M ạch chỉnh lưu Dịng DC ra
5) Dịng điện bảo vệ thực chạy từ dung dịch điện ly về bề mặt cấu trúc
BÀI TẬP (PHẦN 2)
1) Cho một mẫu kẽm vào dung dịch HCl . Cĩ hiện tượng gì xảy ra? Viết phương trình anốt, catốt. Sau 2 giờ thu được 1000 ml H2 ở điều kiện tiêu chuẩn. Xác định tốc độ ăn mịn (μm/h) khi diện tích làm việc của mẫu là 2 dm2. Cho biết MZn = 65,37; ρZn = 7,14g/cm3.
Đáp số: 10,2 μm/h
2) Sắt bịăn mịn trong axít lỗng với diện tích làm việc là 1 dm2. Nếu sau 100 giờ làm việc, sắt mịn đi 0,5 mm thì mật độ dịng (A/m2) là bao nhiêu? MFe = 55,85; ρFe = 7,87 g/cm3; F = 96500.
Đáp số: 37,8 A/m2
3) Khi nhúng Fe vào trong dung dịch axít thì thu được đường cong phân cực như hình vẽ
a) Ecor = -0,25 V, 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 bịăn mịn.
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 khơng thêm chất ức chế mà dùng protector với hệ số Z = 50% thì mật độ dịng ăn mịn i”cor là bao nhiêu?
d) Nếu phối hợp hai phương pháp bảo vệ (dùng ức chế + protector với Z = 50%) thì mật độ dịng ăn mịn i”’cor là bao nhiêu?
Đáp số: b) 99,2 %, c) i”cor = 10-2,4 A/m2, d)i”’cor = 10-4,5 A/m2.
4) Cho ống sắt mạ kẽm cả hai phía. Đường kính trong dint = 100 mm, đường kính ngồi dext
= 120 mm, chiều dài l = 2 m, bề dày lớp kẽm phía trong δint = 80 μm, bề dày lớp kẽm phía ngồi δext = 100 μm. Hổn hợp khí cĩ chứa SO2đi trong ống, nước trung tính cĩ oxy hịa tan
đi ngồi ống.
Phía trong ống: Tốc độ ăn mịn kẽm tuân theo quy luật x = kτ với hệ số k phụ thuộc tốc độ
chảy trong ống theo bảng sau
v (m/s) 8 7 6 5,5 5 4 3 2 1 0 k (μm/ngày) 0,8 0,16 0,027 0,015 0,025 0,072 0,13 0,15 0,16 0,17 Phía ngồi ống: ăn mịn kẽm do oxy hịa tan trong nước. Mật độ dịng ăn mịn bằng mật độ
dịng giới hạn của oxy iL,oxy. Nồng độ oxy (Cooxy) và bề dày lớp khuếch tán δ phụ thuộc vào tốc độ chảy theo bảng
v (m/s) 0 2 4 5,5 6 8 Cooxy x 10-5 (mol/l) 1 1,75 2,25 2,6 2,75 3
δ x 10-4 (m) 5 3,15 2 1,5 1,5 1 Biết Zn hịa tan tạo Zn2+; MZn = 65,37; ρZn = 7,14g/cm3; Doxy = 10-9 m2/s.
Nếu Fe bịăn mịn sẽ tạo Fe2+; MFe = 55,85; ρFe = 7,87 g/cm3. Câu hỏi:
a) Nhận xét mối quan hệ tốc độ chảy (khi v thay đổi từ vmin đến vmax) của khí trong ống, nước ngồi ống và thời gian sử dụng ống.
b) Thời gian sử dụng ống tối đa là bao nhiêu nếu khử hồn tồn oxy trong nước phía ngồi
ống (Cooxy = 0).
c) Chọn điều kiện để hai phía đều hết lớp kẽm cùng lúc, tính thời gian sử dụng ống.
d) Nếu chọn điều kiện để tốc độ ăn mịn phía trong ống là cực tiểu, xác định thời gian ăn mịn hết lớp Zn phía ngồi. Giả sử tốc độ chảy phía trong và phía ngồi ống là bằng nhau. e) Nếu chọn điều kiện để tốc độ ăn mịn phía ngồi ống là cực tiểu, xác định thời gian ăn mịn hết lớp Zn phía trong. Giả sử tốc độ chảy phía trong và phía ngồi ống là bằng nhau. f) Nếu khống chế Cooxy luơn ở giá trị cực tiểu và khống chế tốc độ ăn mịn phía trong ống cũng cực tiểu thì thời gian ăn mịn hết lớp Zn phía ngồi là bao nhiêu?
g) Giả sử rằng khi ăn mịn hết lớp Zn phía ngồi thì Fe cũng bị ăn mịn. Mật độ dịng ăn mịn của Fe cũng tương ứng với mật độ dịng giới hạn của oxy trong cùng điều kiện câu f (Cooxy cực tiểu và tốc độ ăn mịn phía trong ống cực tiểu). Hỏi khi hết hồn tồn lớp Zn phía trong thì Fe ở phía ngồi sẽ bịăn mịn bao nhiêu mm?
Đáp số: b) 5333 ngày c) 200 và 700 ngày d) 365 ngày e) 471 ngày f) 948 ngày g) 0,358 mm Phương trình phân bốđiện thế theo chiều dài ống khi bảo vệ catốt
x t x 0 x x e 2 IR e E E = −α α −α − = = 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 đĩ Fe bị ăn mịn theo hiệu quả bảo vệ Z cho trước.
Điều kiện: |Ex| ≥ |Ebv| thì mới bảo vệđược cho đường ống tại điểm x. I: dịng điện của trạm bảo vệ catốt [A]. Rt: điện trở chuyển tiếp đất-ống [Ωm]. α: hệ số phân bố [m-1] t R r = α với r: điện trởống dẫn [Ωm-1 ]. x: khoảng cách từđiểm 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 cĩ 4 nấc dịng: 2,5 – 5 – 7,5 – 10 [A]. x: biến thiên từ 0 – 0,2 – 1 – 2 – 3 – 5 – 7 – 10 – 15 – 20 [km]. r: điện trở của ống thép = 2,1 x 10-5Ωm-1.
Rt: điện trở chuyển tiếp đất-ống = 500 Ωm. Chiều dài đường ống: 60 km.
a) Vẽ sơđồ nguyên tắc cho một trạm bảo vệ catốt
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 dịng điện của bộ nguồn thì nấc nào cĩ tác dụng bảo vệ, chiều dài bảo vệ và số trạm bảo vệ catốt cần thiết là bao nhiêu? d) Nếu muốn tất cả các nấc đều cĩ tác dụng bảo vệ thì hiệu quả bảo vệ cực đại là bao nhiêu cho dạng 2?
Biết E = -0,128 V thì i = 6,5 A/m2.
Đáp số: c) Dạng 1: nấc 10 A, L = 1,3 km.
Dạng 2: nấc 7,5 A, L = 2,4 km; nấc 10 A, L = 5,3 km. d) Z = 28 %.
Hướng dẫn:
- Xác định icor, i’cor từ giá trị Z, xác định Ebv.
- Xác định điện thế Ex=0, Exứng với mỗi nấc dịng điện và tại các vị trí x từ x = 0 đến x = 20 km. Xét điều kiện bảo vệ |Ex| ≥ |Ebv| ứng với mỗi nấc dịng, 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 cĩ đường kính ngồi dn = 250 mm, đường kính trong dt = 230 mm.
a) Phía trong ống: đường cong phân cực anốt và catốt khi đuổi khí và khơng đuổi khí cĩ dạng như
hình vẽ.
Xác định nồng độ oxy khi đuổi khí và khơng đuổi khí, biết Doxy = 10-9 m2/s và δ = 2,1 x 10-5 m.
Đáp số: khơng đuổi khí Coxy = 7,88 x 10-3 mol/l
đuổi khí Coxy = 2,63 x 10-3 mol/l
b) Phía ngồi ống: đường cong phân cực anốt cĩ 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 dịng điện I của trạm bảo vệ biết hệ số
phân bốα = 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 gian sử dụng của ống thép khi bề dày ống cịn lại 5 mm (ăn mịn cả hai phía) cho cả hai trường hợp đuổi khí và khơng đuổi khí phía trong ống, cịn phía ngồi ống thì cĩ bảo vệ catốt.
Giả sửăn mịn đều, Fe bịăn mịn chỉ tạo Fe2+, MFe = 55,85; ρFe = 7,87 g/cm3.
Đáp số: đuổi khí: 31 ngày; khơng đuổi khí: 10 ngày.
7) Bảo vệ catốt bằng dịng điện ngồi cho một bể chứa nước bằng thép, hình trụ trịn, 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 dịng tối thiểu để bảo vệ thép trong mơi trường nước là 140 mA/m2 thì cường độ dịng cần thiết để bảo vệ bề
mặt bên trong bể chứa nước là bao nhiêu?
Chú ý: Diện tích xung quanh một chỏm cầu cĩ đường kính 2r, chiều cao h, tính theo S = π(r2 + h2).
b) Nếu sử dụng anốt là một thanh nhơm hình trụ trịn, đặt ở tâm bể chứa thì khối lượng thanh anốt nhơm cần dùng để bảo vệ bể
chứa nước trong thời gian 5 năm là bao nhiêu? Cho biết hệ số
dự trữ là 1,5 (nghĩa là mcần dùng = 1,5 mtính tốn). MFe = 55,85; MAl
= 27; Al → Al3+; ρAl = 2,7 g/cm3.
8) Cho đường ống dẫn dầu bằng sắt cĩ bề dày là 25 mm. Dầu chảy trong ống, tốc độăn mịn phụ thuộc vào tốc độ chảy khi khơng và cĩ chất ức chế theo bảng:
Tốc độ chảy, v (m/s) 0 1 3 4 6 8 10 Tốc độăn mịn khi khơng cĩ chất ức chế, vcor(mm/năm) 1 0,75 0,5 0,6 0,85 1,5 2,8 Hiệu quả bảo vệ khi cĩ chất ức chế, z (%) 99 96 92 90 95 98 99
Ở phía ngồi, ống sắt bịăn mịn trong đất với đường cong phân cực như hình 1. Khi E = Ecor = -0,025 V thì icor = 5 A/m2.
a) Nếu khơng dùng phương pháp bảo vệ nào ở phía trong và ngồi, thì nên khống chế tốc
độ chảy trong ống là bao nhiêu để thời gian sử dụng ống là lâu nhất. Tính thời gian này. Giả
thiết rằng ăn mịn đều trên cả hai phía, sắt hịa tan thành Fe2+, MFe = 55,85, ρFe = 7,87 g/cm3. Khi bề dày bằng phân nửa bề dày ban đầu thì xem như hết thời gian sử dụng.
b) Khi bảo vệ catốt phía ngồi 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 -1,0 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0,0 0 5 10 15 20 x (km) -E(V)
c) Xác định thời gian sử dụng ống lâu nhất (với các giả thiết như câu 1) cho các trường hợp sau:
α) Khi hiệu quả bảo vệ phía ngồi z = 90 %, phía trong chưa cĩ chất ức chế.
β) Khi hiệu quả bảo vệ phía ngồi z = 90 %, phía trong cĩ chất ức chế với z theo bảng.