На бирже курсовых и дипломных проектов можно найти готовые бесплатные и платные работы или заказать написание уникальных курсовых работ, дипломов, лабораторных работ, контрольных работ, диссертаций, рефератов по самым низким ценам. Добавив заявку на написание требуемой для вас работы, вы узнаете реальную стоимость ее выполнения.

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

Быстрая помощь студентам

 

Результат поиска


Наименование:


реферат Электрохимическая зашита от коррозии

Информация:

Тип работы: реферат. Добавлен: 18.11.2012. Сдан: 2012. Страниц: 12. Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%

Описание (план):


 

Реферат

по курсу  «защита от коррозии»

на тему «Электрохимическая зашита от коррозии» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Москва 2008

Оглавление
 

ВВЕДЕНИЕ

    Среди различных способов защиты металлов от коррозии особое место занимают электрохимические способы. Это обстоятельство связано с тем, что чаще всего металлы в эксплуатационных условиях подвергаются электрохимической коррозии, против которой наиболее эффективны электрохимические методы защиты.
    Сущность  всех электрохимических методов  защиты заключается в смещении потенциала защищаемого металла в область значений, при которых его ионизация затруднена или вообще невозможна.

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ  МЕТОДОВ ЗАЩИТЫ ОТ КОРРОЗИИ

 
    Защита  от коррозии вообще необходима в том  случае, когда процесс коррозии протекает  при таком потенциале, которому соответствует  скорость ионизации металла, превышающая  технически допустимую, обеспечивающую необходимую долговечность конструкции.
    Как правило, в этом случае потенциал  коррозии ЕСТ находится в области активного растворения металла Е1СТ или в области нарушения пассивного состояния Е11 СТ (рис.1).
    Уменьшить скорость растворения до приемлемой, величины jдоп можно, сместив потенциал к достаточно низкому значению в активной области, например к Eзащ или сместив его в пассивную область, например, до Е11защ. Добиться требуемого смещения потенциала можно при помощи электрохимической защиты.
     Для смещения потенциала от Е1ст к Е1защ или от Е11ст к Е11защ металл необходимо поляризовать катодно. Добиться смещения потенциала в этом направлении можно, пользуясь внешним источником тока. Этот метод принято называть катодной защитой от внешнего источника.
    Катодную  поляризацию можно осуществить, соединив защищаемый металл с другим металлом, имеющим более отрицательный потенциал. Этот метод получил название катонной защиты с помощью анодных протекторов. Протектор в данном случае работает  

    Рисунок 1.
    Полная  анодная поляризационная кривая
как анод. Для смещения потенциала от Е1ст до Е11защ металл необходимо поляризовать анодно. При поляризации от внешнего источника тока метод называют анодной защитой. Возможно также осуществление анодной поляризации за счет соединения защищаемого металла с протектором, имеющим более положительный потенциал. Этот метод называется анодной защитой с помощью катодного протектора. Протектор в этом случае работает как катод.
    Таким образом, электрохимическая защита металлов от коррозии в растворах электролитов основана на зависимости скоростей растворения от потенциала. При катодной защите используют снижение скорости растворения металла в активной области при смещении потенциала в отрицательную сторону, т.е. положительный протект-эффект. Анодная защита использует принцип перевода металла в пассивное состояние.

КАТОДНАЯ  ЗАЩИТА

Катодная защита с помощью протекторов

 
    Наиболее  простым случаем катодной защиты является защита с помощью протекторов. В данном случае процесс электрохимической защиты обусловлен действием коррозионного элемента, образованного двумя разнородными металлами, помещенными в проводящую среду. В этом случае более благородный электрод коррозионного элемента – катод, менее благородным – анод. Возникающий гальванический ток является током короткого замыкания.
    Ток этого коротко замкнутого гальванического элемента катодно защищает теплопровод точно так же, как если бы поляризующий ток подавался от внешнего источника тока.
     Схематически катодная защита с  помощью протектора может быть представлена следующим образом (рис. 2).  
 
 
 
 
 
 

    Рисунок 2.
    1. протектор 
    2. активатор протектора 
    3. защищаемое сооружение (трубопровод).  

    При замыкании защищаемой конструкции  с протектором с помощью соединительного кабеля происходит растворение материала протектора, а на поверхности защищаемого сооружения идут восстановительные процессы, не приводящие к разрушению сооружения. В процессе эксплуатации протектор растворяется и требует периодической замены.
    Протекторы  широко используются для защиты подземных  трубопроводов и кабелей. Катодная защита с помощью протекторов не требует специальных источников энергии, поэтому может быть использована в труднодоступных районах, где отсутствуют постоянные источники энергии.
    Ее  используют преимущественно в тех  случаях, когда необходим защитный ток малой величины. Это бывает, если конструкция имеет хорошее изоляционное покрытие и необходима защита только тех участков, где изоляция нарушена.
    Область применения протекторной защиты ограничивается величиной удельного сопротивления  грунта. В токопроводящих грунтах протекторная защита становится малоэффективной.
    К протекторным материалам предъявляются  определенные требования:
    - потенциал материала протектора  должен быть достаточно отрицательным, чтобы пара "протектор – сталь" имела максимальную ЭДС;
    - протекторы не должны пассивироваться, т.е. поляризация протектора при пассивации может значительно снизить защитный ток.
    Для уменьшения возможности пассивации протектора его помещают в мешки, заполненные специальным активатором.
    - протекторный материал должен иметь высокую эффективность или высокую токоотдачу. Практической токоотдачей протектора qпр называют среднее количество электричества, получаемое с единицы массы протектора.

Материалы анодных протекторов

 
    В качестве протекторных материалов могут  быть использованы магний, алюминий, цинк или сплавы на основе этих металлов. Однако следует отметить, что чистые металлы, несмотря на достаточно высокий отрицательный потенциал, не получили широкое применение. Это объясняется тем, что Mg имеет сравнительно низкую токоотдачу, а алюминий и цинк склонны к пассивации. Например, КПД магния на 10-20% ниже, чем КПД специальных протекторов, изготовленных из сплавов на основе магния.
    Поэтому наибольшее применение находят различные  протекторные сплавы. Введение добавок в основной металл позволяет получать более отрицательный потенциал, более, активный, равномерно растворяющийся и не склонный к пассивации материал.  

 


Катодная защита внешним током

 
    Катодную  защиту внешним током (КЗВТ) широко применяют для защиты подземных и гидротехнических сооружений. Практически катодную защиту можно применять всегда, когда это экономически обосновано и имеются источники электроэнергии. Применимость катодной защиты зависит от характера катодной реакции коррозионного процесса.
    Если  коррозия протекает с водородной деполяризацией, то для достижения полной защиты металла необходим защитный ток, плотность которого во много раз превышает плотность коррозионного тока. Практически это означает, что использование катодной защиты в таких условиях невозможно из-за больших количеств выделяющегося водорода и значительных энергетических затрат. Например, для защиты стали в 0,3 М H2SO4 защитная плотность тока должна быть примерно 300 А/м2. Если же коррозия металла идет с кислородной деполяризацией, например, в грунтах, то защитная плотность тока в основном зависит от скорости диффузии кислорода. При этом величина защитного тока будет расти только при увеличении степени аэрации.
    Обычно  КЗВТ используется совместно с различными изоляционными покрытиями наружной поверхности защищаемого сооружения:
    - высокая эффективность (почти  100% защита);
    - возможность защиты протяженных  металлических поверхностей, имеющих  поврежденную изоляцию и вообще  лишенных её в средах с различным удельным сопротивлением;
    -возможность регулирования защитного тока в процессе эксплуатации;
    -возможность  автоматизации процесса защиты.
    К недостаткам метода можно отнести  высокую начальную стоимость  работ, необходимость систематического контроля и профилактического ремонта, а также возможное вредное влияние на соседние незащищенные металлические конструкции.
Организация КЗВТ
 
Установка катодной защиты состоит из источника  постоянного тока, анодного заземления и соединительных кабелей.
    Защищаемая  конструкция присоединяется к отрицательному полюсу источника тока, к его положительному полюсу подключают второй электрод – анодный заземлитель. Место контакта с конструкцией называется точкой дренажа. Принципиальную схему метода можно представить следующим образом (рис. 3)
    
    рис. 3
    1 – источник постоянного тока 2 – защищаемое сооружение
    3 – точка дренажа 4 – анодное  заземление 
    Работа  катодной защиты возможна лишь в том  случае, когда защищаемая конструкция и анодное заземление находятся в электронном и электролитическом контакте. Электронный контакт достигается с помощью металлических проводников, электролитический обеспечивается электропроводностью грунта. При этом поверхность защищаемого металла поляризуется катодно и на ней протекают процессы катодного восстановления, чаще всего – кислорода. Аноды служат для съема на землю положительных зарядов и на них протекают преимущественно анодные процессы окисления. Поэтому в данном случае, в отличие от протекторной защиты, необходимо заботиться о том, чтобы аноды были изготовлены из материалов, наиболее стойких к окислению.
    Для питания постоянным током обычно используют выпрямители, преобразующие переменный ток промышленной частоты в постоянный.
    В простейшем случае КЗВТ сооружения может  производиться от нерегулируемого источника с настраиваемым постоянным напряжением на выходе. Они получили название преобразователей потенциала с ручным управлением.
    Такая система защиты может быть использована, если параметры защищаемого объекта остаются стабильными во времени. Тогда задается от источника постоянная величина защитного потенциала, нерегулируемая во времени. Если параметры защищаемого объекта меняются во времени, то следует при организации КЗВТ использовать автоматические катодные станции, поддерживающие потенциал защищаемого объекта в заданном режиме.
    Преобразователи с автоматическим управлением оборудованы  устройством для стабилизации заданной разности потенциалов между защищаемым сооружением и землей. Они называются автоматическими станциями катодной защиты. Блок-схема автоматической станции катодной защиты представлена на рис.4
    С помощью блока, задающего потенциал 1, устанавливается требуемый защитный потенциал. Это значение потенциала сравнивается с помощью блока  сравнения 2 с потенциалом защищаемой конструкции, измеренной по отношению  к тому же электроду сравнения 4 с помощью блока измерения потенциала 3. Разность потенциалов после усиления блоком усилителя 5 подается на блок управления 6, корректирующего силу поляризующего тока, идущего от выпрямителя 7.
    
    Рис 4
Анодные заземлители при КЗВТ
 
    Анодное заземление является одним из важнейших  элементов катодной защиты. От правильного  выбора и расположения анодного заземления по отношению к защищаемому объекту зависит эффективность и надежность катодной защиты.
    
    Для обеспечения достаточной долговечности работы установки катодной защиты аноды должны быть изготовлены из материалов, стойких к окислению в условиях эксплуатации, т.к. их замена часто связана с большими затратами.
    Как показывает опыт эксплуатации, наибольшему  разрушению подвергаются стальные аноды (?9,1 кг/А. год). Это основной недостаток стальных анодов. Поэтому они применяются вместе с коксовыми активаторами, которые уменьшают скорость растворения анодов за счет снижения плотности тока.
    Известно  применение в качестве анодного материала алюминия. При этом допустимая плотность анодного тока значительно выше, чем в случае остальных анодов. Малый электрохимический эквивалент AI обеспечивает и меньший расход массы анода. Ограничением применения алюминия является его стоимость. Он может применяться для защиты конструкций, работающих в водных средах, не содержащих галоидов, где алюминий пассивируется.
    Графит, пропитанный воском или смолами, является легко доступным и сравнительно дешевым материалом. Однако он имеет  малую механическую прочность. Выделяющиеся при его работе газы также способствуют его механическому разрушению, поэтому области применения графита ограничены, хотя стойкость графитовых электродов в 10?15 раз выше остальных.
    Находят применение для изготовления анодов сплавы свинца. Они обладают хорошими электрохимическими и технологическими свойствами. При их анодной поляризации в области плотностей тока 200?500 А/м2 на поверхности свинцовых сплавов (Ag, Sb) образуется тонкая пленка проводящей двуокиси свинца (PbO2), которая делает анод устойчивым к растворению.
    Поэтому перед установкой таких анодов их поверхность подвергают предварительной  обработке – анодному окислению  – с целью получения пленки двуокиси свинца, надежно защищающей анод от быстрого растворения.
    Очень высокими свойствами в качестве анодных  материалов обладают сплавы свинца с  включениями из благородных металлов – платины или платинированного титана. Включение вплавляют или запрессовывают в анод в виде проволоки или полос.
    Такие добавки улучшают условие образования пленки PbO2 и способствуют её регенерации в случае механического повреждения. Эти аноды практически не растворимы и сохраняют в течение многолетней эксплуатации постоянное сопротивление растеканию тока в установках катодной защиты.
    Использоваться они могут в любых природных средах. Преимуществом таких анодов являются небольшие размеры и возможность придания им любой формы.
    Платинированный титан (Ti + Pt) с электрохимической  точки зрения ведет себя также как платина, хотя стоимость его во много раз ниже.
    Широко  применяют сейчас железокремниевые аноды, изготавливаемые из высококремнистых >16% Si чугунов – ферросилидов. Скорость их анодного растворения не превышает 0,5?0,6 кг/А. год. Они тоже могут эксплуатироваться во всех природных средах, содержащих Cl – ионы, ферросилид должен быть легирован молибденом или хромом.
    Чем выше содержание кремния в сплаве, тем лучше его электрохимические свойства – высокая хрупкость и твердость.
    К важнейшим факторам, характеризующим  свойства анода и определяющим его практическую пригодность, относятся скорость его коррозии и допустимая плотность тока.
    В каждом случае следует стремиться к  оптимальному распределению тока и  потенциала на защищаемой поверхности, что обеспечивается наименьшим сопротивлением растеканию тока анода.
    Сопротивление растеканию тока зависит, прежде всего  от сопротивления окружающей анод среды, от его размеров, формы, а также от их расположения в грунте.
    Сопротивление растеканию тока с заземлителя снижается  при увеличении его диаметра и длины. Причем, при увеличении длины снижение R идет быстрее, чем при увеличении радиуса заземлителя. Поэтому по мере заглубления заземлителей кривая распределения тока делается более плавной. Кроме того, более глубокие слои грунта, как правило, имеют большую влажность, что увеличивает их электропроводность и ещё больше снижает сопротивление растеканию тока. По этой же причине анодные заземлители следует устанавливать в местах наибольшего увлажнения грунта, т.е. в местах его наименьшего сопротивления.
    Т.к. вследствие явления электроосмоса прианодное пространство обезвоживается, рекомендуется устанавливать аноды ниже уровня грунтовых вод.
    Для увеличения электропроводности грунта аноды помещают в специальную засыпку, состоящую из токопроводящих веществ. Чаще всего для этого используют гранулированный кокс, активированный уголь, графит или смеси из этих веществ.
    Засыпка облегчает удаление образующихся на аноде газов. Кроме того, на поверхности  зерен засыпки, которые должны быть в среднем размером 2?10 мм, частично протекают электродные реакции, благодаря чему увеличивается рабочая поверхность анода и уменьшается его растворение.
    Конструкция заземления должна обеспечивать как  необходимую стабильность растеканию тока, так и долговечность заземления.
    Анодные заземления наиболее часто выполняют в виде параллельно соединенных электродов, расположенных как вертикально, так и горизонтально на глубине 5?8 м. Их называют поверхностными анодными заземлителями.
    В крупных городах, имеющих густую и разветвленную сеть подземных коммуникаций, применяются глубинные заземления, занимающие в плане минимальную площадь. Эти заземления устанавливаются на глубине, превышающей 12?15 м и их сооружение требует применения сложной буровой техники.
 


АНОДНАЯ ЗАЩИТА.

Общие представления об анодной защите

 
    Использование катодной защиты в агрессивных средах основной химической промышленности малоэффективно в связи с высокими плотностями необходимых защитных токов, а также вследствие интенсивного выделения водорода.
    Интерес к электрохимическим способам защиты в химической промышленности возрос в связи с развитием нового метода – анодной электрохимической защиты. Этот метод оказался наиболее применим именно в условиях химических производств.
    Сущность  метода заключается в наложении  анодной поляризации, приводящей к формированию пассивного состояния защищаемого металла и поддержанию его длительное время.
    Применению  анодной защиты благоприятствует широкое  использование в химической промышленности легкопассивирующихся металлов – нержавеющих сталей, титана и др. Поддержание пассивного состояния металла приводит к значительному снижению скорости его растворения.
    Анодную защиту в химической промышленности используют не только с целью увеличения срока службы оборудования, но и  для сохранения чистоты агрессивной среды, являющейся химическим продуктом.

Анодная защита с катодными  протекторами

 
    Для смещения потенциала защищаемого металла  в пассивную область можно  использовать катодный протектор –  более положительный электрод.
    Необходимая пассивации и поддержания пассивного состояния сила тока определяется соотношением поверхностей анода и катода, а также соотношением скоростей анодной и катодной реакции.
    В качестве протекторов могут быть использованы материалы, стационарный потенциал которых в данной среде, находится в области пассивного состояния защищаемого металла. Материал протектора должен быть устойчив в данной агрессивной среде и на его поверхности при смещении потенциала в отрицательную сторону должна протекать электрохимическая реакция, ток которой расходуется на поддержание устойчивого пассивного состояния защищаемого металла.
    В наибольшей степени всем этим требованиям, конечно, удовлетворяют 
    благородные металлы: платина, палладий, золото. Однако такие протекторные материалы не находят широкого применения ввиду высокой стоимости. Известно применение в качестве катодных протекторов и других металлов - никеля, титана – для защиты углеродистой стали; висмута и сурьмы – для защиты титана.
    Известно  также применение в некоторых  случаях в качестве протекторного материала нержавеющих сталей и сплава «хастеллой».
    Однако, в этих случаях площадь протектора, как правило, должна превышать площадь защищаемой поверхности, что, конечно, не всегда возможно.
    Из  всех применяющихся при анодной  защите протекторных материалов наиболее пригодным следует назвать графит. Он устойчив в многих агрессивных средах, обеспечивает относительно высокую плотность тока и достаточно дешев и доступен.
    В качестве графитовых протекторов можно использовать отходы при
    изготовлении графитовых электродов, футеровочные плитки из графита или другие изделия, выпускаемые нашей промышленностью.
    Достаточно  положительные стационарные всех известных  графитовых материалов, лежащие в  области устойчивого пассивного состояния стали, определяют принципиальную пригодность графита в качестве катодного протектора. Анодная защита с помощью протекторов может быть использована только в том случае, когда условия эксплуатации защищаемого объекта стабильны во времени, величина критического тока пассивации и тока в пассивном состоянии не велика, т.е. металл находится в пассивном состоянии уже при потенциале коррозии.

Анодная защита от внешнего источника тока

Анодная защита с регулированием потенциала
 
    Если  протяженность пассивной области  металла достаточно велика, разница в величинах максимального тока и тока в пассивном состоянии мала, электролит имеет достаточную электропроводность и условия работы стабильны, то можно использовать систем анодной защиты, поддерживающую на защищаемом объекте постоянное напряжение.  

    Защита  при постоянном напряжении весьма эффективна при защите углеродистой стали в концентрированной серной кислоте, где область пассивного состояния – почти 2В, максимальный ток вые тока пассивации всего в 3:10 раз и электропроводность среды высока. Применим такой способ и для защиты титана в хорошо проводящих средах.
    Напряжение, задаваемое источником питания, распределяется следующим
    образом:
    U=(Ea – Ek) + IR (35)
    где U – задаваемое напряжение, В 
    Ea; Ek – потенциалы анода и катода, В
    R – сопротивление электролита,  Ом 
    Схема анодной защиты в этом случае достаточно проста (рис.5). В данном слчае нет необходимости применять дорогостоящие потенциостаты, достаточно использовать стабилизированный источник постоянного тока.  

    
    .
    Для периодического контроля работы анодной защиты в этом случае может быть использован электрод сравнения и прибор для измерения потенциала защищаемой поверхности. Если же условия эксплуатации конструкции изменяются во времени, вызывая колебания потенциала защищаемой конструкции, то для анодной защиты необходимо использовать схем с регулированием и контролем потенциала.
    рис 5
    1 – защищаемое устройство; 2 – катод;
    3 – источник питания; 4 - электрод сравнения
Анодная защита с регулированием и контролем потенциала
 
    Этот  метод электрохимической защиты основан на переводе поверхности металла из состояния активного растворения в устойчивое пассивное и поддержания этого состояния пропусканием электрического тока от специального регулируемого источника. Как правило, в качестве таких источников используются потенциостаты или источники постоянного тока, электронные схемы которых обеспечивают поддержание определенного значения потенциала защищаемого металла. Схематически этот способ защиты представлен на рис. 6.
      
    рис. 6
    1 – защищаемая конструкция
    2 – катод 3 – электрод сравнения 
    4 – потенциостат 5 – прибор для  измерения потенциала защищаемой  конструкции 

КОМБИНИРОВАННАЯ АНОДНАЯ И АНОДНО – ПРОТЕКТОРНАЯЗАЩИТА

 
    Для надёжной работы анодной защиты внешним  током необходима постоянная поляризация анодным током от внешнего источника. Даже кратковременные перебои в электроснабжении могут привести к нарушению защиты. Общепринятым способом предотвращения таких случаев является немедленное переключение защищаемого объекта на протекторы. Т.е. система должна позволять как анодную поляризацию, так и защиту катодным протектором. Это и будет метод анодно - аноднопротекторной защиты.
    Сочетание анодной и анодно-протекторной защиты представляет собой высоконадежный способ. Такой метод предусматривает возможность регулирования защитного тока в широких пределах, как в случае анодной защиты. Наличие же протектора делает метод нечувствительным к кратковременным перебоям в подаче электроэнергии.
    При таком методе защиты регулятором  потенциала устанавливают область регулирования от верхнего до нижнего предела пассивного состояния. Потенциал протектора должен быть примерно в середине области регулирования (рис.7)
    
    При включении поляризующего тока потенциал  протектора и объекта смещается  до значения Е2. Затем поляризацию отключает, потенциал защищаемого объекта смещается в сторону отрицательных значений, однако заряд, накопленный протектором, уменьшает скорость спада потенциала.
и т.д.................


Перейти к полному тексту работы


Скачать работу с онлайн повышением уникальности до 90% по antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru


Смотреть полный текст работы бесплатно


Смотреть похожие работы


* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.