платиновым покрытием (Pt/Ti) | Толщина платинового слоя 2-5 мкм, максимальная плотность тока 75 А/дм² | Агрессивные среды, морская вода, электролиты в химпроизводстве | Высокая стоимость, долговечность при соблюдении режимов |
| Титан с оксидно-рутениевым покрытием | Высокая электрохимическая активность, стойкость к хлоридам | Хлорсодержащие среды, электролиты повышенной агрессивности | Срок службы до 15 лет, требует контроля плотности тока |
| Ферросилициды (железокремнистые сплавы) | Образование защитной оксидной пленки, скорость растворения не более 5 кг/(А·год) | Глубинные анодные заземления в различных грунтах | Срок службы до 25 лет, требует установки ниже уровня промерзания |
| Сталь углеродистая/чугун | Скорость растворения до 10 кг/(А·год), доступность | Временные установки, сосредоточенные заземления с коксовой засыпкой | Расходуемый материал, требует периодической замены |
| Параметр контроля | Метод измерения | Периодичность | Нормативные требования |
|---|---|---|---|
| Поляризационный потенциал | Измерение потенциала с использованием медно-сульфатного электрода сравнения, метод отключения тока | Не реже 2 раз в год | ГОСТ 9.602-2016, приложение Х |
| Сила защитного тока | Измерение тока в цепи катодной станции приборами станции или переносными | Ежеквартально | Контроль в точке дренажа, соответствие расчетным значениям |
| Сопротивление растекания анодного заземления | Метод амперметра-вольтметра с вспомогательным электродом | При пуско-наладке и далее ежегодно | Рекомендуемое значение не более 1 Ом для глубинных заземлений |
| Работа протекторных установок | Измерение тока в цепи протектор-сооружение, проверка потенциала протектора | Не реже 4 раз в год | Потенциал исправного протектора не менее -1,2 В |
| Эффективность дренажной защиты | Контроль среднечасовой силы тока дренажа, измерение защитных потенциалов в точке дренажа | Ежемесячно | Отсутствие анодных зон на защищаемом сооружении |
Полное оглавление статьи
Введение в электрохимическую защиту
Электрохимическая защита от коррозии представляет собой активный метод противокоррозионной защиты металлических конструкций и оборудования химических производств путем воздействия постоянного электрического тока. Метод основан на изменении электродного потенциала защищаемой поверхности до значений, при которых скорость коррозионных процессов минимизируется или практически прекращается.
В химической промышленности электрохимическая защита применяется для аппаратов, резервуаров, трубопроводов, работающих с агрессивными средами. Согласно требованиям ГОСТ 9.602-2016, защита обязательна для подземных стальных сооружений в грунтах средней и высокой коррозионной агрессивности, а также в зонах действия блуждающих токов.
Принципы катодной и анодной защиты
Катодная защита
Катодная защита реализуется смещением потенциала металла в отрицательную сторону относительно стационарного значения. При этом защищаемая конструкция становится катодом, на поверхности которого протекает только катодный процесс восстановления, а анодное растворение переносится на вспомогательный электрод — анодное заземление.
Для стальных конструкций минимальный защитный поляризационный потенциал составляет -0,85 В относительно медно-сульфатного электрода сравнения согласно ГОСТ 9.602-2016. Максимальное значение ограничено для предотвращения наводороживания металла и отслаивания защитных покрытий. Для большинства сооружений максимальный потенциал составляет -1,15 В.
Анодная защита
Анодная защита применяется для металлов, способных к пассивации в определенных средах. Метод используется для аппаратов из нержавеющих сталей, титана, работающих в серной, фосфорной кислотах и других электропроводных агрессивных средах. Потенциал смещается в положительную область до достижения пассивного состояния, при котором формируется защитная оксидная пленка с минимальной скоростью растворения.
Методы реализации электрохимической защиты
Катодная защита с внешним источником тока реализуется через станции катодной защиты, преобразующие переменный ток промышленной сети в постоянный. Отрицательный полюс подключается к защищаемому сооружению, положительный — к анодному заземлению. Метод эффективен при защите протяженных трубопроводных систем и резервуарных парков.
Протекторная защита основана на гальванической паре защищаемой конструкции и протектора из металла с более отрицательным потенциалом. В качестве материалов протекторов используются сплавы магния, алюминия, цинка с активирующими добавками. Протекторную защиту применяют преимущественно для локальных участков трубопроводов и сооружений в грунтах с относительно невысоким удельным электрическим сопротивлением.
Дренажная защита применяется в зонах влияния электрифицированного рельсового транспорта для отвода блуждающих токов. Поляризованные дренажи обеспечивают односторонюю проводимость, предотвращая перетекание тока из рельсов в защищаемое сооружение в периоды, когда потенциал рельсов становится более положительным.
Расчет параметров защитных систем
Расчет катодной защиты начинается с определения плотности защитного тока, необходимой для достижения минимального защитного потенциала. Для стальных конструкций в грунте плотность тока определяется экспериментально методом поляризационных испытаний и составляет от 0,5 до 5 мА/м² в зависимости от состояния изоляционного покрытия и агрессивности среды.
Сопротивление растекания анодного заземления рассчитывается с учетом удельного сопротивления грунта, конфигурации и количества анодов. Для эффективной работы глубинного заземлителя сопротивление рекомендуется обеспечивать не более 1 Ом. В высокоомных мерзлых грунтах применяют протяженные анодные заземления или специальные коксовые засыпки.
Расчет зоны защиты катодной станции выполняется с учетом переходного сопротивления изоляции трубопровода и распределения защитного тока по его длине. Протяженность зоны защиты определяется точками, где поляризационный потенциал достигает минимального защитного значения -0,85 В.
Контроль эффективности защиты
Основным критерием эффективности является поляризационный потенциал, измеряемый относительно медно-сульфатного электрода сравнения в соответствии с методикой приложения Х ГОСТ 9.602-2016. Измерения проводятся в контрольно-измерительных пунктах не реже двух раз в год.
Для исключения омической составляющей применяется метод отключения тока с использованием синхронных прерывателей. Потенциал отключения, измеренный через короткий промежуток времени после размыкания цепи, максимально приближен к истинному поляризационному потенциалу и характеризует фактическое состояние металла.
Контроль работы станций катодной защиты включает измерение выходного тока и напряжения, проверку автоматического поддержания заданного потенциала, определение зоны защиты. Для протекторных установок контролируется сила тока в цепи протектор-сооружение не реже 4 раз в год, а также потенциал самого протектора, который для исправного элемента должен составлять не менее -1,2 В.
Оборудование химических производств
На химических предприятиях электрохимическая защита применяется для резервуарного парка, подземных и наземных технологических трубопроводов, емкостного оборудования. Аппараты из нержавеющих сталей в средах серной и фосфорной кислот защищаются анодной защитой с использованием катодов из графита или платинированного титана.
Для титановых аппаратов, работающих в хлорсодержащих средах, применяются аноды с оксидно-рутениевым покрытием, обеспечивающие высокую электрокаталитическую активность и стабильность. Контроль режима анодной защиты осуществляется поддержанием потенциала в области устойчивой пассивности с помощью автоматических систем регулирования на основе электрода сравнения.
