جوهر حماية الأنود من التآكل. خيارات الحماية الكاثودية لخطوط الأنابيب - مزايا وعيوب الطرق. أسباب حماية المداس

يمكن تقسيم جميع الطرق التي تطيل عمر خط الأنابيب إلى أربع مجموعات.

الدفاع السلبي . يتكون من تطبيق طلاء عازل للحماية يعتمد على البيتومين أو أشرطة البوليمر أو البوليمر المرشوشة على سطح الأنبوب. يجب أن تتمتع الطلاءات العازلة بالاستمرارية ، والقدرة العالية على العزل ، والالتصاق ، والقوة الميكانيكية ، ومقاومة الماء ، والمرونة ، والثبات الحيوي ، ومقاومة الحرارة ، والمتانة ، وعدم النقص.

يحضرون خليطًا ساخنًا من الماء المالح ، محلول مائي من هيكساسيانوفيرات البوتاسيوم ، الفينول فثالين ، وعامل التبلور. يسكبون هذا المزيج في طبقين بتري ويتركونه يبرد لمدة ساعة حتى يتجمد الجل. ويلاحظ أن الأجزاء المتطرفة من الظفر محاطة بمنطقة زرقاء ، والجزء المركزي محاط بمنطقة وردية. ما هي الأيونات التي ظهرت في الأجزاء المتطرفة وفي الجزء المركزي من الظفر؟

اكتب معادلة إلكترونية تترجم المعدن المعدني في نهايات الظفر. تتم كتابة شبه معادلة إلكترونية تترجم التحول الذي يحدث في الجزء المركزي من الظفر. لتفسير الملاحظات التي تم إجراؤها في طبق بتري ، من المفترض أن يتصرف الظفر مثل micropyle ، حيث تحدث الأكسدة والاختزال في مناطق منفصلة. كما هو الحال في أي خلية تقليدية ، يتم توفير الحياد الكهربائي للبيئة عن طريق إزاحة الأيونات هنا في هلام الملح. أكمل الشكل 1 بالإشارة.

مقدمة لمكونات المعدن التي تزيد من مقاومة التآكل . يتم تطبيق الطريقة في مرحلة تصنيع المعادن. في الوقت نفسه ، يتم إزالة الشوائب التي تقلل من مقاومة التآكل من المعدن.

تأثير بيئي . تعتمد الطريقة على إدخال مثبطات التآكل لتعطيل البيئة العدوانية.

مناطق الأكسدة والاختزال ، مناطق القطب الموجب والكاثود. . يُحاط الظفر بمنطقة وردية متجانسة تقريبًا ، بينما تُحاط صفيحة الزنك بمنطقة بيضاء. ما هو أحد المعدنين المؤكسد؟ استخدم نتائج هذه التجربة لشرح سبب قيام شركات بناء السفن بربط كتل الزنك بهيكل السفن الفولاذي.

الحماية بطلاء معدني: طلاء كهربائي بالزنك

البحار يريد أن يقدم حماية جيدةبدن سفينتك بهذه العملية. للقيام بذلك ، يقوم بتوصيل الفولتميتر في الوضع المستمر بين العلبة الفولاذية وكتلة الزنك. من الطرق المستخدمة لحماية الفولاذ من التآكل عزله عن الغلاف الجوي عن طريق دهانه بطلاء معدني بحيث يتم طلاء ألواح الصلب بطبقة رقيقة من الزنك. أنها "مجلفنة".

حماية نشطة . تتضمن هذه الطريقة الحماية الكاثودية والمداس والصرف.

48. الحماية الكاثودية

مع الحماية الكاثودية لخط الأنابيب ، يتم توصيل القطب الموجب لمصدر التيار المستمر (الأنود) بقطب أرضي خاص بالقطب الموجب ، ويتم توصيل القطب السالب (الكاثود) بالهيكل المحمي (الشكل 2.24).

أرز. 2.24. مخطط الحماية الكاثودية لخط الأنابيب

1- خط الكهرباء.

2 - نقطة المحول ؛

3 - محطة الحماية الكاثودية ؛

4 - خط انابيب

5 - تأريض الأنود.

6- كابل

يشبه مبدأ تشغيل الحماية الكاثودية التحليل الكهربائي. تحت تأثير المجال الكهربائي ، تبدأ حركة الإلكترونات من نظام القطب الكهربي الأرضي إلى الهيكل المحمي. عند فقدان الإلكترونات ، تمر الذرات المعدنية لقطب الأنود الأرضي على شكل أيونات في محلول الإلكتروليت في التربة ، أي يتم تدمير القطب الموجب. لوحظ وجود فائض من الإلكترونات الحرة عند الكاثود (خط الأنابيب) (استعادة معدن الهيكل المحمي).

49. حماية المداس

عند مد خطوط الأنابيب في مناطق يصعب الوصول إليها بعيدًا عن مصادر الطاقة ، يتم استخدام حماية المداس (الشكل 2.25).

1 - خط الأنابيب

2 - الحامي.

3 - موصل

4 - عمود التحكم

أرز. 2.25. مخطط حماية فقي

يشبه مبدأ تشغيل حماية الأضاحي مبدأ الزوجين الجلفاني. قطبان كهربائيان - خط أنابيب وواقي (مصنوعان من معدن أكثر كهربيًا من الفولاذ) متصلان بواسطة موصل. في هذه الحالة ، ينشأ اختلاف في الجهد ، حيث توجد حركة موجهة للإلكترونات من حامي الأنود إلى كاثود خط الأنابيب. وبالتالي ، تم تدمير الحامي ، وليس خط الأنابيب.

يجب أن تفي مادة المداس بالمتطلبات التالية:

توفير أكبر فرق الجهد بين المعدن الحامي والصلب ؛

يجب أن يكون التيار عند انحلال كتلة وحدة الحامي كحد أقصى ؛

يجب أن تكون نسبة كتلة المداس المستخدمة لإنشاء إمكانات وقائية إلى إجمالي كتلة المداس هي الأكبر.

استمر التطبيق الصناعي للجلفنة بالغمس الساخن منذ ما يقرب من قرنين من الزمان. ومع ذلك ، تظل هذه العملية هي الأكثر على نحو فعالحماية الصلب من الصدأ. على الرغم من التحسينات التقنية الكبيرة بمرور الوقت ، لا تزال عملية الجلفنة تتكون من غمس أجزاء من الصلب في حوض من الزنك المصهور.

ما يميز الجلفنة بالغمس الساخن عن أنظمة الحماية الأخرى هو أنه عندما تكون قطعة العمل ملامسة للزنك عند درجات حرارة أعلى من 450 درجة ، يتم تشكيل العديد من السبائك القائمة على الزنك على سطح قطعة العمل. يتشكل "الزنجار" على سطحها في غضون بضعة أشهر ، وهو عبارة عن شاشة مقاومة للاختراق ومقاومة للعوامل البيئية المسببة للتآكل. يتم تحديد سمك طبقة الزنك بشكل أساسي من خلال سمك جدار الفولاذ ، ويتم تضمين الحد الأدنى من السماكة المطلوبة في المعايير الحالية.

يتم تلبية المتطلبات بشكل أفضل المغنيسيوم والزنك والألمنيوم. توفر هذه المعادن كفاءة حماية متساوية تقريبًا. لذلك ، في الممارسة العملية ، يتم استخدام سبائكهم مع تحسين المواد المضافة ( المنغنيز، مما يزيد من الناتج الحالي و الهند- زيادة نشاط الحامي).

التآكل هو أحد أكثر العوامل المدمرة شيوعًا التي تؤثر على السيارة أثناء التشغيل. تم تطوير عدة طرق لحماية الجسم منه ، وهناك إجراءات تستهدف تحديداً ضد هذه الظاهرة ، بالإضافة إلى تقنيات معقدة لحماية السيارة وحمايتها من العوامل المختلفة. في هذه المقالة ، يتم النظر في الحماية الكهروكيميائية للجسم.

نظرًا لأن الطريقة الكهروكيميائية لحماية السيارة موجهة حصريًا ضد التآكل ، فيجب مراعاة الأسباب التي تسبب ضررًا للجسم. أهمها الماء والمواد الكيميائية المستخدمة في الطرق خلال فترة البرد. عندما يتم دمجها مع بعضها البعض ، فإنها تشكل محلول ملحي عالي التركيز. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الأوساخ التي استقرت على الجسم تحتفظ بالرطوبة في المسام لفترة طويلة ، وإذا كانت تحتوي على كواشف الطريق ، فإنها تجذب أيضًا جزيئات الماء من الهواء.

يتفاقم الوضع إذا كان طلاء السيارة به عيوب ، حتى لو كانت صغيرة الحجم. في هذه الحالة ، سيحدث انتشار التآكل بسرعة كبيرة ، وحتى الطلاءات الواقية المحفوظة على شكل مادة أولية وجلفنة قد لا توقف هذه العملية. لذلك ، من المهم ليس فقط تنظيف السيارة باستمرار من الأوساخ ، ولكن أيضًا مراقبة حالة الطلاء الخاص بها. تقلبات درجة الحرارة وكذلك الاهتزازات تلعب أيضًا دورًا في انتشار التآكل.

وتجدر الإشارة أيضًا إلى مناطق السيارة الأكثر عرضة لأضرار التآكل. وتشمل هذه:

• الأجزاء الأقرب إلى سطح الطريق ، مثل العتبات ، والمصدات ، وأسفل الهيكل ؛
• تركت اللحامات بعد الإصلاح ، خاصةً إذا تم إجراؤها بشكل غير مؤكد. ويرجع ذلك إلى ارتفاع درجة حرارة المعدن "إضعاف" ؛
• بالإضافة إلى ذلك ، غالبًا ما يؤثر الصدأ على العديد من التجاويف المخفية سيئة التهوية ، حيث تتراكم الرطوبة ولا تجف لفترة طويلة.

يشار إلى الطريقة المدروسة لحماية الجسم من الصدأ بالطرق النشطة. الفرق بينهم و طرق سلبيةتتمثل في حقيقة أن الأولى تخلق أي تدابير وقائية لا تسمح للعوامل المسببة للتآكل بالتأثير على السيارة ، في حين أن الأخيرة تعزل الجسم فقط عن تأثيرات الهواء الجوي. تم استخدام هذه التقنية في الأصل لحماية خطوط الأنابيب والهياكل المعدنية من الصدأ. تعتبر الطريقة الكهروكيميائية واحدة من أكثر الطرق فعالية.

تعتمد طريقة حماية الجسم ، والتي تسمى أيضًا بالطريقة الكاثودية ، على سمات مسار تفاعلات الأكسدة والاختزال. خلاصة القول هي أنه يتم تطبيق شحنة سالبة على السطح المحمي.

يتم تنفيذ التحول المحتمل باستخدام مصدر خارجي للتيار المستمر أو عن طريق التوصيل بمقطب موجب ، يتكون من معدن أكثر كهرسلبية من الجسم المحمي.

مبدأ تشغيل الحماية الكهروكيميائية للسيارة هو أنه بين سطح الجسم وسطح الأجسام المحيطة ، بسبب اختلاف الجهد بينهما ، يمر تيار ضعيف عبر الدائرة التي يمثلها الهواء الرطب. في ظل هذه الظروف ، يخضع المعدن الأكثر نشاطًا للأكسدة ، بينما يتم تقليل الآخر ، على العكس من ذلك. هذا هو السبب في أن الألواح الواقية المصنوعة من المعادن الكهربية المستخدمة في السيارات تسمى الأنودات الذبيحة. ومع ذلك ، مع التحول المفرط للجهد في الاتجاه السلبي ، وتطور الهيدروجين ، وتغير في تكوين الطبقة القريبة من القطب الكهربي ، وظواهر أخرى تؤدي إلى تدهور الطبقة الواقية وحدوث التآكل الإجهادي للحماية الكائن ممكن.

تتضمن التكنولوجيا قيد الدراسة للسيارات استخدام الجسم ككاثود (قطب سالب الشحنة) ، والعديد من الأشياء أو العناصر المحيطة المثبتة على السيارة التي تجري تيارًا ، على سبيل المثال ، الهياكل المعدنية أو أسطح الطرق المبتلة ، تعمل بمثابة أنود (إيجابيًا أعمدة مشحونة). في هذه الحالة ، يجب أن يتكون الأنود من معدن نشط ، مثل المغنيسيوم والزنك والكروم والألمنيوم.

تعطي العديد من المصادر فرق الجهد بين الكاثود والأنود. وفقًا لها ، من أجل توفير حماية كاملة ضد التآكل للحديد وسبائكه ، من الضروري الوصول إلى احتمال 0.1-0.2 فولت. القيم الكبيرة لها تأثير ضئيل على درجة الحماية. في هذه الحالة ، يجب أن تكون كثافة التيار الوقائي بين 10 و 30 مللي أمبير / متر مربع.

ومع ذلك ، فإن هذه البيانات ليست صحيحة تمامًا - وفقًا لقوانين الكيمياء الكهربائية ، فإن المسافة بين الكاثود والأنود تتناسب طرديًا مع حجم فرق الجهد. لذلك ، في كل حالة محددة ، من الضروري تحقيق قيمة معينة للفرق المحتمل. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الهواء ، الذي يعتبر في هذه العملية كإلكتروليت ، قادر على توصيل تيار كهربائي يتميز بفارق جهد كبير (حوالي كيلوواط) ، وبالتالي ، لن يتم إجراء تيار بكثافة 10-30 مللي أمبير / متر مربع بواسطة هواء. قد يحدث تيار "جانبي" فقط نتيجة للبلل في القطب الموجب.

بالنسبة لفرق الجهد ، لوحظ استقطاب التركيز فيما يتعلق بالأكسجين. في الوقت نفسه ، يتم توجيه جزيئات الماء التي سقطت على سطح الأقطاب الكهربائية نحوها بحيث يتم إطلاق الإلكترونات ، أي تفاعل الأكسدة. عند الكاثود ، يتوقف هذا التفاعل ، على العكس من ذلك. بسبب عدم وجود تيار كهربائي ، فإن إطلاق الإلكترونات يكون بطيئًا ، وبالتالي فإن العملية آمنة وغير مرئية. بسبب تأثير الاستقطاب ، هناك تحول إضافي في إمكانات الجسم في الاتجاه السلبي ، مما يجعل من الممكن إيقاف تشغيل جهاز الحماية من التآكل بشكل دوري. وتجدر الإشارة إلى أن منطقة الأنود تحدد بشكل مباشر كفاءة الحماية الكهروكيميائية.

في أي حال ، سيتم تنفيذ دور الكاثود بواسطة جسم السيارة. يحتاج المستخدم إلى تحديد كائن سيتم استخدامه كأنود. يتم الاختيار على أساس ظروف تشغيل السيارة:

• بالنسبة للسيارات الثابتة ، فإن الجسم المعدني القريب ، مثل المرآب (بشرط أن يكون مصنوعًا من المعدن أو يحتوي على عناصر معدنية) ، حلقة أرضية يمكن تركيبها في حالة عدم وجود مرآب في ساحة انتظار مفتوحة ، مناسبة أيضًا كاثود.
• في السيارة المتحركة ، مثل الأجهزة مثل "ذيل" التأريض المعدني المطاطي ، يمكن استخدام واقيات (أقطاب واقية) مثبتة على الجسم.

نظرًا لعدم وجود تيار يتدفق بين الأقطاب الكهربائية ، يكفي توصيل الشبكة الداخلية للسيارة +12 فولت بواحد أو أكثر من الأنودات من خلال المقاوم الإضافي. يعمل الجهاز الأخير على الحد من تيار تفريغ البطارية في حالة حدوث ماس كهربائي من الأنود إلى الكاثود. الأسباب الرئيسية للدائرة القصيرة هي التركيب الأمي للمعدات ، أو تلف الأنود أو تحلله الكيميائي بسبب الأكسدة. علاوة على ذلك ، يتم النظر في ميزات استخدام العناصر المدرجة سابقًا كأقطاب.

يعتبر استخدام المرآب كأنود هو الأكثر بطريقة بسيطةالحماية الكهروكيميائية لجسم السيارة الدائمة. إذا كانت الغرفة تحتوي على أرضية معدنية أو أرضية بأقسام مفتوحة من تركيبات حديدية ، فسيتم أيضًا توفير حماية الجزء السفلي. خلال الفترة الدافئة ، لوحظ وجود ظاهرة الاحتباس الحراري في المرائب المعدنية ، ومع ذلك ، في حالة إنشاء حماية كهروكيميائية ، لا تدمر السيارة ، بل تهدف إلى حماية جسمها من التآكل.

من السهل جدًا إنشاء حماية كهروكيميائية في وجود مرآب معدني. للقيام بذلك ، يكفي توصيل هذا الكائن بالموصل الإيجابي لبطارية السيارة من خلال المقاوم الإضافي وسلك التثبيت.

حتى ولاعة السجائر يمكن استخدامها كوصلة موجبة ، بشرط أن يكون بها جهد كهربائي عند إيقاف تشغيل الإشعال (لا يظل هذا الجهاز يعمل عند إيقاف تشغيل المحرك في جميع السيارات).

عند إنشاء حماية كهروكيميائية ، يتم استخدام الحلقة الأرضية كأنود وفقًا لنفس مبدأ المرآب المعدني الذي تمت مناقشته أعلاه. الفرق هو أن المرآب يحمي جسم السيارة بالكامل ، بينما هذه الطريقة هي فقط الجزء السفلي منها. يتم إنشاء الحلقة الأرضية عن طريق دفع أربعة قضبان معدنية بطول متر واحد على الأقل في الأرض حول محيط السيارة وسحب سلك بينها. الدائرة متصلة بالسيارة ، وكذلك بالجراج ، من خلال مقاوم إضافي.

التأريض المطاطي "الذيل" هو أبسط طريقة للحماية الكهروكيميائية للسيارة المتحركة من التآكل. هذا الجهاز عبارة عن شريط مطاطي به عناصر معدنية. مبدأ عملها هو أنه في ظروف الرطوبة العالية ، ينشأ فرق محتمل بين جسم السيارة وسطح الطريق. علاوة على ذلك ، كلما زادت الرطوبة ، زادت كفاءة الحماية الكهروكيميائية الناتجة عن العنصر المعني. يتم تثبيت "الذيل" الأرضي في مؤخرة السيارة بحيث يتم رشه بالمياه المتطايرة من أسفل العجلة الخلفية عند القيادة على طريق مبلل ، مما يزيد من كفاءة الحماية الكهروكيميائية.

تتمثل ميزة ذيل التأريض في أنه بالإضافة إلى وظيفة الحماية الكهروكيميائية ، فإنه يريح جسم السيارة من الجهد الساكن. هذا ينطبق بشكل خاص على المركبات التي تحمل الوقود ، لأن الشرارة الكهروستاتيكية ، الناتجة عن تراكم شحنة ثابتة أثناء الحركة ، تشكل خطورة على البضائع المنقولة بواسطتها. لذلك ، توجد أجهزة على شكل سلاسل معدنية تسحب على طول سطح الطريق ، على سبيل المثال ، في شاحنات الوقود.

على أي حال ، من الضروري عزل ذيل التأريض عن جسم السيارة في التيار المباشر ، والعكس بالعكس ، "ماس كهربائى" في التيار المتردد. يتم تحقيق ذلك باستخدام سلسلة RC ، وهي عبارة عن مرشح تردد أولي.

حماية السيارة من التآكل الطريقة الكهروكيميائيةمع استخدام الأقطاب الكهربائية الواقية كأنودات ، فهي مصممة أيضًا للتشغيل أثناء الحركة. يتم تثبيت الواقيات في أكثر الأماكن عرضة للتآكل في الجسم ، ممثلة في العتبات والأجنحة والقاع.

تعمل الأقطاب الكهربائية الواقية ، كما هو الحال في جميع الحالات التي تم النظر فيها سابقًا ، على مبدأ خلق فرق الجهد. ميزة هذه الطريقة هي الوجود المستمر للأنودات ، بغض النظر عما إذا كانت السيارة واقفة أو متحركة. لذلك ، تعتبر هذه التقنية فعالة للغاية ، لكنها الأصعب في الإنشاء. يفسر ذلك حقيقة أنه من أجل ضمان الكفاءة العالية للحماية ، من الضروري تثبيت 15-20 واقيًا على جسم السيارة.

كأقطاب واقية ، عناصر مصنوعة من مواد مثل الألومنيوم ، الفولاذ المقاوم للصدأالمغنتيت ، البلاتين ، الكربوكسيل ، الجرافيت. يُصنف الخياران الأولان على أنهما منهاران ، أي أنه يجب تغيير الأقطاب الواقية التي تتكون منها على فترات تتراوح من 4 إلى 5 سنوات ، في حين يُطلق على الباقي اسم غير مدمر ، نظرًا لأنها تتميز بمتانة أكبر بكثير. على أي حال ، فإن الواقيات عبارة عن ألواح مستديرة أو مستطيلة بمساحة 4-10 سم².

في عملية إنشاء مثل هذه الحماية ، من الضروري مراعاة بعض ميزات الحماة:

• يمتد نصف قطر الحماية إلى 0.25-0.35 م ؛
• يجب تثبيت الأقطاب الكهربائية فقط في المناطق التي بها طلاء ؛
• لإصلاح العناصر المعنية ، استخدم غراء الإيبوكسي أو المعجون ؛
• يوصى بتنظيف اللمعان قبل التثبيت ؛
• من غير المقبول تغطية الجانب الخارجي للواقيات بالطلاء والمصطكي والغراء وغيرها من المواد العازلة الكهربائية ؛
• نظرًا لأن الأقطاب الكهربائية الواقية عبارة عن لوحات مكثف مشحونة إيجابًا ، فيجب عزلها عن سطح جسم السيارة سالب الشحنة.

سيتم تنفيذ دور حشية العزل الكهربائي للمكثف بواسطة الطلاء والغراء الموجود بين الواقيات وجسم السيارة. يجب أيضًا مراعاة أن المسافة بين الواقيات تتناسب طرديًا مع المجال الكهربائي ، لذلك يجب تثبيتها على مسافة صغيرة من بعضها البعض لضمان سعة كافية للمكثف.

يتم توجيه الأسلاك إلى الأقطاب الواقية من خلال الثقوب في المقابس المطاطية التي تغلق الفتحات الموجودة في الجزء السفلي من السيارة. من الممكن تركيب العديد من الواقيات الصغيرة أو عدد أقل من الأقطاب الكهربائية الواقية على السيارة. على أي حال ، من الضروري استخدام هذه العناصر في المناطق الأكثر عرضة للتآكل ، والتي تواجه الخارج ، حيث يتم لعب دور الإلكتروليت في هذه الحالة عن طريق الهواء.

بعد تثبيت هذا النوع من الحماية الكهروكيميائية ، لن يصاب جسم السيارة بالصدمة ، لأنه يولد كهرباء بقوة صغيرة جدًا. حتى لو لمس الشخص القطب الواقي ، فلن يتلقى ضربة. هذا يرجع إلى حقيقة أنه في الحماية الكهروكيميائية المضادة للتآكل ، يتم استخدام تيار مباشر منخفض الطاقة ، مما يخلق مجالًا كهربائيًا ضعيفًا. بالإضافة إلى ذلك ، هناك نظرية بديلة مفادها أن المجال المغناطيسي موجود فقط بين سطح الجسم والمكان الذي يتم فيه تثبيت الأقطاب الكهربائية الواقية. لذلك ، تم إنشاء المجال الكهرومغناطيسي الحماية الكهروكيميائية، أضعف بأكثر من 100 مرة من المجال الكهرومغناطيسي للهاتف المحمول.