Защитный анод от компании «Донкарб Графит»

Защитный анод
Защитный анод
1 Мар 2017

Защитный анод

Выбор материала защитного анода следует осуществлять в зависимости от условий эксплуатации.

Как правило, потребители обращают основное внимание на предельную плотность тока, при которой защитный анод может работать, и на скорость растворения. Но стоит обратить внимание и на распределение тока и потенциала по длине защищаемой конструкции, ведь этот фактор определяет рабочее плечо защиты заземлителя, что в конечном итоге может позволить потребителю сэкономить.

На основании этого были проведены исследования различных типов материалов.

Исследованию подвергали материалы анодных заземлителей: ферросилид (высококремнистый чугун), материал электрода ЭГТ (графит), сталь СТ 3, ферросилид с магнетитовым покрытием. Для каждого материала проводили измерения в почвенных условиях, направленные на оценку переходного сопротивления и сопротивления растеканию.

Переходное сопротивление заземлитель-грунт рассчитывали по вольтамперной характеристике заземлителя, получаемой гальваностатическим методом. Задавали значение тока, по прошествии времени стабилизации потенциала фиксировали полученное значение, после чего ток увеличивали и повторяли измерение потенциала.

Условия эксплуатации

Материал рабочего элемента анодного заземлителя

Морская и пресная вода, низкоомные грунты (УЭС не более 20 Ом*м), прочие среды с высокой коррозионной агрессивностью

Магнетит; платинированный титан, ниобий или тантал; оксидированный титан; свинцовосеребрянный сплав

Среды с высокой и средней коррозионной агрессивностью при УЭС до 100 Ом*м

Ферросилид

Грунты с пониженной влажностью

Графит

Любые грунты

Графитонаполненный полимер (резина)

Переходное сопротивление Расчет переходного сопротивления

Расчет переходного сопротивления заземлитель-грунт проводили по вольтамперным характеристикам макетов заземлителей. Данные характеристики имеют сложную форму и содержат участки отрицательных и положительных поляризационных сопротивлений.

№ замера

Сталь

Графит

Ферросилид

Оксидированный ферросилид

I, mA

E, V

I, mA

E, V

I, mA

E, V

I, mA

E, V

1

5

-0,303

5

1,406

5

0,447

2

0,227

2

10

-0,321

10

1,48

10

0,352

3

0,331

3

15

-0,441

15

1,531

15

0,976

5

0,528

4

20

-0,423

20

1,563

20

1,257

7

0,692

5

25

-0,409

25

1,596

25

1,327

9

0,861

6

40

-0,366

30

1,573

30

1,378

11

0,986

7

50

-0,339

35

1,606

35

1,429

8

60

-0,362

9

70

-0,385

Для стали отрицательные поляризационные сопротивления появляются при малых плотностях тока и связаны с процессами активного растворения, приводящим к росту поверхности электрода. По мере накопления продуктов растворения, ионов Fe2+ происходит их окисление и гидролиз с образованием ржавчины, в результате при более высоких плотностях тока поляризационное сопротивление становится положительным. Практически линейная вольтамперная характеристика характерна для оксидированного ферросилида, что означает протекание анодного процесса на неизменной поверхности электрода. Для ферросилида начальный участок отрицательного поляризационного сопротивления соответствует активному растворению, которое быстро сменяется пассивацией, сопровождающейся возрастанием сопротивления, после чего на запассивированной поверхности начинаются процесс выделения кислорода, характеризующийся меньшим поляризационным сопротивлением. На графитовом электроде участок отрицательных поляризационных сопротивлений появляется при больших плотностях тока, что соответствует пропитке и частичному механическому износу электрода, в результате чего увеличивается его поверхность.

С учетом полученных данных можно оценить удельное (по площади) поляризационное сопротивление, являющееся переходным сопротивлением заземлитель-грунт, формула 1.

А также пересчитать его на площадь реального заземлителя и оценить вклад скачка потенциала на границе заземлитель-грунт в общее напряжение станции катодной защиты. При пересчете использовали формулу 2.

Где Rз – сопротивление заземлителя; Rп – сопротивление макета; Sм – площадь макета; Sз – площадь заземлителя

Скачок потенциала оценивали по закону Ома при плотности тока на заземлитель 1,5 А/м2 по формуле 3.

Где I – сила тока; Rз - сопротивление заземлителя

Формулы

Материал электрода

Поляризационное сопротивление, Ом

Скачок потенциала на границе заземлитель-грунт при плотности тока 1,5 А/м2

Сталь

2,9

0,1218

Графит

9,6

0,4032

Ферросилид

11,4

0,4788

Ферросилид оксидированный

8,5

0,357

Полученные данные свидетельствуют о значительных поляризационных сопротивлениях графита и ферросилида вследствие пассивации первого и характере процессов на втором. На оксидированном ферросилиде сопротивление снижается из-за пористости покрывающего магнетитового слоя. Высокие значения составляющих общего напряжения станции катодной защиты могут быть снижены за счет применения коксо-минерального активатора, применение которого в почве является необходимым.

Как следует из данных рисунка угловой коэффициент распределения потенциала зависит как от природы заземлителя, так и от величины тока. Для всех исследованных материалов с ростом тока возрастает и неравномерность распределения потенциала, что связано в основном с масштабами и длиной защищаемой конструкции.

Расчет углового коэффициента

Сравнивая различные материалы защитного анода, можно отметить, что наиболее равномерное распределение потенциала, а значит и длина защитной зоны будет наблюдаться у оксидированного ферросилида, несколько меньшей она будет у стали и существенно меньше у обычного ферросилида и графита. При этом в диапазоне токов до 20 мА (1,5 А/м2) графит будет обеспечивать значительно большее плечо защиты.

Проведенные исследования показывают, что для выбора критериев оценки материалов анодных заземлителей необходимо использовать не какой-то один параметр (чаще всего используют скорость растворения), а проводить оценку длины защитной зоны и переходного сопротивления в разных диапазонах плотностей тока.

В широком диапазоне плотностей защитного тока большое плечо защиты и минимальные энергозатраты обеспечит сталь (стальной лом), однако срок службы такого материала будет очень мал, в связи с чем его можно рекомендовать для поверхностных заземлений, для которых затраты на установку не столь велики.

Для повышенных плотностей тока графит по сравнению с другими материалами повышенной стойкости будет обеспечивать минимальные энергозатраты на защитный анод, но несколько меньшую длину защитной зоны, в связи, с чем представляется обоснованным его применение в сухих и песчаных грунтах с высоким удельным сопротивлением.

Необходимо отметить, что комплексные лабораторные исследования материалов анодных заземлителей повышают достоверность проектирования электрохимической защиты.



Возврат к списку


Заказать Справочник материалов