Protecția Catodică a Conductelor

1. Aspecte generale privind protecţia catodică

Protecţia catodică presupune deplasarea potenţialului conductei la valori mai electronegative decât potenţialul pe care îl capătă în contact cu solul sau apa. Prin această polarizare se micşorează valoarea curentului de coroziune. Această protecţie activă se realizează cu ajutorul unei surse de curent continuu denumită staţie de protecţie catodică (SPC), care poate fi generată de o baterie stationară sau un redresor de curent continuu alimentat de la reţeaua electrică monofazată.

Potenţialul standard minim de protecţie, care stopează trecerea ionilor metalici în soluţie, corespunde cu limita superioară a domeniului de imunitate al diagramei Pourbaix (fig. 1). Pentru fier, la temperatura de 25 grade Celsius, acesta are valoarea de -0,620 V în raport cu electrodul de hidrogen şi îi corespunde o densitate minimă a curentului de protecţie.

Fig. 1: Diagrama Pourbaix a fierului la temperatură normală (25 grade Celsius), pe care sunt prezentate reacţiile ce intervin şi domeniile de stare ale fierului

Densitatea de curent necesară protecţiei se poate determina prin mai multe metode. O primă metodă este cea electrochimică. Cunoscând viteza de coroziune a metalului în mediul în care lucrează, se poate calcula densitatea de curent cu relaţia:

i= ¬Vcor •F •n/ t•Ma [A/cm2]

în care: Vcor este viteza de coroziune în g/cm2.h,

t - timpul în s,

Ma - masa atomică a metalului (MFe = 55,847 ),

F = 96500 Coulomb, constanta lui Faraday,

n - valenţa metalului, sau mai exact grupa principală de oxidare a metalului.

Coroziunea încetează când se va aplica un curent cel puţin egal cu cel calculat cu această relaţie, dar de sens contrar.

O altă metodă constă în aplicarea pe metalul imersat în electrolit a unui curent electric crescător şi măsurarea potenţialului acestuia. Pe curba de polarizare se trasează potenţialul de imunitate şi acestuia îi corespunde intensitatea curentului de protecţie. În cele mai multe situaţii curentul astfel determinat are valoarea maximă deoarece este independentă de timp.

Mărimea curentului de protecţie stabilită prin aceste metode este diferită de mărimea reală necesară, deoarece nu s-a ţinut seama de alţi factori care intervin în procesul de coroziune, cum ar fi temperatura, starea de mişcare a fluidului agresiv, prezenţa sau absenţa unui strat izolator, activitatea microorga¬nismelor, starea de tensiuni.

Dacă nu se dispune de valori stabilite în condiţii cât mai apropiate de cele reale, în calculele preliminarii de proiectare a protecţiei conductelor din oţel se pot folosi densităţile de curent ip prezentate în tabelul 1:

Tabel 1: Densitatea curentului de protecţie pentru conducte

Mediu de lucru Protecţia pasiva existenta Densitatea de curent necesară ip, mA/m2

Sol neutru steril Fără protectie 4.3-16.2

Sol neutru aerat Fară protectie 21.5-32.4

Sol uscat aerat Fără protecţie 5.5-16.5

Sol umed Materiale sintetice 10-3-10-2

Bitum cu fibre de sticlă 10-2-10-1

Bitum sau gudron de carbune 0.2-1.8

İută impregnată cu bitum 4-60

Fără protecţie 25-100

Sol cu aciditate ridicată Fără protecţie 55-160

Sol cu bacterii sulfat-reducătoare Fără protecţie 400-500

Apă de rau Vopsea de calitate 0.04-0.6

Vopsea veche 0.2-8

Fără vopsea 20-500

Apă dulce staţionară Cu strat de carbonat 90-110

Fără vopsea 250-345

Apă dulce în misşcare turbulentă Fără vopsea 55-450

Apă de mare Vopsea de calitate 0.2-30

Vopsea veche 20-1000

Vopsea + bitum 0.5-5

Vopsea + materiale sintetice 0.005-0.5

Fără protecţie 200-1000

Densitatea de curent aplicată metalului nu trebuie să fie exagerat de mare deoarece se ajunge la fisurarea şi dezlipirea catodică a stratului de protecţie pasivă prin degajarea unei cantităţi mari de hidrogen. O densitate prea mică nu asigură decât o protecţie parţială a metalului.

2. Criterii de alegere a sistemului de protecţie catodică

Criteriile care stau la baza alegerii sistemului de protecţie catodică sunt:

-rezistenţa electrică a solului;

-starea izolaţiei suprafeţei de protejat;

-costul protecţiei.

Pentru o rezistenţă electrică a solului mai mică de 2500 Ω/cm, se impune sistemul de anozi activi, iar la o rezistenţă electrică mai mare de 2500 Ω/cm, sistemul de protecţie cu staţie de curent. Pentru o arie mare expusă coroziunii se dovedeşte mai economic sistemul cu staţie catodică.

Cheltuielile pentru realizarea protecţiei catodice la conductele magistrale cu staţie de curent reprezintă cca. 0,2 % din valoarea investiţie, pe când la folo¬sirea anozilor activi, acestea ajung la 10-15 %.