Коррозия возникает, когда два разнородных металла погружаются в электролитическое вещество, такое как вода, грунт или бетон. Этот тип металлического проводящего пути между двумя разнородными металлами обеспечивает путь, по которому свободные электроны перемещаются от более активного металла (анода) к менее активному металлу (катоду). Если свободные электроны с анода не достигают активных центров на катоде до поступления кислорода, ионы в активных центрах могут затем рекомбинировать с образованием ржавчины. Основной причиной разрушения бетона является коррозия встроенных металлов. В частности, коррозия арматурной стали, коррозия стали с эпоксидным покрытием и коррозия предварительно напряженного бетона при отсутствии контроля могут в конечном итоге привести к значительным затратам на восстановление или замену конструкции. Катодная защита используется для уменьшения коррозионных повреждений активных металлических поверхностей. Анод является одним из наиболее важных компонентов системы катодной защиты. Она используется для распределения защитного тока по арматурной стали и обеспечивает места для протекания анодных реакций на месте арматурной стали. Благодаря использованию относительно инертных материалов, таких как катализируемый титан, расход анода сводится к минимуму.
Катодная защита (CP) — это метод, используемый для контроля (предотвращения) коррозии металла путем обеспечения его работы в качестве катода в электрохимической ячейке. Применение CP на железобетонных конструкциях (RC) появилось более недавно, чем его применение для морских стальных конструкций или заглубленных стальных конструкций в грунт. CP, применяемый к RC-конструкциям, хорошо описан на протяжении десятилетий как для существующих RC-конструкций (катодная защита), так и для новых RC-конструкций (катодная профилактика). Ее можно наносить на любую металлическую конструкцию, находящуюся в контакте с объемным электролитом, хотя на практике ее основное применение заключается в защите стальных конструкций, заглубленных в почву или погруженных в воду. Системы катодной защиты используются для защиты широкого спектра металлических конструкций в различных средах. Это метод борьбы с коррозией для защиты подземных и подводных металлических конструкций, таких как нефте- и газопроводы, кабели, инженерные линии и фундаменты сооружений. Катодная защита в настоящее время широко применяется для защиты нефтяных буровых платформ, верфей, причалов, кораблей, подводных лодок, конденсаторных труб в теплообменниках, мостов и палуб и т.д. Катодная защита соединяет основной металл, подверженный риску (сталь), с расходуемым металлом, который подвергается коррозии вместо основного металла. Технология обеспечения катодной защиты стали сохраняет металл за счет получения высокоактивного металла, который может действовать как анод и выделять свободные электроны. Вводя эти свободные электроны, активный металл теряет свои ионы и предохраняет менее активную сталь от коррозии.
Катодная защита работает путем помещения анода или анодов (внешних устройств) в электролит для создания цепи. Ток течет от анода через электролит к поверхности конструкции. Коррозия перемещается к аноду, чтобы остановить дальнейшую коррозию конструкции.Гальванические аноды доступны в различных конфигурациях, включая:
- Аноды из чистого металла, включая магний, цинк, алюминий и другие сплавы
- Упакован в засыпку для подземного использования
- Изготавливается с внешними стальными накладками для крепления к конструкциям
- Типы лент
- Стержень и специальные формы
Выбор системы катодной защиты
Для принятия решения о системе катодной защиты требуется следующий анализ
- Подробные конструктивные размеры и чертежи
- Схема поверхностного покрытия
- Детали слоев почвы / рельефа
- Наличие посторонних металлических конструкций.
- Детали обсаженных переходов
- История коррозионных зон
- Условия рассеянного тока
- Рабочая температура
- Наличие источника переменного тока
- История коррозии конструкций в этом районе
- Отчет об исследовании удельного сопротивления электролита и рН для определения скорости коррозии
Виды катодной защиты
Гальваническая катодная защита
Гальваническая катодная защита — это метод предотвращения коррозии, при котором используются электрохимические средства для защиты основного материала от коррозии. Это достигается за счет использования расходуемого анода, который подвергается коррозии раньше материала, защищаемого расходуемым анодом. Гальваническая катодная защита является одной из наиболее часто используемых форм катодной защиты из-за ее простоты использования. В качестве анода обычно используются металлические сплавы цинка, магния или алюминия, поскольку эти металлические сплавы имеют собственный потенциал (более отрицательный), чем металл катодной конструкции. Основным металлом обычно является сталь, но в зависимости от окружающей среды и коррозионной природы электролита основной металл может состоять из нержавеющей стали, ковкого чугуна, алюминия и /или других материалов. Системы с расходуемым анодом не требуют внешнего источника питания, являются саморегулируемыми и требуют очень небольшого технического обслуживания.
Катодная защита под воздействием тока
Катодная защита под воздействием тока (ICCP) — это система защиты от коррозии, состоящая из расходуемых анодов, подключенных к внешнему источнику питания. Внешний источник питания, часто источник постоянного тока, обеспечивает ток, необходимый для запуска электрохимической реакции, необходимой для возникновения катодной защиты.При отсутствии источника питания постоянного тока можно использовать трансформатор-выпрямитель, подключенный к сети переменного тока. Для питания электрохимического элемента также могут быть использованы альтернативные источники, включая ветряные, солнечные или газовые термоэлектрические генераторы.
Системы катодной защиты с повышенным током обычно используются в относительно больших конструкциях, где методы пассивной катодной защиты неэффективны или непрактичны. Например, пассивная катодная защита подходит для защиты отдельных элементов конструкции и приборов. Однако этот метод генерирует минимальный ток, что делает его неэффективным для защиты более крупных сооружений, таких как нефте- и газопроводы и резервуары для хранения.
Вместо того, чтобы зависеть от естественной разности потенциалов между материалом анода и катода, системы ICCP используют внешние источники для обеспечения необходимого тока. Этот увеличенный ток позволяет катодной защите охватывать более широкую эффективную площадь.
Гибридная катодная защита
Гибридные системы используются более десяти лет и включают в себя координацию, мониторинг и высокий восстановительный ток систем ICCP с реактивными, более дешевыми и простыми в обслуживании гальваническими анодами.
Система состоит из соединенных проволокой гальванических анодов, расположенных рядами обычно на расстоянии 400 мм друг от друга, которые затем на короткое время запитываются для восстановления бетона и усиления миграции ионов. Затем блок питания отключается, и аноды просто прикрепляются к стали в виде гальванической системы. При необходимости можно ввести дополнительные фазы питания. Как и в гальванических системах, для измерения коррозии можно использовать мониторинг скорости коррозии на основе поляризационных тестов и картирования потенциала полуэлемента. Поляризация не является целью срока службы системы.
Заключение
Катодная защита — это метод контроля коррозии стали в загрязненном бетоне, который работает за счет катодирования встроенной арматурной стали. Когда сталь становится катодной, вокруг нее накапливаются гидроксильные ионы, что делает ее пассивной в течение более длительного времени. Арматурная сталь электрически соединена с другим металлом, который становится анодом с использованием внешнего источника питания или без него. Катодная защита используется для защиты практически любого типа железобетонных конструкций, включая горизонтальные плиты, стены, башни, балки, колонны и фундаменты.