Катодная защита бойлеров и тепловых аккумуляторов от коррозии.
Эта статья для тех, кто хочет разобраться как работает катодная защита от коррозии тепловых аккумуляторов, бойлеров и других конструкций из металлов. Например, в системах отопления. Тем, кто читает это в контексте только теплового аккумулятора рекомендую прочитать эту мою заметку:
Предупреждение коррозии в теплоаккумуляторах систем отопления.
Сначала - зачем нужна катодная защита?
Катодная защита используется в стальных бойлерах и тепловых аккумуляторах для защиты их от коррозии стали и других металлов. В бойлерах это обычно - штатная подсистема, а в самодельных тепловых аккумуляторах, естественно, нет. Даже если бак покрашен изнутри, то в краске бывают (особенно со временем) изъяны, по которым без защиты гарантированно пойдёт процесс коррозии железа.
Также, с помощью катодной защиты можно защищать водонапорные башни, водонагреватели, заборы, баки, заземлители, обсадные трубы скважин, кессоны, подземные трубы и даже автомобили.
Как работает катодная защита.
Для того, чтобы всё это понять представьте бак с водой и анодом в качестве гальванического элемента - батарейки (см. рисунки). А оно так и есть на самом деле, это - батарейка...
Дальше представьте пути растекания токов при 4-х вариантах подвески/крепления/размеров магниевого анода.
Эти токи показаны малыми стрелочками внутри баков.
Дело в том, что именно равномерность токов обеспечит равномерную защиту всего бака, а также - минимальный и равномерный расход анода.
В результате получилось 4 варианта ("всех" вариантов слишком много, взял основные, для понимания).
Выводы по вариантам написаны на соответствующем рисунке.
Примечание 1:
К вопросу замера качества (состояния) анода без разборки (без его вытаскивания):
Это известный метод. Считается, что если замерить постоянный ток короткого замыкания этой нашей батарейки, то если он меньше 0,3мА, то анод уже плохой и его надо менять. По крайней мере, вытащить и посмотреть на него. Однако, думаю, что для разных баков, разных анодов и разной воды этот критический ток будет разным. Ну, и, думаю, понятно, что если внутри бака все хорошо покрашено без изъянов, то тока защиты не будет...
***
Электропитание магниевому (алюминиевому) аноду не нужно, просто он будет со временем расходоваться. Впрочем, есть и не расходуемые аноды ("активные") - титан, покрытый платиной, но они дорогие - 6-10т.р. и требуют источника питания. Также есть и другие аноды для активных систем.
О месте расположения и длине анодов.
Правило простое - чем ближе к центру бака анод, чем более равномерно он удален от стенок бака и чем он больше размером (наружной поверхностью), тем лучше.
Ток от анода к любой (катодной) точке, расположенной от него на расстоянии L примерно в 2 раза больше, чем ток к катодной точке, расположенной на расстоянии 2L. И всего-то в два раза! Если посмотреть на исходные рисунки, то там это удвоенное расстояние (при правильном расположении анода) попадается крайне редко. Обычно максимум - 1,4 раза (корень из двух).
***
Здесь таблица стандартных электродных потенциалов металлов.
Она наглядно позволяет понять кто кого защитит, а кто кого "уничтожит".
Как видно, алюминий несколько менее активен, чем магний. То бишь его (теоретически) тоже можно было бы использовать. В судостроении используют только его специальные сплавы, т. к. без этих добавок окисная пленка алюминия не дает ему проявлять свою активность в полную меру.
К вопросу проводимости обычной (не дистиллированной) воды.
Наша обычная вода из кранов, колодцев и скважин имеет несоизмеримо большее электрическое сопротивление, чем все металлы с которыми мы тут имеем дело. Поэтому сопротивление металлов при расчетах учитывать не надо. Только - воды. Вывод сделан с учетом огромного сечения воды-"проводника" в наших реальных баках.
Примечание 2:
При установке анодов, лучше замерить и записать ток короткого замыкания (КЗ), чтобы потом, при проверке было с чем сравнивать полученное значение...
Предположительно снижение этого тока при проверке в 4 и более раз по сравнению со свежим анодом - основание для вскрытия и осмотра анода. А дальше, на будущее - коррекция этой цифры.
Эксперимент №1:
Поразвлекаемся с алюминиевым/дюралевым "анодом" из произвольного сплава.
Берем валяющиеся алюминиевую болванку, ржавую стальную пластину, ведро с водой, тестер, алюминиевую проволоку, винты и всё это "скрещиваем"
Результат:
Сразу после включения разность потенциалов между алюминием и железом была 0,5В, а ток КЗ - 0,5мА.
Через 7 часов:
Напряжение стало всего 0,02В, а ток КЗ - 0,1мА.
Сменил воду на свежую, но ничего не изменилось.
Через 43 часа:
Напряжение - 0,13В, ток КЗ - 0,7мА.
При этом, налицо явный эффект катодной защиты - ржавая железка очистилась от ржавчины ниже уровня воды - см. вторую фотку. Местами - аж до белого железа. Причем, обратная сторона железки (та, что была почти вплотную к стенке ведра) осталась ржавой. Это подтверждает ту мысль, что именно ток защищает, а не потенциал.
Кстати, оба раза свежая вода через несколько часов протекания тока становилась желтой и слегка мутной. Скорее всего это от ржавчины, перешедшей из железки в воду. Хотя, там есть еще и осадок... Есть еще неплохая тема по защите трубопроводной системы водоснабжения: Технологии будущего: Катодная защита водопровода.
Там только пока что остался неясным вопрос влияния ионов магния на организм человека. В первую очередь - их концентрация.
Эксперимент №2:
Делаем алюминиевый анод (из неизвестного не анодного сплава) с изолированием места крепления от алюминия - чтобы токи/напряжения мерить. Для алюминия "перезащиты" не бывает, т.к. у него небольшой электродный потенциал.
Напряжение холостого хода (ХХ) в разное время было - 0,2-0,5В (при первом включении - 0,5В, через пол суток - 0,2В), а токи КЗ всегда около 0,2мА.
Берем летний солнечный нагреватель для летней кухни из газового баллона, покрашенного изнутри (видимо, поэтому такой маленький ток - 0,2мА). У покрашенного будет мало точек коррозии, поэтому и магний не обязательно. Лето покажет.
Добавлено 1 июля 2015г.:
Лето показывает вот что: напряжение 0,16В, ток КЗ - 0,1мА.
Добавлено 31 октября 2015г.:
Результат работы алюминиевого анода из неизвестного не анодного сплава:
"Поеденный" анод говорит о том, что он все лето "работал", защищал мой стальной баллон.
Вот фото:
Эксперимент №3:
С магниевым анодом. Диаметр 24мм, длина - 60см.
Берём свои старые реквизиты: ржавую стальную пластину, ведро с водой, тестер и провел эксперимент, аналогичный эксперименту №1.
Результат:
Сразу после начала разность потенциалов между Мг анодом и железкой была 1,3В, а ток КЗ - 18мА.
Через 6 часов:
Напряжение стало 0,65В, а ток КЗ - 10мА.
Через 16 часов:
Напряжение - 0,55В, ток КЗ - 8мА.
Сменил воду на свежую, но почти ничего не изменилось:
Напряжение - 0,65В, ток КЗ - 8мА.
Через 2 часа после смены воды:
0,55В, ток КЗ - 8мА.
Видимо, для данного эксперимента это - стационарный режим.
Эксперимент №3А:
Меняем расстояния между анодом и защищаемой железкой и частично вытаскивать железку из воды.
Результат:
При их приближении - ток повышается, при частичном вытаскивании железки ток снижается.
Напряжение в обоих случаях почти неизменно.
Вывод:
Действует "банальный" закон Ома - меняю сопротивление воды между ними и пропорционально меняется ток.
Добавлено 14 марта 2015г.:
Вопрос:
Что делать, если бак алюминиевый, а в нем и сталь и медь и никелировка.
Ответ:
Магний защитит их всех, т.к. у него самый высокий потенциал. Однако, он всегда должен быть в рабочем состоянии: выполнен из анодного сплава, присоединен к корпусу, не израсходован и не покрыт накипью. Т.е., постоянный контроль по току крайне желателен.
Выводы общие:
1. Магниевый анод (он должен быть выполнен из специального сплава для катодной защиты!) судя по величине тока "работает" в 40-100 раз лучше алюминия из произвольного, НЕ анодного сплава!
Поэтому, если и использовать алюминиевые аноды из произвольного сплава, то либо защищаемая ими площадь будет крайне маленькой, либо защита крайне слабой. И если - на грани, то анод надо максимально приблизить к защищаемому металлу.
2. Ток и расход анода зависят от площади голого защищаемого металла (катода). И для разных стальных емкостей будут разными. Думаю, что ток зависит и от площади поверхности анода тоже.
Поэтому, для снижения расхода анода баки лучше изнутри красить. Правда, вопрос - что экономически эффективней - красить, или без покраски не рассматривался, ибо это - другая тема...
3. Для нормального контроля за процессом при использовании анода надо (по возможности) делать его изолированным от корпуса бака, чтобы подключать его к корпусу бака отдельным проводником. Это - для того, чтобы можно было всегда (отсоединив проводник) легко померить ток защиты для контроля состояния анода без слива воды из бака и/или без разборки системы. Вообще-то, измеритель тока можно навсегда встроить в его цепь для непрерывного контроля.
Причем, всегда надо помнить про эффект "перезащиты", когда близко расположенные магний и сталь взаимно "пожирают" друг друга...
4. Рекомендуем при первом включении защиты замерить и записать ток защиты для того, чтобы в последствии сравнивать его с получаемым в процессе систематического контроля. Значительное (в несколько раз) снижение тока защиты подскажет, что анод надо, как минимум, осмотреть.
5. Результата такого контроля может быть два:
- анод израсходовался и его надо заменить.
- анод покрылся накипью и её надо счистить (или сначала очень аккуратно оббить).
Внимание: магниевые аноды - хрупкие, поэтому лучше накипь с них не оббивать, а счищать (болгаркой, металлической щеткой, рашпилем и т.д.).
6. Скорость оседания накипи на всех внутренностях нагревательных баков сильно зависит от температуры воды в нем. Чем больше температура - тем больше накипь.
Если же накипь покрывает и ТЭНы, то они быстрей перегорают от перегрева, а если - теплообменники, то - снижают свою мощность.
Естественно, надо понимать, что накипь относительно быстро накопится только в проточной воде. Если у вас вода не проточная, не сменяемая (это обычно бывает в тепловых аккумуляторах), то накипи будет гораздо меньше.
7. Защиту осуществляет именно ток, а не напряжение. Напряжение просто создает потенциал для протекания защитного тока.
Катодная защита бойлеров и тепловых аккумуляторов от коррозии
Запись дневника создана пользователем Андрей-АА, 08.11.14
Просмотров: 31.204, Комментариев: 90