Co je to katodická ochrana?
Katodická ochrana je metoda ochrany kovových struktur před korozí. Kovy, ze kterých jsou tyto struktury vyrobeny - obvykle ocel -, jsou náchylné ke korozi oxidační reakcí, když jsou v častém kontaktu s vodou. Reakce zahrnuje kov vzdávající se elektrony a je podporován stopami solí rozpuštěných ve vodě, což způsobuje, že voda působí jako elektrolyt. Korozi lze tedy chápat jako elektrochemický proces. Katodická ochrana přemění kovovou strukturu na katodu - kladně nabitou elektrodu - nastavením elektrochemického článku s použitím více elektropositivního kovu jako anody, takže struktura neztrácí elektrony do svého okolí.
Tento způsob ochrany lze použít na podzemní potrubí a nádrže; nadzemní struktury, jako jsou elektrické stožáry; a částečně ponořené struktury, jako jsou lodě a vrtné soupravy. Může být také použit k ochraně ocelových tyčí v železobetonu. Kovy, které jsou odolnější vůči korozi, mají tendenci být dražší než ocel a mohou postrádat potřebnou pevnost, proto je obvykle nejlepší alternativou ocel chráněná proti korozi, i když tímto způsobem lze chránit i jiné kovy, které mohou korodovat.
Ocel se skládá převážně ze železa, které má redoxní potenciál -0,41 V. To znamená, že bude mít tendenci ztratit elektrony v prostředí, které má méně negativní redoxní potenciál, jako je voda, která může přijít do kontaktu s tímto kovem ve formě deště, kondenzace nebo vlhké okolní půdy. Kapičky vody přicházející do styku se železem tvoří elektrochemický článek, ve kterém je železo oxidováno reakcí Fe -> Fe 2+ + 2e - . Ionty železa II (Fe 2+ ) přecházejí do roztoku ve vodě, zatímco elektrony protékají kovem a na okraji vody, interakce elektronů, kyslíku a vody vytváří ionty hydroxidu (OH - ) reakce: 02 + 2H20 + 4e - -> 4OH - . Záporné ionty hydroxidu reagují s kladnými ionty železa II ve vodě a vytvářejí nerozpustný hydroxid železa II (Fe (OH) 2 ), který je potom oxidován na oxid železa III (Fe203), lépe známý jako rez.
Existují dva hlavní způsoby katodické ochrany, které se snaží zabránit této korozi poskytnutím alternativního zdroje elektronů. V galvanické ochraně je kov s negativnějším redoxním potenciálem než kov, který má být chráněn, spojen se strukturou izolovaným drátem, čímž se vytvoří anoda. K tomuto účelu se často používá hořčík s redoxním potenciálem -2,38 V - jinými běžně používanými kovy jsou hliník a zinek. Tento postup nastavuje elektrický článek s proudem proudícím z anody do struktury, která působí jako katoda. Anoda ztrácí elektrony a je zkorodovaná; z tohoto důvodu je znám jako „obětní anoda“.
Problém galvanické katodické ochrany spočívá v tom, že anoda bude nakonec zkorodována do bodu, kdy již neposkytuje ochranu a je třeba ji vyměnit. Alternativní katodický ochranný systém je Impressed Current Cathodic Protection (ICCP). To je podobné galvanické metodě s tou výjimkou, že k generování elektrického proudu z anody do chráněné struktury se používá napájení. Je vyžadován stejnosměrný proud (DC), na rozdíl od střídavého proudu (AC), takže k převodu střídavého proudu na stejnosměrný proud se používá usměrňovač. Tento způsob poskytuje mnohem trvalejší ochranu, protože proud je dodáván externě místo toho, aby byl generován reakcí anody s jejím okolím, takže životnost anody je výrazně zvýšena.