Ochrona Katodowa

Zjawisko korozji w metalach ma charakter elektrochemiczny, czyli odbywa się
z udziałem prądu. Jeżeli więc mamy do czynienia z przepływem prądu, możemy tak nim pokierować by doprowadzić do zatrzymania całego procesu a na pewno znacząco go spowolnić. „Hamowanie szybkości korozji w technologii ochrony elektrochemicznej osiąga się dzięki zjawisku polaryzacji elektrochemicznej, które jest następstwem przepływu stałego prądu elektrycznego pomiędzy powierzchnią chronionego obiektu
a otaczającym środowiskiem korozyjnym (poprzez oddzielającą je granicę faz metal elektrolit[18])”. Wynika z tego fakt, że wszystkie metalowe konstrukcje podziemne ulegają korozji związanej z przepływem przez nie prądu stałego. Idąc dalej „korozja elektrochemiczna zachodzi na granicy faz pomiędzy metalem (przewodnikiem elektronowym) a środowiskiem elektrolitycznym (przewodnikiem jonowym). Pomiędzy środowiskiem a ulegającym korozji tworzywem (najczęściej metalem), musi nastąpić wymiana ładunku elektrycznego i masy. Atom metalu, wyrwany z siatki krystalicznej metalu, ulega utlenieniu, przechodzi w formę jonową, zazwyczaj uwodnioną,
i przedostaje się do otaczającego elektrolitu. Tam reaguje z substancjami zawartymi
w środowisku, np. tlenem, tworząc widoczne zazwyczaj produkty korozji – rdzę. Pozostawiony w metalu ładunek elektryczny jest jednocześnie konsumowany przez tzw. Depolaryzator, substancję, znajdującą się w środowisku (ulega on procesowi redukcji[18])”. Proces utleniania oraz proces redukcji zachodzą z tą samą szybkością. Procesy te mogą zachodzić w równowadze miejscowo oraz z uwagi na duże przewodnictwo elektryczne metali może występować w różnych miejscach. Obszar gdzie proces utleniania przeważa nad procesem redukcji wtedy mamy do czynienia z tak zwanym obszarem anodowym. Analogicznie z obszarem katodowym mamy do czynienia w przypadku przewagi procesu redukcji nad procesem utleniania.

Rysunek 3.6. Schemat procesu korozji żelaza.

Źródło: Praca zbiorowa pod redakcją Strojnego J.: Podręcznik INPE dla elektryków. Zeszyt 25; Ochrona katodowa stalowych konstrukcji podziemnych (wiadomości podstawowe), INPE Bełchatów 2009; s. 11 [18].

Procesy składowe anodowy (korozja) i katodowy przebiegają w następujący sposób

proces anodowy:

ogólnie: Me → Meⁿ⁺ + ne; gdzie Me –metal.

Przykładowo:

Al → Al³⁺ + 3e – utlenianie aluminium (glin),
Fe → Fe²⁺ + 2e – utlenianie żelaza.

Zaś „proces katodowy – pochłanianie elektronów przez atomy, cząstki lub jony roztworu, ulegające redukcji (tzw. Depolaryzatory – najczęściej tlen) – obszar katodowy nie ulega korozji, np.:

2H⁺ + 2e →2H→H₂ – redukcja jonów wodorowych w środowisku kwaśnym,
O₂ + 4H⁺ + 4e →H₂O – redukcja rozpuszczonego tlenu w środowisku kwaśnym,
O₂ + 2H₂O +4e → 4OH – redukcja rozpuszczonego tlenu w środowisku obojętnym (wody naturalne, gleby) lub zasadowym [18]”.

W dzisiejszych czasach stosuje się do ochrony katodowej stacje SOK. Ich główne parametry to mogą wyglądać następująco:

zasilanie z sieci jednofazowej 230 V, 50 Hz,
znamionowy prąd wyjściowy 20A,
znamionowe napięcie max 48 V,
sprawność 83%,
ochrona przeciwporażeniowa od strony zasilania jak również od strony chronionego katodowo obiektu,
regulacja potencjału ochronnego w granicach +/- 2,5 V,
regulacja prądu minimalnego i maksymalnego do wartości znamionowej,
dokładność układu stabilizacyjnego prądu ochronnego stacji – 0,2% wartości znamionowej,
dokładność układu stabilizacyjnego potencjału ochronnego stacji – +/- 20 mV,
automatyczne zabezpieczenie termiczne
wysoki stopień ochrony obudowy stacji i odpowiednie zabezpieczenie przed korozją,
możliwość przerywanej pracy zał./wył (tzw. przerywacze),
moduł do zdalnego monitorowania pracy stacji ochrony katodowej.

Rysunek 3.8. Przykład punktu kontrolno–pomiarowego z podłączeniami.

Źródło: Dokumentacja powykonawcza KRNiGZ Lubiatów[13].

Ochrona Katodowa bazuje na prądzie stałym. Do prawidłowej ochrony obiektu należy posiadać wiedzę o powierzchni metalicznych elementów w m². Z doświdczeń i w praktyce najczęściej przyjmuje się, że zapotrzebowanie prądowe gęstości prądu wynosi 0,03 mA/m².