Антикоррозийная защита оборудования


Коррозия металлов (от латинского corrodere - грызть) - это процессы,происходящие в результате воздействия на металлы окружающей среды, от которого происходит их разрушение.

Характер разрушения поверхности металлов может быть различным и зависит от свойств металлов и условий протекания процессов. Одним из основных видов коррозии является электрохимическая коррозия - разрушение металлических конструкций в почве, атмосфере, под пленками влагЧ в технических растворах и т.д.

Электрохимическая коррозия протекает на поверхности металлов под действием возникающих электрических токов, т.е. происходят окислительно-восстановительные химические реакции, характеризующиеся переносом электронов.

Образуются микрогальванические элементы, где атомы металлов отдают электроны и переходят в раствор в виде положительных ионов, которые движутся к создающимся отрицательно заряженным областям. Происходит зонное разрушение металлических поверхностей, которое определяется многими факторами.

Пассивный метод защиты от коррозии предполагает создание непроницаемого барьера между металлом и окружающей средой. Это достигается нанесением на металлические поверхности специальных защитных покрытий (красок, лаков, компаундов и пр.). Но на практике не удается добиться сплошного слоя изоляционного покрытия.

В процессе эксплуатации в покрытиях возникают трещины, задиры и другие дефекты, оголяющие слой металла и открывающие пути для его коррозии.

Активная защита обеспечивается управлением электрохимическими процессами, протекающими на границе металла и окружающей среды. Электрохимическая защита металлов основана на изменении потенциала защищаемого металла и не связана с изоляцией металла от коррозионной среды.

К ней относится так называемая “катодная защита”. Технически метод катодной защиты металлов осуществляют следующим образом (рис.1). К защищаемой металлической конструкции, например, стальному трубопроводу в земле, подводят провод, который соединяют с отрицательным полюсом источника питания (ИП), в результате чего трубопровод становится катодом.

На некотором расстоянии от металлической конструкции в грунте располагают электрод, соединяемый с положительным полюсом ИП, и он становится анодом. Разность потенциалов между катодом и анодом создают такую, чтобы полностью исключить протекание окислительных процессов на защищаемой конструкции.

В этом случае через влажную почву между катодом и анодом в толще грунта будут протекать слабые токи. Для эффективной защиты требуется размещение нескольких анодных электродов по всей длине трубопровода.

Если удается снизить разность потенциалов защищаемой конструкции и грунта до 0,85...1,2 В, скорость протекания коррозии трубопровода уменьшается до существенно малых значений.

Видом катодной защиты, не требующим источника питания, является протекторная защита. Для ее осуществления используется специальный анод-протектор, в качестве которого применяют металл, более активный, чем металл защищаемой конструкции (для стальных конструкций - алюминий, цинк).

Протектор проводом соединяют с защищаемой конструкцией. В процессе коррозии протектор служит анодом и разрушается, тем самым предохраняя конструкцию, с которой он соединен.

Метод катодной защиты металлов

Рис. 1. Метод катодной защиты металлов.

В домашних условиях наиболее заметна коррозия металлических труб сантехники, барабанов стиральных машин, насосов и пр. Если барабан машины выполнен из нержавеющей стали путем выдавливания, а не сварки швов, то он действительно не ржавеет. Но это - довольно дорогостоящая технология.

Когда барабан сварен из листа нержавеющей стали, в местах сварки из-за высокой температуры структура металла меняется, и нержавеющая сталь превращается в обычную. Поэтому по швам такой барабан все-таки ржавеет.

Дистиллированная вода представляет собой химическое соединение водорода и кислорода и является диэлектриком. В составе же обычной воды содержатся различные соли и другие химические соединения, так что получается электролит, под воздействием которого разрушаются металлические конструкции. Предупредить разрушение барабана, ТЭНов и других соприкасающихся с водой узлов стиральной машины можно при уравнивании потенциала корпуса стиральной машины относительно воды.

Для этого предлагается электронный прибор компенсации потенциала с выходным напряжением, равным возникающей разности потенциалов. Ток в цепи компенсации не превышает 10 мкА при внутреннем сопротивлении воды 10... 100 кОм.

Принципиальная схема

Источник тока в таком приборе может работать длительное время с минимальным расходом энергии. В состав прибора (рис.2) входят:

  • гальванический элемент;
  • стабилизатор микротоков;
  • регулятор установки напряжения;
  • индикатор баланса напряжений.

Принципиальная схема прибора

Рис. 2. Принципиальная схема прибора.

Электронная схема защиты представляет собой стабилизированный регулятор низкого напряжения, выполненный на транзисторах с разным типом проводимости.

Потребление тока схемой стабилизатора не превышает 1 мА в режиме индикации состояния. Источником тока в приборе являются батареи или аккумуляторы с общим напряжением 3 В (2x1,5 В, типоразмера АА) или NiCd-аккумуля-тор GP30AAK3DBML с напряжением 3,6 В и емкостью 270 мА ч от радиотелефона. Емкости такой батареи хватит на несколько лет работы.

Опорное напряжение формируется диодной цепочкой VD1-VD2. Это напряжение усиливается 3-каскад-ным усилителем с непосредственными связями на транзисторах разной проводимости VT1...VT3.

Для установки рабочей точки на базу VT2 через резистор R2 подано небольшое начальное смещение. Вторичная цепь стабилизации тока состоит из усилителя на транзисторах VT4, VT5.

За счет обратной связи с выхода схемы стабилизатора на узел опорного напряжения величина выходного напряжения поддерживается постоянной независимо от сопротивления нагрузки.

При снижении выходного напряжения за счет уменьшения Rh и увеличения тока его падение на резисторе R6 также уменьшается, транзистор VT5 открывается слабее и меньше открывает VT4.

Напряжение на светодиоде HL1 в цепи эмиттера VТ3 за счет тока, протекающего через VТ4, уменьшается, транзистор сильнее открывается и увеличивает ток базы VТ2. Он открывается больше и, соответственно, сильнее открывает VТ1, т.е. выходное напряжение увеличивается, возвращаясь к первоначальному уровню.

При увеличении напряжения на выходных клеммах описанный процесс протекает в обратном порядке, транзисторы VТ1 и VТ2 закрываются сильнее и уменьшают Uвых. Диод VD3 защищает стабилизатор от короткого замыкания.

При КЗ он автоматически снижает опорное напряжение на базе VТ3, транзистор закрывается, и ток нагрузки при коротком замыкании ограничивается на допустимом уровне. Конденсаторы в схеме - малогабаритные, типов КМ и К50. Светодиод HL1 - красного цвета с малым током зажигания (2 мА). Транзисторы, помимо указанных на схеме, подойдут типов КТ361 и КТ315.

Прибор собран на печатной плате из одностороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм и размерами 61x33 мм. Чертеж платы и расположение элементов приведены на рис.З.

Готовая плата помещена (с батареей питания) в пластмассовый корпус подходящих размеров Прибор устанавливается в любом удобном для эксплуатации месте (на стене или внутри корпуса стиральной машины). К корпусу стиральной машины подключается отрицательная клемма прибора, а к водопроводному крану - положительная.

Перед эксплуатацией на выход схемы подключают эквивалент нагрузки в виде резистора сопротивлением 10... 100 кОм и подстроечным резистором R6 выставляют выходное напряжение в пределах 1,2... 1,3 В.

К выходным клеммам подключают тестер в режиме измерения токов (на пределе 100 мА) и проверяют ток короткого замыкания. При его величине более 20 мА уменьшают сопротивление R3.

Печатная плата для схемы прибора

Рис. 3. Печатная плата для схемы прибора.

Применение такого прибора в других областях техники для катодной защиты металлических конструкций от коррозии (особенно сварных и болтовых соединений) заметно продлит срок эксплуатации устройств.

Следует отметить еще одну “напасть" стиральных и посудомоечных машин, а также и других водонагревателей-накипь. В местах, где вода - “жесткая”, в ней содержится большой процент “солей жесткости” (кальция, магния и пр.).

Эти соли осаждаются на любых поверхностях. При нагревании скорость химических реакций значительно увеличивается, поэтому осаждение известкового налета на нагревательных элементах, в чайниках и баках происходит очень быстро.

Важно то, что известковые отложения являются теплоизоляторами. Покрытый накипью нагревательный элемент не может быстро нагреть воду до нужной Температуры. В итоге, датчик температуры заставляет нагревательный элемент работать на пределе, сокращая его ресурс и увеличивая расход электроэнергии.

Борьба с накипью - это не только удаление уже образовавшегося налета, но и предотвращение его появления. Для этого воду можно умягчать различными способами. Средства, снижающие жесткость воды, выпускаются отдельно и входят в состав современных порошков для стирки и мытья посуды.

Их использование поможет продлить срок службы машин. Фильтры-умягчители, врезанные в разводку перед подачей воды в машины, значительно снижают жесткость воды, а значит, защищают ТЭНы от образования на них накипи.

Хорошим вариантом являются магнитные преобразователи воды (рис.4), представляющие собой систему сильных постоянных магнитов цилиндрической формы. Под воздействием магнитного поля соли кальция и магния не образуют нерастворимых соединений и не осаждаются на поверхности нагревательных элементов.

Магнитные преобразователи воды

Рис. 4. Магнитные преобразователи воды.

Магнитные преобразователи, в зависимости от модели, могут врезаться в водопровод или накладываться на трубы снаружи. Срок их службы составляет около 50 лет.

В. Коновалов, А. Вантеев, г. Иркутск. E-mail: octtu[a]mail.ru. РМ-07-12.

Источники информации:

  1. www.agua-term.ru
  2. kristallikov.net
  3. www.tn220.ru

1 452 Полезные знания и советы
электролиз защита
Написать комментарий:

cashback