Princip obětní ochrany je variantou katodické ochrany. Rozdíl v podstatě spočívá v jiném zdroji katodické polarizace chráněného kovu. Chránič, zkratovaný na chráněnou konstrukci, vytváří zkratovaný galvanický prvek, který je zdrojem stejnosměrného proudu. Chráněný kov se stává katodou a ochranný kov se stává rozpustnou anodou. Korozní diagram odpovídající tomuto případu byl zkoumán na Obr. třicet.
Chrániče jsou nejčastěji vyráběny ze slitin zinku, hořčíku a hliníku – kovy, které jsou poměrně levné a mají znatelně více elektronegativní rovnovážný potenciál ve srovnání s jinými průmyslovými kovy. Hliník má však omezené použití kvůli své tendenci k pasivaci, což snižuje míru využití kovu. K ochraně mědi lze použít chránič železa.
Spotřeba materiálu chrániče při jeho anodickém rozpouštění je vždy vyšší než množství odpovídající Faradayovu zákonu. Tento nesoulad je částečně způsoben pasivací chrániče, částečně poruchou elektrického kontaktu mezi jeho jednotlivými částmi v důsledku nerovnoměrného rozpouštění ke konci jeho životnosti. U hořčíku hraje důležitou roli i jeho vlastní koroze, která vede k výrazné ztrátě kovu.
Koeficient účinnosti běhounu η, který charakterizuje míru využití materiálu běhounu, je určen výrazem
kde ΔGteorie..– teoretická spotřeba materiálu běhounu vypočtená podle Faradayova zákona v kg; ΔGskutečnost.– skutečná spotřeba materiálu běhounu v kg; I — průměrná proudová síla v kovovém obvodu chráněném chráničem v mA; Э — elektrochemický ekvivalent materiálu chrániče v Ah/kg; τ – doba běhu běhounu v letech.
V podmínkách podzemní koroze může faktor účinnosti hořčíkového chrániče dosáhnout 60%, hliníku – asi 50% a zinku – přibližně až 80%; V podmínkách mořské koroze je stupeň použití chráničů zpravidla vyšší, s výjimkou hořčíku, a nižší životnost.
Rovnoměrnost anodického rozpouštění chráničky v podzemním systému protikorozní ochrany je zajištěna ponořením do vrstvy plniva (nebo zásypu). Plnivo je směs obsahující sádru, jíl, síran sodný a další soli a má zvýšenou vodivost ve srovnání s okolní zeminou. Všimněte si, že plnivo se také používá v systémech katodové ochrany.
Akční rádius chrániče je dán elektrickou vodivostí korozního prostředí. Například akční rádius zinkového chrániče v destilované vodě je 0,1 cm, v 0,03% roztoku chloridu sodného -15 cm a v mořské vodě – 400 cm.. Typicky je poměr povrchů chrániče a chráněného kovu v rozmezí od 1:200 do 1:1000.
V moderní praxi je považováno za nejvhodnější kombinovat obětní (i katodickou) ochranu s ochrannými nátěry. Výše uvedené platí nejen pro námořní, ale i pro podzemní korozi. Ochranný účinek kombinované ochrany je neobvykle vysoký. Pokud nekryté ocelové potrubí uložené v zemi vyžaduje instalaci hořčíkových chrániček každých 30 m, pak je izolované potrubí chráněno stejným chráničem po dobu 3 km.
Ochranná zóna hořčíkového chrániče v případě mořské koroze je menší než 1 m u nenatřeného trupu a po nanesení nátěru na trup se zvyšuje na 10 m. Skutečnost, že akční rádius chrániče v podmínkách mořské koroze je výrazně nižší než při podzemní korozi, by neměla být překvapivá: mořská voda, a to i při neustálém míchání, je mnohem agresivnější než mokrá půda.
Předností ochrany běhounu je mimořádná jednoduchost, dostatečná účinnost a vysoká rentabilita. V některých aplikacích jsou chrániče nepostradatelné, například při ochraně ropných tankerů před mořskou korozí. Nevýhodou obětní ochrany je určitá nestabilita ochranného proudu při provozu (v důsledku částečné pasivace chrániče), relativně krátká životnost chráničů a také nižší účinnost ochrany oproti katodické ochraně. V některých případech nejsou chrániče použitelné z konstrukčních důvodů, například pro ochranu lodí prorážejících led.
Ochranná ochrana je jednou z možných možností ochrany konstrukčních materiálů potrubí před korozí. Používá se především na plynovodech a dalších dálnicích.
Podstata ochrany běhounu
Ochrannou ochranou je použití speciální látky – inhibitoru, což je kov se zvýšenými elektronegativními vlastnostmi. Při vystavení vzduchu se chránič rozpustí, což má za následek zachování základního kovu navzdory vystavení korozivním faktorům. Obětní ochrana je jednou z odrůd katodické elektrochemické metody.
Tato možnost antikorozních povlaků se zvláště často používá, když je podnik omezen ve své schopnosti organizovat katodickou ochranu proti korozním procesům elektrochemické povahy. Například pokud finanční nebo technologické možnosti podniku neumožňují výstavbu elektrického vedení.
Schéma chrániče potrubí
Inhibiční chránič je účinný, když přechodový odpor mezi chráněným objektem a okolním prostředím není významný. Vysoký výkon běhounu je možný pouze na určitou vzdálenost. Pro určení této vzdálenosti se zjišťuje poloměr antikorozního působení použitého chrániče. Tento koncept ukazuje maximální odstranění ochranného kovu z chráněného povrchu.
Podstata korozních procesů spočívá v tom, že nejméně aktivní kov během období interakce přitahuje elektrony aktivnějšího kovu ke svým vlastním iontům. Probíhají tedy dva procesy současně:
- redukční procesy v kovu s menší aktivitou (na katodě);
- oxidační procesy anodového kovu s minimální aktivitou, díky nimž je potrubí (nebo jiná ocelová konstrukce) chráněno před korozí.
Po určité době se účinnost chrániče snižuje (v důsledku ztráty kontaktu s chráněným kovem nebo v důsledku rozpuštění ochranné složky). Z tohoto důvodu je potřeba vyměnit běhoun.
Vlastnosti metody
Protektory pro ochranu proti korozním procesům v kyselém prostředí jsou nesmyslné. V takových prostředích dochází k rozpouštění běhounu rychlejším tempem. Tato technika se doporučuje používat pouze v neutrálním prostředí.
Ve srovnání s ocelí jsou aktivnější kovy jako chrom, zinek, hořčík, kadmium a některé další. Teoreticky by se právě uvedené kovy měly používat k ochraně potrubí a jiných kovových konstrukcí. Existuje však řada vlastností, o kterých víme, že lze ospravedlnit technologickou nesmyslnost používání čistých kovů jako ochrany.
Například hořčík se vyznačuje vysokou rychlostí vývoje koroze, na hliníku se rychle vytváří silný oxidový film a zinek se díky své speciální hrubozrnné struktuře rozpouští velmi nerovnoměrně. Aby se tyto negativní vlastnosti čistých kovů negovaly, přidávají se k nim legující prvky. Jinými slovy, ochrana plynovodů a jiných kovových konstrukcí se provádí pomocí různých slitin.
Často se používají slitiny hořčíku. Kromě hlavní složky – hořčíku – obsahují hliník (5-7 %) a zinek (2-5 %). Kromě toho se přidávají malé množství niklu, mědi a olova. Slitiny hořčíku jsou důležité pro ochranu proti korozi v prostředích, kde hodnota pH nepřesahuje 10,5 jednotek (tradiční půda, sladké a mírně zasolené vody). Tento limitující indikátor je spojen s rychlou rozpustností hořčíku v prvním stupni a následným výskytem těžko rozpustných sloučenin.
Poznámka! Slitiny hořčíku často způsobují praskliny v kovových výrobcích a zvyšují jejich vodíkovou křehkost.
U kovových konstrukcí umístěných ve slané vodě (například podvodní pobřežní potrubí) by se měly používat chráničky na bázi zinku. Takové slitiny také obsahují:
- hliník (do 0,5 %);
- kadmium (až 0,15 %);
- mědi a olova (celkem do 0,005 %).
Ve slaném vodním prostředí bude nejlepší možností ochrana kovů před korozí pomocí slitin na bázi zinku. Ve sladkých vodách a na běžné půdě však takové chrániče velmi rychle zarůstají oxidy a hydroxidy, v důsledku čehož antikorozní opatření ztrácí smysl.
Protektory na bázi zinku se častěji používají k ochraně proti korozi těch kovových konstrukcí, kde technologické podmínky vyžadují nejvyšší stupeň požární bezpečnosti a ochrany proti výbuchu. Příkladem poptávky po takových slitinách jsou plynovody a potrubí pro přepravu hořlavých kapalin.
Kromě toho sloučeniny zinku v důsledku anodického rozpouštění netvoří škodliviny. Proto takové slitiny nemají prakticky žádnou alternativu, když je nutné chránit potrubí pro přepravu ropy nebo kovových konstrukcí na tankerech.
V podmínkách slané tekoucí vody na pobřežním šelfu se často používají hliníkové slitiny. Takové kompozice zahrnují kadmium, thalium, indium, křemík (až 0,02 % celkem), stejně jako hořčík (až 5 %) a zinek (až 8 %). Ochranné vlastnosti sloučenin hliníku se blíží vlastnostem slitin hořčíku.
Kombinace chráničů a barev
Často je potřeba chránit plynovod před korozí nejen chráničem, ale i nátěrem a lakem. Barva je považována za pasivní způsob ochrany proti korozním procesům a je skutečně účinná pouze v kombinaci s použitím chrániče.
Tato kombinovaná technika umožňuje:
- Snížit negativní dopad případných defektů v nátěru kovových konstrukcí (odlupování, bobtnání, praskání, nadzvedávání atd.). K takovým vadám dochází nejen v důsledku výrobních vad, ale také v důsledku přírodních faktorů.
- Snížit (někdy až o velmi významnou částku) spotřebu drahých chráničů a zároveň zvýšit jejich životnost.
- Zajistěte rovnoměrnější rozložení ochranné vrstvy po kovu.
Za zmínku také stojí, že nátěrové a lakové kompozice často není snadné aplikovat na určité povrchy již fungujícího plynovodu, tankeru nebo jiné kovové konstrukce. V takových případech si budete muset vystačit pouze s ochranným chráničem.
