PHƯƠNG PHÁP BẢO VỆ CATỐT

http://www.ebook.edu.vn 127 CHƯƠNG 10 PHƯƠNG PHÁP BẢO VỆ CATỐT 10.1. Cơ sở lý thuyết 10.1.1. Nguyên lý và ứng dụng Bảo vệ catốt là phân cực catốt một bề mặt kim loại bị ăn mòn để làm giảm tốc độ ăn mòn. Xét phản ứng ăn mòn sắt trong dung dịch trung tính có sục khí: Fe → Fe 2+ + 2e (1) O 2 + 2H 2 O + 4e → 4OH - (2) Phân cực catốt cho hệ thống này từ điện thế ăn mòn Ecor sẽ làm giảm tốc độ của phản ứng (1) (dư điện tử nên cân bằng dịch chuyển từ phải sang trái), nhưng lại làm tăng tốc độ phản ứng khử oxy và tạo OH - (2) (cân bằng dịch chuyển từ trái sang phải). Có hai phương pháp bảo vệ catốt: dùng dòng điện ngoài và anốt hy sinh (protector). http://www.ebook.edu.vn 128 Trong phương pháp bảo vệ catốt bằng dòng điện ngoài, dòng điện để phân cực catốt được cung cấp từ máy biến thế chỉnh lưu (chuyển điện xoay chiều AC thành điện một chiều DC). Ở những nơi hẻo lánh không có điện, dòng điện ngoài có thể được cung cấp từ máy phát điện chạy dầu diesel, chạy khí đốt hoặc từ pin mặt trời. Anốt có thể là một hoặc nhiều điện cực bằng graphit (cho cấu trúc ngầm dưới đất) hoặc gang có hàm lượng silic cao, titan phủ platin (cho cấu trúc nhúng trong nước biển). Trong phương pháp bảo vệ catốt bằng anốt hy sinh, kim loại cần bảo vệ được nối với một kim loại khác, gọi là anốt hy sinh, có điện thế âm hơn. Các anốt hy sinh được hàn vào đường ống ngầm hay đường ống nhúng trong nước biển và phải được thay thế định kỳ vì chúng bị tiêu thụ trong phản ứng hòa tan anốt. Các anốt chôn trong đất (dù theo phương pháp dòng điện ngoài hay anốt hy sinh) đều được chôn lấp hoặc đóng gói trước cùng với các vật liệu dẫn điện, thường là hạt than cốc, để tăng diện tích anốt, giảm mật độ dòng anốt, giảm tiêu hao anốt. Phương pháp bảo vệ catốt có thể áp dụng để làm giảm tốc độ ăn mòn cho bất kỳ kim loại nào. Tuy nhiên, phương pháp này thường được áp dụng cho các cấu trúc bằng thép cacbon trong môi trường ăn mòn nhẹ như đất, nước và nước biển. Thép không gỉ, Cu và hợp kim Cu có sẵn tính chống ăn mòn nên không cần bảo vệ thêm. Các kim loại khác như Al, Zn dễ bị ăn mòn catốt do tính kiềm của khu catốt tăng khi phản ứng catốt xảy ra nên mức độ phân cực catốt phải được khống chế cẩn thận. Phương pháp bảo vệ catốt sẽ không kinh tế khi môi trường có tốc độ ăn mòn cao hơn (ví dụ thép trong môi trường axít), đòi hỏi dòng áp đặt cao hơn và biến thế chỉnh lưu lớn hơn. Ngoài ra, phản ứng khử catốt sẽ sinh ra nhiều hydrô có thể gây nguy hiểm, đồng thời các lớp phủ rẻ tiền để giảm dòng điện ngoài thường không chịu được môi trường axít. 10.1.2. Phương pháp bảo vệ catốt bằng dòng điện ngoài a) Bảo vệ catốt cho thép trong môi trường axít Đường cong phân cực của thép trong dung dịch axít có dạng sau: http://www.ebook.edu.vn 129 Tốc độ ăn mòn khi chưa phân cực anốt là 10 -3 A/cm 2 . Phân cực catốt khoảng 120 mV (tương ứng với dòng áp đặt iapp) sẽ làm giảm tốc độ ăn mòn xuống còn 10 -6 A/cm 2 . Độ giảm này sẽ phụ thuộc vào độ dốc của đường cong phân cực anốt (hệ số Tafel anốt β a ). Trong trường hợp này β a = 40 mV, nên ứng với mỗi độ giảm 40 mV sẽ làm giảm tốc độ ăn mòn đi 10 lần. Đường cong phân cực catốt sẽ cho biết mật độ dòng điện ngoài áp đặt, iapp, ứng với mỗi mức phân cực catốt. Trong ví dụ trên, iapp vào khoảng 1,5 x 10 -2 A/cm 2 nghĩa là cứ mỗi m 2 bề mặt ống cần dùng cường độ dòng 150 A. Điều này sẽ không kinh tế, nên phương pháp bảo vệ catốt sẽ không thực tế nếu áp dụng cho các môi trường có tính axít xâm thực với tốc độ ăn mòn cao. b) Bảo vệ catốt cho thép trong nước trung tính thông khí và nước biển Ăn mòn bị khống chế bởi sự khuếch tán của oxy hòa tan đến bề mặt ăn mòn ở i L = i cor = 100 μA/cm 2 . Giả sử β a = 40 mV như trong trường hợp trên, độ phân cực catốt khoảng 120 mV sẽ làm giảm tốc độ ăn mòn xuống còn 0,1 μA/cm 2 . Do tốc độ ăn mòn và mật độ dòng áp đặt bị giới hạn bởi iL, nên iapp tối đa chỉ là 100 μA/cm 2 . Giá trị cường độ dòng áp đặt này vẫn còn lớn (1 m 2 bề mặt cần 1 A), nhưng có thể giảm đi bằng cách dùng lớp phủ (thường là bền ăn mòn trong môi trường trung tính). Nếu phân cực catốt dư (điện thế catốt chuyển về phía âm hơn nữa), thì phản ứng phóng điện của nước có thể xảy ra 2H 2 O + 2e → H 2 + 2OH - (3) Hydrô thoát ra (dù trong môi trường trung tính hay kiềm) đều phá hủy lớp phủ và gây giòn hydrô cho cấu trúc. Ngoài ra phản ứng khử mới sẽ làm tiêu tốn thêm cường độ dòng áp đặt. 10.1.3. Phương pháp bảo vệ catốt bằng anốt hy sinh Trong ăn mòn galvanic giữa các kim loại khác nhau, kim loại có điện thế dương hơn sẽ được bảo vệ catốt, còn kim loại có điện thế âm hơn sẽ bị ăn mòn. http://www.ebook.edu.vn 130 Điện tử sẽ di chuyển từ anốt hy sinh (kim loại có điện thế âm) đến catốt (kim loại có điện thế dương hơn). Phản ứng anốt hòa tan (1) của kim loại có điện thế dương hơn sẽ giảm do dư điện tử đến từ anốt hy sinh, nhưng phản ứng khử oxy hòa tan (2) hoặc phản ứng thoát hydrô (3) sẽ tăng lên. Đường cong phân cực của cặp galvanic giữa anốt hy sinh và cấu trúc được bảo vệ catốt, mỗi loại có điện thế ăn mòn E cor,a và E cor,c tương ứng. Hai kim loại này được phân cực về cùng một điện thế “ngắn mạch” E SC với dòng điện I G(SC) chạy trong mạch. Tại E SC , tốc độ ăn mòn của cấu trúc giảm từ I cor về I cor(SC) . Khi có điện trở dung dịch, R Ω , giữa anốt hy sinh và cấu trúc catốt, thì điện thế của hai điện cực sẽ chênh nhau một giá trị là I G(R) R Ω . Khi đó dòng ăn mòn chỉ giảm đến I cor(R) và dòng điện chạy trong mạch chỉ đạt I G(R) , nhưng lượng tiêu hao anốt sẽ giảm. 10.1.4. Lớp phủ và bảo vệ catốt Các khuyết tật trong lớp phủ luôn hiện diện ở dạng lỗ kim, lỗ xốp, vết nứt và các hư hỏng vật lý khác. Ăn mòn sẽ tập trung ở các khuyết tật, làm bong lớp phủ và thúc đẩy hư hỏng. Bảo vệ catốt là phương pháp bổ sung lý tưởng cho lớp phủ. Do lớp phủ có điện trở cao, nên dòng catốt áp đặt chỉ tập trung ở các khuyết tật của lớp phủ, nơi lộ ra kim loại nền, và bảo vệ hữu hiệu cho các điểm yếu của lớp phủ. Vì vậy khi có lớp phủ, dòng điện ngoài cần thiết để bảo vệ sẽ giảm đáng kể. Hầu hết các cấu trúc ngầm hoặc nhúng trong nước biển thường kết hợp lớp phủ hữu cơ và bảo vệ catốt để ngăn ngừa ăn mòn. Nhiều cấu trúc như vậy được bao bởi các lớp phủ trong quá trình chế tạo trước khi lắp đặt. Tuy nhiên, các cấu trúc ngoài khơi thường để trần không bao phủ vì khó bảo dưỡng lớp phủ trong môi trường biển và tương đối khó thi công dưới mặt nước biển. Độ kiềm sinh ra từ phương pháp bảo vệ catốt trong nước biển sẽ tạo các vảy canxi làm giảm tốc độ ăn mòn và dòng điện catốt áp đặt. http://www.ebook.edu.vn 131 10.1.5. Độ kiềm catốt Phản ứng khử catốt (2) và (3) sẽ làm tăng pH ở bề mặt được bảo vệ do tạo OH - trong quá trình phân cực catốt. Ở một mức độ nào đó, điều này có lợi vì các hợp kim sắt bền trong dung dịch kiềm nhẹ do tạo màng oxýt bền có tính bảo vệ. Ngoài ra, việc tạo OH - trong môi trường nước biển sẽ thúc đẩy việc tạo vảy canxi do phản ứng với ion Ca và Mg. Ca 2+ + HCO 3 - + OH - → H 2 O + CaCO 3 (4) Mg 2+ + 2OH - → Mg(OH) 2 (5) Theo hình trên, vảy tạo thành sẽ làm giảm liên tục iL của phản ứng khử oxy theo sự tăng bề dày của vảy, do đó dòng điện cần thiết để bảo vệ catốt cũng sẽ giảm theo. Tuy nhiên các lớp phủ hữu cơ thường bị xà phòng hóa và hư hỏng trong môi trường kiềm. 10.1.6. Bảo vệ catốt với điện thế khống chế Kỹ thuật bảo vệ catốt đã thay đổi mạnh trong những năm gần đây, từ các chỉnh lưu sử dụng diode tạo dòng DC cố định, đến các chỉnh lưu sử dụng thyristor (SCR) điều khiển dòng một cách tự động để thỏa mãn điều kiện ăn mòn với tần số sóng của dòng DC thấp. Ưu điểm của hệ thống có khống chế điện thế được minh họa trong ví dụ sau: bề mặt thép được nhúng trong nước biển (thân tàu thủy) và bị khống chế khuếch tán bởi oxy hòa tan. Sự thay đổi dòng chảy ở bề mặt thép có thể làm tăng mật độ dòng giới hạn iL từ 100 μA/cm 2 lên 200 μA/cm 2 . Nếu cường độ dòng áp đặt vẫn giữ nguyên, thì tốc độ ăn mòn có thể tăng lên 100 lần từ 0,1 μA/cm 2 đến 10 μA/cm 2 . Ngược lại nếu khống chế điện thế vẫn ở mức ban đầu thì tốc độ ăn mòn sẽ giữ nguyên, chỉ có dòng áp đặt tăng lên từ 100 μA/cm 2 lên 200 μA/cm 2 để bù cho sự tăng dòng giới hạn. Bảo vệ catốt có khống chế điện thế thường được sử dụng rộng rãi cho thân tàu và các công trình trong nước biển có tốc độ dòng chảy thay đổi. http://www.ebook.edu.vn 132 10.1.7. So sánh với bảo vệ anốt Cả bảo vệ anốt và bảo vệ catốt đều sử dụng sự phân cực điện hóa để giảm tốc độ ăn mòn. Tuy nhiên cơ chế hoạt động, phương pháp và thiết bị sử dụng sẽ khác nhau. Bảo vệ anốt sử dụng dòng anốt để phân cực bề mặt ăn mòn về vùng điện thế dương hơn (vùng thụ động). Bảo vệ catốt sử dụng dòng catốt để phân cực bề mặt về vùng điện thế âm hơn làm giảm tốc độ hòa tan anốt. Bảo vệ anốt chỉ hiệu quả cho các kim loại và hợp kim tạo được lớp thụ động bền, còn bảo vệ catốt thì có thể áp dụng cho hầu hết kim loại. Khả năng phân bố, khả năng truyền theo khoảng cách, đối với bảo vệ anốt thường cao vì sử dụng dòng áp đặt thấp và cho dung dịch có điên trở suất thấp. Khả năng phân bố của bảo vệ catốt thì thấp hơn nhiều do sử dụng dòng cao hơn và môi trường có điện trở suất cao hơn. Bảng so sánh phương pháp bảo vệ anốt và catốt Bảo vệ anốt Bảo vệ catốt Kim loại áp dụng Chỉ có kim loại và hợp kim tạo được lớp màng thụ động Mọi kim loại và hợp kim Tính ăn mòn của dung dịch Trung bình đến mạnh Yếu đến trung bình So sánh chi phí - Lắp đặt - Bảo dưỡng - Vận hành - Khả năng phân bố Cao Cao Rất thấp Rất cao Thấp hơn Thấp hơn Cao hơn Thấp Biến thế - chỉnh lưu Khống chế điện thế Dòng không đổi hoặc khống chế điện thế Dòng áp đặt Rất thấp Thường là biện pháp trực tiếp để đo tốc độ Cao hơn Phụ thuộc vào dòng khử catốt Không phải là biện pháp đo chính http://www.ebook.edu.vn 133 ăn mòn trong quá trình bảo vệ xác tốc độ ăn mòn nhưng sẽ tăng theo tốc độ ăn mòn Điều kiện vận hành Có thể xác định chính xác bằng phép đo điện hóa Thường được xác định theo phép thử thực nghiệm hoặc theo kinh nghiệm 10.2. Các yếu tố thiết kế Nguyên lý điện hóa của phương pháp bảo vệ catốt đã nói trong phần trên thì tương đối dễ hiểu. Tuy nhiên các áp dụng của nó cho hệ thực tế thường rất phức tạp, nên việc thiết kế hệ thống bảo vệ catốt thường không chính xác và phụ thuộc rất nhiều vào kinh nghiệm của nhà thiết kế. Các yếu tố phải được cân nhắc để thiết kế cho hệ thống bảo vệ catốt sẽ được liệt kê và thảo luận trong phần này. 10.2.1. Gradient điện thế Trong hệ thống bảo vệ catốt bằng dòng điện ngoài hay anốt hy sinh, với dòng I chạy trong hệ thống thì tổng chênh lệch điện thế từ anốt đến catốt (trên hình) gồm các phần sau: + Quá thế anốt, ∈ anốt , tại anốt (khoảng vài trăm mV) + Chênh lệch do điện thế rơi xung quanh anốt, IR Ωa , từ điểm D đến điểm C, có độ lớn từ vài Volt đối với hệ thống nhúng trong nước biển đến 10 – 50 V với cấu trúc ngầm. Giá trị IR Ωa sẽ phụ thuộc vào số lượng và kích thước anốt, độ dẫn của đất hoặc nước biển. + Chênh lệch do điện thế rơi trong dung dịch, IR Ωdd , từ điểm B đến điểm C, thường rất nhỏ và không thể hiện trên hình, do cường độ dòng được phân bố theo mặt cắt ngang của dung dịch giữa anốt và catốt. + Chênh lệch do điện thế rơi xung quanh catốt, IR Ωc , từ A đến B, thường nhỏ hơn nhiều so với IR Ωa do diện tích catốt lớn hơn anốt rất nhiều. + Quá thế catốt, ∈ catốt , tại catốt (khoảng vài trăm mV). http://www.ebook.edu.vn 134 Tổng điện thế rơi, IR Ω , ( bằng tổng các điện thế rơi IR Ωa , IR Ωdung dịch , IR Ωc ) thường lớn hơn quá thế catốt (quá thế khống chế mức độ bảo vệ catốt). Khó khăn chủ yếu trong việc thiết kế hệ thống bảo vệ catốt là đo hoặc tính toán đúng quá thế (nhỏ) tại bề mặt cấu trúc mà không bị nhiểu bởi tổng điện thế rơi (lớn) đi kèm. Tổng chênh lệch điện thế từ anốt đến catốt phải được bù trừ bằng điện thế đầu ra của biến thế – chỉnh lưu hoặc chênh lệch điện thế giữa hai kim loại trong hệ thống anốt hy sinh. Do đó các cấu trúc ngầm có điện trở cao, diện tích bề mặt lớn thường được bảo vệ với dòng điện ngoài có anốt đặt xa catốt. Nếu chi phí lắp đặt và bảo dưỡng của hệ thống dòng điện ngoài quá cao, không thích hợp thì có thể dùng anốt hy sinh bằng hợp kim Mg. Các hợp kim này có điện thế ăn mòn rất âm và chênh lệch điện thế rất lớn khi ghép với thép. 10.2.2. Biến thế – chỉnh lưu Năng lượng điện được truyền tải hiệu quả nhất khi ở dạng dòng xoay chiều AC. Nhờ biến thế – chỉnh lưu, dòng điện xoay chiều sẽ được chuyển thành dòng một chiều DC để bảo vệ catốt bằng dòng điện ngoài. Mạch chỉnh lưu sẽ cắt nửa chu kỳ AC để tạo ra dòng DC. Các loại mạch chỉnh lưu và các dòng ra dạng bán sóng hay toàn sóng được biểu diễn trên hình. Dòng AC vào Mạch chỉnh lưu Dòng DC ra Chỉnh lưu bán sóng Dòng điện chạy qua tải R chỉ trong nửa chu kỳ mà điện thế xoay chiều giữa điểm A và B là dương. Chỉnh lưu toàn sóng C là điểm tiếp đất. Trong nửa chu kỳ mà điện thế giữa điểm A và B là dương, thì dòng điện sẽ chạy qua diode D1 đến R rồi trở về C. Ngược lại, khi điện thế giữa A và B âm, dòng điện sẽ chạy qua diode D2 đến R rồi trở về C. Chỉnh lưu cầu toàn sóng Trong nửa chu kỳ mà điện thế giữa A và B là dương, dòng điện từ A sẽ chạy qua D1, đến tải R rồi qua D3 để trở về B. Ngược lại, khi điện thế giữa A và B âm, dòng điện từ B sẽ chạy qua D2, đến tải R rồi qua D4 để trở về A. Các bộ lọc điện để nhận được dòng DC thẳng hơn thường đắt tiền, do đó dòng bảo vệ catốt từ biến thế – chỉnh lưu thường có dạng gợn sóng như dòng AC nhưng ở mức độ thấp hơn. http://www.ebook.edu.vn 135 10.2.3. Phân bố dòng thế trên cấu trúc bảo vệ Việc thiết kế hệ thống bảo vệ catốt sẽ tốt nhất khi điện thế catốt và dòng áp đặt cần thiết phân bố đều trên toàn bộ bề mặt của cấu trúc. Tuy nhiên, điều này khó đạt được trong thực tế do các hạn chế vật lý sau đây: + Dòng điện xuất phát từ các anốt đặt xa catốt. Do đó các điểm khác nhau trên bề mặt cấu trúc catốt, có khoảng cách khác nhau đến bề mặt anốt gần nhất, sẽ có mức độ xâm nhập của dòng điện khác nhau. + Môi trường xung quanh của hệ thống bảo vệ catốt (đất, nước, nước mặn, nước ô nhiễm, …) có độ dẫn điện từ trung bình đến thấp. Do đó, điện thế trên cấu trúc có khuynh hướng không đồng nhất vì môi trường có độ dẫn thấp sẽ làm giảm điện thế ở các mức độ khác nhau. + Cấu trúc bảo vệ có dạng hình học phức tạp. Dòng điện từ anốt thường khó đi đến các vị trí ở xa hoặc bị che khuất trên cấu trúc catốt. Do đó, các mô hình lý thuyết để xác định sự phân bố dòng, thế trên cấu trúc thực thường chỉ giới hạn cho các dạng hình học không phức tạp và sử dụng nhiều giả thiết để đơn giản hóa bài toán. Ví dụ mô hình sau dựa trên các giả thiết - Anốt được đặt đủ xa catốt để dòng điện xâm nhập đều đến mọi phần của cấu trúc. Điều này thường không đúng, ngay cả với anốt trong phương pháp dòng điện ngoài và gần như không bao giờ đúng cho anốt hy sinh. - Dung dịch điện ly phân bố đều trong thể tích xung quanh anốt và cấu trúc catốt. Điều này thường không đúng cho dung dịch điện ly trong đất trên một khoảng cách lớn với anốt trong phương pháp dòng điện ngoài. - Điện trở lớp phủ cao, phân bố đều và thuần điện trở ohm. Các lớp phủ vốn đã có khuyết tật và phương pháp bảo vệ catốt được dùng để bảo vệ bổ sung cho lớp phủ tại các vị trí khuyết tật. - Sự phân cực catốt là tuyến tính (tuân theo định luật ohm) với độ tăng cường độ dòng. Tuy nhiên điện thế tại các vị trí khuyết tật trên lớp phủ sẽ tuân theo hàm mũ (khống chế động học) hoặc không đổi (khống chế khuếch tán) với sự tăng cường độ dòng. Điện thế E x và dòng I x là các hàm theo khoảng cách x, dọc theo ống đã bao phủ có chiều dài vô tận, được biểu diễn bởi E x = E o exp(-αx) (6) I x = I o exp(-αx) (7) Eo, Io: điện thế và cường độ dòng tại điểm nối với cực âm của biến thế – chỉnh lưu. α: hệ số tắt dần (còn gọi là hệ số phân bố) xác định theo α = R S / R K R S : điện trở ống trên một đơn vị chiều dài. R K : điện trở đặc trưng = LS RR R L : điện trở rò của đường ống http://www.ebook.edu.vn 136 R L = (E x – E o ) / (I x – I o ) (8) E x – E o bao gồm điện thế rơi xuyên qua lớp phủ và phân cực điện hóa ở bề mặt kim loại – lớp phủ. Chú ý rằng E x và I x sẽ bằng 0 tại x = vô cực. Phương trình phân bố điện thế và dòng giữa hai điểm, nối với cực âm của biến thế – chỉnh lưu, trên đường ống cách nhau một khoảng 2d là d cosh x)-(d coshE E o x α α = (9) d sinh x)-(d hsin I I o x α α = (10) với 2 ee xhosc vaø 2 ee sinh x xxxx −− + = − = Sự thay đổi điện thế theo khoảng cách, tính theo phương trình (9), được minh họa trên hình sau. Trong thực tế đường cong lý thuyết này sẽ bị biến dạng (đường nét đứt) tại anốt hoặc gần anốt (nơi dòng tập trung), tại các điểm nứt hoặc khuyết tật của lớp phủ và tại các điểm không đồng nhất trong đất. Tuy nhiên các phương trình trên thường được sử dụng để thiết kế gần đúng hệ thống bảo vệ catốt bằng dòng điện ngoài cho các đường ống. 10.2.4. Tiêu chuẩn bảo vệ catốt Tiêu chuẩn bảo vệ catốt theo National Association of Corrosion Engineers (NACE Standard RP-01-69) Tiêu chuẩn Điều kiện đo Bình luận 1) Điện thế < -850 mV so với điện cực Cu/CuSO 4 bảo hòa cho thép Có dòng (có IR Ω ) Có ích trong nhiều môi trường, không chắc chắn do có IR Ω 2) Phân cực catốt âm hơn điện thế ăn mòn của cấu trúc 300 mV Có dòng (có IR Ω ) Không chắc chắn do nhiễu từ IR Ω 3) Phân cực catốt âm hơn điện thế ăn mòn của cấu trúc 100 mV Ngắt dòng (không có IR Ω ) Khó thực hiện kỹ thuật ngắt dòng 4) Phân cực catốt về điện thế nằm trong vùng Tafel Dòng thay đổi (có IR Ω ) Khó tìm hệ số Tafel khi có IR Ω [...]... một trạm bảo vệ catốt 10 http://www.ebook.edu.vn b) Đường cong phân cực anốt (dạng 1 và 2) và catốt cho ở hình vẽ Xác định điện thế bảo vệ khi Z = 90% cho hai dạng 1 và 2 Biết trên đường 1, khi i = 1A/m2, E = -0,45 V; trên đường 2, khi i = 0,9A/m2, E = -0,3 V c) Với điện thế bảo vệ ở câu b, trong các nấc dòng điện của bộ nguồn thì nấc nào có tác dụng bảo vệ, chiều dài bảo vệ và số trạm bảo vệ catốt cần... ống: đường cong phân cực anốt có dạng như hình vẽ - Xác định điện thế bảo vệ và chiều dài bảo vệ của một trạm bảo vệ catốt, nếu muốn i’cor = 0,5 A/m2 và (Ex=0 / Ex) = 2 - Xác định dòng điện I của trạm bảo vệ biết hệ số phân bố α = 2,05 x 10-4 m-1 và Rt = 500 Ωm - Xác định Ecor và icor khi chưa bảo vệ catốt, biết rằng hiệu quả bảo vệ là Z = 90 % Đáp số: -0,3 V và 6762 m; 11,7 A; -0,025 V c) Tính thời... ngày g) 0,358 mm Phương trình phân bố điện thế theo chiều dài ống khi bảo vệ catốt E x = E x = 0 e − αx = − IR t α −αx e 2 Ex: điện thế tại điểm x [V] Ex=0: điện thế tại x = 0, ứng với điểm nối từ đường ống đến cực âm của nguồn điện một chiều tại trạm bảo vệ catốt [V] Ebv: điện thế bảo vệ, là điện thế tại đó Fe bị ăn mòn theo hiệu quả bảo vệ Z cho trước Điều kiện: |Ex| ≥ |Ebv| thì mới bảo vệ được cho đường... dày bằng phân nửa bề dày ban đầu thì xem như hết thời gian sử dụng b) Khi bảo vệ catốt phía ngoài ống, điện thế phân bố theo chiều dài ống như hình 2 Kết hợp hình 1 và 2, nếu chọn điện thế bảo vệ là -0,2V, xác định : a) Hiệu quả bảo vệ và chiều dài ống được bảo vệ b) Muốn được z = 100% thì điện thế bảo vệ và chiều dài ống được bảo vệ là bao nhiêu? Hình 1 Hình 2 -1,2 -E(V) -1,0 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 x (km)... yếu là do tương tác của hệ thống bảo vệ catốt với các cấu trúc lân cận Nếu có một cấu trúc có điện trở thấp như đường ống thép chôn ở gần khu vực bảo vệ catốt, thì dòng điện từ hệ thống bảo vệ catốt có thể chạy qua đường ống trước khi trở về bộ nguồn, có khả năng gây ăn mòn cục bộ http://www.ebook.edu.vn 138 Cách giải quyết tốt nhất là nối điện từ chi tiết cần bảo vệ đến cấu trúc lân cận Điều này... icor = 10-2,1 A/m2 Viết phương trình phản ứng điện cực riêng phần trên các nhánh a, b, c và d Viết phương trình tổng khi Fe bị ăn mòn b) Khi thêm chất ức chế catốt thì E”cor = -0,43 V, i’cor = 10-4,2 A/m2 Xác định hiệu quả bảo vệ Z c) Nếu không thêm chất ức chế mà dùng protector với hệ số Z = 50% thì mật độ dòng ăn mòn i”cor là bao nhiêu? d) Nếu phối hợp hai phương pháp bảo vệ (dùng ức chế + protector... thì có bảo vệ catốt Giả sử ăn mòn đều, Fe bị ăn mòn chỉ tạo Fe2+, MFe = 55,85; ρFe = 7,87 g/cm3 Đáp số: đuổi khí: 31 ngày; không đuổi khí: 10 ngày 11 http://www.ebook.edu.vn 7) Bảo vệ catốt bằng dòng điện ngoài cho một bể chứa nước bằng thép, hình trụ tròn, đường kính 4000 mm, chiều cao mực nước trong bể 3000 mm, đáy hình chỏm cầu cao 1000 mm (như hình vẽ) a) Nếu mật độ dòng tối thiểu để bảo vệ thép... |Ebv| thì mới bảo vệ được cho đường ống tại điểm x I: dòng điện của trạm bảo vệ catốt [A] Rt: điện trở chuyển tiếp đất-ống [Ωm] α: hệ số phân bố [m-1] α= r Rt với r: điện trở ống dẫn [Ωm-1 ] x: khoảng cách từ điểm nối đến một vị trí trên đường ống [m] L: chiều dài đường ống bảo vệ của trạm catốt = 2x [m] 5) Bộ nguồn ở trạm bảo vệ có 4 nấc dòng: 2,5 – 5 – 7,5 – 10 [A] x: biến thiên từ 0 – 0,2 – 1 – 2... = 0 đến x = 20 km Xét điều kiện bảo vệ |Ex| ≥ |Ebv| ứng với mỗi nấc dòng, xác định chiều dài bảo vệ L - Từ chiều dài bảo vệ L xác định số trạm bảo vệ cần thiết 6) Một ống thép dẫn nước ngầm dưới đất có đường kính ngoài dn = 250 mm, đường kính trong dt = 230 mm a) Phía trong ống: đường cong phân cực anốt và catốt khi đuổi khí và không đuổi khí có dạng như hình vẽ Xác định nồng độ oxy khi đuổi khí và... http://www.ebook.edu.vn 5) Dòng điện bảo vệ thực chạy từ dung dịch điện ly về bề mặt cấu trúc Không chỉ định Đúng theo lý thuyết Khó xác định trong thực tế Tất cả các tiêu chuẩn trên đều có những khuyết điểm nên chỉ mang tính định tính khi áp dụng trong thực tế Tuy nhiên, phân cực catốt ở bất kỳ mức độ nào cũng đều có ích, do đó việc sử dụng các tiêu chuẩn trên sẽ tạo ra hệ thống bảo vệ catốt thích hợp nếu nó được . phải). Có hai phương pháp bảo vệ catốt: dùng dòng điện ngoài và anốt hy sinh (protector). http://www.ebook.edu.vn 128 Trong phương pháp bảo vệ catốt bằng. môi trường có điện trở suất cao hơn. Bảng so sánh phương pháp bảo vệ anốt và catốt Bảo vệ anốt Bảo vệ catốt Kim loại áp dụng Chỉ có kim loại và hợp kim