Как использовать катодную защиту

Решил разобраться как же работает катодная защита ("КатЗ") стали от ржавчины. Мне кажется, что с частью вопросов - разобрался.
Сначала - зачем это нужно?
Катодная защита используется в бойлерах и тепловых аккумуляторах (ТА) для увеличения срока их службы. В бойлерах это - штатная подсистема, в самодельных ТА, естественно, должна стать штатной.
Также, с помощью КатЗ можно защищать заборы, заземлители, обсадные трубы скважин, кессоны, подземные трубы и даже автомобили.
Итак, докладываю.
Для того, чтобы всё это понять представил бак с водой и магниевым анодом в качестве гальванического элемента - батарейки. А оно так и есть.
Дальше попытался представить 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.
В результате получилось 4 варианта ("всех" вариантов слишком много, взял основные, для понимания).
Выводы по вариантам написаны под каждым из них.
Примечание к вопросу о замере качества (состояния) анода без разборки (без его вытаскивания):
Это известный метод, я его позаимствовал в сети. Считается, что если замерить постоянный ток короткого замыкания этой нашей батарейки (естественно, при отсоединенном проводе), 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, естественно, будет разный. Любопытно узнать у практиков - какой он у кого.
Жду мнения народа насчет этого "теоретически-умозрительного" исследования, ибо могут быть ошибки, поскольку практика по этому вопросу у меня отсутствует.

 

Предположу, что рисунки напряженности линий электрического поля не очень корректны ввиду того, что она будет напрямую зависеть от близости к аноду стенки. Вода - практически диэлектрик. Поэтому там, где стенки ближе - сопротивление воды на много меньше и все токовые линии будут устремлены в эти места. В остальных точках токи будут на много слабее. Поэтому линейные изображения линий нарпряженности электрического поля не годятся.

 

ИМХО, Идеальным решением было бы повторять в любом меньшем масштабе внешним периметром анода внутреннюю форму защищаемого объема. Причем при этом анод размещать ровно в пространственном центре обоих форм.

 

Я это, как раз, и изобразил как смог - там где ближе, там и больше линий. Если Вы можете, то нарисуйте лучше, скажу большое спасибо.

 

Нет, без компьютера и расчетов такие поля я грамотно не смогу отрисовать. Надо задавать формулами и считать. Это не сложно, но Мне лень.

 

Так и есть. Однако я тут не предлагаю изобретать новые формы анодов. Я хочу понять и заодно рассказать другим как лучше использовать имеющиеся в продаже недорогие магниевые аноды.

 

У Вас к днищу анод явно ближе, чем к стенкам на всепрактически рисунках. В точках непосредственно под анодом линии должны быть очень густыми. А к стенкам идти редкими. Чем дальше от проекции анода на нижнюю поверхность - тем реже.

 

Предположу, что здесь очень уместно было бы всё ж замутить простую программку для объемного моделирования полей и поиграть с расстановками точечных анодов (не одного, а, скажем, от одного до 6) в различных простейших формах. Вот так открыось бы множество интересного на этом пути!

 

Если Вы, или кто-то другой это сделает, то я не буду возражать. Но, лично я считаю, что здесь с линиями токов и так всё предельно ясно. Именно поэтому я не вырисовывал их подробно.
Ибо правило простое - чем ближе к центру бака анод, чем он больше повторяет форму бака и чем он больше размером (наружной поверхностью), тем лучше. Всё!
А измышления по поводу нескольких анодов это - не для бытового использования и не для этого форума. Просто теоретизирование, не более того...

 

в чем бонус по сравнению с добавлением щелочи, а лучше ближе к слабощелочному буферу (простой пример Na2CO3) в раствор?
На вскидку вся защита от коррозии тут за счет повышения pH путем раcтворения Mg в растворе и все. Остальное - 99% маркетинга.

А в пром системах используется? Активно?

PS Картинки на первый взгляд ошибочны, точнее мысли на которые они наводят. Следует учитывать что сопротивление водного раствора значительно выше чем электрода и бака...

 

@Андрей-АА, два момента:
1. В данном случае защита осуществляется по причине окислительно-восстановительной реакции, то бишь химических процессов, из-за разности потенциалов различных металлов согласно гальваническому ряду напряжений металлов.
2. Диэлектрик это дистиллированная вода, а обычная вода хороший проводник по причине наличия в ней различных солей.

 

Ну, на счет хороший - всё относительно. На фоне проводимости анода и склонной кородировать части конструкции, проводимость воды даже не посредственна а явно плохая. На фоне проводимости сухих сыпучих неметаллических веществ проводимость воды - хорошая. Но у нас все-таки первый случай.

 

Либо я Вас не правильно понял, либо Вы недопонимаете суть. Защита именно в электрохимическом процессе, а не в изменении химсостава жидкости. Один электрод разлагается, растворяясь в воде - это анод. Другой при этом наоборот - растет - собирая из воды соединения, способные нарасти, если говорить не научным языком. При этом изменения ПэАш по-моему только локальны - вблизи электродов. В целом, по всему объему жидкости ПэАш должен оставаться прежним из-за нейтрализации разностей ПэАш при дальнейшем смешивании. А вот состав жидкости - меняется. Поэтому данный метод для питьевой воды скорее всего не применим. Соли менее активных металлов отдают свои катионы - эти металлы - защищаемым стенкам. Те как бы покрываются этими металлами. А высвободившиеся анионы активно движутся в сторону анода и там соединяются с атомами активного металла - к примеру магния, образуя соли магния в воде. При этом магниевый анод растворяется. Постепенно в воде идет замена солей железа на соли магния. Таким образом железо сначала растворяется в воде за счет коррозии, а после, за счет присутствия Анодной защиты снова возвращается на стенки поверхностей, с которых оно пыталось раствориться. Я не утверждаю. Это так, из интуитивных представлений о ПэАш в данном процессе. Но что защита происходит не за счет изменения ПэАш, а за счет разной химической активности металлов в электрохимическом ряду и способностью более активных металлов вытеснять менее активные из их соединений (в данном случае соединений, присутствующих в воде) - это абсолютно точно. Кстати, подобным способом защищаются и днища некоторых, а может и большинства судов. Так что это далеко не маркетинговый ход, а известное в науке и технике решение вопроса, применявшееся и применяемое по сей день в промышленном масштабе.

 

Для меня это месяц работы. Меня не на столько интересует данный вопрос, чтобы это делать просто так.

 

У ней объем большой. Все аналогично работает и в земле, которая тоже диэлектрик, однако замечательно проводит ток.
Нас же в данном случае не интересуют токи в сотни ампер?

Желающие могут провести простой опыт, взять несколько стаканов (емкостей) с водой и поместить в один гводь, в другой гвоздь с алюминиевой проволкой, в другой гвоздь с медной проволокой, в другой гвоздь с нашим анодом. Можно еще продублировать и с составом воды, если это необходимо.
Через время всё проясниться.