2.4.2. Катодная защита

Катодная защита является типичным методом электрохими­ческой защиты металла от коррозии. Защитный эффект дости­гается при катодной поляризации защищаемого металла от внешнего источника постоянного тока до потенциала определен­ной величины. Для осуществления катодного сдвига потенциала в поляризующую цепь включается дополнительный электрод, служащий анодом. Катодная защита эффективна только в том случае, если коррозионная среда обладает достаточно высокой электропроводимостью.

Физический смысл катодной защиты становится ясным после рассмотрения поляризационной диаграммы рис. 35. Допустим, металл Ме корродирует со скоростью i_a при стационарном потенциале φ^стац.. По мере роста катодной поляризации металла стационарный потенциал начнет смещаться влево, что означает падение тока ионизации i_а через значения i_a¹, i_а² вплоть до нуля. При достижении потенциала коррозия металла прекра­тится. Теоретически необходимая защитная плотность тока сос­тавит величину ; она в любом случае выше плотности тока коррозии. Сопряженный анодный процесс в цепи электролиза протекает на вспомогательном аноде. Анодная реакция чаще все­го сводится к образованию кислорода, реже наблюдается час­тичное образование хлора; одновременно происходит (в той или иной степени) разрушение анода, кроме тех случаев, когда анод нерастворим.

Величина защитной катодной плотности тока зависит от типа коррозионной диаграммы. При протекании процесса с ка­тодным контролем защитная плотность тока будет лишь незна­чительно превышать ток коррозии; при анодном контроле она максимальна и многократно превышает ток коррозии. На практике это составляет для стали величины порядка от 0,1 мA/дм² (грунтовая корро­зия) до 15 - 20 мА/дм² (корро­зия в движущейся морской воде).

Рис. 35. Поляризационная диаг­рамма для обоснования катодной защиты металла:

—минимально необходимая катод­ная плотность тока для защиты от коррозии

Плотность тока распределя­ется по поверхности защища­емого металла неравномерно из-за эффекта рассеивающей способности. Поэтому оптимальный катод­ный ток защиты всегда выше теоретически рассчитанного. Завышение оптимального за­щитного тока приведет к тому, что на некоторых участках металла, наиболее близко распо­ложенных к анодам, будет на­блюдаться слишком высокий катодный потенциал. Такое яв­ление называется перезащитой и сопровождается достаточно энергичным катодным образованием водорода. Небольшая перезащита неопасна, она вызывает лишь дополнительный расход электроэнергии и анодного материала. При значительной перезащите водорода выделяется так много, что появляется опасность наводороживания поверхности металла, разрушения изо­лирующего покрытия и других нежелательных эффектов.

Величина напряжения, подаваемого в электрическую цепь катодной защиты, не влияет на защитный эффект. Она определяется величиной защитного тока, а также сопротивлени­ем цепи, которое при подземной коррозии может быть весьма высоким, а в случае морской коррозии -незначительным.

В качестве анодов применяют чугун, сталь, графит, свинец, легированный серебром (1 - 2%), и даже платину, чаще в виде платино-титанового электрода. Выбор материала определяется коррозионной средой, требованиями к условиям эксплуатации (минимальный срок службы без замены анодов) и другими обстоятельствами. Если чугун, будучи самым дешевым материа­лом, требует регулярного обновления из-за ощутимого анодного растворения (его расход до 9 кг/А·год), то платина имеет прак­тически неограниченный срок службы и допускает очень высо­кую анодную плотность тока - до 100 А/дм².

На практике катодную защиту применяют для борьбы с кор­розией стали, меди, свинца, алюминия в грунте и, особенно в раз­нообразных жидких средах, - от пресной воды до расплавленной соли. Широко используется катодная защита в условиях мор­ской коррозии. Применяют и автономные системы, монтируемые на судах, и стационарные береговые системы по защите порто­вых сооружений и судов, стоящих на рейде.

Важными достоинствами катодной защиты являются высо­кая надежность, долговечность, высокий уровень рентабельности. Важно отметить косвенный экономический эффект этого метода: надежность системы защиты подземных магистральных трубо­проводов позволяет проводить транспортировку нефти и газа при повышенном давлении, допускает снижение толщины стенок труб. Недостатками метода следует считать относительную слож­ность аппаратурного оформления в случаях, когда режим рабо­ты поддерживается автоматически, а также потребность в авто­номном или ином источнике постоянного тока.