1. КАТОДНАЯ ЗАЩИТА
1.1. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ
Принцип действия электрохимической защиты заключается в катодной поляризации металлической конструкции до уровня «защитного» потенциала, под которым понимается потенциал наиболее анодных участков. В этом случае на защищаемой поверхности будут протекать только катодные процессы. Механизм электрохимической защиты может быть упрощенно представлен следующим образом.
Металл, погруженный в электролит, представляет собой многоэлектродную систему, состоящую из множества пространственно разделенных и электрически замкнутых между собой анодных и катодных участков. Это объясняется тем, что металл имеет электрохимически гетерогенную структуру, обусловленную химической природой металла, состоянием его поверхности, различными внешними воздействиями. Схематически эту поверхность можно представить в виде одного общего анода и одного общего катода, соединенных электрически. Коррозия происходит вследствие ионизации металла на анодном участке.
Если к погруженному в электролит металлу присоединить другой металл с более отрицательным потенциалом, чем потенциал анодной реакции, то вследствие катодной поляризации потенциалы анодных и катодных участков защищаемого металла выравниваются, и металл становится общим катодом. В этой новой гальванической паре растворяется присоединенный металл с низким электродным потенциалом, т.е. новый анод; при этом исключаются условия для перехода ионов защищаемого металла в раствор и коррозионный процесс прекращается. Это принципиальная схема катодной защиты с расходуемыми анодами.
Электрический ток, необходимый для защиты, может быть получен не только от работы гальванической пары, но и от внешнего источника тока. Защищаемая металлоконструкция присоединяется в этом случае к отрицатель- ному полюсу источника постоянного тока, а к положительному полюсу присоединяется анод, изготовляемый, как правило, из малорастворимого материала. Такая защита называется катодной защитой наложенным током.
Электрохимическая катодная защита двух указанных видов (с расходуемыми анодами и наложенным током) используется для предотвращения коррозии не только подводной части корпуса, но и балластных цистерн, грузовых танков нефтеналивных судов, крыльевых и подруливающих устройств, гребных винтов, трубопроводов, теплообменных аппаратов и других конструкций и изделий. Причем достигается эффективная защита как от общей коррозии, так и от специфических видов коррозионных разрушений (коррозионное растрескивание, контактная, питтинговая, межкристаллитная, селективная и др.).
Критерием электрохимической защиты является потенциал металла или величина смещения потенциала от его стационарного значения. Эти величины позволяют судить о скорости коррозии и степени защиты. Существуют минимальные и максимальные критерии защиты. Под минимальными понимают минимально допустимые значения потенциала или смещения потенциала, при которых коррозия прекращается или уменьшается до допустимых пределов. Максимальные критерии защиты вводятся для того, чтобы избежать водородного охрупчивания высокопрочных металлов, перезащиты алюминиевых сплавов, разрушения лакокрасочных покрытий при выделении газообразного водорода и других негативных последствий.
Оптимальная величина защитного смещения потенциала в морской воде составляет для корпусных углеродистых сталей 150-200 мВ.
1.2. КАТОДНАЯ ЗАЩИТА С РАСХОДУЕМЫМИ АНОДАМИ
В качестве расходуемых анодов, в принципе, можно использовать любой металл, имеющий более отрицательный потенциал, чем защищаемый металл (в соответствии с электрохимическим рядом напряжений). По ряду технико-экономических соображений такие аноды (часто их называют протекторы), как правило, изготавливают из сплавов на основе цинка, реже – алюминия или магния.
В таких системах защитные свойства обеспечиваются добавлением внешних анодов из менее благородного (более анодного) металла, чем защищаемая сталь. Когда сталь контактирует с анодом, тот отдает стали определенную часть энергии и тем самым защищает ее.
Аноды обычно изготавливают из цинковых или алюминиевых сплавов. Оба типа сплавов могут применяться для защиты стали в морской воде. Аноды в форме прутков, полос, относительно тонких брусков содержат внутри менее электроотрицательный материал (например, сталь) для обеспечения непрерывности и механической прочности. Внутренняя стальная пластина должна иметь форму и обработку, необходимые для обеспечения механического крепления к защищаемой стали. Зачастую их приваривают к стали.
1.3. СИСТЕМА КАТОДНОЙ ЗАЩИТЫ НАЛОЖЕННЫМ ТОКОМ
Эта система является альтернативной для судов и офшорных конструкций, передача потенциала в ней осуществляется от источника тока. Аноды делают более или менее химически стойкими. Они могут быть изготовлены из платинизированного титана или графита.
При работе системы наложенного тока обычно рекомендуется автоматический контроль. Это позволяет все время измерять потенциал стали относительно представленного электрода. При изменении потенциала изменяется величина тока.
В состав системы катодной защиты наложенным током входят аноды, источники питания с измерительной и регулирующей аппаратурой, электроды сравнения.
Аноды устанавливаются изолированно от морской конструкции и подключаются к положительному полюсу источника питания
Анодные материалы – малорастворимые (ферросилид, графит, свинец и его сплавы, магнетит) и нераствори- мые (платина и ее сплавы).
Качественное лакокрасочное покрытие позволяет значительно (в 10–100 раз) снизить плотность тока, необходимого для достижения защитного потенциала, поэтому электрохимическую защиту наиболее рационально сочетать с лакокрасочным покрытием.
Следует также учитывать, что при катодной поляризации происходит подщелачивание среды вблизи поверхности металла до рН равной 11, поэтому краски, применяемые совместно с электрохимической защитой, должны быть стойкими в этих условиях. К ним относятся краски на эпоксидной и полиуретановой основе.
Количество анодов при использовании систем наложенного тока гораздо меньше, чем протекторов, так как они рассчитаны на более высокие токи. Это вызывает сверхзащиту в зоне, близко прилегающей к аноду. Во избежание разрушения покрытия на этих участках вокруг анода наносится толстое покрытие (поле). Толщина может составлять от 1 до 1.5 мм, чаще всего поля наносятся диаметром 2…3 метра вокруг анодов.
Системы защиты наложенным током могут применяться как на стационарном оборудовании для нефтепродуктов, так и для судов. При использовании расходуемых анодов увеличивается сопротивление движению. Напротив, в системах наложенного тока аноды обычно обтекаемы, и сопротивление незначительно.
