PROTECTIA CATODICA A CONDUCTELORI.CoroziuneaCoroziunea este reacia dintre metalul i mediul n care se afl n contact, care conduce la modificri msurabile ale caracteristicilor i la antrenarea unor deteriorri ireversibile. Aceast reacie poate fi electrochimic, chimic sau fizico-chimic, reacia electrochimic fiind caracteristic tuturor conductelor subterane. O reacie electrochimic are loc n prezena unui electrolit, pentru conductele subterane acesta fiind solul ce le nconjoar. Se formeaz astfel o pil galvanic format din anod, catod i electrolit. Metalele mai puin nobile din punct de vedere electrochimic au un potenial mai sczut i cedeaz electronii n prezena electrolitului. Dac se consider conducta plasat ntr-un sol acid, procesul va fi accelerat prin degajarea de hidrogen, iar n sol anaerob, ce conine sulfai, procesul va fi accelerat de bacteriile sulfat-reductoare. ,,Motorul responsabil al atacului coroziv este diferena potenialelor de echilibru ale reaciilor pariale de pe anod i catod. Cele dou componente ale pilei galvanice fiind n scurt-circuit, diferena de potenial este important. Tot odat, diferena fa de potenialul de echilibru poate crete mult dac acioneaz curenii de dispersie generai de alte instalaii vecine. n cazul conductelor de transport produse petroliere, lichide sau gazoase, cnd presiunile de lucru ajung pn la 80 bar, exigenele n ceea ce privete securitatea n exploatare sunt riguroase. Nu trebuie neglijate nici aspectele economice care au n vedere o durat de via ct mai lung. Toate acestea impun aplicarea conductelor subterane a unui sistem complex de protecie contra coroziunii i nu numai. Sistemul clasic de protecie contra coroziunii conductelor subterane const n acoperirea cu materiale izolante i aplicarea proteciei catodice. Protecia prin acoperire se asigur prin aplicarea unui strat izolator durabil din materiale sintetice, a crei grosime ajunge pn la 3 mm. Tubulatura se livreaz pe antier preizolat, urmnd ca dup sudare, mbinarea s fie izolat astfel nct s se obin o izolaie continu pe ntregul fir al conductei.

Izolaiile sunt suficient de groase i trebuie s fie lipsite de defecte pentru a nu permite aciunea distructiv a curenilor de distribuie. Numai acoperirea cu materiale de izolaie nu este suficient pentru a prelungi durata de via a conductei. Conducta n an trebuie acoperit cu un strat de nisip pentru ca la aezarea n an i la umplerea anului s nu se deterioreze izolaia de ctre pietre. Protecia catodic este cea care se aplic tuturor conductelor izolate la exterior. Prin aceasta se asigur injectarea de electroni pentru a neutraliza agenii corozivi din sol. Necesarul de electroni este asigurat de anozii activi sau galvanici sau de un generator (staie) de curent de protecie catodic. Aducerea curentului de protecie la conducta de protejat antreneaz scderea potenialului i acest indicator este foarte important n aprecierea calitii proteciei catodice. Curentul de protecie nu poate fi injectat ntr-un singur punc al conductei dac lungimea acesteia este mare, deoarece fiecare injecie de curent este eficient numai pe o anumit distan. Se recurge la conductele de mare lungime la amplasarea pe traseu a mai multor staii de protecie catodic. Avndu-se n vedere mbtrnirea inerent a izolaiei i deteriorrile datorit altor cauze (tasri exagerate ale ternului, creterea rdcinilor etc.), parametrii proteciei catodice trebuie verificai periodic. Normele actuale impun verificarea periodic a calitii proteciei catodice pe ntreaga lungime a conductei. Pentru a uura msurarea parametrilor caracteristici, pe traseul conductei se monteaz mai multe prize de potenial. Lunar, personalul de exploatare msoar potenialele conductei i dup prelucrarea datelor se stabilesc lucrrile ce urmeaz a fi realizate. Staiile moderne sau modernizate sunt prevzute cu dispozitive de telesupraveghere care asigur transmiterea de date la un centru de supraveghere a strii proteciei catodice. La intervale de 1 3 ani sunt efectuate msurtori de stabilire a strii proteciei catodice de ctre o societate independent autorizat. n cazul unor abateri excesive ale potenialelor conductei, mai nti se cerceteaz funcionarea staiei de protecie catodic, defectele constatate fiind

ndeprtate ct mai urgent. Dac aceasta este corespunztoare, se caut existena unor defecte de izolaie, localizarea fcndu-se pe baza mai multor proceduri. Prezena curenilor de dispersie trebuie stabilit nc de la stabilirea traseului conductei. Surse de asemenea cureni pot fi depistate i dup darea n exploatare a conductei. Rezult c, periodic, pe lng verificarea calitii proteciei catodice trebuie depistai curenii de dispersie care intensific procesul de distrugere prin coroziune. Toate aceste aspecte se vor dezvolta pe parcursul perioadei de expunere a aspectelor teoretice i practice legate de protecia catodic a conductelor subterane.

1.Coroziunea electrochimicCoroziunea electrochimic este principala form de distrugere a metalelor i aliajelor. Mediul n care se desfoar aceasta este bun conductor de electricitate. Un asemenea mediu poate fi apa impurificat, pelicula de ap condensat, soluiile acide sau alcaline, solul umed etc. Metalele devin active i trec n soluie sub form de ioni ca urmare a transferului de sarcini electrice sub influena diferenei de potenial creat de electronii liberi. La nivelul suprafeei metalice aflat n contact cu electrolitul se desfoar dou reacii de electrod, una anodic i alta catodic. Reaciile anodice i catodice sunt legate ntre ele printr-un bilan riguros de sarcini electrice i se desfoar cu aceeai vitez i la un potenial comun numit potenial mixt. Reacia anodic sau de ionizare, const n trecerea ionilor metalici n soluie i constituie reacia de distrugere a metalului: M Mz+ + zen soluia apoas, ionul metalic trece n lichidul coroziv sub form de ion hidrat i cedeaz suprafeei electronii: Mz+ + zH2O M(OH)z + zH+ + zeReacia catodic este o reacie de preluare a electronilor rmai n faza metalic prin trecerea ionilor n soluie de ctre un acceptor de electroni (depolarizant) existent n soluie i constituie motorul coroziunii prin consumarea electronilor:

D + ze Dze Reacia catodic n mediu acid conduce la reducerea ionilor de hidrogen: 2H+ + 2e H2 O2 + 4H+ + 4e 2H2O iar n mediu alcalin, la reducerea oxigenului molecular dizolvat n electrolit cu formarea grupului oxidril: 2H2O + 2e H2 + 2OHO2 + 2H2O + 4 e 4OHPentru ca procesul de coroziune electrochimic s se poat desfura trebuie ndeplinite urmtoarele condiii: - s existe un anod cu potenial minim, unde are loc oxidarea i un catod cu un potenial mai ridicat, unde se produce reducerea; - anodul i catodul s se afle mpreun n acelai mediu electrolitic; - ntre anod i catod s existe o legtur exterioar metalic, bun conductoare de sarcini electrice. n procesul electrochimic oxigenul joac un rol deosebit. El contribuie la ndeprtarea hidrogenului format pe catod i la formarea unor compui chimici capabili s stimuleze activitatea catodului. Reaciile succesive de coroziune, cele mai importante pentru transportul gazelor prin conducte din oel, sunt cele dintre fier i oxigen n prezena apei, n urma crora se formeaz rugina [Fe(OH)3 nH2O]: Oxidare Fe Fe2+ + 2e Reducere O2 + 4H+ +4e 2H2O Reacia global 2Fe + O2 + 4H+ 2Fe2+ +2H2O Formarea ruginii 2Fe2+ + 21O2 + 5H2O 2Fe(OH)3 +4H+ Degajare de hidrogen 2H+ + 2e H2 Viteza de coroziune este strns legat de cantitatea de oxigen ce ajunge la suprafaa anodic (acces direct, prin difuziune etc.). Neomogenitatea chimic i structural a suprafeei metalice i a electrolitului determin localizarea proceselor anodice i catodice pe zonele cu o energie liber mai

mare. Aceeai aciune o are i prezena unor tensiuni locale de ntindere sau forfecare, care modific valoarea potenialului electrochimic al materialului. Zonele care capt un caracter anodic se distrug ca urmare a trecerii ionilor metalici n soluie, iar cele cu caracter catodic sunt protejate. Intensitatea coroziunii electrochimice este legat direct de proprietile compuilor rezultai n urma atacului corosiv, compui ce pot fi: - solubili n mediul electrolitic, care prin trecerea lor n soluie las suprafaa metalic liber pentru continuarea coroziunii; - greu solubili, care se acumuleaz pe suprafaa metalic formnd un strat continuu cu caliti dielectrice, ce contribuie la reducerea vitezei reaciei de ionizare a metalului i prin aceasta la protejarea ntr-o oarecare msur a metalului. n afar de natura metalului, coroziunea electrochimic este influenat de pHul soluiei, potenialul metalului n cazul coroziunii galvanice, concentraia n anumii produi chimici activi, cum ar fi oxigenul sau dioxidul de carbon, conductivitatea electric a mediului, temperatura mediului etc.

2. Potenialul i curentul de coroziuneCoroziunea electrochimic are la baz formarea unei pile galvanice, n interiorul creia se creeaz o for electromotoare E, care convenional se definete ca fiind diferena dintre potenialul electrodului pozitiv i potenialul electrodului negativ. Cu ct aceast diferen este mai mare cu att viteza de coroziune este mai mare. Diferena de potenial care intervine ntre metal i soluie n condiiile deplasrii unidirecionale a ionilor, poart numele de potenial de electrod. Aceast diferen de potenial se datoreaz faptului c potenialul ionilor metalici din soluie este diferit de cel al ionilor metalici din reeaua cristalin. Potenialul standard al unui metal este tensiunea ce se msoar ntre electrodul de hidrogen i electrodul metalic respectiv n condiii standard. Potenialele standard ale ctorva metale sunt prezentate n tabelul 1. In practic se determin potenialul fa de electrozi de referin mai ieftini i mai uor de manipulat, al cror potenial standard fa de electrodul de hidrogen este cunoscut prin determinri experimentale.

Tabelul 1Potenialul standard al unor metaleElement Potenialul standard, n V Element Potenialul standard, n V Hg 2,363 Fe Al 1,662 Cd Ti 1,628 Co Zr 1,529 Ni V 1,186 Mo Mn 1,180 H 0 Zn 0,763 Cu +0,337 Cr 0,744 Ag +0,799

0,440

0,403

0,277

0,250

0,20

3. Coroziunea n medii naturaleCoroziunea n medii naturale are la baz procesele prezentate anterior, cu particularitile caracteristice fiecrui mediu agresiv. n mediile naturale, agenii corozivi pot fi: - gazoi: gaze diferite, cea etc; - lichizi: ape, soluii; - solizi: sruri, cenu, praf etc. Clasele de agresivitate ale acestora se stabilesc n funcie de indicele de penetraie (tabelul 2).Tabelul 2Clasele de agresivitate ale mediilor naturale Clasa de agresivitate 1m 2m 3m 4m Indicele de penetraie, n mm/an < 0,010 0,011 0,100 0,11 0,50 > 0,50 Caracterizarea mediului neagresiv slab agresiv mediu agresiv puternic agresiv

II.Aspecte generale ale protectiei catodicen cazul cel mai general, protecia catodic a unei structuri metalice aflat n contact cu un electrolit const n deplasarea potenialului electric al acesteia la o

valoare mai negativ dect potenialului natural, astfel nct coroziunea s devin termodinamic imposibil. Aceasta se realizeaz prin injecia de electroni. alii dect cei ce provin din distrugerea materialului metalic, ce pot neutraliza agresorii prin convertirea lor n specii neofensive, iar efectul direct este cel de scdere a potenialului. Scderea potenialului este un indicator al eficacitii proteciei catodice. Viteza de coroziune n condiiile aplicrii corecte a proteciei catodice este de ordinul 0,01 mm/an, iar cnd protecia catodic este insuficient, se depete 0,3 mm/an i poate atinge 1,2 mm/an cnd se afl sub aciunea curenilor de dispersie. Protecia catodic const n furnizarea unei cantiti suficient de mari de curent continuu, astfel nct s fie posibil polarizarea ca urmare a deplasrii potenialului conductei la valori mai electronegative dect potenialul pe care l capt dup o perioad suficient de lung de contact cu solul sau apa. Prin aceast polarizare se micoreaz valoarea curentului de coroziune. Potenialul pe care-l cptat conducta trebuie s fie ct mai omogen repartizat pe ansamblul conductei. Pentru un pH al electrolitului cuprins ntre 4 i 9, oelul are un potenial electrochimic de 550 600 mV i se admite drept criteriu de protecie catodic asigurarea unui potenial cu valoarea de 850 mV, msurat n raport cu electrodul nepolarizabil Cu/CuSO4. Acest obiectiv nu poate fi ndeplinit n cazul conductelor ce prezint ramificaii sau zone supraterane neseparate prin legturi electroizolante. Protecia catodic asigur protecia suprafeelor exterioare ale conductelor metalice ngropate n sol sau imersate n ap prin eliminarea atacului electrochimic al mediului, nu i a suprafeelor interioare. Protecia catodic este asociat cu acoperirea exterioar izolatoare i este eficace numai pentru zonele metalice aflate n contact permanent cu solul sau apa. Potenialul standard minim de protecie, care stopeaz trecerea ionilor metalici n soluie, corespunde cu limita superioar a domeniului de imunitate din diagrama Pourbaix. Pentru fier, la temperatura de 25 0C, acesta are valoarea 0,440 V n raport cu electrodul de hidrogen i i corespunde o densitate minim a curentului de protecie. Coroziunea nceteaz cnd se va aplica un curent cel puin egal cu cel calculat cu aceast relaie, dar de sens contrar.

O alt metod const n aplicarea pe metalul imersat n electrolit a unui curent electric cresctor i msurarea potenialului acestuia. Pe curba de polarizare se traseaz potenialul de imunitate (fig. 1) i acestuia i corespunde intensitatea curentului de protecie. n cele mai multe situaii curentul astfel determinat are valoarea maxim deoarece este independent de timp.

Fig. 1. Curentul maxim de coroziune n raport cu potenialul de imunitate.

Mrimea curentului de protecie stabilit prin aceste dou metode este diferit de mrimea real necesar, deoarece nu se ine seama de ali factori care intervin n procesul de coroziune, cum ar fi temperatura, starea de micare a fluidului agresiv, prezena sau absena unui strat izolator, activitatea microorganismelor, starea de tensiuni etc. Dac nu se dispune de valori stabilite n condiii ct mai apropiate de cele reale, n calculele preliminarii de proiectare a proteciei conductelor din oel se pot folosi densitile de curent ip prezentate n tabelul 4.1. Densitatea de curent aplicat metalului nu trebuie s fie exagerat de mare deoarece se ajunge la fisurarea i dezlipirea catodic a stratului de protecie pasiv prin degajarea unei cantiti mari de hidrogen. O densitate prea mic nu asigur dect o protecie parial a metalului.

Protecia catodic d satisfacie dac se asigur continuitatea electric a conductei. Continuitatea se asigur prin: - realizarea conductei prin sudarea cap la cap a evilor; - untarea mbinrilor nesudate, cu excepia celor electroizolante; - untarea vanelor, cu excepia celor de golire; - untarea mbinrilor electroizolante care izoleaz vanele i alte aparate hidraulice legate la pmnt, ca msur de securitate; - izolarea fa de rezervoare, pompe sau alte construcii metalice realizate din acelai material sau din materiale diferite (font, cupru, oel galvanizat). untarea se realizeaz cu un cablu flexibil din cupru izolat avnd seciunea de 10 mm2 la conductele cu DN 200 mm i cu dou cabluri de cte 10 mm2 fiecare la conductele cu DN > 200 mm. Operaia de lipire a cablului la conduct nu trebuie s modifice proprietile oelului i s nu afecteze eventuala protecie interioar. Dup lipire mbinarea se izoleaz prin acoperire i aplicare de benzi anticorozive.

Tabelul 4

Densitatea necesar de curent pentru protecia catodic a conductelor Mediul de lucru Protecia pasiv existent Densitatea curent recomandat, ip, Sol neutru steril Sol neutru aerat Sol uscat aerat Sol umed Fr protecie Fr protecie Fr protecie Materiale sintetice Bitum cu fibre de sticl Bitum sau gudron n mA/m2 4,3 16,2 21,5 32,4 5,5 16,5 10-3 10-2 10-2 10-1 de 0,2 1,6 de

crbune Iut impregnat cu bitum Sol cu Fr protecie aciditate Fr protecie bacterii Fr protecie Vopsea de calitate Vopsea veche Ap staionar Ap dulce Fr vopsea dulce Cu strat de carbonai Fr vopsea n Fr vopsea Vopsea de calitate Vopsea veche Fosfatare Vopsea + bitum Vopsea+materiale plastice Fr protecie

4 60 25 100 55 160 400 500 0,04 0,6 0,2 8 20 500 90 110 250 345 55 450 0,2 30 20 1000 25 70 0,5 5 0,05 0,5 200 1000

ridicat Sol cu

sulfat-reductoare Ap de ru

micare turbulent Ap de mare

Protecia catodic, conform SR 7335-12:1998, se aplic tuturor conductelor, indiferent de diametru sau lungime, care sunt amplasate n: - subsolul localitilor, zonelor industriale; - zone unde acioneaz curenii de dispersie; - soluri sau ap cu rezistivitatea electric mai mic de 20 .m i/sau cu pH > 9 sau pH < 6; - transport fluide poluante, toxice, combustibile sau explozive. Deplasarea potenialului n domeniului de imunitate se poate realiza prin: - ataarea metalului consumabil a unui metal mai puin nobil, numit anod galvanic, ce se corodeaz n locul acestuia, potenialul materialului anodului galvanic fiind mult mai cobort dect a metalului de protejat;

- injectarea unui curent prin intermediul unui metal consumabil, tensiunea impus fiind suficient pentru a plasa oelul n domeniul su de protecie. Realizarea proteciei catodice a conductelor metalice ngropate se face conform prevederilor standardului EN 12954:2001, respectnd normele tehnice NT DPE 01/2004 i NT DE 01/2004. La aceste normative se adaug tehnicile de msurare aplicabile proteciei catodice prEN 13509 i protecia fa de curenii de dispersie prEN 50162.

1. Criterii de alegere a sistemului de protecie catodic pentru conductele subteranen practica proteciei catodice se folosesc dou sisteme: cu anod galvanic i cu injecie de curent. Criteriile care stau la baza alegerii sistemului de protecie catodic sunt: - rezistena electric a solului; - starea izolaiei existent pe conduct; - costul proteciei. Pentru o rezisten electric a solului mai mic de 2500 /cm, se recomand sistemul de anozi galvanici, iar la o rezisten electric mai mare de 2500 /cm sau pentru o arie mare expus coroziunii se impune sistemul de protecie cu staie de curent. Cheltuielile pentru realizarea proteciei catodice la conductele magistrale cu staie de curent reprezint 1-3 % din valoarea investiiei, pe cnd la folosirea anozilor galvanici, acestea ajung la 10-15 %. La aplicarea acestor dou sisteme de protecie se constat: a) sistemul cu anozi galvanici: - costul sistemului (anozi, foraje, montaj) este foarte ridicat; - numrul de anozi este mare i crete odat cu nrutirea strii tehnice a izolaiei; - repararea sau nlocuirea anozilor este o operaie care presupune accesul direct la suprafaa conductei, cablul de legtur fiind sudat la conduct;

- supravegherea i ntreinerea sunt operaii delicate, inspecia asupra strii anozilor fcndu-se cel mai trziu la intervale de 1 - 2 ani; - protecia catodic este asigurat pn la un consum de 75 % din masa iniial a anodului dac nu intervin reacii secundare de blocare. b) sistemul de protecie cu surs exterioar de curent: - necesit o surs de putere, relativ scump; - folosete un ansamblu de anozi, care asigur distribuia curentului pe conduct n limitele potenialului de protecie; - sistemul este flexibil, el permind modificarea densitii de curent n timp i n funcie de starea izolaiei; - poate lucra n regim automat; - cheltuielile de ntreinere i reparare ale sistemului sunt reduse; - supravegherea este asigurat de personal specializat. Indiferent de sistemul de protecie catodic adoptat, trebuie s se asigure permanent potenialul de protecie al conductei. Curentul de protecie catodic se transmite prin sol de la anod la conduct, ceea ce face s se formeze un cmp i un gradient de potenial supuse legii lui Ohm. Din acest motiv, toate msurtorile de potenial, cnd staia de protecie catodic este conectat (ON), sunt afectate de cderea ohmic R x I. Utilizarea criteriului -850 mV fa de electrodul Cu/CuSO4 rmne n practic foarte delicat deoarece nu se cunoate cu exactitate cderea de tensiune prin sol. n plus, cderea de potenial ntre anod i catod (conduct) este puternic influenat de variaia temperaturii, structura i compoziia solului, topografia locului, de existena defectelor de izolaie etc. Toate acestea fac s scad curentul de protecie catodic pentru a cobor suficient potenialul metalului pentru a se plasa n domeniul de imunitate din diagrama Pourbaix. Pentru conductele din oel, potenialul OFF trebuie cobort sub -850 mV n raport cu electrodul de referin Cu/CuSO4. Potenialul OFF semnific faptul c potenialul luat n consideraie pentru criteriul de protecie nu poate include cderea ohmic din circuitul de trecere a curentului n sol, care are o oarecare rezistivitate i

din acest motiv msurarea potenialului se face imediat dup ntreruperea curentului (curentul I = 0, iar produsul R x I = 0). n condiiile mbuntirii deosebite a calitii materialelor de izolare exterioar a conductelor, devine din ce n ce mai dificil de a atinge potenialul OFF egal cu -850 mV imediat dup ntreruperea curentului. n acest caz, se folosete drept criteriu de apreciere a calitii proteciei, depolarizarea de maximum 100 mV. Aceast depolarizare este dat de diferena ntre potenialul OFF i potenialul dup un anumit timp de depolarizare, de ordinul 1 la 4 ore. Durata de depolarizare nu este impus prin norme, ea depinznd de mediu, izolaie, timpul ct conducta a fost polarizat etc.

2. Efectul de electroosmoz n sistemele de protecie catodicn solul poros exist dou feluri de ap: apa legat i apa liber. Apa este legat de suprafaa particulelor solide din sol prin fore de atracie molecular Van der Waals. Aceste fore descresc cu distana fa de particula solid. Stratul adsorbit are o grosime foarte mic, de ordinul a 0,1 m. n acest prim strat sunt reinui ioni. Urmeaz stratul de tranziie, caracterizat prin mobilitate limitat a moleculelor de ap, ce se extinde pn la o distan de 0,5 m de suprafaa particulei solide. La o distan mai mare, atracia moleculelor de ap devine slab i apa devine liber. Apa ,,liber, bogat n sruri i oxigen, se poate deplasa sub aciunea cmpului electric. Difuzia apei prin stratul gros de acoperire poate fi de natur ionic sau molecular. Fenomenul de difuzie a apei este dependent de gradul de reticulare i de gradul de cristalinitate. Materialele de izolaie noi, sub temperatura de tranziie

vitroas, practic nu prezint un proces de conducie ionic. n cazul izolaiilor degradate, mbtrnite, devenite poroase, curentul electric de protecie catodic aplicat conduce la difuzia apei prin fenomenul de electroosmoz. Efectul de electroosmoz const n trecerea apei printr-un mediu permeabil sub aciunea unui cmp electric. Acest fenomen este caracteristic construciilor metalice protejate catodic i acoperite la exterior cu un strat izolator. Cantitatea de ap transportat prin electroosmoz de la anod ctre catod poate fi stabilit cu o relaie de forma: =icQ n care: c este o constant specific fiecrui material de izolaie; i - densitatea de curent pe suprafaa izolaiei, - rezistena electric specific a lichidului, care pentru un sol saturat n ap, poate fi considerat egal cu rezistivitatea solului, Prin deplasarea apei de la anod ctre catod, conductivitatea electric a solului din jurul anodului scade continuu pn cnd umiditatea relativ atinge o valoare limit, dup care rmne constant (fig. 2).

Fig. 2 Variaia conductivitii solului n funcie de umiditate.

Fig. 3. Pregtirea anodului pentru prevenirea blocrii.

n cazul existenei unui sol argilos n jurul anodului se constat, pe lng o uscare accentuat i o contracie important, de pn la 10 %. n acelai timp, scad mult coninutul n clorur de sodiu i conductivitatea solului. Efectul electroosmozei se resimte cel mai puternic i la anozii staiilor de curent n perioadele secetoase dac nu se reface starea de umezeal din jurul anodului. Prin deplasarea apei din jurul lor ctre conduct, solul se usuc, mrind astfel rezistena de trecere. Ori, prin creterea rezistivitii de trecere se micoreaz cantitatea de curent ce ajunge la conduct i se nrutete calitatea proteciei catodice. Odat cu uscarea solului, temperatura de lucru a anodului crete ca urmare a aplicrii unei densiti mai mari de curent pentru asigurarea proteciei, ceea ce face ca s se piard mai mult ap. Pentru a micora efectul electroosmotic de uscare a solului din jurul anozilor se recomand, fie limitarea curentului anodic (dac este posibil), fie umezirea periodic a amplasamentelor acestora. Pentru a doua posibilitate, n stratul de pietri de deasupra anodului se plaseaz o eav din material plastic ce servete la aerisire i umezire (fig. 3).

Fenomenul de electroosmoz acioneaz i asupra desprinderii proteciei pasive. O contribuie deosebit o are potenialul de polarizare a conductei, msurat dup ntreruperea proteciei catodice (potenialul OFF). Dac potenialul de polarizare n solurile normale este mai negativ de 1,2 V, pericolul desprinderii izolaiei este evident. La un asemenea potenial, apa acumulat n pori i sub stratul de protecia disociaz, rezultnd hidrogen, a crui presiune crete continuu pn cnd stratul de protecie cedeaz. n practica proteciei catodice, disocierea apei nu are loc att timp ct nu s-a depit suprapotenialul hidrogenului. Pentru oel, potenialul de desprindere catodic a izolaiei, msurat fa de electrodul de referin Cu/CuSO4, este: EH = (0,316 + 0,059 pH) [V] n care pH este pH-ul apei coninut n sol i n porii stratului protector al conductei metalice. Din aceast relaie rezult c potenialul cel mai negativ de polarizare admis la conducta ngropat este dependent de natura solului i de coninutul apei n sruri. Acest potenial poate varia de la o zon la alta pe lungimea conductei ngropate. Acolo unde salturile de potenial sunt mari, pentru a preveni desprinderea izolaiei sub aciunea fenomenelor de electroosmoz i disociere, conducta se tronsoneaz prin montarea de legturi electroizolante. Desprinderea catodic a izolaiei, este marcat de o cretere a curentului necesar proteciei catodice de 1,5 - 2 ori.

3. Desprinderea catodic a izolaiei conductelorTermenul de desprindere catodic este utilizat pentru a ine seama de pierderea aderenei unei izolaii de pe metal, n cazul n care metalul este supus proteciei catodice. Pentru ca desprinderea s aib loc, procesul necesit: un electrolit, oxigenul i deplasarea ionilor i electronilor sub aciunea cmpului electric. Desprinderea este grbit dac suprafaa protejat este supus unui ciclu de udare uscare i prezint defecte.

Pe scurt, procesul de desprindere catodic a straturilor subiri sau groase, care prezint defecte deschise, prezint trei etape. n prima etap are loc transportul apei cu oxigenul dizolvat ctre suprafaa metalic. n a doua etap are loc reducerea oxigenului dizolvat la nivelul interfeei metal soluie, cu formarea grupului hidroxil OH-. n a treia etap are loc degradarea legturilor dintre adeziv i metal ca urmare a creterii pH-ului i formrii stratului de oxid sau a hidrolizei adezivului. Reacia catodic, responsabil de desprindere a izolaiei, este reducerea oxigenului de la suprafaa metalului protejat: H2O + 1/2O2 + 2e 2OH Reacia catodic are loc sub izolaie, ceea ce confirm caracterul interfacial al desprinderii. n paralel cu reacia de reducere a oxigenului pe metalul protejat catodic, au loc reacii intermediare cu adezivul care stau la originea degradrii la interfaa adeziv - metal. Cercetrile ntreprinse au scos n eviden efectul alcalinizrii apei prin formarea ionilor OH asupra legturilor de aderen dintre strat i metal. Creterea pHului sub izolaie este cu att mai mare cu ct dimensiunile defectelor create sunt mai mici. La un pH = 8 9, sub stratul izolator se gsesc n principal carbonai de fier, iar la un pH = 12, depuneri de carbonat de fier (FeCO3), carbonat de calciu (CaCO3) i hidroxid de magneziu (Mg(OH)2). Din cele prezentate rezult c desprinderea stratului izolator sub aciunea potenialului de protecie catodic este rezultatul unui proces electrochimic ce se desfoar la interfaa polimer - metal. Apa difuzat sub aciunea cmpului electric disociaz rezultnd hidrogen i acesta nu are posibilitatea evacurii imediate. Se ajunge astfel la creterea presiunii sub strat i la desprinderea i fisurarea stratului izolator pe cale mecanic (fig. 4.8). De acum ptrunderea apei se face direct i desprinderea continu n lungul defectului ca urmare a degradrii rapide a interfeei polimer - metal. Acest fenomen de pierdere a aderenei este cunoscut sub denumirea de desprindere catodic. Neomogenitatea adezivului sau a suprafeei metalice creeaz zone cu diferen de aderen, dintre care unele foarte slabe. n timp, frontul de delaminare se deplaseaz i fiind n contact prelungit cu electrolitul de sub izolaie, se produce extinderea desprinderii.

n timp se constat scderea aderenei izolaiei i ca urmare i a unui proces complex, fizic i chimic, de mbtrnire. mbtrnirea de natur fizic se desfoar fr transfer de mas i se poate manifesta prin plastifiere, sau umflare ca urmare a difuziei sau biodegradrii. mbtrnirea de natur chimic survine ca urmare a degradrii polimerului prin modificarea lanurilor moleculare prin reacii de adiie, hidroliz sau oxidare. Procesul de mbtrnire poate fi considerat ca o alterare lent, ireversibil, a proprietilor materialului de izolare, sub aciunea instabilitii proprii sau a efectului mediului i condiiilor de lucru. n cazul unui mediu cu pH < 7, la nivelul suprafeei metalice acoperite au loc trei reacii succesive: 2FeO(OH) + 2H+ + 2e 2Fe(OH)2 Fe(OH)2 + 2H+ 2Fe2+ + 2H2O 2FeO(OH) + Fe2+ Fe3O4 + 2H+ n acest caz, desprinderea catodic poate fi considerat i ca o desprindere mecanic, determinat de formarea sub stratul protector a filmului de oxid caracterizat printr-un volum specific important i degajarea de hidrogen. Riscul pierderii aderenei i desprinderea izolaiei este determinat de existena defectelor microscopice i/sau macroscopice n stratul izolator i mai puin de cantitatea de oxigen i de ap ce difuzeaz prin strat. Aderena direct a polietilenei, ca material clasic de izolare, este foarte slab, motiv ce impune interpunerea unui strat adeziv de tip epoxidic.93 Un factor important la fel de important, ce poate conduce la dezlipire este mrimea potenialului aplicat conductei pentru asigurarea proteciei catodice. Potenialul de baz al conductei ngropate, msurat fa de electrodul nepolarizabil Cu/CuSO4 este cuprins ntre 0,5 i 0,6 V. Pentru soluri normale, care conin microorganisme aerobe, potenialul de protecie catodic este cuprins ntre 0,85 i 1,10 V. Dac solul este bogat n bacterii anaerobe, reductoare de sulfai, potenialul maxim admis trebuie redus la 0,95 V.

Aplicnd un potenial mai negativ de 1,20 V apare pericolul desprinderii catodice a izolaiei ntr-un timp scurt. Un potenial mai cobort, de ordinul -1,5 V, produce o degajare puternic de hidrogen i mrete considerabil pH-ul local. La conductele ngropate se constat c este aproape imposibil de evitat deteriorarea stratului de izolaie n timpul transportului i construciei. De asemenea, rmn suficiente defecte minore de izolaie nepuse n eviden cu ocazia controlului nedistructiv. Potenialul normal de protecie provoac slbirea lent a stratului de acoperire ncepnd de la marginile defectului existent, mrind astfel dimensiunile acestuia. Reducerea aderenei este specific fiecrei caliti de izolaie. Cantitatea de curent consumat pentru protecie crete n timp ca urmare a extinderii ariei defectului aflat sub o densitate de curent mai mare dect cea normal de protecie catodic. Msurtorile efectuate pun n eviden existena unui salt de curent n zona defectului, pe cnd potenialul nu-i modific semnificativ valoarea. n cazul n care nu se regleaz automat densitatea de curent necesar proteciei, se ajunge la concentrarea coroziunii n defectele izolaiei. Slbirea izolaiei poate fi apreciat prin examinarea fizic a stratului defect i prin nregistrarea cantitii de curent consumat sau prin ambele procedee. De obicei nu exist nici o corelaie ntre cele dou metode de evaluare. Stabilirea tendinei izolaie de a se desprinde catodic se face conform ASTM G8-90 sau DIN 30671-1992.

4. Datele necesare proiectrii proteciei catodicePentru a se trece la proiectarea proteciei catodice a conductei subterane, n prima etap se stabilesc i se analizeaz: - agresivitatea solului; - sursele existente de cureni de dispersie pe ntregul traseu al conductei; - poziia conductei fa de alte conducte sau construcii metalice ngropate din vecintate; - caracteristicile izolaiei exterioare;

- legturile pe care le va avea conducta cu alte construcii metalice etc. Referitor la conductele metalice ngropate neprotejate catodic se au n vedere cele aflate la distan mai mic de 300 - 500 m n afara localitilor i de pn la 100 m n localiti. Dac pe traseu exist conducte sau construcii ngropate protejate catodic, se analizeaz influena proteciei aplicate dac acestea se afl la distane relative mai mici de 300 - 1200 m. Din enumerarea datelor necesare proiectrii proteciei catodice se constat c foarte multe dintre acestea nu pot fi obinute dect prin msurtori efectuate pe traseul conductei. n analiza efectuat nu trebuie neglijate modificarea n timp a caracteristicilor solului i degradarea izolaiei exterioare. Adesea se recurge la folosirea staiilor mobile de protecie catodic pentru a se stabili curentul de protecie astfel nct potenialul maxim din punctul de injectare s nu depeasc valoarea admis. Pentru conductele vechi, cu protecii degradate, metoda de stabilire a curentului de protecie cu staie mobil este singura ce d rezultate sigure.

5. Curbele de polarizare i potenialele conductei ngropaten practica aplicrii proteciei catodice prezint interes trei poteniale: - potenialul de baz, cel care corespunde situaiei n care conducta nu este i nici nu a fost racordat la instalaia de protecie catodic; - potenialul de protecie catodic, msurat n timp ce conducta ngropat se afl sub protecie catodic; - potenialul de polarizare, msurat dup ntreruperea curentului de protecie catodic (potenialul OFF). Toate aceste poteniale se stabilesc fa de electrodul de referin Cu/CuSO4 (STAS 833-72). Potenialul de baz al conductei ngropate este de regul cuprins ntre 0,5 i 0,6 V. Aa cum s-a prezentat, pentru conductele ngropate n soluri cu agresivitate normal, care conin microorganisme aerobe, potenialul de protecie catodic este

cuprins ntre 0,85 V i 1,10 V. Dac solul este bogat n bacterii anaerobe, sulfatreductoare, este necesar reglarea potenialului ntre 0,95 V i 1,10 V. Criteriul de protecie catodic, precizat prin norme, impune ca potenialul conductei, s fie mai electronegativ dect 850 mV (potenialul OFF). Potenialul OFF nu trebuie s includ cderea de tensiune din circuit, dat de trecerea curentului prin sol, care are o anumit rezistivitate. Msurarea acestuia trebuie fcut imediat dup ntreruperea legturii electrice cu sistemul de protecie catodic. Potenialul OFF al conductei se modific dup ntreruperea proteciei catodice i este diferit de potenialul de baz. n cazul unei izolaii de bun calitate, este greu de a atinge imediat un potenial de 850 V. n acest caz se folosete drept criteriu depolarizarea cu mai puin de 100 mV. Aceast depolarizare este dat de diferena ntre potenialul OFF i potenialul dup o anumit perioad de depolarizare (cuprins ntre 1 i 4 ore). Durata depolarizrii nu este impus prin norme, ea depinznd de mediu, izolaie, timp de polarizare etc. Modificarea potenialului OFF este mai important la conducta veche, cu izolaia exterioar mbtrnit i parial deteriorat. Acest nou potenial, numit potenial de polarizare, are o influen direct asupra desprinderii proteciei pasive. Dac potenialul de polarizare este mai negativ dect 1,20 V apare pericolul desprinderii acoperii datorat formrii hidrogenului sub stratul de izolaie. La msurarea acestor trei poteniale, electrodul nepolarizabil Cu/CuSO4 se plaseaz la cel mult 0,7 m lateral fa de conduct pe un sol uor bttorit i umezit (fig. 4). Legturile voltmetrului cu electrodul de referin i cu priza de potenial se realizeaz cu conductori din cupru cu diametrul mai mare de 1 mm, izolai cu PVC. Caracteristicile cerute voltmetrului folosit sunt: - rezistena interioar 40 - 100 k/V; - trei treptele de msurare de 1, 10 i 100 V; - clasa de precizie min. 1,5.

Fig. 4. Msurarea potenialelor conductei n raport cu electrodul Cu/CuSO4.

Fig. 5. Msurarea tensiunii ntre sursa de curent i conduct.

Dac rezistena interioar a voltmetrului nu se ncadreaz n limitele indicate mai sus, este necesar corectarea mrimii msurate. Pentru aceasta, se msoar tensiunea ntre surs i sol (fig. 5) pe toate treptele voltmetrului. Cnd valoarea

tensiunii msurate este egal pe toate scrile voltmetrului, rezistena sa electric interioar este corespunztoare efecturii msurtorilor de potenial. Dac aparatul nu indic aceleai tensiuni se impune corectarea citirilor folosind relaia: U0 = k U [V] unde: k este coeficientul de corecie i unde: U este tensiunea msurat, n V; Msurarea diferenei de potenial dintre conduct i sol se face la intervale de cca. 30 min timp de 3 - 5 ore, voltmetrul fiind conectat timp de 30 s. Valoarea reinut va fi cea care tinde s se stabilizeze. Dac n zon sunt prezeni curenii de dispersie se impune stabilirea mrimii i sensului acestora n punctul de amplasare a prizei de potenial i n zona de prsire sau ntoarcere. La msurarea potenialului fa de ina de cale ferat sau de tramvai, electrodul Cu/CuSO4 se leag la borna (+) a voltmetrului, iar ina la borna (). Msurtorile se repet n timp pentru a se pune n eviden eventualele fluctuaii de potenial din conducta subteran. Investigarea se desfoar pe durata a 24 de ore, iar n calcul se ia valoarea medie a potenialului nregistrat. De asemenea, se recomand msurarea diferenei de potenial dintre conducta protejat i alte conducte metalice vecine, ngropate n apropiere. Aceste msurtori devin obligatorii n cazurile n care conductele vecine neprotejate catodic sunt plasate la o distan mai mic de 10 m fa de conducta protejat catodic. Cnd conductele vecine sunt protejate catodic, distana se mrete la 100 m. La msurarea potenialului dintre conducta protejat i conductele metalice vecine se folosesc electrozi de contact executai din plumb sau oel legai de conductori de cupru cu seciune mare .

6. Necesarul de curent pentru protecia catodicCurentul necesar proteciei catodice depinde n primul rnd de starea izolaiei exterioare. La conductele neizolate la exterior, valoarea densitii de curent se stabilete n funcie de tipul de coroziune din sol. Dac procesul de coroziune este cu degajare de hidrogen, densitatea de curent necesar este dependent de pH-ul soluiei apoase din sol.

Dac procesul de coroziune este dirijat de oxigen, ca n cazul solurilor aerate, valoarea densitii de curent este n mai mic msur dependent de pH. Pentru o vitez de coroziune admis de ordinul a 1 g/m2.zi, densitate necesar de curent de protecie de 40 mA/m2. Pentru conductele din oel neizolate amplasate n sol omogen, aerat i umed, densitatea necesar de curent este de 100 - 200 mA/m2. La conductele neizolate ce trec prin soluri cu compoziie i structuri diferite, densitatea de curent indicat mai sus are un caracter orientativ. Diferenierea puternic a caracteristicilor solului impune tronsonarea conductei neizolate prin montarea de mbinri electroizolante, cnd este posibil aplicarea unei densiti optime de curent. Marea majoritate a conductelor subterane sunt izolate la exterior cu un material protector. Izolaia exterioar face ca necesarul de curent s fie cu mult mai mic. De exemplu la vopsirea n mai multe straturi, curentul de protecie necesar se micoreaz de 3 - 4 ori fa de starea neizolat, prin acoperirea cu bitum de petrol sau gudron de crbune cu grosimea de 3 - 4 mm, curentul necesar se reduce la 1/1000, la o grosime a stratului de 7 mm, reducerea este de 1/10000, iar la izolarea cu benzi adezive din polietilen reducerea este i mai important. Aceste valori ale reducerii curentului de protecie sunt orientative i ele se refer numai la o conduct proaspt acoperit. La stabilirea necesarului de curent, principala caracteristic ce trebuie urmrit este relaia ntre izolaia exterioar i rezistivitatea solului. Cu ct calitatea izolaiei exterioare este mai bun, cu att cantitatea de curent necesar proteciei este mai mic, iar cu ct rezistivitatea solului este mai mare, cu att cantitatea de curent necesar va fi mai mare. n practica proteciei, adesea se aplic o densitate de curent acoperitoare de ordinul a 50 - 100 mA/m2. n timp intervine mbtrnirea izolaiei exterioare, care modific rezistivitatea acesteia i din acest motiv, densitatea de curent se majoreaz anual cu 2,5 - 5 %, n funcie de gradul de degradare. Valoarea exact cu ct trebuie majorat curentul de protecie se stabilete prin msurtori. La cca. 3 - 4 m distana de conduct se introduc 3 - 4 bare de oel nseriate la care se leag polul pozitiv al unei staii mobile de protecie catodic (fig. 6). Se regleaz tensiunea staiei mobile astfel nct voltmetrul s indice un potenial al

conductei de 0,85 V i se noteaz valoarea corespunztoare a curentului debitat n circuitul staie-bare-sol-conduct. Mrimea acestui curent se compar cu cea a curentului asigurat de instalaia de protecie i n funcie de rezultat se corecteaz alimentarea. Odat stabilit necesarul de curent, el trebuie urmrit n timp prin montarea pe circuitul de alimentare al anozilor staiei de protecie catodic a unui contor de curent continuu.

Fig. 6. Msurarea periodic a curentului i potenialului de protecie.

7. Protecia catodic cu anozi galvaniciProtecia catodic cu anozi galvanici este recomandat conductelor de diametru mic i se lungime redus i este aplicat de mult timp.Metoda de protecie catodic cu anozi galvanici (fig. 7) prezint o serie de avantaje, dintre care mai importante sunt urmtoarele:

a

b

Fig.7. Protecia catodic cu anozi galvanici a conductelor subterane (a) i a conductelor imersate n ap (b). - poate fi aplicat n zone ndeprtate de sursele de energie electric; - instalarea proteciei este relativ simpl; - curentul furnizat fiind slab, nu determin apariia scnteilor, ceea ce o face aplicabil n zone caracterizate ca fiind explozive; 105 - curentul slab generat de anozi nu influeneaz electric alte conducte sau construcii metalice aflate n vecintatea celor protejate; - poate fi aplicat local sau ca metod temporar de protecie. Ca dezavantaje se pot meniona: - randamentul proteciei este slab n soluri cu rezistivitate mai mare de 2500 3000 cm; - metoda devine costisitoare cnd sunt necesari numeroi anozi pentru a se asigura curentul de protecie; - pentru construcia imersat n ap, anozii galvanici ataai prin sudare sau lipire mresc masa total; - consumul de anozi de pe traseul conductei este diferit i se impune controlul periodic al strii proteciei i nlocuirea anozilor consumai sau a celor care nu mai asigur curentul necesar de protecie pn la urmtoarea revizie planificat.

Prin transferarea procesului de coroziune asupra anodului activ, durata de serviciu a acestuia este limitat. Experiena exploatrii proteciei catodice cu anozi galvanici arat c durata de serviciu este dependent de mai muli factori, dintre care mai importani sunt urmtorii: - materialul, masa i aria total ale anodului; - poziia anodului fa de conducta de protejat; - natura umpluturii de activare din jurul anodului; - rezistivitatea lichidului sau solului n care anodul este amplasat mpreun cu conducta metalic protejat; - starea proteciei pasive a conductei metalice. Protecia catodic cu anozi galvanici este eficient dac materialele de izolare ce acoper conducta sunt de bun calitate. Cantitatea de curent Q pe care o poate genera un anod este proporional cu masa acestuia i cu echivalentul electrochimic al metalului din care este executat. Masa necesar a anodului se stabilete cu relaia: m = FnMa.I.t. [g] n care: I este curentul ce trebuie asigurat construciei, n A, t - timpul planificat pentru protecie, n s; = 60 - 95 % - randamentul proteciei, dependent de materialul anodului; Ma - masa atomic a materialului anodului (MAl = 26,981; MZn = 65,37; MMg = 24,305), n - grupa principal de oxidare (nAl = 3; nZn = 2; nMg = 2), F = 96500 A.s. Dac masa total m se dovedete prea mare pentru un singur anod, atunci se procedeaz la segmentarea acestuia sub form de anozi multiplii legai prin cabluri metalice izolate electric fa de mediul de lucru, ce se ataeaz prin sudarea inimii din oel la conduct. Pe traseul conductei subterane, la fiecare trei anozi galvanici se prevede o priz de potenial pentru a msura curentul debitat.

8. Materiale pentru anozii galvaniciPentru protecia catodic a conductelor din oel sunt folosii anozi galvanici realizai din aliaje pe baz, zinc, aluminiu sau magneziu (anexa 3).

Anozii de zinc de puritate nalt i menin potenialul constant fa de conducta metalic imersat n ap sau ngropat ntr-un sol cu rezistivitate mic. Zincul folosit este de tip Zn 99.99 (STAS 646-80) cu max. 14 ppm Fe (1 ppm = 10 -4 %), lipsit de plumb, cuprul, staniu, cadmiu, sau din zinc aliat cu siliciu, aluminiu, cadmiu, magneziu, fiecare n concentraii mai mici de 0,2 %. Viteza de coroziune a zincului n sol este dependent de rezistivitatea acestuia, astfel: - sol mltinos Vcor = 90100 g/m2zi - sol argilos Vcor = 1260 g/m2zi - sol nisipos Vcor = 410 g/m2zi Randamentul anozilor din zinc pur poate fi mult mbuntit prin amalgamare. Amalgamele se obin prin simplu contact al zincului cu clorura de mercur. Zincul devine mult mai reactiv datorit formrii unui amalgam n locul oxidului de zinc, oxid ce tinde s pasiveze metalul. Anozii de aluminiu conin ca elemente de aliere zincul (4 6 %) i indiu (0,01 0,03 %) care ntrzie pasivarea. Fierul trebuie s fie practic absent (max. 0,1 %) deoarece compusul FeAl3 mrete viteza de coroziune i micoreaz eficacitatea proteciei. Utilizarea anozilor din aluminiu pur este mai puin extins datorit potenialului mult prea electronegativ i tendinei de blocare prin pasivare. La conductele subterane aflate n soluri care conin sulfat de calciu, anozii din aluminiu prezint tendina de redresare a curentului alternativ de dispersie, ceea ce constituie un mare inconvenient. i la anozii galvanici din aluminiu randamentul crete considerabil (85 - 90 %) prin amalgamare. Anozii de magneziu au un puternic caracter electronegativ. Magneziul pur este instabil n multe medii agresive. Avantajul acestora const n faptul c dac nu se afl n contact cu un mediu cu pH > 8, nu se polarizeaz. n mediile neutre i acide, produsele de coroziune ale magneziului nu ader la suprafaa anodului, astfel c polarizarea este slab, nensemnat. Magneziul mrete pH-ul apei din sol i prin aceasta se intensific procesul de coroziune n conductelor metalice

subterane aflate n imediata apropiere a conductei protejate. Pentru a evita creterea pH-ului apei subterane, magneziul se aliaz cu aluminiu, zinc, mangan. Aliajul pe baz de magneziu cel mai indicat pentru realizarea anozilor galvanici destinai proteciei n sol este cel care conine 3 - 4 % Zn i 7 - 8 % Al. Aliajul cu 3 % Al i 1 % Zn. Acest aliaj este recomandat i pentru realizarea anozilor de protecie a rezervoarelor de ap cald i ap potabil.

9. Construcia anozilor galvaniciConstrucia anozilor galvanici influeneaz direct randamentul proteciei. Cu ct suprafaa anozilor este mai mare, cu att randamentul de curent este mai mare, dar i consumul mai important. Pentru a asigura o durat de serviciu ct nsemnat se cere ca la aceeai mas a anodului, aria acestuia s fie pe ct posibil mai mic. Aria minim pentru o mas de anod maxim se obine n cazul formei sferice. Datorit dificultilor de execuie a formei sferice, anozii galvanici se prezint sub form de bar cu seciunea cilindric, ptrat, dreptunghiular sau trapezoidal, sau sub form de plac etc. Dup turnare, toate suprafeele anodului lipsite de goluri i crpturi se prelucreaz mecanic pe o adncime de cca.1 mm pentru a fi ndeprtate impuritile aderente sau ncorporate. De asemenea, toate muchiile se rotunjesc pentru a reduce densitatea local de curent. Masa unui singur anod variaz n limite largi, ajungnd la 10 - 12 kg. Anozii sunt prevzui cu o inim din oel zincat ncorporat n masa activ. Inima poate fi sub form de bar cilindric zimat sau platband cu orificii. Pentru unele aplicaii (rezervoare, decantoare sau conducte subacvatice) se folosesc anozi cilindrici turnai pe o inim din cablu din oel galvanizat, diametrul acestora variind ntre 25 i 35 mm.

Raportul ntre aria anodului i aria suprafeei de protejat trebuie s fie de 1/500 1/1000. Prevenirea pasivrii i consumrii neuniforme se asigur prin introducerea anodului subteran ntr-un amestec regulator sau de activare, caracterizat prin rezistivitate mic (fig. 8). Pentru anozii din Zn 99,99 amestecul regulator este format din 80 % bentonit (STAS 2640-82) i 20 % gips mcinat (STAS 5566-78) sau 50 % argil, 25 % gips i 25 % sulfat de sodiu. n cazul anozilor din Al-Zn 6,5 amestecul regulator este constituit din 70 % carbonat de calciu i 30 % clorur de sodiu sau 90 % argil, 5 % clorur de sodiu i 5 % hidroxid de calciu. Pentru anozii din magneziu, amestecul regulator este format din 75 % gips, 20 % bentonit i 5 % sulfat de sodiu.

Fig. 8. Construcia anozilor galvanici pentru conducte subterane. nainte de a se introduce n sac, de pe anod se ndeprteaz unsoarea de conservare prin degresarea cu benzin sau white - spirit, dup care se spal cu detergent i apoi cu ap. Dac anozii au fost depozitai mult timp, dup degresare se procedeaz la ndeprtarea stratului pasivant prin rzuire sau periere. Amestecul regulator se plaseaz uniform n stare umed n jurul anodului. Dup nchiderea sacului, platbanda de deasupra acestuia se acoper cu bitum plastifiat SPP70 (STAS 2484-85). Anozii galvanici subterani sunt plasai ntr-un sol cu umiditate ct mai mare i stabil n timp. n cazul n care nu se asigur aceast condiie, gaura n care se afl

anodul are un taluz conic, care s favorizeze trimiterea apei din precipitaii ctre anod. Dac intervine i degajarea puternic de gaze, se plaseaz deasupra anodului o eav de aerisire ntr-un strat gros de pietri. Aceast eav, executat din PVC sau polietilen, poate servi i la refacerea periodic a umiditii amestecului regulator din jurul anodului. Caracteristicile anozilor destinai proteciei conductelor subterane sunt prezentate n tabelul 5.

Tabel 5 Caracteristicile tehnice ale anozilor galvanici Caracteristici Materialul anodului Zn Cantitatea teoretic de curent debitat, n Ah/kg Cantitatea real de curent, n Ah/kg Randament, n % Potenialul fa de electrodul Cu/CuSO4 , n V Densitatea de curent, n mA/m2 Tensiunea de lucru n cazul anodului legat la conducte din oel de 0,85 V fa de electrod de Cu/CuSO4 , n V Consumul de anod, n kg/A.an 11,9 6,7 5,9 820 740 90 1.10 75 100 0,25 Mg Al + 5

% Zn 2200 2860 1080 1100 49 39 1,75*) 1,05 0,85 0,25

*) Aliaj de magneziu cu 6 % Al, 3 % Zn, 0,15 % Mn E = 1,60 V.

10. Amplasarea anozilor galvanici

La amplasarea anozilor galvanici se are grij ca solul s aib o rezistivitate ct mai mic. Chiar pe traseele conductelor cu rezistivitate medie-mare, se pot gsi zone cu soluri avnd o rezistivitate mai mic de 3000 m. Distana dintre anod i conduct se stabilete n funcie de zona i configuraia terenului i aceasta poate varia ntre 1 i 15 m. Distana va fi mai mic la conductele neizolate i mai mare la cele cu izolaie exterioar bun. Distana lateral a anozilor fa de conduct este de 1 m dac rezistivitatea solului este mai mic sau cel mult egal cu 2000 cm, asigurndu-se protecia pe o lungime de 100 m. n solul ru conductor, cu rezistivitatea de 20.000 cm, anodul plasat la o distan de 30 m de conduct, nu se asigur protecia dect pe lungime de 10 m. n practic, avndu-se variaia rezistivitii solului, anozii se instaleaz de o parte i de alta a conductei la o distan de aceasta de 12 - 15 m. Anozii galvanici se plaseaz n guri forate cu adncimea de 1,8 - 2,5 m. Adncimea de amplasare se stabilete astfel nct zona central a anozilor s fie la nivelul conductei de protejat. Se poate mri adncimea la care se ngrop anodul acolo unde apa freatic are un nivel variabil. Oricum, adncimea ce corespunde captului superior al anodului trebuie s fie mai mare dect adncimea de nghe. n locurile n care conducta este adnc ngropat, anodul nu trebuie plasat la o adncime mai mare de 2,5 m. Aici anodul se plaseaz n poziie orizontal n peretele anului la nivelul zonei centrale a conductei. nainte de lansarea anodului, pereii gurii se mbib cu ap. Operaia de mbibare se repet dup lansare. La anozii din Zn 99,99 nu se admite reducerea rezistivitii solului din jur prin adugarea de clorur de sodiu n apa de umezire. Dup instalare se msoar curentul debitat de fiecare anod i potenialul anodului fa de sol. Pentru anozii din magneziu, un curent mai mic de 60 mA/anod nseamn o ncrcare slab, ceea ce permite reducerea numrului acestora la jumtate. Cnd curentul este mai mare de 300 mA/anod, numrul anozilor trebuie dublat. Pentru anozii de zinc cu d = 60 mm i l = 350 mm, avnd masa de 7,5 kg, curentul admis este cuprins ntre 30 i 150 mA/anod.

nainte de conectarea anodului la conduct se msoar din nou diferena de potenial a acestuia fa de sol. Dac fa de electrodul de referin Cu/CuSO4 diferena de potenial a anodului de zinc este de 1,1 V i a celui de magneziu este de 1,5 - 1,6 V, nseamn c instalarea este corespunztoare (umplutur adecvat, grad de umezire bun, legtur electric sigur etc.). Schema de montaj a unui singur anod galvanic vertical este prezentat n figura 9. Dac un singur anod nu asigur curentul necesar se procedeaz la amplasarea de anozi multipli dispui vertical sau orizontal n lungul conductei (fig. 10). Cablurile de nseriere i cablul de legare a conductei la priza de potenial au o seciunea minim a cuprului de 25 mm2 i sunt izolate la exterior. Lipirea cablurilor se face cu paste pe baz de argint, care nu conduc la crearea punctelor calde n punctele de lipire. Pentru a fi uor reperate amplasamentele i poziiile anozilor, locurile sunt marcate pe planul traseului conductei subterane. Verificarea rezistenei de legare la pmnt prin intermediul anozilor galvanici se face conform STAS 6119-78.

Fig. 9. Montajul unui singur anod galvanic.

Fig. 10 Montajul anozilor galvanici multipli. Cnd necesarul de curent este asigurat de mai muli anozi, se procedeaz la legarea lor n serie. La suprafaa solului anozii multiplii sunt legai ntre ei prin cabluri la bara comun de alimentare a conductei. n felul acesta, la verificrile periodice care se fac, se poate stabili cu uurin anozii defectai. Punctul vulnerabil este locul n care se face legtura dintre anod i cablu, unde izolaia electric se poate degrada. Procedeul de protecie catodic cu anozi galvanici este recomandat a fi asociat cu ntreruperea continuitii conductei prin montarea de legturi electroizolante. Poziia acestora se stabilete prin msurtori i corespunde distanei la care potenialul msurat nu depete cu mai mult 0,1 V potenialul de protecie stabilit pe baza criteriilor proteciei catodice. Protecia prin ntreruperea continuitii electrice a conductei, dublat de protecia exterioar prin acoperire se recomand i pentru zone caracterizate ca fiind foarte agresive. Lungimea unui tronson prevzut la capete cu jonciuni izolante este egal cu lungimea zonei cu agresivitate foarte mare. Devine obligatorie montarea jonciunilor izolante la traversarea pe poduri sau estacade metalice, la traversarea subteran a oselelor, cilor ferate electrificate, a cablurilor electrice subterane, a apelor curgtoare etc. Nu n puine situaii se procedeaz la nlocuirea unui tronson din conduct protejat catodic. Necesarul de curent al noului tronson este mai mare dect al restul

conductei, deoarece acesta nu prezint strat pasivant. Din acest motiv, pe lungimea tronsonului nou se plaseaz n plus 2 - 4 anozi la distane egale pentru a asigura curentul suplimentar necesar. Din cele prezentate rezult c pentru conductele subterane, acoperite cu diverse materiale de izolare, lipsite de interconexiuni cu alte conducte sau structuri metalice, n absena curenilor de dispersie, stabilirea parametrilor de lucru ai proteciei catodice cu anozi galvanici presupune parcurgerea urmtoarelor etape: 1 - msurarea rezistivitii solului la adncimea de pozare a conductei, de-a lungul ntregii conducte, prin metoda celor 4 electrozi (metoda Wenner); 2 - stabilirea zonelor cu agresivitate maxim, unde solul bogat n sruri are un caracter catodic n raport cu cel vecin, srac n sruri i unde trebuie ntrerupt continuitatea electric a conductei (fig. 11); 3 - separarea electric a tronsoanelor care necesit densiti diferite de curent, cauzate de calitatea i vrsta diferite ale izolaiei sau de diametrele diferite ale conductei; 4 - calculul rezistivitii medii a solului la nivelul fiecrui tronson de conduct; 5 - stabilirea necesarului de curent specific pentru protecia catodic pornind de la datele anterioare i specificaiile referitoare la izolarea exterioar (tabelul 6); pentru anozii din zinc, necesarul aproximativ de curent se poate stabili pe baza diagramei din figura 12; 6 - stabilirea distanei ntre anozii multiplii, conform tabelului 7; 7 - determinarea numrului de anozi, care constituie un amplasament multiplu, n funcie de cantitatea de curent necesar, rezistivitatea solului i durata de asigurare a proteciei; 8 - verificarea potenialului conductei pe durata a ctorva sptmni pn ce procesul de protecie se stabilizeaz i pentru confirmarea compatibilitii proteciei catodice cu protecia pasiv existent.

Fig. 11. Tronsonarea conductei la traversarea solurilor cu agresivitate mult diferit.

Fig. 12. Necesarul de curent n funcie de rezistivitatea solului.Tabelul 6

Densitatea de curent pentru conducte cu diferite caliti de izolaie

Calitatea izolaiei exterioare a conductei Neacoperit Grunduit Acoperit cu vopsea bituminoas Acoperit cu vopsea cu pulbere de zinc Acoperit cu vopsea pe baz de bitum de petrol cu pulbere de Zn Acoperit cu bitum de petrol i psl nfurat la cald cu iut impregnat cu bitum de petrol Acoperit cu bitum armat cu fibre de sticl Acoperit cu complexul bitum-clorur de vinil Acoperit la cald cu strat gros de bitum Acoperit cu copolimeri vinilici Vopsit i acoperit cu material plastic Acoperit n mai multe straturi cu materiale plastice

Densitatea necesar de curent, n mA/m2 50 - 200 4 - 15 2 - 10 1-2 0,2 - 0,5 0,3 - 8 4 - 60 0,01 - 0,08 0,05 - 0,2 0,5 - 5 0,01 - 0,1 0,005 - 0,5 0,005 - 0,1

Tabelul 7 Distana dintre anozii de zinc Necesarul de curent, n mA/km i in 310 31 3,1 0,62 0,124 0,031 Distana maxim dintre anozi de zinc, n km 1,5 5 14 29 64 128

11. Protecia catodic cu surs exterioar de curentProtecia catodic cu surs exterioar de curent a conductelor subterane este indicat n cazul unui necesar important de curent, cnd folosirea anozilor galvanici devine scump.

Pentru ca protecia catodic cu surs exterioar de curent s poat da rezultate bune trebuie ca pe ntreaga suprafa a conductei s se asigure o densitate optim de curent, denumit densitate minim de protecie. Curentul necesar proteciei catodice este asigurat de o staie alimentat de la reeaua electric de distribuie sau de un generator propriu. Acest curent redresat este aplicat pe un anod auxiliar, aflat n apropierea conductei metalice de protejat. Clasificarea staiilor de protecie catodic, conform SR ISO 733511:2001 se face pe baza mai multor criterii: - dup modul de amplasare: - n exterior pe fundaie de beton, pe stlp de beton sau pe perete; - n interior. - dup modul de aciune: - cu reglare manual; - cu reglare automat; - cu reglare mixt. Anozii auxiliari, unici sau multipli, alimentai de o staie pot fi de suprafa sau de adncime, poziia acestora fiind orizontal, vertical sau mixt.

12. Construcia staiei de protecie catodicPrincipalele componente ale staiei de protecie catodic sunt urmtoarele: - ansamblul transformator-redresor; - aparatele de msur pentru curent i tensiune; - dispozitivele de protecie, comutare i avertizare; - conexiunile electrice; - sistemul de reglare automat a parametrilor de curent; - electrodul de referin nepolarizabil; - priza anodic; - instalaia de legare la pmnt; - priza de potenial; - cablurile de legtur. n figura 13 se prezint schema de principiu a unei staii de protecie catodic. Transformatorul staiei trebuie s respecte condiiile tehnice din STAS 1703/1. ntre nfurrile lui este plasat un ecran conectat la priza de pmnt. nfurarea secundar are un minimum de 20 trepte comutabile de max. 2 V, fiecare treapt

permind reglarea brut i fin a tensiunii de alimentare a redresorului. Curentul maxim debitat este de ordinul a 16 A. Redresorul, conform condiiilor tehnice din STAS 10954, asigur redresarea ambelor alternane. Protecia redresorului cu siliciu se asigur cu 115 sigurane fuzibile ultrarapide, iar la redresoarele cu seleniu, cu sigurane fuzibile rapide. Pentru msurarea potenialelor de protecie se folosesc milivoltmetre cu o impedan de min. 1 M/V. Sistemul automat de meninere constant a potenialului n funcie de semnalul dat de electrodul de referin trebuie s menin potenialul de protecie cu abateri de 10 mV.

Fig. 13. Schema general a unei staii de protecie catodic.

La ieirea din staie se afl cutia de conexiuni prevzut cu rezistoare reglabile pentru modificarea curentului de protecie din conducta deservit. Pe circuitul rezistoare-priza anodic se nseriaz un ampermetru de curent continuu. Staiile moderne de protecie sunt prevzute cu ntreruptoare electronice programabile, care permit conectarea i deconectarea controlat a alimentrii anozilor pentru a se msura potenialul de protecie ON/OFF n raport u electrodul nepolarizabil Cu-CuSO4 . Potenialul ON este potenialul msurat la priza de potenial cnd staia de protecie catodic este n funciune. Potenialul OFF este potenialul msurat la priza de potenial pe o perioad de maximum 3 s de la oprirea staiei de protecie catodic. Pentru msurarea potenialului de protecie, treptele de reglare ON/OFF ale ntreruptorului ciclic programabil sunt 0,3s/0,6s, 1s/3s, 3s/6s i 6s/12s. Pe lng acesta, staiile moderne mai conin sisteme de afiare continu a curentului i potenialului de protecie, de nregistrare a tuturor parametrilor funcionali i de reglare automat a parametrilor de lucru. nainte de punerea n funciune a staiei se verific rezistenele electrice ale conexiunilor (max. 0,1 ), ale izolaiilor conexiunilor (min. 10 kV n curent continuu), rezistena de dispersie a anozilor auxiliari, parametrii de funcionare ai staiei. Dup efectuarea tuturor acestor verificri, curentul de alimentare este mrit progresiv pn cnd conducta protejat se polarizeaz la valoarea nominal. Timpul de bun funcionare a staiei, definit prin STAS 8742-79 se consider de minimum 6 luni. Ori, n condiiile actuale, un timp aa de scurt de bun funcionare nu poate fi acceptat. Pentru a se prelungi durata de bun funcionare, toate legturile electrice trebuie s fie executate conform normelor i protejate cu materiale dielectrice care s nu se degradeze pe durata planificat de exploatare. Izolarea cablurilor se face de regul cu polietilen de nalt densitate. Cablurile din interiorul staiei sunt astfel poziionate nct s nu fie expuse unor degradri mecanice ntmpltoare. Staiile moderne de protecie catodic sunt prevzute cu un sistem de teletransmitere a datelor referitoare la deviaiile de la normal ale parametrilor funcionali, cum ar fi tensiunea sursei la bornele diodelor, curentul injectat, potenialul

electrodului de referin i n mod automat se acioneaz n sensul corectrii i reglrii. Prin valorile transmise se detecteaz n timp util defectele diodelor redresoare ntrerupte sau scurtcircuitate, siguranele arse, precum i prezena i mrimea curenilor de dispersie, care pe durata unei zile i modific valoarea. Pentru asigurarea funcionrii sigure ndelungate, instalaia de teletransmitere este alimentat de la o baterie proprie, de regul cu litiu. Dotnd staiile de protecie catodic cu un asemenea sistem se reduc mult cheltuielile de personal i se mrete sigurana n exploatare datorit detectrii foarte rapide a eventualelor deranjamente.