Протекторная защита

 

Протекторная защита - наиболее простой метод электрохимической защиты. В качестве источника постоянного тока используют гальванический элемент, в котором защищаемый объект является катодом, а протектор из электроотрицательного металла - анодом (рис. 4.2.3).

Для защиты стали и других технических металлов широко используют протекторы из цинка, цинковых, алюминиевых и магниевых сплавов.

Применение цинка в качестве протектора менее желательно вследствие экологических ограничений, дефицитности, невысокой токоотдачи и склонности к пассивации в ряде сред. Магний и алюминий в виде чистых металлов также малопригодны: магний интенсивно саморастворяется (имеет малую токоотдачу), алюминий легко пассивируется.

Чистый нелегированный магний благодаря пластичности используется для гибких протяженных прутковых протекторов. КПД его на 15-25 % ниже, чем у магниевых сплавов.

КПД протекторов из сплавов, %: магния - 5070 %, алюминия - 80%, цинка - 95%. Магниевые протекторы (МГА; упакованные в активатор - ПМ, ППА) изготавливают из сплавов МА-4, МА-5, МА-16

Магниевые протекторы пригодны и для защиты алюминия и его сплавов.

 

Таблица 4.2.1

Характеристики протекторных материалов

Характеристика	магний	алюминий	цинк
Потенциал стандартный, В	-2, 36	-1, 66	-0, 76
стационарный, В	-1, 40	-0, 56	-0, 82
при поляризации, В	-1, 30	-0, 47	-0, 60
Токоотдача теоретическая, А-ч/кг
фактическая, А-ч/кг

 

Алюминиевые протекторы изготавливают из модифицированных сплавов АЦ-5, АЦ0л-5-0, АЦ0л-5-1, АМгЦ-10-15.

 

 

Таблица 4.2.2

Состав магниевых протекторных сплавов, %

Сплав	Алюми-ний	Цинк	Марганец	Магний
МЛ			0, 5	остальное
МЛ - 5	7, 59, 3	0, 20, 8	0, 20, 8	"
МЛ - 16	7, 59, 0	2, 03, 0	0, 150, 5	"

Цинковые сплавы ЦА-05 легированы алюминием при минимальном содержании вредных примесей железа, меди и свинца, что обеспечивает длительную работу протектора без пассивации.

Наиболее важным критерием для создания оптимальной системы защиты является потенциал протектора. Установлено, что практически полное подавление коррозии обеспечивается катодным сдвигом потенциала стали на 0, 12 В;

Таблица 4.2.3.

Технические характеристики протекторов

Тип протектора (числитель) и электрода (знаменатель)	Диаметр, мм	Длина, мм	Масса, кг
ПМ 5 / ПМ 5У	95/165	500/580	15/16
ПМ 10 / ПМ 10У	123/200	600/700	10/30
ПМ 20 / ПМ 20У	181/270	610/710	20/60

 

алюминия - на 0, 15 В. Дальнейшее смещение потенциала в отрицательную область приводит к непроизводительным потерям материала протекторов.

При растворении материала протекторов в замкнутых и ограниченных объемах (емкостях, цистернах) происходит изменение кислотности среды. При использовании алюминиевых сплавов - до pH = 4-5, цинковых - до pH = 9, магниевых - до pH = 11.

Изменение pH среды в результате электрохимической защиты в значительной степени тормозит биообрастание поляризованных поверхностей.

Из известных протекторных материалов только цинк и его сплавы не вызывают искрения при ударах.

Анодное растворение алюминиевых и особенно магниевых сплавов протекает с выделением водорода. Поэтому для протекторной защиты в замкнутых, ограниченных и особенно герметичных объемах используют цинковые сплавы.

Дальнодействие протектора определяется электропроводностью среды и наличием изоляции. Согласно данным Б.Н.Михайлова, дальнодействие цинкового протектора на неизолированной стали составляет: в дистиллированной воде 12мм, в воде р.Ангары 2025мм. В морской воде дальнодействие возрастает по сравнению с дистиллированной примерно в 4000 раз. Изоляция поверхности, в том числе солевыми катодными осадками (СКО), увеличивает дальнодействие на 1-2 порядка.

Протекторную защиту чаще всего применяют в сочетании с изоляционными покрытиями. В начале эксплуатации (от 1 до 5 лет) при полной сохранности покрытия эффективность протекторной защиты мала, и протекторы практически не работают до нарушения целостности покрытия или снижения его переходного сопротивления. КПД протекторов из алюминиевых или цинковых сплавов более высок, нежели из магниевых, т.к. исключено их саморастворение в период высоких защитных свойств изоляционных покрытий. Цинковые протекторные сплавы обладают наилучшим саморегулирующим эффектом (способностью включаться и отключаться в зависимости от сопротивления границы раздела протектор - защищаемый объект).

Эффективность протекторной защиты определяется электропроводностью среды. Для интенсификации и стабилизации работы протекторы при защите от подземной коррозии помещают в заполнители (активаторы) - смесь глины с сульфатами магния, натрия и кальция (алюминиевые протекторы - с гидроксидом кальция и хлоридом натрия). Заполнители поддерживают необходимую влажность грунта около протектора, уменьшают сопротивление растеканию тока протектора, обеспечивают равномерное растворение протектора и стабилизацию силы поляризующего тока во времени, предотвращают пассивацию, повышая КПД. Нередко для этой же цели протекторы устанавливают вблизи или непосредственно в реках, озерах и т. п.

Конструкции и типоразмеры протекторов выбирают с учетом: - требуемого срока службы протекторной защиты; - оптимальной зоны защитного действия протекторов с учетом относительно равномерного распределения потенциала; - удобства и простоты изготовления, монтажа, демонтажа и возобновления.

Протекторы могут поставляться с заполнителями в упакованном виде и без заполнителей.

Протекторная установка (рис. 4.2.3) включает протектор (одиночный или групповой), заполнитель и соединительные провода.

Групповые протекторные установки выполняются из нескольких отдельных протекторов, установленных на расстоянии 1, 5-2, 5 м друг от друга. Для обеспечения возможности контроля соединительные провода от каждого протектора выводятся на контрольно-измерительный пункт (КИП), где производится их подключение к защищаемому сооружению.

Протекторы изготавливают в виде отливок различного профиля, протяженных прутков круглого, прямоугольного и фигурного сечения. Для создания контакта протектора с защищаемым объектом в него при литье закладывают сердечник в виде стального оцинкованного прутка.

Для защиты трубопроводов хорошо зарекомендовали себя протяженные протекторы в виде биметаллических прутков (из цинкового и алюминиевого или магниевого сплава) с оцинкованным стальным проводом - сердечником. Последний обеспечивает жесткость и надежность конструкции в условиях неравномерного растворения прутков по длине, равномерное распределение потенциала и эффективное использование материала протектора.

Для защиты трубопроводов от подземной коррозии в основном применяют магниевые, реже цинковые сплавы (в морской воде - также алюминиевые сплавы) в виде одиночных, групповых и протяженных прутковых протекторов. В почвах с низкой электропроводностью (каменистые, болотистые), а также в морской воде все чаще применяют протяженные (прутковые или ленточные) протекторы.

Магниевые ленточные протекторы обеспечивают высокую эффективность и значительный срок безаварийной эксплуатации крупных трубопроводов. Так как они вызывают в цепи протектор - труба высокую силу тока, их используют для предварительной поляризации сооружения в морской воде. При этом на поверхности объекта образуется более или менее плотный слой СКО, что приводит к снижению необходимой величины защитного тока, обеспечиваемого обычными линейными протекторами в виде слитков. Срок службы линейных протекторов за счет этого увеличивается вдвое. Для защиты трубопроводов в подземных и морских условиях используют биметаллические магний-цинковые аноды, состоящие из магниевого сплава (внешний слой) и цинка (основная часть). Внешний слой обеспечивает предварительную поляризацию при более высокой плотности тока. Эти протекторы более экономичны, нежели цинковые.

Другой вид биметаллического цинк-магниевого анода используется для защиты изолированных морских сооружений. В начальный период эксплуатации, когда из-за высокого качества изоляции требуется небольшая сила тока, работает внешний слой анода - цинковый. После срабатывания цинка вступает в дело магниевый сплав.

Подводные трубопроводы защищают также и кольцевыми протекторами. Протекторы используются также для защиты наружной и внутренней поверхностей резервуаров, танков, цистерн. Как правило, изоляция названых объектов нерациональна, быстро разрушается, поэтому предпочтение отдается протекторной защите.

С помощью протекторов осуществляется защита корпуса и узлов диффузионных аппаратов, бойлеров, конденсаторов и холодильников.

Б.Н. Михайловым для защиты наружной поверхности трубок теплообменников рекомендовано нанесение на них по спирали протекторного материала методом газопламенного напыления в форме валика, что увеличило срок службы до 8 лет.

Протекторную защиту обеспечивают также покрытия из цинка, алюминия и их сплавов, выполненные методами металлизации и гальванотехники.

Для защиты от коррозии в условиях умеренных воздействий (промышленная и морская атмосфера, морская и пресная вода, нейтральные растворы солей), а часто и в более агрессивных средах все большее применение находят протекторные металлонаполненные грунтовки и краски. Наполнители: цинк, алюминий, магний и их сплавы, никель, кремний, фосфиды и ферриты металлов и т. д. Связующие: неорганические - материалы на силикатной основе, органические - различные синтетические смолы.