Прогрессивный и экономически выгодный способ противокоррозионной защиты

Механизм действия электрохимической защиты основан на использовании замечательного явления - прекращение коррозии металла под действием постоянного электрического тока. Поверхность любого металла, как известно, гальванически неоднородна, что и является основной причиной его коррозии в растворах электролитов, к которым относятся морская вода, почва и большинство технологических сред. При этом разрушаются только участки поверхности металла с наиболее электроотрицательным потенциалом (аноды), с которых ток коррозии стекает во внешнюю среду, а участки поверхности с более электроположительным потенциалом (катоды), в которые ток втекает из внешней среды, не разрушаются.

При работе электрохимической защиты вся поверхность защищаемой металлической конструкции превращается в один общий неразрушающий катод. Анодами при этом будут являться либо подключенные к защищаемой конструкции пластины из более электроотрицательного металла (протекторы), либо пластины из инертного материала (графита, магнетита, ферросилида, платинированного титана и др.), подключаемые к положительному полюсу источника постоянного тока. В первом случае электрохимическая защита называется протекторной, а во втором случае - катодной. Протекторная защита является наиболее простой, надежной и не требующей обслуживания в процессе эксплуатации - разновидностью электрохимической защиты. Электрический ток при протекторной защите получается вследствие работы гальванической пары протектор - защищаемая конструкция. Протекторы изготавливаются из специальных сплавов на основе металлов, имеющих наиболее отрицательный электродный потенциал, к которым относятся магний, алюминий и цинк. При своей работе протекторы постоянно изнашиваются (анодно растворяются), защищая при этом основной металл, поэтому за рубежом протекторы еще называют "жертвенными анодами".

Электрохимическая протекторная защита является единственно эффективным средством против локальных видов коррозии (питтинговой, язвенной, щелевой, контактной, межкристаллитной, расслаивающей, коррозионного растрескивания и коррозионной усталости) и при этом предотвращает дальнейшее развитие уже имеющихся коррозионных разрушений, т.е. одинаково эффективна как для строящихся, так и для находящихся уже в эксплуатации объектов. В отличие от пассивных методов защиты, к которым относится окраска, электрохимическая защита позволяет контролировать ее эффективность непосредственно в процессе эксплуатации. Многочисленными исследованиями, проведенными как в нашей стране, так и за рубежом, установлено, а многолетним опытом эксплуатации подтверждено, что при потенциалах минус 800 мВ и более отрицательных по хлорсеребряному электроду сравнения (эталонный электрод, применяемый для контроля электрохимической защиты металлов в морской воде) полностью прекращаются все виды коррозии в морской воде сварных конструкций из углеродистой, низколегированной и нержавеющей сталей, т.е. обеспечивается их полная электрохимическая защита.

Электрохимическая протекторная защита применяется, как правило, совместно с лакокрасочными покрытиями. Такое сочетание пассивной защиты, какой является окраска, и активной защиты, к которой относится протекторная защита, позволяет уменьшить расход протекторов и тем самым увеличить срок их службы, обеспечить более равномерное распределение защитного тока по поверхности защищаемых конструкций и, наконец, главное, компенсировать все дефекты покрытия, связанные с неизбежным его разрушением при монтаже, транспортировке и в процессе эксплуатации, в т.ч. вследствие естественного старения (набухания, вспучивания, растрескивания, отслаивания). Защитный ток от протекторов идет именно на те участки поверхности металла, где нарушена сплошность покрытия, достигая всех затененных участков, щелей и зазоров и предотвращая коррозию оголившегося металла.

При этом следует отметить, что на оголенной поверхности металла при его катодной поляризации в морской воде выпадает катодный солевой осадок, состоящий из солей кальция и магния и играющий роль дополнительного покрытия. Катодный осадок "залечивает" повреждения и покрытия, обеспечивая достаточно высокую величину удельного поверхностного сопротивления пленки такого комбинированного покрытия. В то же время электрохимическая защита в состоянии и без лакокрасочных покрытий полностью предотвратить коррозию в морской воде всех конструкционных материалов, однако в этом случае увеличивается расход протекторов. Поэтому даже для недокуемых морских объектов с большим сроком службы (30-40 лет) электрохимическая защита рассчитывается из условия применения лакокрасочных покрытий в период постройки, с учетом его последующего замещения катодным осадком. Указанные выше достоинства электрохимической протекторной защиты обусловили ее широкое применение как в нашей стране, так и во всех развитых зарубежных странах для защиты от коррозии судов, морских и береговых сооружений и различных металлических объектов, эксплуатирующихся в морской воде.

В нашей стране разработчиком всех средств и систем электрохимической протекторной и катодной защиты, в том числе и всех протекторных сплавов и нормативной документации, является ЦНИИ Конструкционных материалов "Прометей" (Санкт-Петербург) - головная организация в РФ по защите от морской коррозии. Наибольшего применения в судостроении и на флоте нашли протекторы из алюминиевых сплавов, представленных в табл.1,которые разрабатывались ЦНИИ КМ "Прометей" совместно с Богословским алюминиевым заводом - филиалом ОАО "СУАЛ".

Применение алюминия в качестве основы протекторных сплавов имеет свою специфику. Алюминий, как известно, имеет на своей поверхности достаточно устойчивую окисную пленку (Al203), которая исключает возможность использования чистого алюминия в качестве протекторного материала. Для снижения пассивного влияния поверхностной окисной пленки в алюминий вводят легирующие добавки. К наиболее эффективным активаторам относятся цинк, индий, галлий, олово. Комбинацией легирующих элементов и их количеством можно повысить отрицательный потенциал сплава. Содержание легирующих элементов должно быть таким, чтобы его структура была гомогенной, мелкозернистой и не содержала включений других фаз. Последнее обстоятельство имеет принципиальное значение и определяет эффективность работы протектора.

В результате проведенных исследований было установлено, что наилучшие электрохимические характеристики протекторных сплавов могут быть получены при использовании только технически чистого первичного алюминия марки не ниже А85, химический состав которого представлен в табл. 2.

ЦНИИ КМ "Прометей" разработана вся необходимая нормативно-техническая документация на протекторы и протекторную защиту, в том числе государственный стандарт ГОСТ 26251 "Протекторы для защиты от коррозии. Технические условия". Стандарт определяет химические составы протекторных сплавов и их электрохимические характеристики, конструкции и типоразмеры протекторов для защиты от коррозии подводной части корпусов судов, внутренней поверхности танков, цистерн, различных конструкций и металлических сооружений, эксплуатирующихся в морской воде и близких по составу коррозионных средах. Богословским алюминиевым заводом-филиалом ОАО "СУАЛ" была отработана технология литья протекторов всех типоразмеров, а также организовано их централизованное промышленное производство.

В таблице 3 приведены основные электрохимические характеристики разработанных алюминиевых протекторных сплавов, из которых в настоящее время изготавливаются протекторы различных типоразмеров.

Высокая эффективность протекторной защиты, простота ее осуществления и организация централизованного производства протекторов из алюминиевых сплавов на БАЗ - филиале ОАО "СУАЛ" обеспечили массовое применение протекторной защиты в судостроении и на флоте. Государство и его ведомства (ММФ, МРХ, ВМФ и др.) заботились о сохранности флота и поддержании его работоспособности. Подавляющее большинство строящихся и эксплуатирующихся морских судов в 1980-1990 годах оборудовались системами протекторной защиты от коррозии с протекторами, представленными на рис. 1, из алюминиевых сплавов. Производство таких протекторов на БАЗ - филиале ОАО "СУАЛ" в эти годы составляло 3000 тонн в год, благодаря их применению проблема морской коррозии на флоте практически была решена.

В 1990-е годы в связи с резким снижением в России промышленной активности объем потребления и производство протекторов из алюминиевых сплавов сократились более чем на порядок. Это не могло не сказаться на противокоррозионной защищенности морских судов. При этом следует отметить, что сокращение потребления протекторов в судостроении и на флоте было частично скомпенсировано начавшимся их применением в нефтегазодобывающей промышленности. Это было обусловлено тем, что ЦНИИ КМ "Прометей", ранее работавший в основном на судостроение, вынужден был искать новые области применения разработанных им средств электрохимической защиты.

Так, в 1990-1991 гг. ЦНИИ КМ "Прометей" по договорам с рядом НГДУ г. Нижневартовска ("Самотлорнефть", "Белозернефть", "Приобьнефть", АО "Черногорнефть") разработал системы протекторной защиты от коррозии внутренней поверхности резервуаров-отстойников типа РВС в пластовой и подтоварной водах, с использованием протекторов из алюминиевого сплава марки АП3. Более чем десятилетний опыт эксплуатации разработанных систем протекторной защиты подтвердил ее высокую эффективность. На всех резервуарах, где была установлена протекторная защита, работ по ремонту резервуаров не требовалось. В то же время резервуары, эксплуатирующиеся в аналогичных условиях, без протекторной защиты, были либо списаны, либо требовали капитального ремонта, вызванного коррозионными разрушениями (как правило, замена днища и нижних поясов). Также была разработана и внедрена аналогичная протекторная защита сепараторов типа ОГ-200 и НГС-100 и других. В настоящее время на многих резервуарах-отстойниках типа РВС подобные системы протекторной защиты применяются эксплуатирующими организациями уже самостоятельно.

Вновь начали поступать заказы на протекторы от судостроительных заводов. Но объем поставок протекторов даже с учетом возрастающей потребности нефтегазодобывающей промышленности все еще невелик. Судовладельцы и организации, строящие и эксплуатирующие морские сооружения, причалы, шпунтовые стенки, морские трубопроводы и другие объекты морской техники, еще явно не оценили этого наиболее эффективного, простого и доступного способа предотвращения коррозии в морской воде металлических сооружений на весь срок их службы. Вместе с тем имеются все условия для возобновления массового применения протекторной защиты в судостроении, на флоте и в нефтегазодобывающей промышленности, включая объекты для добычи нефти и газа на морском шельфе.

Имеется БАЗ - филиал ОАО "СУАЛ", где сохранено уникальное производство всех типов протекторов из алюминиевых сплавов, не уступающих по своим электрохимическим характеристикам лучшим зарубежным протекторным сплавам. Работает ЦНИИ КМ "Прометей", который готов дать рекомендации по применению протекторной защиты от коррозии любых металлических сооружений, эксплуатирующихся в морской воде и в близких по составу агрессивных средах. Выражаем надежду, что организации, заинтересованные в сохранении и поддержании работоспособности принадлежащих им судов, плавсредств и другого оборудования, эксплуатирующегося в морской, подтоварной или пластовой воде, а также в любых других коррозионных агрессивных проводящих средах, проявят интерес к этому наиболее прогрессивному и экономически выгодному способу противокоррозионной защиты и станут постоянными заказчиками протекторов из алюминиевых сплавов.

Ю. Л. Кузьмин, д. т. н.,

В. Н. Трощенко, к. т. н - ЦНИИ КМ "Прометей" (г. Санкт-Петербург);

ген. директор С. Н. Аминов,

главный металлург А. Е. Михеев,

начальник ОЛП ОЭЦ А. А. Грефенштейн - БАЗ-филиал ОАО "СУАЛ" (г. Краснотурьинск).