УДК 541.138.2

© Салтыков С.Н., Ларин Ю.И., Петелин В.А.

Липецкий государственный технический университет. E-mail: saltsn@lipetsk.ru
ОАО “Новолипецкий металлургический комбинат”. E-mail: Y_Larin@stinol.ru

При разработке системы протекторной защиты металла от коррозии распределение электродного потенциала по его поверхности позволяет определить эффективность защиты, рассчитывать геометрические параметры протектора и частоту их расположения по длине защищаемого объекта.

Ключевые слова: электрохимическая коррозия, протекторная защита, электродный потенциал, защитный эффект.

Одним из критериев эффективности защиты металла от электролитической коррозии внешним током или при помощи протектора является величина электродного потенциала защищаемой поверхности. В случае коррозии небольших по размеру объектов величина потенциала адекватно отражает степень защищенности. Однако, когда речь идет о коррозии металлических объектов, либо большой площади, либо протяженных в длину, например, трубопроводов, поверхность металла нельзя считать изопотенциальной, поэтому коррозия может иметь неравномерный характер. Кроме того, при осуществлении протекторной защиты, решающее значение имеет величина токоотдачи протектора, определяемая, в основном, его геометрическими размерами, и расстоянием между протекторами. Исходя из этого, распределение защитного потенциала малых объектов, используемых при проведении лабораторных испытаний протекторной защиты, может отличаться от такового в условиях эксплуатации реальных объектов, приводя к низкой эффективности протекторной защиты. Именно это обусловило цель настоящей работы – исследовать распределение электродного потенциала (РЭП) по длине металлического образца в условиях действия электрохимической защиты, а также его зависимость от расстояния между металлом и протектором.

Данная работа осуществлена в рамках исследования коррозии и разработки системы протекторной защиты трубопровода доменного газа (ТДГ) топливно-энергетического комплекса ОАО “НЛМК”, поскольку водный конденсат, скапливающийся на внутренней поверхности трубы, вызывает ее интенсивную коррозию. Вопросы, связанные с подбором материала протектора, его геометрических размеров и частоты расположения по длине трубы могут быть разрешены на основе результатов исследования РЭП по длине стали в условиях протектирования.

Объектом исследования служили образцы Ст3 различной длины, а в качестве коррозионной среды использовали водный конденсат ТДГ. На основании результатов предварительных экспериментов в качестве материала протектора выбран технический цинк, образцы которого изготавливали в форме дисков толщиной 1 мм и диаметром 10 мм. Предварительная обработка образцов состояла в шлифовке на абразиве, промывке водой и обезжиривании этиловым спиртом. Эксперименты осуществляли в специально сконструированной двухэлектродной ячейке с перемещающимся по одной координате капилляром с хлорсеребряным электродом сравнения. Значения электродных потенциалов пересчитывали на нормальную водородную шкалу. Перед измерениями образцы выдерживали в рабочем растворе в течение 15 мин, что продиктовано результатами хронопотенциометрического исследования поведения стали в водном конденсате и отвечает установлению стационарного значения электродного потенциала (Е_ст). РЭП строили по длине (l) образца путем измерения при различных местоположениях электрода сравнения и переменном расстоянии (S) между испытуемым образцом и протектором.

Результаты исследования РЭП Ст3 в водном конденсате ТДГ без электрохимической защиты свидетельствуют (рис. 1 кривая 1), что поверхность стали можно считать практически изопотенциальной. Незначительные изменения потенциала в некоторых точках поверхности связаны, по нашему мнению, с неоднородностью ее механической обработки.

Подключение протектора к Ст3 также приводит к смещению потенциала стали в область отрицательных значений. В наших экспериментах протектор находился на расстоянии S=2 см от левого края испытуемого образца. Результаты измерения РЭП свидетельствуют (рис. 1), что максимальный защитный эффект достигается возле токоввода. По длине образца значение потенциала, как и в случае использования внешнего катодного тока, снижается, приближаясь к значению Е_ст. При этом следует отметить, что величина изменения потенциала на единицу длины образца (dE/dl) для случая протекторной защиты меньше, чем для катодной, а длина защищенной зоны не превышает 1,5 см.

Исходя из того, что величина защитного потенциала определяется не только разностью стационарных потенциалов стали и протектора в разомкнутом состоянии, но также и сопротивлением среды, нами изучено РЭП по поверхности Ст3 в условиях протекторной защиты при различных значениях S. Полученные результаты представлены на рис. 2, из которого следует, что с увеличением S значение потенциала смещается к Е_ст. При этом величина dE/dl с ростом S снижается, приводя к уменьшению длины защищенной зоны поверхности.

Таким образом, РЭП по длине образца играет большую роль при расчете радиуса действия протектора. Однако, представляет интерес изменение потенциала в определенной точке поверхности в зависимости от величины S. Результаты (рис. 3) свидетельствуют, что потенциал в l=1,5 см от токоввода, монотонно изменяется с ростом S. В точках при l=2ч5 см от токоввода наблюдается резкое изменение потенциала при увеличении S от 1 до 4 см, и приближается к Е_ст при удалении протектора на расстояние S> 4 см. Потенциал при l>6 см близок к Е_ст и практически не зависит от S.

Таким образом, полученные результаты позволяют определить длину защищаемой зоны на поверхности металла при различных расстояниях между металлом и протектором. При этом наилучший защитный эффект, как и следовало ожидать, наблюдается при S!’0, что соответствует непосредственному контакту протектора и металла, поскольку омическое сопротивление среды в этом случае минимально. Для определения радиуса действия протектора в этих условиях нами построено РЭП при нахождении протектора непосредственно на поверхности образца на равных расстояниях от краев. Из полученных результатов (рис. 4) вытекает, что при удалении от протектора наблюдается резкое падение потенциала на расстоянии, равном одной длине протектора. При большем удалении величина dE/dl уменьшается, и на расстоянии, равном двум длинам протектора, равна Е_ст. Из рис. 4 также следует, что при непосредственном контакте металла и протектора защитный эффект наблюдается в радиусе, равном половине длины протектора.

1. Измерено распределение потенциала по длине образца Ст3 и показано, что в условиях контакта протектора и металла, поверхность последнего не является изопотенциальной и при удалении от места контакта защитный потенциал по абсолютному значению уменьшается.
2. Увеличение расстояния между металлом и протектором приводит к уменьшению защищенной зоны поверхности стали.
3. В условиях непосредственного контакта металла и протектора зависимость потенциала от расстояния до протектора определяет защитный эффект и радиус защитной зоны равной половине длины протектора.
4. Результаты измерения распределения электродного потенциала металла позволяют рассчитывать радиус защитного действия протектора и определять его геометрические параметры при проектировании систем протекторной защиты металла от коррозии.