Co je katodická ochrana?

Stanice katodové ochrany vyvíjím více než 15 let. Požadavky na stanice jsou jasně formalizovány. Jsou určité parametry, které je třeba zajistit. A znalost teorie protikorozní ochrany není vůbec nutná. Mnohem důležitější je znalost elektroniky, programování a principů navrhování elektronických zařízení.

Po vytvoření této stránky jsem nepochyboval, že se tam jednoho dne objeví sekce katodické ochrany. V něm budu psát o tom, co dobře vím, o stanicích katodové ochrany. Ale nějak nemohu zvednout ruku, abych napsal o stanicích, aniž bych alespoň krátce nemluvil o teorii elektrochemické ochrany. Pokusím se o takto složitém konceptu mluvit co nejjednodušeji, pro laiky.

Historie vývoje katodické ochrany je natolik zajímavou kapitolou, že jsem ji uvedl v samostatném článku. Nemá to praktický význam. Jen se divím.

Abyste se chránili před korozí, musíte pochopit, co je koroze a jaký je její původ.

Elektrochemická koroze.

Korozi lze definovat jako reakci materiálu s okolním prostředím, která v něm způsobuje znatelné změny.

Změna je vágní pojem. Proto existuje koncept poškození korozí, jehož hlavními příznaky jsou narušení fungování předmětu, například zničení stejné kovové trubky. Ne všechny reakce vedou k poškození. Pokud potrubí zhnědne nebo zezelená, ale neprosakuje, nebude to považováno za poškození korozí.

Materiály a prostředí se liší. Také reakce mezi nimi jsou různé. Koroze může být založena na čistě chemických reakcích. Ale je nepravděpodobné, že by někoho zajímala koroze bismutu v roztoku dihydrogenfosforečnanu sodného. Mnohem důležitější je vědět o korozi železné trubky zakopané v zemi.

Koroze kovových materiálů ve vodném prostředí je tedy v praktickém zájmu, tzn. elektrochemická koroze. Je založen na reakcích elektrochemické povahy.

Jako dítě jsem byl zvídavý kluk. Prováděl jsem pokusy s galvanickým nanášením mědi na železné předměty, což mé spolužáky překvapilo. Ještě víc jsem je ale ohromil, když jsem si do školy přinesl žiletku s nápisem proříznutým. Efekt jsem umocnil tím, že jsem to udělal laserem. Čepel jsem samozřejmě jednoduše natřel lakem, jehlou vyškrábal nápis, vložil do plechovky se solným roztokem, zapojil elektrický proud a trochu počkal. Nyní chápu, že mé zážitky z dětství byly ilustrací toho, jak dochází k elektrochemické korozi a jak se proti ní chránit. (Příběh o mých zážitcích z dětství není fikce, ale čistá pravda.)

Předměty elektrochemického korozního procesu jsou tedy:

médium – roztok elektrolytu (půda je vždy vlhká, jedná se tedy také o roztok elektrolytu);
rozhraní střední kov;
kovu.

Všechny tyto předměty jsou schopny vést elektrický proud a mají dobrou elektrickou vodivost. Roztok elektrolytu obsahuje anionty a kationty. Vytvářejí elektrický proud. Proud protéká sekcí roztoku kov-elektrolyt. Vlivem tohoto proudu dochází na rozhraní k elektrochemické reakci, kterou lze ovlivnit i vnějšími proudy. Mohou ovlivňovat různě, jak korozi zvyšují, tak ji zpomalují.

Vlivem proudu vzniká na hranici potenciálový rozdíl. Nelze to změřit. Proto se měří potenciál speciální referenční elektrody. Jde o jakýsi souhrnný indikátor elektrochemické reakce.

Přečtěte si více

Jak vyrobit generátor vlastníma rukama? Domácí jednoduchý elektrický generátor z elektromotoru doma

Fyzikální vysvětlení elektrochemické koroze vypadá takto. Kov obsahuje ionty železa (kladně nabité) a elektrony (záporně nabité). Obě složky reagují s roztokem elektrolytu.

Při kladném proudu přechází kov do roztoku, což je spojeno s průchodem iontů a způsobuje ztrátu kovové hmoty (rozpouštění kovu).
Při záporném proudu procházejí elektrony do roztoku a děje se tak bez ztráty kovové hmoty.

V prvním případě probíhají anodické a ve druhém případě katodové elektrochemické reakce. Anodická reakce (rozpouštění kovu) způsobuje korozi. Katodická reakce je reverzní proces koroze a používá se při galvanickém pokovování pro nanášení galvanických povlaků.

Princip činnosti katodové ochrany.

Je jasné, že pro ochranu předmětu před korozí je nutné vyvolat katodickou reakci a zabránit anodické reakci. Toho lze dosáhnout umělým vytvořením negativního potenciálu na chráněném objektu.

K tomu je nutné umístit anodové elektrody do prostředí (půdy) a připojit externí zdroj proudu: minus k chráněnému objektu, plus k anodovým elektrodám. Proud bude protékat obvodem anodová elektroda – půdní elektrolyt – předmět ochrany proti korozi.

Z hlediska galvanických procesů bude kovovým předmětem katoda a přídavnou elektrodou anoda.

Tím se zastaví koroze předmětu. Zničí se pouze anodová elektroda. Říká se tomu anodové uzemnění. Anodové elektrody jsou vyrobeny z inertního materiálu a jsou pravidelně měněny.

Stanice katodové ochrany.

Proud pro katodickou ochranu je generován speciálním zařízením – stanicí katodické ochrany.

V podstatě se jedná o sekundární zdroj energie, specializovaný napájecí zdroj. Tito. stanice je připojena k napájení (obvykle ~ 220 V) a generuje elektrický proud o zadaných parametrech.

Zde je příklad schématu systému elektrochemické ochrany podzemního plynovodu pomocí stanice katodové ochrany IST-1000.

Stanice katodové ochrany je instalována na povrchu země v blízkosti plynovodu. Protože Pokud je stanice provozována venku, musí mít IP34 nebo vyšší. Tento příklad používá moderní stanici s GSM telemetrickým ovladačem a funkcí potenciální stabilizace.

V zásadě jsou stanice katodové ochrany velmi odlišné. Mohou být transformátorové nebo invertorové. Mohou být zdroji proudu a napětí, mají různé režimy stabilizace a různé funkce.

Stanice z minulosti byly obrovské transformátory s tyristorovými regulátory. Moderní stanice jsou invertorové převodníky s mikroprocesorovým řízením a GSM telemechanikou.

Výstupní výkon zařízení katodové ochrany se obvykle pohybuje v rozmezí 1 – 3 kW, může však dosáhnout až 10 kW. Samostatný článek je věnován stanicím katodové ochrany a jejich parametrům.

Zátěž pro zařízení katodové ochrany je elektrický obvod: anodické uzemnění – půda – izolace kovového předmětu. Požadavky na výstupní energetické parametry stanic jsou proto v první řadě určeny: