- •Глава 1. Основы металловедения
- •Кристаллизация и структура металлов
- •Строение металла
- •1.1.2. Кристаллизация металла
- •1.1.3. Изменение структуры металла
- •1.1.4. Изучение структуры металла
- •1.2. Строение сплавов
- •1.2.1. Правило фаз
- •1.2.2. Сплав - механическая смесь
- •1.2.3. Сплав - твердый раствор
- •1.2.4. Сплав - химическое соединение
- •1.2.5. Тройные сплавы
- •1.2.6. Электролитические сплавы
- •1.3. Свойства сплавов
- •Глава 2. Коррозия металлов
- •2.1. Определение и методы исследования коррозии
- •2.1.1. Классификация коррозионных процессов
- •2.1.2. Методы оценки коррозии
- •2.1.3. Методы коррозионных исследований
- •2.2. Химическая коррозия
- •2.2.1. Внешние факторы газовой коррозии
- •2.2.2. Оксидные пленки
- •2.2.3. Методы защиты от газовой коррозии
- •2.2.4. Коррозия в неэлектролитах
- •2.3. Электрохимическая коррозия
- •2.3.1. Причины возникновения коррозии
- •2.3.2. Коррозионная диаграмма Эванса
- •2.3.3. Коррозия с водородной и кислородной деполяризацией
- •2.3.4. Влияние внешних факторов на скорость коррозии
- •2.3.5. Влияние внутренних факторов на скорость коррозии
- •2.3.6. Атмосферная коррозия
- •2.3.7. Морская коррозия
- •2.3.8. Подземная коррозия
- •2.3.9. Электрокоррозия
- •2.4. Методы защиты от электрохимической коррозии
- •2.4.1. Обработка коррозионной среды
- •2.4.2. Катодная защита
- •2.4.3. Протекторная защита
- •2.4.4. Анодная защита
- •Глава 3. Коррозионные процессы в нефтегазовом комплексе и методы предотвращения коррозии
- •3.1. Особенности эксплуатации металлов в процессе транспортировки и хранения нефти, нефтепродуктов и газа
- •3.2. Коррозия металлов при контактировании с нефтепродуктами
- •3.3. Рациональный выбор конструкционных материалов
- •3.4. Применение органических покрытий с целью предотвращения коррозии газонефтепроводов
- •3.5. Методы электрохимической защиты трубопроводов
- •3.6. Защита трубопроводов от блуждающих токов
- •3.7. Методы защиты трубопроводов от внутренней коррозии
- •Глава 1. Основы металловедения…………………….4
- •Глава 2.Коррозия металлов……………………………...41
- •Глава 3. Коррозионные процессы в нефтегазовом комплексе и методы предотвращения коррозии……………………………………………….……109
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14
2.4.2. Катодная защита
Катодная защита является типичным методом электрохимической защиты металла от коррозии. Защитный эффект достигается при катодной поляризации защищаемого металла от внешнего источника постоянного тока до потенциала определенной величины. Для осуществления катодного сдвига потенциала в поляризующую цепь включается дополнительный электрод, служащий анодом. Катодная защита эффективна только в том случае, если коррозионная среда обладает достаточно высокой электропроводимостью.
Физический смысл катодной защиты становится ясным после рассмотрения поляризационной диаграммы рис. 35. Допустим, металл Ме корродирует со скоростью ia при стационарном потенциале φстац.. По мере роста катодной поляризации металла стационарный потенциал начнет смещаться влево, что означает падение тока ионизации iа через значения ia1, iа2 вплоть до нуля. При достижении потенциала коррозия металла прекратится. Теоретически необходимая защитная плотность тока составит величину ; она в любом случае выше плотности тока коррозии. Сопряженный анодный процесс в цепи электролиза протекает на вспомогательном аноде. Анодная реакция чаще всего сводится к образованию кислорода, реже наблюдается частичное образование хлора; одновременно происходит (в той или иной степени) разрушение анода, кроме тех случаев, когда анод нерастворим.
Величина защитной катодной плотности тока зависит от типа коррозионной диаграммы. При протекании процесса с катодным контролем защитная плотность тока будет лишь незначительно превышать ток коррозии; при анодном контроле она максимальна и многократно превышает ток коррозии. На практике это составляет для стали величины порядка от 0,1 мA/дм2 (грунтовая коррозия) до 15 - 20 мА/дм2 (коррозия в движущейся морской воде).
Рис. 35. Поляризационная диаграмма для обоснования катодной защиты металла:
—минимально необходимая катодная плотность тока для защиты от коррозии
Плотность тока распределяется по поверхности защищаемого металла неравномерно из-за эффекта рассеивающей способности. Поэтому оптимальный катодный ток защиты всегда выше теоретически рассчитанного. Завышение оптимального защитного тока приведет к тому, что на некоторых участках металла, наиболее близко расположенных к анодам, будет наблюдаться слишком высокий катодный потенциал. Такое явление называется перезащитой и сопровождается достаточно энергичным катодным образованием водорода. Небольшая перезащита неопасна, она вызывает лишь дополнительный расход электроэнергии и анодного материала. При значительной перезащите водорода выделяется так много, что появляется опасность наводороживания поверхности металла, разрушения изолирующего покрытия и других нежелательных эффектов.
Величина напряжения, подаваемого в электрическую цепь катодной защиты, не влияет на защитный эффект. Она определяется величиной защитного тока, а также сопротивлением цепи, которое при подземной коррозии может быть весьма высоким, а в случае морской коррозии -незначительным.
В качестве анодов применяют чугун, сталь, графит, свинец, легированный серебром (1 - 2%), и даже платину, чаще в виде платино-титанового электрода. Выбор материала определяется коррозионной средой, требованиями к условиям эксплуатации (минимальный срок службы без замены анодов) и другими обстоятельствами. Если чугун, будучи самым дешевым материалом, требует регулярного обновления из-за ощутимого анодного растворения (его расход до 9 кг/А·год), то платина имеет практически неограниченный срок службы и допускает очень высокую анодную плотность тока - до 100 А/дм2.
На практике катодную защиту применяют для борьбы с коррозией стали, меди, свинца, алюминия в грунте и, особенно в разнообразных жидких средах, - от пресной воды до расплавленной соли. Широко используется катодная защита в условиях морской коррозии. Применяют и автономные системы, монтируемые на судах, и стационарные береговые системы по защите портовых сооружений и судов, стоящих на рейде.
Важными достоинствами катодной защиты являются высокая надежность, долговечность, высокий уровень рентабельности. Важно отметить косвенный экономический эффект этого метода: надежность системы защиты подземных магистральных трубопроводов позволяет проводить транспортировку нефти и газа при повышенном давлении, допускает снижение толщины стенок труб. Недостатками метода следует считать относительную сложность аппаратурного оформления в случаях, когда режим работы поддерживается автоматически, а также потребность в автономном или ином источнике постоянного тока.