Поверхностные анодные заземлители: Виды анодных заземлителей — Корпорация ПСС

Виды анодных заземлителей — Корпорация ПСС

Что такое анодные заземлители?

Анодные заземлители — это рабочие электроды, используемые для обеспечения антикоррозионной защиты подземных сооружений. Благодаря этому способу электрохимзащиты металла от окисления возможна эксплуатация различных металлических объектов под землей. Задача заземлителя обеспечить стекание тока в землю, поэтому выбирают материал который хорошо проводит ток.  

Устройство

Самая простая схема катодной электрохимической защиты, выглядит следующим образом: по трубопроводу пускают «минус» от постоянного источника электричества, а рядом с трубой устанавливают электрод, который выполнен из токопроводного материала. К последнему подводят «плюс», так что он превращается в анод. В результате анод саморазрушается в почве, принимая на себя губительное воздействие коррозии и отводя его от катода, т. е. газопроводной трубы, других коммуникаций или емкостей. Скорость разрушения анода имеет важное значение, так как замена старого заземления или выход из строя раньше времени, несут не только экономические затраты, но и могут привести к катастрофе.

 Конечно в схеме есть еще дополнительное оборудование такие как электроды сравнения, датчики скорости коррозии и т.д.

Виды

Чтобы обеспечить катодную защиту объектов из металла, используют анодное заземление на основе поверхностных и глубинных заземлителей и протяженных электродов.

Поверхностные

Данный заземлитель устанавливают на одной глубине с защищаемым сооружением. Он отличается компактными габаритами и небольшим радиусом действия. Представляет собой электрод, состоящий из магниевого, цинкового или железокремниевого сплавов, с кабелем для подключения к питающей станции. Современные модели изготавливаются из полимерных материалов, что значительно продлевает срок службы заземлителя, удешевляет конструкцию без ущерба качеству, делают монтаж простым.

Устройства для такого заземления выполняются в форме стержней с круглой отливкой и изолированными участками присоединения контактного кабеля.

Каждый стержень подсоединяют к магистральной линии посредством термитной сварки или с помощью зажимов.

Глубинные

Эти заземлители решают те же задачи, что поверхностные аналоги, но отличаются особенностями монтажа и строения. Глубина установки их может доходить до 40 м.

Подобные приборы покрываются коксо-минеральным веществом, что значительно увеличивает их массу. Повышаются и затраты на их установку за счет необходимости использования механизированного бурения. Если бурение самоходными машинами невозможно, монтаж осуществляют с использованием переносных буровых установок.

Несмотря на сложный процесс монтажа данное оборудование отличается эффективностью: с его помощью защищают металлоконструкции, расположенные в почве на значительном расстоянии. Этот метод особо актуален в условиях города, где многочисленные работы по установке поверхностного заземления затруднены или невозможны.

Глубинные устройства дают возможность сократить расходы на электричество благодаря большому радиусу действия. Их сопротивление не зависит от времени года. К тому же электроды находятся на такой глубине, где промерзание грунта исключено. Стоимость такого заземления выше, чем с устройствами предыдущего типа, а срок эксплуатации немного меньше и составляет в среднем 30 лет.

Протяженные

Протяженные электроды можно отнести к поверхностным, но они отличаются от них не только видом но и способом монтажа. Электроды представляю собой длинные цилиндры, на обоих концах снабжены кабель выводами, электрод упакован в оболочку под которой находиться активатор прианодного пространства. Данный вид заземления обычно укладывается вдоль трубы, иногда в одной траншее с ней, и отлично подходит для сухих и скальных грунтов. Благодаря гибкости его удобно монтировать.

Лучшие модели анодного заземления

На рынке представлено множество различных моделей анодных заземлителей для размещения на поверхности или на значительной глубине. От качества устройств зависит эффективность электрохимической защиты.

 

Наиболее востребованы среди современных заземлителей считаются следующие по материалам:
Железокремнистые
Полимерные
Магнетитовые
Графитовые
Титановые с напылением из платины

По устройству монтажа:
Поверхностные
Глубинные упакованные
Глубинные секционные
Протяженные

Корпорация ПСС выпускает широкий ассортимент анодных заземлителей, из разных материалов и конструкции, для поверхностного и глубинного монтажа, а также протяженные заземлители ЭПМ.

виды, принцип работы, проектирование и установка

Анодное заземление — главный компонент установки катодной защиты и состоит из анодных электродов, размещенных в электролитической коррозионной среде. Заземление этого типа используется для защиты подземных металлических коммуникаций от коррозийных процессов.

Содержание

• Принципы работы анодных заземлителей
• Виды анодных заземлителей
• Особенности проектирования и установки
• Популярные модели анодного заземления

Принципы работы анодных заземлителей

Примерно в середине XX века ученые осознали, что преодолеть развитие коррозии расположенных под землей металлических конструкций за счет одних только защитных покрытий не представляется возможным. По причине неоднородной структуры, высокой влажности и кислотности грунта на поверхности металла возникают участки с противоположными электродными потенциалами. В результате возникают гальванические коррозионные образования.

Коррозионное разрушение металла дополнительно провоцируется воздействием блуждающих токов. Такие токи время от времени появляются в почве, на поверхности которой проходит электрический транспорт, расположены электроподстанции, сотовые вышки и т. п.

Чтобы избежать коррозионных процессов, используются установки катодной защиты. Объект оказывается в условиях отрицательной поляризации, где выступает в качестве катода. Роль анода отдается специальному заземлительному устройству.

Находясь в электролитной среде, разные виды металлы имеют отличные друг от друга электродные потенциалы. Если в стальном трубопроводе запустить минус от постоянного источника электричества, а рядом с трубой установить электрод из цинка, алюминия или магния с подведенным к нему плюсом, цветной металл выступит в качестве анода. Электролизная реакция на поверхности металла запускает восстановительные процессы, ржавление становится менее интенсивным, а анод подвергается разрушению. Такие аноды называют жертвенными электродами.

По указанной схеме защищаются всевозможные металлические конструкции, находящиеся под землей, в том числе емкости, колонны, трубопроводы. Для организации эффективной защиты важно не только правильно подобрать анодный заземлитель, но и безошибочно выполнить монтажные работы.

В условиях плотной застройки в городах анодный заземлитель часто невозможно разместить по горизонтали. Существует вероятность его отрицательного воздействия на окружающие объекты. В связи с этим американские ученые выдвинули предложение возможности установки заземляющих устройств на большой глубине в вертикальном положении. Первое воплощение идеи увидело свет в 1952 году в США. Анодный заземлитель был установлен на глубину 90 метров.

В дальнейшем на практике было доказано, что глубинные заземлители подходят не только для городов, но и для использования на участках, где верхние пласты почвы отличаются повышенным удельным сопротивлением. Удаляясь от поверхности, сопротивление должно сокращаться. Неприменима технология глубинного заземления только для скальных пород и заболоченной местности.

Виды анодных заземлителей

Катодная защита объектов, изготовленных из металла, осуществляется не только глубинными, но и поверхностными заземлительными устройствами. Поверхностный анодный заземлитель находится на одном уровне с защищаемой конструкцией. Такие заземлители характерны компактностью и ограниченным радиусом действия. Поверхностная система — электрод, произведенный из цинкового или магниевого сплава, соединенный кабель с источником электропитания.

Чтобы получить более дешевую конструкцию и не потерять в качестве, современные устройства производятся из железокремниевого материала, отличающегося стойкостью к ржавлению. Поверхностные заземлительные системы чаще всего выглядят как стержень с круглой отливкой и заизолированными участками соединения контактного проводника с заземлителем.

 

Обратите внимание! Количество анодных заземляющих устройств определяется специалистом на основе анализа многочисленных факторов окружающей среды.

Стержни соединяют с магистралью с помощью термитного сварочного процесса или особыми зажимами. Срок службы поверхностного заземлителя достигает 35 лет, если его корпус присыпан смесью кокса и других минеральных веществ. Такая смесь замедляет процессы распада анода в грунте.

Глубинные заземлители используются с той же целью, что и поверхностные устройства. Однако монтаж и конструкция глубинных систем существенно отличаются. Глубинные аноды стоят значительно дороже, а потому их использование оправдано только в случае невозможности монтажа поверхностной системы.

Глубинные системы отличаются большой массой из-за дополнительного элемента — коксо-минеральной смеси, наносимой на анодный заземлитель. Глубина заземления достигает 40 и более метров. Это еще одна причина дороговизны монтажных работ: необходимо механизированное бурение с помощью буровых установок.

Несмотря на большую стоимость, заземление глубинного типа значительно эффективнее поверхностного, когда речь идет о защите больших территорий. В условиях плотной городской застройки часто проще установить один заземлитель глубокого заложения, чем создавать множество поверхностных систем. Еще один довод в пользу глубокого заземления — меньшие расходы на электроэнергию, что обеспечивается значительным радиусом действия системы.

Обратите внимание! Сопротивление в анодном заземляющем устройстве не зависит от сезона. Электрод расположен на глубине, где исключено промерзания грунта. Стабильное сопротивление — веский аргумент для использования именно этой методики.

Глубинные заземлительные контуры характеризуются менее длительным сроком эксплуатации в сравнении с поверхностными. Объясняется это большим давлением почвы на конструкцию. В среднем система глубокого заложения функционирует в течение трех десятилетий.

Особенности проектирования и установки

Проектирование и монтаж глубинного заземляющего устройства осуществляются в соответствии с определенными правилами:

1. Электроды, входящие в гирлянду, устанавливают исключительно ниже уровня промерзания почвы. Особенно четко это условие следует соблюдать в регионах с многолетними мерзлыми грунтами.
2. При превышении силы тока на катодной станции 25 Ампер понадобится установка на гирлянду перфорированной трубки для удаления газов, выделившихся в процессе работы оборудования. В противном случае газовая оболочка, возникающая возле анода, увеличивает сопротивление и сокращает радиус действия системы.
3. Чтобы продлить срок службы электродов, скважину засыпают не землей, а коксовой крошкой.

Популярные модели анодного заземления

На рынке есть множество моделей, предназначенных как для поверхностной установки, так и для глубинной. Техника поставляется в комплекте, содержащем от 10 до 20 заземлителей и один источник электропитания.

Среди поверхностных заземлителей отечественного производства стоит выделить такие модели:

1. «Менделеевец-ММ».
   Поверхностная модель, эффективно предотвращающая деструктивные процессы в подземных конструкциях. Заземлитель используют для защиты нефтегазовых объектов, но и могут задействовать и для охраны любых других металлических коммуникаций, расположенных в грунте. Интенсивность растворения электрода — 300 граммов в год. Исходя из массы электрода — 43 килограмма, — его хватит более чем на столетие.
2. «Менделеевец-МТП». Магниевый анодный заземлитель поверхностного типа, используемый для предотвращения коррозии на магистральных трубопроводах. Характеристики модификации позволяют работать в условиях особенно агрессивных сред. Например, «Менделеевец-МТП» часто используют для защиты портовых сооружений. В комплектацию устройства входит станция, поставляющая электропитание.

Распространенные глубинные модели:

1. «ГАЗ-М». Рассчитано на защиту глубоко установленных конструкций всех типов. Работает с током 10 Ампер.
2. «Менделеевец-МРКГ». Устройство малорастворимого типа, предназначенное для работы в почвах с повышенным уровнем удельного сопротивления. В комплектацию входит до 24 заземлителей.

Обе модели глубинного оборудования рассчитаны на тридцатилетний срок службы при условии соблюдения правил установки.

Активный анод | Низкотемпературное осаждение // Gencoa

Компания Gencoa впервые запатентовала использование магнитного направления электронов между вращающимися магнетронами и вспомогательными анодами для повышения производительности процесса. Как и в любой электрической цепи, в плазме требуются средства возврата электронного тока к аноду для поддержания стабильности и однородности.

Планарные магнетроны окружены темным космическим экраном для сбора электронов плазмы. Вращающийся магнетрон не использует темный космический экран, что привело Gencoa к разработке метода магнитного направления электронов к эффективному аноду — так называемым активным анодам. Активные аноды подключены к земле и используют магнитное улавливание и впрыск газа как для направления электронов, так и для активации газа.

Преимущества

• Низкотемпературное осаждение – 100% электронов плазмы, собранных АА в разрядах постоянного тока, для снижения нагрева подложки на 25%
• AA при переключении прямоугольных схем с двойным катодом приводит к снижению тепла на 30% по сравнению с режимом питания переменного тока с AA
• Лучшая однородность — электроны имеют линейный равномерный возврат к земле без дрейфа в течение срока службы мишени
• Меньше дефектов – активный анод уменьшает дуги и, следовательно, дефекты в результате лучшей стабильности плазмы
• Более высокая плотность пленки — AA обеспечивает усиленную ионную бомбардировку подложки для получения более плотных пленок
• Более твердые пленки – например, AA удваивает твердость напыленных углеродных покрытий на стекле до 25 ГПа
• Низкое напряжение — пленки, осажденные с помощью АА и импульсного или переменного тока, демонстрируют значительно меньшее внутреннее напряжение и циклы бомбардировки подложки между положительным и отрицательным
• Слои ITO с низким удельным сопротивлением в результате меньшего повреждения плазмы – снижение напряжения распыления при положительном смещении анода

Реактивные процессы переменного тока с активными анодами

AA обычно подключается к плюсу источника питания постоянного тока или к земле при использовании режима переключения питания переменного тока. В случае подачи на анод положительного напряжения катодное напряжение мишени может быть сдвинуто вниз в той же пропорции, что и анодное напряжение. Это позволяет снизить целевой разряд до 80 вольт. Это идеально подходит для распыления ITO при низком напряжении с вращающейся мишени. Пример показан на видео ниже.

Реактивные процессы переменного тока с активными анодами

Использование мощности переменного тока между двумя вращающимися магнетронами обычно используется для высокоскоростного осаждения реактивных оксидных слоев и других диэлектрических материалов. Добавление заземленного активного анода между двумя мишенями повышает стабильность процесса и, следовательно, уменьшает количество дефектов. Однородность улучшается, поскольку электроны направляются к аноду, не погружая подложку в плазму.

При анализе структуры пленки стандартной пары катодов переменного тока и добавленного анода плотность слоя улучшается. Кроме того, можно наносить более толстые слои, поскольку внутреннее напряжение слоя снижается, что улучшает адгезию к подложке.

Нереактивные процессы постоянного и импульсного постоянного тока с активными анодами

Для плазмы с постоянным током активный анод обеспечивает долговременный и однородный сбор электронов, который не нарушается движением подложки или покрытием стенок камеры. Благоприятные эффекты заключаются в лучшей однородности как по длине мишени, так и в течение длительных периодов времени. АА также снижает температуру осаждения, так как все электроны собираются в аноде и не способствуют дополнительному нагреву подложки.

В качестве примера применения, при периодической металлизации пластиковых деталей выделение газа из пластика может привести к «полуреактивному» типу осаждения и покрытию поверхности анода. Кроме того, если для герметизации детали с покрытием используется активируемое плазмой HMDSO осаждение, поверхности камеры покрываются. Пропускание аргона через активный анод обеспечивает длительную бесперебойную работу.

Реактивные процессы постоянного и импульсного постоянного тока с активными анодами

Использование импульсного постоянного тока с реактивным газом может быть проблематичным, если полученное покрытие является электроизолирующим – приводит к эффекту «исчезающего анода», поскольку камера и все части покрываются оксидный материал. Активный анод предотвращает это, что позволяет любому реактивному процессу стабильно работать с импульсным питанием постоянного тока в качестве альтернативы работе от сети переменного тока. Преимущества снова заключаются в повышенной однородности, а также в использовании как одиночных, так и двойных мишеней.

Галерея

Дополнительная обработка фильтрата методом электрокоагуляции: эффект переключения полярности и площадь поверхности анод-катод

.

2022 1 октября; 319:115733.

doi: 10.1016/j.jenvman.2022.115733. Epub 2022 19 июля.

Эмад Саней ¹ , Надер Мохтарани ²

Принадлежности

Принадлежности

• ¹ Факультет гражданской и экологической инженерии, Университет Тарбиат Модарес, Тегеран, 1411713116, Иран; Факультет наук о Земле и экосистемах Центрального Мичиганского университета, Маунт-Плезант, 48859, Мичиган, США.
• ² Факультет гражданской и экологической инженерии, Университет Тарбиат Модарес, Тегеран, 1411713116, Иран. Электронный адрес: [email protected].

• PMID: 35868189
• DOI: 10. 1016/j.jenvman.2022.115733

Эмад Саней и др. J Управление окружающей средой. 2022 .

. 2022 1 октября; 319:115733.

doi: 10.1016/j.jenvman.2022.115733. Epub 2022 19 июля.

Авторы

Эмад Саней ¹ , Надер Мохтарани ²

Принадлежности

• ¹ Факультет гражданской и экологической инженерии, Университет Тарбиат Модарес, Тегеран, 1411713116, Иран; Факультет наук о Земле и экосистемах Центрального Мичиганского университета, Маунт-Плезант, 48859, Мичиган, США.
• ² Факультет гражданской и экологической инженерии, Университет Тарбиат Модарес, Тегеран, 1411713116, Иран. Электронный адрес: [email protected].

• PMID: 35868189
• DOI: 10.1016/j.jenvman.2022.115733

Абстрактный

В процессе электрокоагуляции пассивация или коррозия электродов является одной из самых больших проблем, вызывающих снижение эффективности лечения. В этом исследовании эффект переключения полярности был впервые изучен в попытке улучшить способность обработки электрокоагуляцией удалять химическую потребность в кислороде (ХПК) и цвет из предварительно обработанного фильтрата свалки. Кроме того, в свете экспериментальных результатов исследовали соотношение площади поверхности анода и катода и вращающегося электрода. Влияние различных параметров, включая скорость перемешивания, начальный рН фильтрата, плотность электрического тока, отношение площадей анода к площади поверхности катода и время переключения полярности на эффективность системы, оценивали с использованием метода «один фактор за раз» (OFAT). классический метод. Согласно результатам, переключение полярности привело к увеличению удаления ХПК почти на 18 %, увеличению удаления цвета на 14 %, снижению потребления электроэнергии (ЕЭП) на 13 %, снижению образования удельного шлама (TSS/COD) на 51 %, и улучшенные характеристики электрода по сравнению с режимом переключения без полярности. Результаты этого исследования показали наивысшую эффективность удаления ХПК и окраски, которая составила 34% и 67% соответственно, за 120-минутный период, скорость перемешивания 135 об/мин, начальный рН фильтрата 9., плотность тока 14,4 мА/см ² , отношение поверхностей анод/катод 0,35 и время переключения полярности 300 с.

Ключевые слова: Электрокоагуляция; фильтрат; переключение полярности; Лечение после.

Copyright © 2022 Elsevier Ltd. Все права защищены.

Похожие статьи

• Очистка фильтрата от сырых свалок с использованием процесса электрокоагуляции с новым реактором с вращающимся электродом.

  Надже А.С., Аджил М.А., Али И.М., Аль-Зубайди ХАМ, Алаба, Пенсильвания. Надже А.С. и соавт. Технологии водных наук. 2019 авг; 80 (3): 458-465. doi: 10.2166/wst.2019.289. Технологии водных наук. 2019. PMID: 31596257

• Сочетание процесса биофильтрации и электрокоагуляции с использованием анода на основе магния для обработки свалочного фильтрата.

  Умар Д. , Патрик Д., Херардо Б., Рино Д., Ихсен Б.С. Умар Д. и соавт. J Управление окружающей средой. 2016 1 октября; 181: 477-483. doi: 10.1016/j.jenvman.2016.06.067. Epub 2016 5 августа. J Управление окружающей средой. 2016. PMID: 27420170

• Электрокоагуляционная обработка необработанного фильтрата свалки с использованием электродов на основе железа: влияние параметров процесса и оптимизация.

  Худа Н., Раман А.А.А., Белло М.М., Рамеш С. Худа Н. и др. J Управление окружающей средой. 2017 15 декабря; 204 (часть 1): 75-81. doi: 10.1016/j.jenvman.2017.08.028. Epub 2017 30 августа. J Управление окружающей средой. 2017. PMID: 28865309

• Клиноптилолит дополняет процесс электрокоагуляции для снижения содержания высококонцентрированного аммиака и красителя в стабилизированном свалочном фильтрате.