Tecnologia di protezione catodica delle tubazioni contro la corrosione
La protezione dalla corrosione delle tubazioni può essere eseguita utilizzando una varietà di tecnologie, la più efficace delle quali è il metodo elettrochimico, che include la protezione catodica. Spesso, la protezione catodica anticorrosione viene utilizzata in combinazione, insieme al trattamento di una struttura in acciaio con composti isolanti.
In questo articolo viene presa in considerazione la protezione elettrochimica delle condutture e viene studiata in dettaglio la sua sottospecie catodica. Imparerai qual è l'essenza di questo metodo, quando può essere utilizzato e quale attrezzatura viene utilizzata per la protezione catodica dei metalli.
Contenuto dell'articolo
Varietà di protezione catodica
La protezione dalla corrosione catodica delle strutture in acciaio fu inventata negli anni '20 dell'Ottocento. Per la prima volta, il metodo è stato applicato nella costruzione navale: lo scafo in rame della nave è stato rivestito con protezioni anodi protettive, che hanno ridotto significativamente il tasso di corrosione del rame. La tecnica è stata adottata e ha iniziato a essere attivamente sviluppata, il che l'ha resa uno dei metodi più efficaci di protezione anticorrosione oggi.
La protezione catodica dei metalli, secondo la tecnologia di esecuzione, è classificata in due tipi:
- metodo n. 1 - una sorgente di corrente esterna è collegata alla struttura protetta, in presenza della quale il prodotto metallico stesso funge da catodo, mentre elettrodi inerti di terze parti fungono da anodi.
- metodo #2 - " tecnologia galvanica“: la struttura da proteggere è a contatto con una piastra battistrada realizzata con un metallo a potenziale elettronegativo più elevato (tra questi metalli ricordiamo lo zinco, l'alluminio, il magnesio e le loro leghe). La funzione anodica in questo metodo è svolta da entrambi i metalli, mentre la dissoluzione elettrochimica del metallo della piastra del battistrada assicura il minimo richiesto di flusso di corrente catodica attraverso la struttura da proteggere. Nel tempo, la piastra del battistrada viene completamente distrutta.
Il metodo n. 1 è il più comune. Questa è una tecnologia anticorrosione di facile implementazione che affronta efficacemente molti tipi di corrosione dei metalli:
- corrosione intercristallina dell'acciaio inossidabile;
- corrosione per vaiolatura;
- fessurazione dell'ottone a causa di una maggiore sollecitazione;
- corrosione per correnti vaganti.
A differenza del primo metodo, adatto alla protezione di grandi strutture (utilizzate per condotte sotterranee e di superficie), la protezione elettrochimica galvanica è progettata per l'uso con prodotti di piccole dimensioni.
Il metodo galvanico è ampiamente utilizzato negli Stati Uniti, praticamente non è utilizzato in Russia, poiché la tecnologia per la costruzione di condotte nel nostro paese non prevede il trattamento delle autostrade con uno speciale rivestimento isolante, che è un prerequisito per l'elettrochimica galvanica protezione.
Va notato che la corrosione dell'acciaio sotto l'influenza delle acque sotterranee aumenta in modo significativo senza, il che è particolarmente tipico per i periodi primaverili e autunnali. In inverno, dopo il congelamento dell'acqua, la corrosione dell'umidità rallenta notevolmente.
L'essenza della tecnologia
La protezione dalla corrosione catodica viene eseguita applicando corrente continua, che viene fornita alla struttura protetta da una fonte esterna (il più delle volte vengono utilizzati raddrizzatori che convertono la corrente alternata in corrente continua) e rende il suo potenziale negativo.
L'oggetto stesso, collegato alla corrente continua, è un "meno" - un catodo, mentre la massa dell'anodo ad esso collegata è un "più". Una condizione chiave per l'efficacia della protezione catodica è la presenza di un ambiente elettrolitico ben conduttivo, che è il suolo quando si protegge le tubazioni sotterranee, mentre il contatto elettronico è ottenuto attraverso l'uso di materiali metallici altamente conduttivi.
Nel processo di implementazione della tecnologia tra il mezzo elettrolitico (suolo) e l'oggetto, viene costantemente mantenuta la differenza di potenziale di corrente richiesta, il cui valore viene determinato utilizzando un voltmetro ad alta resistenza.
Caratteristiche della protezione catodica delle condotte
La corrosione è la principale causa di depressurizzazione di tutti i tipi di tubazioni. A causa dei danni al metallo causati dalla ruggine, su di esso si formano fessure, cavità e crepe, che portano alla distruzione della struttura in acciaio. Questo problema è particolarmente critico per le condotte sotterranee, che sono costantemente in contatto con le acque sotterranee.
La protezione catodica dei gasdotti contro la corrosione viene eseguita con uno dei metodi di cui sopra (utilizzando un raddrizzatore esterno o un metodo galvanico). La tecnologia in questo caso consente di ridurre il tasso di ossidazione e dissoluzione del metallo di cui è composta la tubazione, che si ottiene spostando il suo potenziale di corrosione naturale sul lato negativo.
Attraverso prove pratiche si è riscontrato che il potenziale della polarizzazione catodica dei metalli, alla quale vengono rallentati tutti i processi di corrosione, è pari a -0,85 V, mentre per le condotte interrate in modo naturale è -0,55 V.
Affinché la protezione anticorrosione sia efficace, è necessario ridurre il potenziale catodico del metallo di cui è composta la tubazione mediante corrente continua di -0,3 V. In questo caso, il tasso di corrosione dell'acciaio non supera i 10 micrometri durante l'anno.
La protezione catodica è il metodo più efficace per proteggere le tubazioni sotterranee dalle correnti vaganti. Il concetto di correnti vaganti si riferisce ad una carica elettrica che entra nel suolo a seguito dell'azionamento di punti di messa a terra per linee elettriche, parafulmini o movimento di treni lungo le linee ferroviarie. È impossibile scoprire l'ora e il luogo esatti della comparsa delle correnti vaganti.
L'effetto corrosivo delle correnti vaganti sul metallo si verifica se la struttura metallica ha un potenziale positivo rispetto all'elettrolita (per le tubazioni sotterranee, il suolo funge da elettrolita). La protezione catodica, invece, rende negativo il potenziale metallico delle tubazioni sotterranee, eliminando il rischio della loro ossidazione sotto l'influenza delle correnti vaganti.
È preferibile la tecnologia dell'utilizzo di una fonte di corrente esterna per la protezione catodica delle tubazioni sotterranee. I suoi vantaggi sono una risorsa energetica illimitata in grado di superare la resistività del suolo.
Come fonte di corrente per la protezione anticorrosione vengono utilizzate linee elettriche aeree con una capacità di 6 e 10 kW, ma se non ci sono linee elettriche sul territorio possono essere utilizzati generatori mobili funzionanti a gas e gasolio.
Panoramica dettagliata della tecnologia di protezione dalla corrosione catodica (video)
Attrezzatura per protezione catodica
Per la protezione anticorrosione delle tubazioni sotterranee vengono utilizzate attrezzature speciali - stazioni di protezione catodica(SKZ), costituito dai seguenti nodi:
- messa a terra (anodo);
- sorgente di corrente continua;
- punto di controllo, monitoraggio e misurazione;
- cavi e fili di collegamento.
Un CPS, collegato alla rete elettrica o ad un generatore autonomo, può eseguire la protezione catodica di più tubazioni sotterranee adiacenti contemporaneamente. La regolazione della corrente può essere eseguita manualmente (cambiando l'avvolgimento sul trasformatore) o automaticamente (se l'impianto è dotato di tiristori).
Tra le stazioni di protezione catodica utilizzate nell'industria domestica, l'installazione tecnologicamente più avanzata è Minerva-3000 (progettata da ingegneri francesi su ordine di Gazprom). La capacità di questa SPZ è sufficiente per proteggere efficacemente 30 km di una condotta sotterranea.
I vantaggi dell'installazione includono:
- maggiore potenza;
- funzione di ripristino del sovraccarico (l'aggiornamento avviene in 15 secondi);
- disponibilità di sistemi di controllo digitali per il monitoraggio delle modalità operative;
- completa tenuta dei nodi critici;
- la possibilità di collegare apparecchiature per il controllo remoto.
Le installazioni ASKG-TM sono molto richieste anche nell'edilizia domestica, rispetto a Minerva-3000 hanno una potenza ridotta (1-5 kW), tuttavia, nella configurazione stock, il sistema è dotato di un complesso di telemetria che controlla automaticamente il funzionamento della SKZ e ha la capacità di controllare a distanza.
Stazioni di protezione catodica Minerva-3000 e ASKG-TM richiedono alimentazione a 220 V. Il controllo remoto dell'apparecchiatura avviene tramite moduli GPRS integrati. SKZ ha dimensioni piuttosto maggiori - 50 * 40 * 90 cm e peso - 50 kg. La durata minima dei dispositivi è di 20 anni.