1tom316

12. ELEKTROCHEMIA 634

Elektrodami ogniwa korozyjnego mogą też być różne metale stykające się ze sobą w środowisku elektrolitycznym. Korzystając z szeregu napięciowego można się zorientować, który z metali będzie się zachowywał anodowo w powstającym przy styku ogniwie.

Intensywność procesu korozyjnego zależy od stosunku powierzchni anodowej i katodowej. Tm mniejsza powierzchnia anodowa, tym większa gęstość prądu wypływającego z niej do środowiska i tym szybsze niszczenie korozyjne.

Szczególnie duże szkody korozyjne powoduje elektroliza wskutek oddziaływania prądów błądzących. Uwidacznia się to przede wszystkim na długich metalowych konstrukcjach podziemnych, takich jak rurociągi różnego rodzaju i kable. Oddziaływanie prądów błądzących obserwuje się niekiedy w znacznych odległościach od źródeł ich powstawania, przy czym korozję powodują przede wszystkim prądy stałe. Im większa jest częstotliwość prądów błądzących, tym mniejsze zagrożenie korozyjne. Niektóre metale jednak wykazują wrażliwość na korozję spowodowaną prądami przemiennymi, np. stale nierdzewne i aluminium.

Źródłem prądów błądzących mogą być: sieć tramwajowa i kolejowa prądu stałego, koleje podziemne, elektryczny transport kopalniany, urządzenia przemysłowe zasilane prądem stałym, urządzenia spawalnicze (zwłaszcza w stoczniach), stacje katodowe i urządzenia drenażowe, sieć telekomunikacyjna zasilana prądem stałym itp.

Największy udział w korozji metalowych konstrukcji podziemnych mają prądy błądzące z urządzeń trakcyjnych prądu stałego, przy czym prąd upływający do ziemi jest tym większy, im mniejsza jest rezystancja przejścia między szynami a ziemią i im większa wzdłużna rezystancja szyn. W niektórych przypadkach, np. przy braku połączeń szynowych, zanieczyszczeniu podłoża itp. prąd błądzący może osiągać 70-h80% całkowitego prądu trakcyjnego. Środki ochrony, jakie należy podejmować po stronic źródeł prądów błądzących, w celu ograniczenia ich upływu do ziemi, są podane w [12.22].

Mała rezystywność gruntu — występująca coraz częściej w rejonach gęsto zaludnionych, gdzie sole chlorkowa w dużych ilościach są stosowane do odladzania nawierzchni — wzmaga intensywność procesu korozyjnego do tego stopnia, że powłoka ołowiana kabla lub ścianka rurociągu stalowego o znacznej grubości może skorodować miejscowo w ciągu paru miesięcy.

12.3.4. Sposoby ochrony

Korozję elektrochemiczną można zwalczać metodami galwanicznymi i elektrolitycznymi. W obu przypadkach polaryzuje się powierzchnię metalu do takiego potencjału, przy którym nie ma bezpośredniej wymiany jonów metalu ze środowiskiem elektrolitycznym. Można to osiągnąć zarówno przez polaryzację anodową, jak też katodową metalu. W pierwszym przypadku potencjał konstrukcji metalowej przesuwa się w kierunku dodatnim, w drugim — w kierunku ujemnym w stosunku do potencjału spoczynkowego, tzn. potencjału, jaki jest bez udziału prądów błądzących. Rozróżnia się więc dwa podstawowe sposoby ochrony elektrochemicznej (rys. 12.12).

W przypadku ochrony anodowej proces korozji jest hamowany przez wytworzenie stanu pasywnego na powierzchni metalu stykającego się ze środowiskiem elektrolitycznym. Sposób ten jest stosowany przede wszystkim do metali wykazujących skłonność do pasywacji. Znajduje on zastosowanie w różnych dziedzinach przemysłu chemicznego do

Rys. 12.12. Schemat podziału sposobów ochrony elektrochemicznej

ochrony aparatury stykającej się z agresywnymi cieczami. Szczegóły dotyczące tego typu ochrony podano m.in. w [12.12],

Ochronę katodową stosuje się zarówno do konstrukcji eksploatowanych w środowiskach ciekłych, jak też w gruntach. Zasada ochrony katodowej sprowadza się do takiego obniżenia potencjału konstrukcji metalowej, przy którym na powierzchni styku ze środowiskiem elektrolitycznym będą zachodziły tylko procesy redukcji. Ochronę katodową można realizować trzema sposobami, jak pokazano na rys. 12.13.

Rys. 12.13. Sposoby ochrony katodowej: a) za pomocą anod galwanicznych; b) za pomocą drenażu elektrycznego; c) za pomocą stacji katodowych

1 kabel chroniony, 2 — anoda galwaniczna. 3 — urządzenie drenażowe, 4 szyna trakcyjna, 5 uziom anodowy, 6 — zewnętrzne źródło prądu (stacja katodowa)

Połączenie konstrukcji chronionej z elektrodą o bardziej clcktroujcmnym¹ potencjale, stwarza możliwości pracy ogniwa galwanicznego, którego katodą jest chroniona konstrukcja, anodą zaś dołączona elektroda — anoda galwaniczna zużywająca się w czasie pracy oeniwa. Anody galwaniczne sa wvkony wane ze stopów' magnezu, aluminium, cynku wg PN-86/E-05030/05 [12.25].

W sposobach elektrolitycznych do obniżenia potencjału konstrukcji wykorzystuje się prąd ze źródła zewnętrznego. Może to być prąd rozprowadzany w środowisku jonowym za pomocą celowo zainstalowanych anod polaryzacyjnych — uziomów anodowych połączonych z dodatnim biegunem źródła prądu (stacje katodowe), lub prąd błądzący dopływający od środowiska elektrolitycznego do metalowej konstrukcji i odprowadzany z niej do źródła w taki sposób, aby potencjał konstrukcji był utrzymany w granicach co najmniej potencjału spoczynkowego (drenaż elektryczny). W tym przypadku, w obwodzie konstrukcja-szyna trakcyjna jest wmontowany element zapobiegający zmianie kierunku przepływu prądu. Niekiedy na prądy drenażu nakłada się dodatkowy prąd ze źródła zewnętrznego. Szyna trakcyjna jest wykorzystywana wówczas jako uziom anodowy (drenaż wzmocniony).

Warunkiem niezbędnym umożliwiającym stosowanie ochrony elektrochemicznej, zarówno katodowej, jak i anodowej, jest wspólne dla anody i katody środowisko elektrolityczne.

Ochronę katodową przed korozją stosuje się w praktyce do metalowych konstrukcji pływających i hydrotechnicznych, wszelkiego rodzaju metalowych rurociągów podziemnych i podwodnych, kabli, zbiorników wodnych, komór wodnych skraplaczy turbin, zbrojenia stalowego konstrukcji żelbetowych i in.

12.3.5. Ochrona katodowa

Podstawowe kryteria

Szybkość korozji konstrukcji metalowej w środowisku elektrolitycznym jest zależna od potencjału konstrukcji względem środowiska. Proces korozji jest hamowany w miarę przesuwania potencjału w stronę wartości ujemnych. Wartość potencjału, przy której praktycznie korozja nie występuje jest nazywana potencjałem ochrony. Mierzy się go

Elektroda wykonana z metalu o potencjale bardziej elektroujemnym niż potencjał chronionej konstrukcji w danym środowisku elektrolitycznym (przyp. red.).