RU1067U1

RU1067U1 - Atmospheric corrosion cathodic protection

Info

Publication number: RU1067U1
Application number: RU93055051/26U
Authority: RU
Inventors: А.И. Соколов; Ю.В. Грибков; Г.Н. Красовский; Н.Н. Грачев; А.А. Жиляев; А.Ф. Ибрагимова
Original assignee: Научный методический центр при Государственном комитете Российской Федерации по высшему образованию
Priority date: 1993-12-13
Filing date: 1993-12-13
Publication date: 1995-11-16

Abstract

Устройство катодной защиты от атмосферной коррозии, содержащее блок формирования защитных токов и напряжений, выход которого соединен с не менее чем одним защитным электродом, каждый из которых выполнен с возможностью изолированного закрепления на защищаемой поверхности, а первый вход выполнен с возможностью подключения к положительному полюсу источника напряжения, отрицательный полюс которого выполнен с возможностью соединения с защищаемой поверхностью и вторым входом блока формирования защитных токов и напряжений, отличающееся тем, что блок формирования защитных токов и напряжений выполнен в виде последовательно соединенных генератора импульсов с регулируемой скважностью, автоколебательного мультивибратора, умножителя напряжения и выпрямителя со сглаживающим фильтром, последовательно соединенных ключевого элемента и катушки индуктивности, а также схемы сравнения, выход которой подключен к управляющему входу ключевой схемы коммутирующего диода, катод которого соединен с выходом ключевого элемента и сглаживающего конденсатора, первый вывод которого соединен с выходом катушки индуктивности, подключенной также к входу схемы сравнения и через введенные разделительные диоды к защитным электродам, которые также соединены через введенные резисторы с выходом выпрямителя со сглаживающим фильтром, при этом вход ключевого элемента является первым входом блока формирования защитных токов и напряжений, а второй вывод сглаживающего конденсатора и анод коммутирующего диода объединены и являются вторым входом блока формирования защитных токов и напряжений.A cathodic protection device against atmospheric corrosion, comprising a protective current and voltage generating unit, the output of which is connected to at least one protective electrode, each of which is made with the possibility of insulated fixing on the surface to be protected, and the first input is configured to connect to the positive pole of the voltage source the negative pole of which is made with the possibility of connection with the surface to be protected and the second input of the protective currents and voltages forming unit, characterized by Ie, the protective current and voltage generation unit is made in the form of a series-connected pulse generator with adjustable duty cycle, a self-oscillating multivibrator, a voltage multiplier and a rectifier with a smoothing filter, a key element and an inductance coil connected in series, as well as a comparison circuit, the output of which is connected to the control input a key circuit of a switching diode, the cathode of which is connected to the output of the key element and a smoothing capacitor, the first output of which is connected is connected to the output of the inductor, which is also connected to the input of the comparison circuit and through the input diodes to protective electrodes, which are also connected through the input resistors to the output of the rectifier with a smoothing filter, while the input of the key element is the first input of the protective currents and voltages forming unit, and the second output of the smoothing capacitor and the anode of the switching diode are combined and are the second input of the protective currents and voltages forming unit.

Description

/с /from

УСТРОЙСТВО КАТОДНОЙ ЗАЩИТЫ CATHOD PROTECTION DEVICE

Нолезная модель относится к электрохимическим средствам защиты металлов от коррозии, вызванной атмосферными осадками или различными агрессивными средами, и может быть использовано для защиты различных металлических изделий подверженных воздействию атмосферной коррозии.The useful model refers to the electrochemical means of protecting metals from corrosion caused by precipitation or various aggressive environments, and can be used to protect various metal products exposed to atmospheric corrosion.

Наиболее распространенным средством защиты металлов от коррозии является покрытие их поверхностей специальными защитными пленками, предотвращающими непосредственный контакт металлов с корродирр)щей средой-электролитом (см.напр.пат. США N 3498898, С 23 F 13/00, публ. 03.03.10).The most common means of protecting metals from corrosion is to coat their surfaces with special protective films to prevent direct contact of metals with a corroding electrolyte (see US Pat. No. 3498898, C 23 F 13/00, publ. 03.03.10) .

Однако данное средство пассивной защиты обладает существенным недостатком - практически невозможно контролировать сохранность защитной пленки, особенно в труднодоступных местах.However, this means of passive protection has a significant drawback - it is almost impossible to control the safety of the protective film, especially in hard-to-reach places.

Поэтому более предпочтительным является применение активных средств защиты металлов от коррозии.Therefore, it is more preferable to use active means of protecting metals from corrosion.

Атмосферная коррозия является электрохимическим процессом связанным с прохождением как минимум двух сопряженных окислительно - восстановительных реакций, протекающих на поверхности корродируемого металла.Atmospheric corrosion is an electrochemical process associated with the passage of at least two conjugated redox reactions that occur on the surface of a corroded metal.

с 23F 13/02with 23F 13/02

.-mw 1/00 от АТМОСФЕРНОЙ KOPPOGM..-mw 1/00 from ATMOSPHERIC KOPPOGM.

k .jiltt fk .jiltt f

При контакте металлической поверхности с водными растворами такими реакциями могут быть восстановление ионов водорода и ионизация (растворение) металла.Upon contact of the metal surface with aqueous solutions, such reactions can be the reduction of hydrogen ions and ionization (dissolution) of the metal.

В результате протекания сопряженных реакций корродирующий металл приобретает определенный коррозионный потенциал. Скорость растворения металла характеризуется величиной плотности коррозионного тока. Сдвиг от коррозионного потенциала в отрицательную сторону (создание защитного потенциала) вызывает ускорение реакции вьщеления водорода и замедление реакции ионизации металла.As a result of the occurrence of conjugated reactions, the corrosive metal acquires a certain corrosion potential. The rate of dissolution of the metal is characterized by the value of the density of the corrosion current. A shift from the corrosion potential to the negative side (creation of a protective potential) causes an acceleration of the hydrogen penetration reaction and a slowdown of the metal ionization reaction.

Создание защитного потенциала может осуществляться с помощью различных методов и средств.The creation of protective potential can be carried out using various methods and means.

В качестве иллюстрации таких средств может быть привлечена заявка РСТ N 87/00558 кл. С 23 F 13/02, 29.01.87, где описано устройство для катодной защиты металлических деталей от коррозии.By way of illustration of such funds, PCT application N 87/00558 cl. With 23 F 13/02, 01.29.87, which describes a device for the cathodic protection of metal parts from corrosion.

Данное устройство, выбираемое в качестве прототипа, содержит электронный блок формирования защитных токов и напряжений, первый вход которого подключается к положительному полюсу источника постоянного напряжения, и по крайней мере один защитный электрод, соединенный с выходом электронного блока. Электрод изолированно закрепляется на зищищаемой металлической поверхности, которая также соединяется с отрицательным полюсом источника постоянного напряжения, подключаемым также ко второму входу электронного блока.This device, selected as a prototype, contains an electronic unit for the formation of protective currents and voltages, the first input of which is connected to the positive pole of the DC voltage source, and at least one protective electrode connected to the output of the electronic unit. The electrode is isolated in isolation on a protected metal surface, which also connects to the negative pole of the DC voltage source, which is also connected to the second input of the electronic unit.

При попадании на зищищаемую поверхность электролита (например, при конденсации на ней атмосферной влаги) образуется замкнутая электрическая цепь: Защитный электрод (+) - электролит - защищаемый металл (-), т.к. защищаемая поверхность подсоединена к отрицательному полюсу источника питания потенциал ее сдвигается в отрицательную сторону, что способствует выделению водорода на ней и препятствует растворению (коррозии) металла.If electrolyte gets onto the surface to be protected (for example, when atmospheric moisture condenses on it), a closed electric circuit is formed: Protective electrode (+) - electrolyte - protected metal (-), because the protected surface is connected to the negative pole of the power source, its potential is shifted in the negative direction, which contributes to the release of hydrogen on it and prevents the dissolution (corrosion) of the metal.

- % -%

1В.Л ;с/;5 Г / 1 V.L; s /; 5 G /

и /jt txixC-t K- and / jt txixC-t K-

металлических поверхностей в прототипе имеет ряд существенных недостатков сопряженных с созданием на его выходе постоянных напряжений, величина которых не зависит от параметров коррозионной среды, что не позволяет создать на защшцаемом металле требуемых для эффективной защиты величин защитных потенциалов из-за активных процессов газовыделения.metal surfaces in the prototype has a number of significant drawbacks associated with the creation of constant voltages at its output, the magnitude of which does not depend on the parameters of the corrosive medium, which does not allow creating protective values for effective protection due to active gas evolution processes on the protected metal.

Заявляемое изобретение направленно на решение задачи, заключающейся в создании устройства катодной защиты металлических поверхностей объекта от атмосферной коррозии, которое за счет импульсных электрических воздействий на защищаемый металл, амплитуда которых изменяется в зависимости от параметров коррозионной среды, позволило бы обеспечить необходимую величину защитного потенциала защищаемой поверхности во всем диапазоне изменений состава коррозионных сред при минимизации процессов газовыделения.The invention is aimed at solving the problem of creating a device for the cathodic protection of metal surfaces of an object from atmospheric corrosion, which, due to pulsed electrical influences on the protected metal, the amplitude of which varies depending on the parameters of the corrosion medium, would provide the necessary value of the protective potential of the protected surface in the entire range of changes in the composition of corrosive media while minimizing the processes of gas evolution.

Поставленная задача решается тем, что устройство катодной защиты от атмосферной коррозии, содержащее блок формирования защитных токов и напряжений, выход которого соединен с не менее чем одним защитным электродом, каждый из которых выполнен с возможностью изолированного закрепления на защищаемой поверхности, а первый вход выполнен с возможностью подключения к положительному полюсу источника напряжения, отрицательный полюс которого выполнен с возможностью соединения с защищаемой поверхностью и вторым входом блока формирования защитных токов и напряжений, и элемента индикаци, подключенного к блоку формирования защитного потенциала согласно полезной модели блок формирования защитных токов и напряжений выполнен в виде последовательно соединенных генератора импульсов с регулируемой скважностью, автоколебательного мультивибратора, умножителя напряжения и выпрямителя со сглаживающим фильтром, последовательно соединенных ключевого элемента и катуш-JS/t ai The problem is solved in that the cathodic protection device against atmospheric corrosion, comprising a protective current and voltage generating unit, the output of which is connected to at least one protective electrode, each of which is made with the possibility of insulated fixing on the surface to be protected, and the first input is made with the possibility connection to the positive pole of the voltage source, the negative pole of which is made with the possibility of connection with the surface to be protected and the second input of the protection forming unit currents and voltages, and an indication element connected to the protective potential generation unit according to the utility model, the protective current and voltage generation unit is made in the form of series-connected pulse generator with adjustable duty cycle, self-oscillating multivibrator, voltage multiplier and rectifier with a smoothing filter, connected in series with a key element and coil-js / t ai

ки индуктивности, а также схемы сравнения, выход которой подключен к управляющему входу ключевой схемы, коммутирующего диода, катод которого соединен с выходом ключевого элемента, и сглаживающего конденсатора, первый вывод которого соединен с выходом катушки индуктивности, подключенной также ко входу схемы сравнения и, через введенные разделительные диоды, к защитным электродам, которые также соединены, через введенные резисторы, с выходом выпрямителя со сглаживающим фильтром, при атом вход ключевого элемента является входом блока формирователя защитного потенциала, а второй вывод сглаживающего конденсатора и анод коммутирующего диода объединены и являются вторым входом блока формирования защитных токов и напряжений. - inductance, as well as a comparison circuit, the output of which is connected to the control input of the key circuit, a switching diode, the cathode of which is connected to the output of the key element, and a smoothing capacitor, the first output of which is connected to the output of the inductance coil, also connected to the input of the comparison circuit and, through introduced separation diodes, to protective electrodes, which are also connected through introduced resistors, with the output of a rectifier with a smoothing filter, with an atom, the input of the key element is the input of the block irovatelya protection potential, and the second terminal of the smoothing capacitor and the anode of the switching diode are combined and the second input of the formation of protective currents and voltages. -

Полезная модель поясняется чертежем, где на фиг.1 изображена общая блок-схема устройства.A useful model is illustrated in the drawing, where Fig. 1 shows a general block diagram of a device.

Устройство катодной защиты от атмосферной коррозии, содержит генератор импульсов с регулируемой скважностью 1, автоколебательный мультивибратор 2, умножитель напряжения 3, выпрямитель со сглаживающим фильтром 4, ключевой элемент 5, выполненный, например на основе мощного транзистора, катущку индуктивности б, схему сравнения 7, коммутирующий диод 8, сглаживающий конденсатор 9, разделительные диоды 10, резисторы 11 и защитные электроды 12.The device for cathodic protection against atmospheric corrosion, contains a pulse generator with an adjustable duty cycle 1, a self-oscillating multivibrator 2, a voltage multiplier 3, a rectifier with a smoothing filter 4, a key element 5, made, for example, based on a powerful transistor, inductor b, a comparison circuit 7, switching diode 8, smoothing capacitor 9, isolation diodes 10, resistors 11 and protective electrodes 12.

t,t

Для избежания повреждений, вызванных возможными перегрузками и коротким замыканием между защитными электродами и защищаемой поверхностью, устройство может быть снабжено схемой защиты от короткого замыкания и перегрузки по току.To avoid damage caused by possible overloads and short circuits between the protective electrodes and the surface to be protected, the device can be equipped with a circuit for protection against short circuits and over current.

Элементы устройства соединяются друг с другом по схеме приведенной на фиг.1, при этом защитные электроды 12 изолированно закрепляются на защищаемой поверхности 13. Вход ключевого элемента 5 соединяется с одним из полюсов источника напряжения 14, дру/ - Д k The elements of the device are connected to each other according to the scheme shown in figure 1, while the protective electrodes 12 are isolated secured to the protected surface 13. The input of the key element 5 is connected to one of the poles of the voltage source 14, other / - Д k

/ /

ГОЙ полюс которого соединяется с защищаемой поверхностью 13.GOI pole which is connected to the protected surface 13.

Блоки 1, 2, 3 и 4 составляют преобразователь повышенного напряжения, а блоки 5, 6, 7, 8 и 9 - импульсный стабилизатор.Blocks 1, 2, 3, and 4 comprise an overvoltage converter, and blocks 5, 6, 7, 8, and 9 comprise a pulse stabilizer.

Устройство катодной защиты от атмосферной коррозии работает следующим образом.The cathodic protection against atmospheric corrosion works as follows.

При минимально заданном значении тока потребления на каждом канале, соединенном с соответствующим защитным электродом, функционирует только преобразователь повьшенного напряжения. Генератор импульсов 1 осуществляет модуляцию автоколебательного мультивибратора 2, в результате чего с выхода сглаживающего фильтра 4 снимается промодулированное напряжение с определенной частотой и с заданной скважностью.With a minimum set value of the consumption current on each channel connected to the corresponding protective electrode, only the overvoltage converter operates. The pulse generator 1 modulates the self-oscillating multivibrator 2, as a result of which the modulated voltage is removed from the output of the smoothing filter 4 with a certain frequency and with a given duty cycle.

При появлении электролита на защищаемой поверхности на ней возникают электрохимические процессы и появляется проводимость между электродами 12 и защищаемой поверхностью 13. Сопротивление между электродами 12 и поверхностью 13 увеличивается, возрастш)т токи протекшзщие через резисторы 11 и напряжение на электродах 12 уменьшается до значения при котором разделительные диоды 10 открываются и начинает функционировать импульсный стабилизатор напряжения.When an electrolyte appears on the surface to be protected, electrochemical processes occur on it and conductivity appears between the electrodes 12 and the surface 13 to be protected. The resistance between the electrodes 12 and the surface 13 increases, the currents flowing through the resistors 11 and the voltage across the electrodes 12 decrease to a value at which the isolation the diodes 10 open and the pulse voltage regulator begins to function.

Сигнал рассогласования, вьщеленный измерительной схемой 7, подается по обратной связи на управляюш яй вход ключевого элемента 5, транзистор которого работает в режиме перекючений, при котором он поочередно находится в режиме насьщ,ения (когда он полностью открыт) или в режиме отсечке (когда он полностью закрыт). При изменении тока нагрузки, цепь обратной связи будет изменять длительность выходных импульсов таким образом, что выходное напряжение останется стабильным. The mismatch signal, inserted by the measuring circuit 7, is fed back to the control input of the key element 5, the transistor of which operates in the switching mode, in which it is alternately in the power mode (when it is fully open) or in the cut-off mode (when it completely closed). When the load current changes, the feedback circuit will change the duration of the output pulses in such a way that the output voltage remains stable.

ности 6 и защитные электроды 12. Коммутирующий диод 8 при этом закрыт обратным напряжением на эмиттере транзистора ключевого элемента 5.6 and protective electrodes 12. The switching diode 8 is thus closed by reverse voltage at the emitter of the transistor of the key element 5.

Когда транзистор закрывается, убывающее магнитное поле катушки индуктивности 6 вследствии самоиндукции изменяет полярность напряжения на ее выводах и она становится источником питания защитных электродов 12. В этом случае ток протекает через катушку индуктивности 6, открывшийся коммутируюш 1Й диод 8 и защитные электроды 12.When the transistor closes, the decreasing magnetic field of the inductor 6 as a result of self-induction changes the polarity of the voltage at its terminals and it becomes the power source of the protective electrodes 12. In this case, the current flows through the inductor 6, which opens the switching 1st diode 8 and the protective electrodes 12.

Таким образом, при дальнейшем увеличении проводимости жидкости (электролита) между электродами 12 и поверхностью 13, например в случае попадания на поверхность более агрессивного электролита, увеличивается частота переключения ключевого элемента 5, обеспечивая постоянство выходного напряжения блока формирования защитных токов и напряжений.Thus, with a further increase in the conductivity of the liquid (electrolyte) between the electrodes 12 and the surface 13, for example, if a more aggressive electrolyte gets on the surface, the switching frequency of the key element 5 increases, ensuring the output voltage of the protective current and voltage generating unit is constant.

При этом напряжение на защитных электродах 12 остается постоянным, обеспечивая необходимый электрохимический потенциал защиты поверхности.In this case, the voltage at the protective electrodes 12 remains constant, providing the necessary electrochemical potential for surface protection.

В любой момент времени, когда защищаемый металл находится под корродируюшдм воздействием электролита, устройство создает в электрической цепи (защищаемый металл - электролит - защитный электрод) токи таких плотностей, которые способны вызвать изменение потенциала защищаемого металла по сравнению с его коррозионным потенциалом до величин, необходимых для эффективной компенсации коррозионных токов.At any time when the protected metal is under the influence of an electrolyte, the device creates currents in the electric circuit (protected metal - electrolyte - protective electrode) of densities that can cause a change in the potential of the protected metal compared with its corrosion potential to the values necessary for effective compensation of corrosion currents.

Из практики известно, что для обеспечения надежной катодной защиты (когда к защищаемому металлу подсоединяется отрицательный полюс источника тока и он по отношению к защитному электроду является катодом) необходимо обеспечить плотность защитного тока в 7-10 раз превышаюшую плотность коррозионных токов, свойственнуюIt is known from practice that to ensure reliable cathodic protection (when the negative pole of the current source is connected to the metal being protected and it is the cathode with respect to the protective electrode), it is necessary to provide a protective current density 7-10 times higher than the corrosion current density inherent

д.г/е€ dg / f €

для данного металла в экстремальных условиях атмосферного воздействия.for a given metal under extreme atmospheric conditions.

В целях выявления степени влияния параметров электрического воздействия (частота, амплитуда, скважность и форма импульсов) на величины потенциалов защищаемого материала и защитного электрода, и выбора оптимальных параметров электрического воздействия, проведены потенциостатические и потенциодинамические исследования, результаты которых при реализации катодной защиты позволили выявить оптимальные значения данных параметров для всего диапазона возможных сопротивлений коррозионной среды в естественных условиях эксплуатации. При этом установлено, что значения защитных потенциалов на защищаемом металле изменяются в щироком диапазоне в зависимости от химического состава коррозионной среды (вода, кислые и солевые растворы, влажная грязь и т.д.), и автоматически устанавливаются на необходимом для э(|х &ективной защиты от коррозии уровне при электрических воздействиях, создаваемых предлагаемым устройством защиты от коррозии. Патентный поверенный In order to identify the degree of influence of the parameters of the electric effect (frequency, amplitude, duty cycle and pulse shape) on the potential values of the material to be protected and the protective electrode, and to select the optimal parameters of the electric effect, potentiostatic and potentiodynamic studies were carried out, the results of which, when implementing cathodic protection, made it possible to identify the optimal these parameters for the entire range of possible resistances of the corrosive environment in natural conditions. It was found that the values of the protective potentials on the protected metal vary over a wide range depending on the chemical composition of the corrosive medium (water, acidic and saline solutions, wet mud, etc.), and are automatically set to the required value (| x & corrosion protection level during electrical influences created by the proposed corrosion protection device.

/ff - УЮмашев С.В. (по доверенности)/ ff - UYumashev S.V. (by proxy)

Claims

A cathodic protection device against atmospheric corrosion, comprising a protective current and voltage generating unit, the output of which is connected to at least one protective electrode, each of which is made with the possibility of insulated fixing on the surface to be protected, and the first input is configured to connect to the positive pole of the voltage source the negative pole of which is made with the possibility of connection with the surface to be protected and the second input of the protective currents and voltages forming unit, characterized by Ie, the protective current and voltage generation unit is made in the form of a series-connected pulse generator with adjustable duty cycle, a self-oscillating multivibrator, a voltage multiplier and a rectifier with a smoothing filter, a key element and an inductance coil connected in series, as well as a comparison circuit, the output of which is connected to the control input a key circuit of a switching diode, the cathode of which is connected to the output of the key element and a smoothing capacitor, the first output of which is connected is connected to the output of the inductor, which is also connected to the input of the comparison circuit and through the input diodes to protective electrodes, which are also connected through the input resistors to the output of the rectifier with a smoothing filter, while the input of the key element is the first input of the protective currents and voltages forming unit, and the second output of the smoothing capacitor and the anode of the switching diode are combined and are the second input of the protective currents and voltages forming unit.