Максимальный защитный потенциал , В - максимальный критерий защиты - значение защитного потенциала, превышение которого (по абсолютной величине) может вызвать наводороживание металла или в случае защиты окрашенной поверхности - разрушение лакокрасочного покрытия.
Расчетный параметр защитного тока J, А/м - ток, стекающий с одного метра одного анода.
Защитный ток Jзащ, A - ток, обеспечивающий катодную защиту поверхности и равный суммарному току, стекающему с анодов системы.
Электрод сравнения (ЭС) - гальванический полуэлемент с постоянным по времени, хорошо воспроизводимым собственным потенциалом, не изменяющимся или изменяющимся по строго определенному закону при изменении характеристик среды.
Наиболее распространенными электродами сравнения являются следующие:
Нормальный водородный электрод (НВЭ) - полуэлемент, состоящий из платинового электрода, покрытого платиновой чернью, погруженного в раствор кислоты с активностью ионов водорода, равной единице, и давлении газообразного водорода над раствором, равном атмосферному.
Потенциал водородного электрода принят равным нулю при любых температурах. Водородный электрод сравнения применяется в лабораторных условиях и является эталоном для оценки электродных потенциалов других электродов сравнения.
Хлорсеребряный электрод (ХСЭ) - применяется в качестве электрода сравнения в природной воде и других средах. Описание и значения собственных потенциалов ХСЭ приведены в справочном приложении 11.
Насыщенный медно-сульфатный электрод (МСЭ) - применяется в качестве электрода сравнения в грунте и в воде (см. справочное приложение 12).
Анодная система (аноды) - электроды (обычно металлические), присоединяемые к положительному полюсу источника постоянного тока для пропускания электрического тока через коррозионную среду (электролит) к катоду, которым является защищаемая поверхность.
Электрохимический эквивалент Э, кг/Агод - количество вещества, которое выделяется (растворяется) с анода при прохождении единицы тока в единицу времени.
Удельная электрическая проводимость воды g, См/м.
Общая минерализация воды С, мг/л - количество растворенных минеральных веществ в литре воды.
Солевые катодные отложения (СКО) - отложения малорастворимых соединений кальция и магния на защищаемой поверхности металла при катодной защите.
Защитный ток при формировании солевых катодных отложений Jско, А - ток катодной защиты, при котором на поверхности в данной среде образуются солевые катодные отложения, обладающие заданными защитными свойствами.
Сопротивление растеканию Rp, Ом - электрическое сопротивление данной системы электродов в данной среде.
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Обязательное
выбор исходных данных для расчета катодной защиты
Таблица 1
Выбор критериев защиты и допустимая неравномерность сдвига защитного потенциала
|
Стационарный потенциал металла в условиях эксплуатации, Uс, В, по НВЭ |
Полная защита от язвенной коррозии и защита на 80 - 90 % от общей коррозии (степень защиты 80 - 90 %) |
Полная защита от общей и язвенной коррозии (степень защиты 100 %) |
||||
|
|
, В |
, В |
|
, В |
, В |
|
|
Поверхность, защищенная покрытиями |
||||||
|
- 0,300 |
0,100 |
0,900 |
9 |
0,250 |
0,900 |
3,6 |
|
- 0,350 |
0,100 |
0,850 |
8,5 |
0,200 |
0,850 |
4,2 |
|
- 0,400* |
0,050 |
0,800 |
16 |
0,150 |
0,800 |
5 |
|
Поверхность, не защищенная покрытиями |
||||||
|
-0,300 |
0,100 |
2,200 |
2,2 |
0,250 |
2,200 |
9 |
|
-0,350* |
0,100 |
2,150 |
21,5 |
0,200 |
2,150 |
10 |
|
-0,400 |
0,050 |
2,100 |
42 |
0,150 |
2,100 |
14 |
* Рекомендуемые значения при неизвестном заранее значении Uc.
Таблица 2
Значение величины удельной катодной поляризуемости металла b для различного состояния поверхности, Ом??м2
|
Состояние поверхности металла |
Эксплуатационная среда |
Наблюдаемая на практике |
Рекомендуемая для расчетов |
|
Поверхность, не защищенная покрытиями |
|||
|
|
Пресная вода |
|
|
|
Поверхность стали без видимых следов ржавчины (чистая) |
|
0,5 - 1,0 |
0,7 |
|
Поверхность, покрытая слоем ржавчины |
|
1,0 - 2,0 |
1,5 |
|
Поверхность, покрытая слоем ржавчины с самопроизвольным выпадением осадков |
Самопроизвольное выпадение известняковых осадков наблюдается в водах с минерализацией свыше 600 мг/л |
2,0 - 6,0 |
3,0 |
|
Поверхность, покрытая солевым отложением, образованным при катодной защите |
С = 150 ?? 400 мг/л |
10 - 30 |
15 |
|
|
С ?? 400 мг/л |
30 - 70 |
40 |
|
|
Морская вода |
|
|
|
«Чистая» и ржавая поверхность стали |
|
0,3 - 1,0 |
0,5 |
|
Поверхность, покрытая солевым катодным отложением |
|
4,0 - 6,0 |
5,0 |
|
Поверхность, защищенная покрытиями |
|||
|
Пресная вода |
|||
|
Начальный срок эксплуатации покрытия |
|
|
|
|
Тип покрытия: |
|
|
|
|
этинолевые и каменноугольные |
|
100 - 400 |
250 |
|
перхлорвиниловые и эпоксидные |
|
800 - 2000 |
1000 |
|
Срок эксплуатации покрытия, равный половине нормативного срока службы: |
|
|
|
|
этинолевые и каменноугольные |
|
30 - 150 |
60 |
|
перхлорвиниловые и эпоксидные |
|
300 - 800 |
500 |
|
Поверхность в конце нормативного срока службы: |
|
|
|
|
этинолевые и каменноугольные |
|
5 - 60 |
20 |
|
перхлорвиниловые и эпоксидные |
|
50 - 100 |
70 |
|
Поверхность с полностью разрушенным покрытием или с сохранившейся заводской грунтовкой |
|
5 - 20 |
10 |
|
Морская вода |
|||
|
Начальный срок эксплуатации покрытия |
|
5 - 60 |
30 |
|
Поверхность с сильно разрушенным покрытием |
|
0,5-1,2 |
1 |
Рис. 1. Зависимость величины удельной электрической проводимости воды от ее общей минерализации
Рис. 2. Зависимость удельной электрической проводимости морской воды от общей минерализации, мг/л, солености, %о, и температуры, °С
ПРИЛОЖЕНИЕ 3
Обязательное
МЕТОДИКА РАСЧЕТА КАТОДНОЙ ЗАЩИТЫ ПЛОСКИХ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ
Расчет следует вести по номограммам, построенным на основании численных расчетов электрического поля, создаваемого гальванической системой: катод (защищаемая поверхность) - аноды - система протяженных вдоль плоскости анодов, расположенных по схеме, представленной на рис. 1 обязательного приложения 3. Для проведения расчета катодной защиты по номограмме требуется задать следующие параметры в соответствии с п. 2.1 настоящих Норм: критерии защиты; геометрические размеры конструкции, т.е. длину и высоту поверхности защиты, а для сороудерживающей решетки еще и общую площадь поверхности защиты; удельную электрическую проводимость среды; удельную катодную поляризуемость. Должен быть задан, кроме того, один из следующих параметров: либо количество анодов (N), оптимальное для данной конструкции и условий ее эксплуатации, или расстояние между анодами (2 а); либо отстояние анодов от плоскости защиты (h), допустимое по конструктивным или эксплуатационным условиям; либо номинальный ток катодной защиты (суммарный ток Jзащ, стекающий с анодов).
Рис. 2 (а - л). Номограммы для расчета катодной защиты плоских металлоконструкций
Номограммы представлены в двух видах: I вид в координатах ??Uмакс/??Uмин; а - для различных значений параметра k = b?? и h (рис. 2, а - л обязательного приложения 3). По номограмме I вида следует определять степень неравномерности распределения защитного потенциала в зависимости от расстояния между анодами или их количества. II вид номограммы построен в координатах Uмин/bJ; а - для различных k = b?? и h. По номограмме II вида следует определять абсолютное минимальное значение величины сдвига защитного потенциала в зависимости от заданных параметров: ??, a, h, J, b.
Рис. 1. Расчетная схема катодной защиты плоской конструкции
??U - сдвиг защитного потенциала; 2а - расстояние между анодами; h - отстояние анодов от защищаемой поверхности, J - ток, стекающий с одного метра каждого анода
При расчетах следует соблюдать следующий порядок пользования номограммами.
Первоначально следует рассчитать параметр k = b?? и выбрать соответствующую ему номограмму. Далее следует задать абсолютное значение минимального сдвига защитного потенциала.
Исходя из конструктивных и эксплуатационных соображений, необходимо задать количество анодов, расстояние между анодами (2а), либо отстояние анодов от поверхности защиты (h). По соответствующей кривой номограммы следует определить степень неравномерности поля Uмакс/DUмин и соотношение DUмин/bJ, откуда рассчитывается ток J.
Допустимо первоначально задать степень неравномерности поля защиты Uмакс/DUмин и один из параметров: J, либо h, либо 2а и согласно соответствующей кривой определять остальные параметры.
Примеры расчета катодной защиты затвора и сороудерживающих решеток плотины ГЭС приведены в справочном приложении 14 настоящих ВСН.
ПРИЛОЖЕНИЕ 4
Обязательное
РАСЧЕТ СОПРОТИВЛЕНИЯ РАСТЕКАНИЮ АНОДОВ
Сопротивление растеканию Rp для N вертикальных или горизонтальных анодов (труба или круглый стержень) конечной длины, расположенных параллельно плоскости защиты на расстоянии h, м, следует рассчитывать по формуле
, Ом, (1)
где l - длина анода, м;
r - радиус анода, м;
g - удельная электрическая проводимость среды, См/м.
Расстояние между анодами 2а > 5h.
Сопротивление растеканию Rр для N анодов, удаленных от плоскости защиты более чем на 5 радиусов анода, следует рассчитывать по формуле
, Ом, (2)
Расстояние между анодами 2а > 5h.
Сопротивление растеканию анодов произвольного сечения следует рассчитывать по формуле
, Ом, (3)
где с - периметр сечения анода, м;
l - длина анода, м;
h - расстояние от плоскости, проходящей через центр анода до защищаемой конструкции, м;
?? - удельная электрическая проводимость среды, См/м.
Сопротивление растеканию полосовых анодов, установленных непосредственно на конструкции через изоляционный экран, следует рассчитывать по формуле
, Ом, (4)
где В - коэффициент, зависящий от отношения ширины анода к ширине экрана.
|
Отношение ширины анода к ширине экрана |
1/2 |
2/3 |
3/4 |
4/5 |
5/6 |
6/7 |
8/9 |
9/10 |
|
В |
1,30 |
1,05 |
0,95 |
0,90 |
0,85 |
0,80 |
0,75 |
0,70 |
ПРИЛОЖЕНИЕ 5
Обязательное
РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ КАТОДНОЙ ЗАЩИТЫ
Следует рассчитать суммарный ток защиты Jзащ, А, напряжение на клеммах источника питания U, В, мощность Р, Вт.
Расчет суммарного тока защиты следует производить по формуле
Jзащ = J??l??N + Jу, (1)
где J, А/м - ток, стекающий с одного метра анода, определяемый согласно обязательному приложению 3;
l, м - длина одного анода;
N - количество анодов;
Jу, А - ток утечки на окружающие защищаемую поверхность бетонные конструкции.
Величину тока утечки следует оценивать согласно таблице. Для уменьшения токов утечки следует применять околоанодные изоляционные экраны (п. 3.8, 3.9 настоящих Норм).
Напряжение следует рассчитывать по формуле
U = Jзащ(Rр.сум + Rкат + Rв.цепи), (2)
