Электрохимическая защита пирса

Защита пирса в морской воде протекторами и контроль ее работы

Осуществляем электрохимическую защиту от коррозии морских пирсов, причалов и других сооружений в морской воде шельфовой зоны Приморского края под ключ с гарантией и авторским контролем.

Обращаться по тел. 423-2919267, 423-514593 или chernov.bor@yandex.ru

Пример защиты свайного пирса в морской воде протекторами
из алюминиевого сплава и контроль ее работы

Цель работы - осуществить защиту от морской коррозии свайного пирса, представленного на фото 1, алюминиевыми протекторами с прямым контролем действенности такой защиты и оценкой срока ее службы.

elektrokhimicheskaya-zashchita-pirsa-1

elektrokhimicheskaya-zashchita-pirsa-2
Фото 1. Общий вид защищаемого пирса от 26 мая 2011 г.

Характеристика пирса и протекторной защиты

Основание пирса изготовлено из 18 свай, роль которых играют трубы диаметром 180 мм. Длина свай, находящихся в морской воде, максимальная - 2,5 метра, а минимальная - 0,7 метра. Общая площадь защищаемой от коррозии металлической поверхности составляет: S = 25,5-30,5 м2. Потенциал коррозии свай без защиты - 0,525 В при температуре воды 10оС и 0,580 В при температуре воды 20,5оС относительно х.с.э.

Характеристики морской воды, измеренныеу пирса, представлены в табл. 1.

Табл.1 Показатели морской воды у пирса

Параметры

T,oC

pH

[O2],мг/л

λ, мСм/см

TDS, г/л

SAL, ‰

Значения параметров
(лето, 4.09.2011)

18,2

7,95

7,33

47,9

23,9

31,0

Значения параметров
(зима, 19.11.2011)

4,2

8,19

9,68

52,2

26,1

32,2

С 17 по 26 июля 2011 года для защиты от коррозии подводной части пирса были выполнены расчеты протекторной защиты, изготовлены и установлены 8 протекторов из алюминиевого сплава процентного весового состава: О - 3,52%, Zn - 4,4%, Si - 0,27%, Al - 91,35%. Протекторы были расположены в центральных точках симметрии между сваями, как показано на рис. 1.

elektrokhimicheskaya-zashchita-pirsa-3
Рис.1. Схема размещения протекторов на пирсе

Протекторы представляли собой цилиндрические болванки диаметром 100 мм и длиной 250 мм c вплавленным в центре цилиндра оцинкованного троса диаметром 8,3 мм для прикрепления их к пирсу (фото 2). Непосредственно протекторы крепили к пирсу при помощи стандартных электрических наконечников.

elektrokhimicheskaya-zashchita-pirsa-4
Фото 2. Общий вид протектора от 22 сентября 2011 г.

Протекторы нумеровали и перед погружением измеряли их массу с точностью до 1 г. Результаты таких измерений приведены в таблице 2.

Табл.2 Массы использованных алюминиевых протекторов

Номер
образца

Масса образца,г

Номер
образца

Масса образца,г

1

4901

5

4885

2

5192

6

4600

3

4811

7

5335

4

5094

8

5010

Измеренный потенциал протекторов в морской воде до замыкания их на пирс находился в пределах 0,980?1,020 В относительно ХСЭ. Потенциалы пирса после установки на него протекторов увеличивались в отрицательную сторону. Судя по измеренным потенциалам, выход на стационарный режим работы защиты за счет формирования на сваях пирса катодного осадка произошел через 10-15 дней.

Методика измерений и анализ работы протекторной защиты

Для измерения потенциалов и тока применялся портативный тестер MULTIMETER APPA 95. В качестве электрода сравнения использовался хлорсеребряный электрод марки ЭВЛ-1М3. Для оценки степени защиты пирса 29 июля 2011 г. в 21 час была установлена рамка с 10 индикаторными (контрольными) образцами из Ст 3, 5 из которых были замкнуты на пирс через медный проводник. Замкнутые образцы фактически моделировали коррозионное поведение пирса в состоянии его реальной защиты данными протекторами, а не замкнутые - коррозионное состояние пирса без защиты. Все контрольные образцы перед погружением в морскую воду были очищены от продуктов коррозии по ГОСТ 9.907-83, промыты дистиллированной водой, высушены и взвешены на аналитических весах с точностью 0,001 г. Нумерация и масса образцов приведена в таблице 3.

Табл.3 Массы образцов и их изменения для оценки контроля электрохимической защиты

Исходная
масса
образца;
mисх, г

Масса
образца
на момент
съемки;
mкон, г

Убыль
массы
образца;
Δm, г

Дата
съемки

Время
экспозиции;
t, сут

Скорость
коррозии;
vкор, мкм/год

Образцы без протекторной защиты. Дата постановки – 29.07.2011

1

43,7253

42,4423

1,2830

4.09.11

37

201,0

2

45,1471

43,3148

1,8323

05.10.11

67

158,5

3

42,7654

         

4

42,6798

         

5

45,4441

42,9652

2,4789

19.11.11

113

127,2

Образцы с протекторной защитой. Дата постановки – 29.07.2011

1

44,6318

         

2

40,3126

         

3

41,4947

41,1691

0,3256

19.11.11

113

16,7

4

45,3058

45,3056

0

05.10.11

67

0

5

46,9580

46,8954

0,0626

4.09.11

37

9,81

Протекторный сплав в морской воде. Дата постановки – 9.08.2011

1

49,8359

         

2

48,6010

48,5664

0,0346

19.11.11

102

2,0
0,34 мг/сут

9 августа 2011 г. в 12 часов к рамке с индикаторными образцами были прикреплены два образца из материала протектора для определения скорости коррозии протекторов в бестоковом состоянии. Образец № 1 имел массу 49,8359 г, а №2 имел массу 48,6010 г. Общие виды контрольной рамки с образцами при различных временах экспозиции представлены на фото 3-6.

elektrokhimicheskaya-zashchita-pirsa-5
Фото 3 от 09.08.2011

elektrokhimicheskaya-zashchita-pirsa-6
Фото 4 от 04.09.2011

elektrokhimicheskaya-zashchita-pirsa-7
Фото 5 от 05.10.2011

elektrokhimicheskaya-zashchita-pirsa-8
Фото 6 от 19.11.2011

Из результатов, представленных втаблице 3 и фото 3-6, можно сделать вывод, что пирс находится под 100% защитой. Небольшие скорости коррозии контрольных образцов, замкнутых на пирс, можно объяснить погрешностями, вызванными неизбежной коррозией образцов, происходящей в интервале времени (до двух суток) между съёмом образцов и их транспортировкой в лабораторию для измерения их масс.

Для оценки потерь массы протекторов с целью определения длительности работы протекторной защиты 20 ноября 2011 г. были на короткий период эксперимента (около 1,5 часов) сняты протекторы № 1 и №2. Эти протекторы были очищены от продуктов коррозии в растворе по ГОСТи взвешены с точностью до 1 г. Масса протектора №1 за 124 суток уменьшилась на 323 г, а протектора № 2 на 278 г.

В процессе отсоединения протекторов №1 и №2 от пирса была также измерена сила тока для каждого протектора, которая оказалась одинаковой для обоих протекторов и по величине равной 69-70 мА.

Расчет убыли массы протекторов под действием протекающего тока можно оценитьпо закону Фарадея:

Δm= elektrokhimicheskaya-zashchita-pirsa-9

где Δm– убыль массы протектора, г;

M – атомная масса металла протектора, г/моль;

(для Al– основного металла протектора,M= 27);

I– сила тока в цепи, А;

t– время экспозиции, с;

n– число электронов, участвующих в электрохимической реакции;

F– число Фарадея, Кл/моль (F= 96485 Кл/моль).

При силе тока в цепиI= 69 мА и времени экспозицииt= 124 суток потери массы должны составить

 

Δmтеор= elektrokhimicheskaya-zashchita-pirsa-10 = 68,9 ~ 69 (г).

Потери массы протекторов в бестоковом режиме по контрольным образцам составили 2,0 мкм/год или 0,34 мг/сут (см. табл.3). Такие массовые потери протекторов в бестоковом состоянии не могут дать существенный вклад в разрушение действующих протекторов. В реальности, как было измерено в вышеописанных экспериментах, потери масс составили 323 и 278 г соответственно.

Это свидетельствует, что расчетные значения выхода по анодному току для электрохимической реакции не превышают величины 25%.

Для первого протектора: Δmэксп.1= 323 г, ВТ1= 21,3 ~ 21%,

а для второго: Δmэксп.2= 278 г, ВТ2= 24,8 ~ 25%.

Следовательно, дополнительная убыль массы (~75-80%) протекторов происходит за счет процессов непосредственно не связанных с идущим внешним током, а зависит, например, от анодной дезинтеграции или выделяющимся с поверхности работающих протекторов газа. В качестве реакций, вызывающих дополнительные расходы массы протекторов с выделением газа, можно предположить, например, следующую окислительно-восстановительную пару с суммарной химической реакцией

2Al+ 6H2O→ 2Al(OH)3+ 3H2↑:

2Al? 6e?→2Al3+

6H2O+ 6e?→ 6OH?+ 3H2↑,

В этом случае катодным деполяризатором выступает вода, и выделяется водород. Протекание такой реакции и приводит к процессу растворения протектора с так называемым отрицательным дифференц-эффектом. О таких теоретических рассуждениях можно судить только после дополнительных опытов по определению парциальных долей теряемых масс от выделяющегося водорода, от протекающего анодного тока и оценки дезинтеграционного эффекта. Рентгенофазовый анализ и термохимический анализ продуктов коррозии протекторов дает основание считать, что и в действительности на поверхности протекторов формируется слой рыхлого гидроксида алюминия тощиной до 10 мм (см. фото 2). Такие результаты подтверждаются методами рентгенофазового и термических анализов.

С учетом исходной массы каждого протекторов и экспериментально определенной скорости их разрушения можно считать работу системы протекторной защиты надежной до 5 лет. Для увеличения срока службы с необходимостью должны использоваться другие алюминиевые сплавы, имеющие большие массы или более высокие коэффициенты полезного действия.

Литература

1. РД 31.35.07-83. Руководство по электрохимической защите от коррозии металлоконструкций морских гидротехнических сооружений в подводной зоне.

2. ГОСТ 26501-85. Корпуса морских судов. Общие требования к электрохимической защите.

3. ГОСТ 26251-84. Протекторы для защиты от коррозии. Технические условия.

4. РД-91.020.00-КТН-149-06. Нормы проектирования электрохимической защиты магистральных трубопроводов и сооружений НПС. 5. ГОСТ 9.907-83 - Методы удаления продуктов коррозии после коррозионных испытаний.

© All Copyright, ООО «RussiaAsia 21»
Услуги в сфере таможенного оформления и доставки грузов

...