Катодная защита наложенным током

Чтобы лучше понимать разницу между системами катодной защиты наложенным током и с расходуемыми анодами, начнем с краткого описания этих систем, их установки, типов анодов, источников энергии, их преимуществ и недостатков. В обоих случаях ток катодной защиты протекает от анодов через электролит к защищаемой конструкции.

Системы с наложенным током

В системах с наложенным током используется внешний источник энергии, обеспечивающий постоянный ток для катодной защиты. Как правило, их используют, когда требуется большое количество защитного тока, для оголенных конструкций, конструкций с некачественным покрытием и когда удельное сопротивление электролита больше 5000 Ом-см. Они также используются в большинстве длинных подземных трубопроводов, независимо от качества покрытия, а также для наземных резервуаров для хранения нефтепродуктов, систем забора морской воды, внутренних поверхностей резервуаров для пресной воды, обсадных колонн и корпусов судов. Иногда они используются для некоторых пирсов, причалов и морских сооружений.

Типы анодов в системах с наложенным током

• Неизнашиваемые аноды: основа из титана и ниобия с покрытием из платины и смешанных оксидов металлов (MMO) рутения и иридия. В настоящее время чаще всего используют MMO/Ti.
• Черные металлы: железо-кремний-хром, железо-кремний-хром-молибден, железо с высоким содержанием кремния, чугун, углеродистая сталь, нержавеющая сталь. В настоящее время чаще всего используют Fe-Si, с Cr в зонах с высокой концентрацией хлоридов и Fe-Si. Также используются магнетитовые (Fe3O4) аноды. Материалы на основе свинца и графита широко применялись в прошлом, однако их использование прекратилось, поскольку описанные выше материалы превосходят их по своим характеристикам. Коксовая мелочь широко используется в сочетании с подходящими анодами в условиях заглубления для эффективного снижения сопротивления и продления срока службы.
• Цветные металлы: алюминий и цинк используются в некоторых специализированных областях, медь — в противообрастающих системах.

Источники энергии

• Трансформаторы-выпрямители: однофазные или трехфазные, широкий диапазон входных напряжений (120, 220, 480В переменного тока), воздушное или масляное охлаждение, обычно с кремниевым диодом; обеспечивают низкое напряжение постоянного тока для катодной защиты. Могут быть: постоянного напряжения, постоянного тока или с регулируемым потенциалом. Вторые используются, когда конструкции требуется постоянный уровень тока. Последние используются, когда требуется автоматически регулировать выходное напряжение для поддержания постоянной структуры/потенциала электролита по отношению к стационарному электроду сравнения. Сетевое электричество и трансформатор-выпрямитель, как правило, обеспечивают самую низкую стоимость и высокую надежность наложенного тока для катодной защиты.
• Солнечная энергия: используется, когда нет коммерческого источника энергии. Для подачи питания ночью и в плохую погоду, когда солнечная энергия недоступна, требуются батареи.
• Ветровая энергия: используется, когда нет электрической энергии, а солнечная энергия ограничена. При отсутствии ветра для подачи тока требуются батареи.
• Термоэлектрические генераторы: используются в качестве низковольтного источника постоянного тока в отдаленных местах с доступом к углеводородному топливу (например, природный газ, метан, пропан). Это высокотехнологичное оборудование, которое требует периодического технического обслуживания.

Системы катодной защиты с гальваническим анодом

В системах с гальваническими анодами ток катодной защиты обеспечивается за счет разницы электрохимического потенциала между ними и конструкцией. Анодные материалы более активны в электрохимическом ряду напряжений металлов, чем конструкционные материалы. Гальванические (или расходуемые) аноды обычно используются в условиях с низким удельным электрическим сопротивлением. Стандартные области применения: морские нефтегазовые платформы и трубопроводы, морские ветровые установки, порты и портовые сооружения. Все это довольно сильноточные области применения. К слаботочным условиям относятся, например, короткие секции подземных трубопроводов, внутренние части затопленных судов и сооружений, таких как плотины, резервуары для нефтедобычи, опреснители, сепараторы и резервуары для хранения воды.

Типы гальванических анодов и их применение

• Магний: грунты, как правило, с удельным сопротивлением до 10000 Ом-см, обычно предварительно компонуется с засыпкой, содержащей гипс (75%), бетонит (20%) и сульфат натрия (5%). Можно использовать в виде ленты.
• Цинк: среды с удельным сопротивлением ниже 2000 Ом-см. Можно использовать в грунтах с засыпкой из гипса (50%) и бетонита (50%). Не рекомендуется использовать в электролитах, содержащих бикарбонат, карбонаты и нитраты. Температурное ограничение до 60°C. Можно использовать в виде ленты.
• Алюминий: аноды из алюминиевых сплавов в основном применяются в морских платформах и трубопроводах. Не рекомендуется применять в электролитах с щелочным pH (>8); использование в закрытых отсеках без пополнения может привести к существенному снижению pH и неэффективной работе.

Преимущества и недостатки систем с наложенным током и расходуемыми анодами можно обобщить в следующей таблице:

Доктор Антонио Мартинес Нимбро, независимый консультант по коррозии и катодной защите