Putkilinjojen katodinen korroosiosuojaus: varusteet, toimintaperiaate

2024 Kirjoittaja: Howard Calhoun | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2023-12-17 10:26

Suojakeinot korroosiota vastaan mahdollistavat metallirakenteen käyttöiän pidentämisen sekä sen teknisten ja fysikaalisten ominaisuuksien säilyttämisen käytön aikana. Huolimatta erilaisista korroosionestomenetelmistä, esineet voidaan suojata kokonaan ruostevaurioilta vain harvoissa tapauksissa.

Tällaisen suojan tehokkuus ei riipu pelkästään kulutuspinnan tekniikan laadusta, vaan myös sen käyttöolosuhteista. Erityisesti putkilinjojen metallirakenteen säilyttämiseksi katodien toimintaan perustuva sähkökemiallinen korroosiosuoja osoittaa parhaita ominaisuuksiaan. Ruosteen muodostumisen estäminen tällaisissa yhteyksissä ei tietenkään ole tämän tekniikan ainoa soveltamisala, mutta ominaisuuksien yhdistelmän kann alta tätä suuntaa voidaan pitää tärkeimpänä sähkökemiallisen suojauksen kann alta.

Yleistä tietoa sähkökemiallisesta suojauksesta

Metallien suojaaminen ruosteelta sähkökemiallisen vaikutuksen avulla perustuu materiaalin elektrodipotentiaalin riippuvuuteen korroosioprosessin nopeudesta. Siinä tulee käyttää metallirakenteitapotentiaalialue, jossa niiden anodinen liukeneminen on alle hyväksyttävän rajan. Jälkimmäinen muuten määräytyy laitoksen toiminnan teknisten asiakirjojen mukaan.

Käytännössä sähkökemiallinen korroosiosuojaus tarkoittaa tasavirtalähteen kytkemistä valmiiseen tuotteeseen. Suojatun kohteen pinnalla ja rakenteessa oleva sähkökenttä muodostaa elektrodien polarisaation, joka myös ohjaa korroosiovaurioiden prosessia. Pohjimmiltaan metallirakenteen anodivyöhykkeistä tulee katodisia, mikä mahdollistaa negatiivisten prosessien siirtymisen, mikä varmistaa kohteen rakenteen säilymisen.

Katodisuojauksen toimintaperiaate

Sähkökemiallisen tyyppinen katodinen ja anodisuojaus. Siitä huolimatta ensimmäinen konsepti, jota käytetään putkistojen suojaamiseen, on saanut suurimman suosion. Yleisperiaatteen mukaan tätä menetelmää toteutettaessa objektiin syötetään virta, jolla on negatiivinen napa ulkoisesta lähteestä. Erityisesti teräs- tai kupariputki voidaan suojata tällä tavalla, minkä seurauksena katodiosien polarisaatio tapahtuu niiden potentiaalien siirtyessä anoditilaan. Tämän seurauksena suojatun rakenteen korroosioaktiivisuus vähenee lähes nollaan.

Samaan aikaan katodisuojauksesta voi olla erilaisia versioita. Yllä kuvattua ulkoisesta lähteestä tulevaa polarisaatiotekniikkaa käytetään laaj alti, mutta myös elektrolyytin ilmanpoistomenetelmä katodisten prosessien nopeuden hidastumisella sekä suojaesteen luominen toimii tehokkaasti.

On todettu useammin kuin kerran, että katodisen suojauksen periaate toteutetaan ulkoisella virtalähteellä. Itse asiassa korroosiosuojan päätehtävä on sen työ. Nämä tehtävät suorittavat erikoisasemat, jotka ovat pääsääntöisesti osa yleistä putkiston kunnossapitoinfrastruktuuria.

Katodikorroosiosuojausasemat

Katodiaseman päätehtävä on tarjota vakaa virta kohdemetalliesineelle katodipolarisaatiomenetelmän mukaisesti. Tällaisia laitteita käytetään maanalaisten kaasu- ja öljyputkien infrastruktuurissa, vesijohtoputkissa, lämmitysverkoissa jne.

Tällaisia lähteitä on monia erilaisia, kun taas yleisin katodisuojalaite mahdollistaa:

• virtamuunninlaitteet;
• johdot liittämistä varten suojattuun kohteeseen;
• anodin maadoituselektrodi.

Samaan aikaan asemat on jaettu invertteri- ja muuntajaasemiksi. Muitakin luokituksia on, mutta ne keskittyvät laitosten segmentointiin joko sovelluksen tai teknisten ominaisuuksien ja syöttötietojen parametrien mukaan. Toiminnan perusperiaatteet havainnollistetaan selkeimmin mainituilla kahdella katodiasematyypillä.

Muuntajaasennukset katodisuojaukseen

On heti huomattava, että tämäntyyppinen asema on vanhentunut. Se korvataan invertterianalogeilla, joilla on sekä plussat että miinukset. Joka tapauksessa,muuntajamalleja käytetään jopa uusissa sähkökemiallisissa suojapisteissä.

Tällaisten esineiden perustana on 50 Hz:n matalataajuinen muuntaja ja tyristorimuuntaja. Tyristoriohjausjärjestelmää varten käytetään yksinkertaisimpia laitteita, mukaan lukien vaihepulssitehosäätimet. Vastuullisempi lähestymistapa ohjausongelmien ratkaisemiseen edellyttää laajan toiminnallisuuden säätimien käyttöä.

Tällaisilla laitteilla varustettujen putkilinjojen nykyaikainen katodinen korroosiosuojaus mahdollistaa lähtövirran parametrien, jänniteilmaisimien säätämisen sekä suojapotentiaalin tasaamisen. Mitä tulee muuntajalaitteiden haitoihin, ne johtuvat korkeasta virran a altoilusta lähdössä pienellä tehokertoimella. Tätä virhettä ei selitä virran sinimuotoinen muoto.

A altoiluongelman ratkaisemiseksi jossain määrin järjestelmään on mahdollista liittää matalataajuinen kuristin, mutta sen mitat vastaavat itse muuntajan mittoja, mikä ei aina tee sellaista lisäys mahdollinen.

Katodisuojausinvertteriasema

Invertterityyppiset asennukset perustuvat pulssisuurtaajuusmuuntimiin. Yksi tämän tyyppisten asemien käytön tärkeimmistä eduista on korkea hyötysuhde, joka on 95%. Vertailun vuoksi muuntajaasennuksissa tämä luku on keskimäärin 80 %.

Joskus muut hyveet tulevat esiin. Esimerkiksi invertteriasemien pienet mitat laajenevatmahdollisuuksia käyttää niitä vaikeilla alueilla. On myös taloudellisia etuja, jotka vahvistavat tällaisten laitteiden käyttökäytäntö. Siten putkistojen invertterikatodinen korroosiosuojaus maksaa itsensä nopeasti takaisin ja vaatii minimaalisia investointeja tekniseen ylläpitoon. Nämä ominaisuudet näkyvät kuitenkin selvästi vain muuntajaasennuksiin verrattuna, mutta nykyään on olemassa tehokkaampia uusia tapoja tuottaa virtaa putkistoon.

Katodiasemien suunnittelu

Tällaisia laitteita on saatavilla markkinoilla eri koteloissa, muodoissa ja mitoissa. Tietysti myös tällaisten järjestelmien yksilöllinen suunnittelu on laajalle levinnyt, mikä mahdollistaa optimaalisen suunnittelun saavuttamisen erityistarpeita varten myös tarvittavien toimintaparametrien tarjoamisen.

Aseman ominaisuuksien tiukka laskelma mahdollistaa sen asennus-, kuljetus- ja varastointikustannusten optimoinnin entisestään. Esimerkiksi putkistojen katodinen suojaus korroosiolta, joka perustuu invertteriin, jonka massa on 10-15 kg ja teho 1,2 kW, on varsin sopiva pienille esineille. Tällaisilla ominaisuuksilla varustettuja laitteita voidaan huoltaa henkilöautolla, mutta suurissa projekteissa voidaan käyttää massiivisempia ja raskaampia asemia, jotka edellyttävät kuorma-autojen, nosturin ja asennustiimien kytkemistä.

Suojaustoiminnot

Katodiasemien kehittämisessä kiinnitetään erityistä huomiota itse laitteiston suojaamiseen. Tätä varten integroimmejärjestelmät, jotka mahdollistavat asemien suojaamisen oikosuluilta ja kuormituskatkoilta. Ensimmäisessä tapauksessa käytetään erityisiä sulakkeita laitteistojen hätäkäyttöön.

Mitä tulee virtapiikkeihin ja katkoihin, ne eivät todennäköisesti vaikuta vakavasti katodisuojausasemaan, mutta sähköiskun vaara voi olla olemassa. Esimerkiksi jos normaalitilassa laitetta käytetään pienellä jännitteellä, niin tauon jälkeen ilmaisimien hyppy voi nostaa jopa 120 V.

Muut sähkökemialliset suojatyypit

Katosuojauksen lisäksi harjoitellaan myös sähköistä vedenpoistotekniikkaa sekä kulutuspintamenetelmiä korroosion estämiseksi. Lupaavimpana suunnana pidetään erityistä suojaa korroosion muodostumista vastaan. Tällöin kohdeobjektiin on kytketty myös aktiiviset elementit, jotka varmistavat pinnan muuntamisen katodeilla virran avulla. Esimerkiksi teräsputki osana kaasuputkia voidaan suojata sinkki- tai alumiinisylintereillä.

Johtopäätös

Sähkökemiallisen suojauksen menetelmiä ei voida luokitella uusiksi ja lisäksi innovatiivisiksi. Tällaisten tekniikoiden käytön tehokkuus ruostumisprosessien torjunnassa on hallittu pitkään. Yksi vakava haittapuoli kuitenkin estää tämän menetelmän laajan leviämisen. Tosiasia on, että putkistojen katodinen korroosiosuojaus synnyttää väistämättä niin kutsuttuja hajavirtoja. Ne eivät ole vaarallisia kohderakenteelle, mutta voivat vaikuttaa negatiivisestilähellä olevia esineitä. Erityisesti hajavirta edistää saman korroosion kehittymistä viereisten putkien metallipinnalle.