Цинковый протектор П-КОЦ (короткозамкнутый)

Цинковый протектор — устройство электрохимической (протекторной) защиты стальных конструкций от коррозии. Представляет собой литую заготовку из цинкового сплава на стальной арматуре. При контакте с защищаемой поверхностью протектор образует гальваническую пару, в которой выполняет роль жертвенного анода: разрушается сам, сохраняя целостность основного металла. Метод широко применяется на судах, морских платформах, резервуарах и трубопроводах.

Принцип работы протекторной защиты из цинка

Протекторная защита — разновидность катодной защиты, не требующая внешнего источника тока. Принцип основан на разности электродных потенциалов: цинк имеет более отрицательный потенциал, чем сталь. При соединении двух металлов в электропроводящей среде (морская вода, грунтовые воды) образуется гальванический элемент. Защитный ток стекает с протектора-анода и натекает на конструкцию-катод. В результате коррозионному разрушению подвергается протектор, а защищаемый объект сохраняется.

Полное подавление коррозии достигается, когда на поверхности защищаемого металла не остаётся анодных участков — вся поверхность становится катодной. Эффективность метода зависит от электропроводности среды: чем ниже переходное сопротивление между протектором и окружающей средой, тем выше защитный эффект. Именно поэтому цинковые протекторы наиболее эффективны в морской воде с высокой электропроводностью.

Область применения цинковых протекторов

Основные объекты защиты:

Протекторная защита эффективна как на окрашенных, так и на неокрашенных поверхностях. На окрашенных конструкциях протекторы компенсируют локальные повреждения лакокрасочного покрытия, предотвращая развитие точечной и язвенной коррозии. На неокрашенных — снижают общую скорость коррозионного разрушения.

Преимущества цинкового протектора перед алюминиевым и магниевым

Цинковые протекторы обладают рядом важных эксплуатационных особенностей, отличающих их от алюминиевых и магниевых аналогов.

Взрывопожаробезопасность

Анодное растворение алюминиевых и магниевых сплавов сопровождается выделением водорода. В замкнутых и герметичных объёмах (танки, цистерны) это создаёт взрывоопасную среду. Цинковые протекторы при анодном растворении водорода не выделяют. Кроме того, при ударе цинк не даёт искры — в отличие от алюминия и магния. По этой причине для грузовых, грузобалластных и топливных танков нефтеналивных судов применяются только протекторы из цинкового сплава. Это прямое требование действующих стандартов.

Экологическая безопасность

При анодном растворении цинкового протектора не образуются продукты, загрязняющие рабочую среду. Это важно при защите ёмкостей с нефтепродуктами: протекторы из цинкового сплава не влияют на качество хранимого продукта.

Стабильность электрохимических характеристик

Протекторы из цинкового сплава при отключении от защищаемого сооружения не пассивируются и при повторном подключении восстанавливают рабочий потенциал. Для алюминиевых протекторов в средах с низкой электропроводностью (песчано-парафинистые отложения на днищах резервуаров) анодной активности может быть недостаточно.

Ограничения применения

Цинковые протекторы предназначены преимущественно для эксплуатации в морской (солёной) воде. В пресной, слабосолёной воде и грунтах их эффективность снижается: на поверхности формируется слой оксидов и гидроксидов, затрудняющий анодное растворение. Для таких условий целесообразнее использовать протекторы магниевые, которые обеспечивают более высокую разность потенциалов.

Типы протекторов по ГОСТ 26251-84

Согласно ГОСТ 26251-84 «Протекторы для защиты от коррозии. Технические условия», изделия подразделяются на четыре типа по виду системы протекторной защиты:

Структура обозначения типоразмера

Обозначение расшифровывается по позициям: первая буква «П» — протектор; вторая буква (после дефиса) — тип системы (К, Н, П, Р); третья буква — конструктивное исполнение (К — концевой, Л — линейный, О — одиночный); четвёртая буква — основной металл сплава (А — алюминий, М — магний, Ц — цинк); цифра после дефиса — номинальная масса в килограммах. Например: П-КОЦ-10 — протектор короткозамкнутый одиночный цинковый массой 10 кг.

Типоразмеры цинковых протекторов П-КОЦ

Короткозамкнутые одиночные цинковые протекторы П-КОЦ — наиболее распространённый тип для судостроения и морских сооружений. Типоразмерный ряд:

Помимо короткозамкнутых, выпускаются неотключаемые цинковые протекторы П-НОЦ-5 и П-НОЦ-10. Конкретный типоразмер выбирается при проектировании системы ЭХЗ в зависимости от площади защищаемой поверхности, электропроводности среды, требуемого срока службы и конфигурации объекта.

Протекторные сплавы: состав и свойства

Для производства цинковых протекторов используются специальные сплавы с контролируемым содержанием легирующих элементов и примесей. Чистый цинк не обеспечивает оптимальных электрохимических характеристик, поэтому его дополнительно легируют алюминием и кадмием.

ГОСТ 26251-84 устанавливает три марки цинковых протекторных сплавов: ЦП1, ЦП2 и ЦП3. Основные легирующие элементы — алюминий (0,2–0,7 %) и кадмий (0,025–0,15 % для ЦП1). Содержание вредных примесей (железо, медь, свинец) строго ограничено на уровне тысячных долей процента, поскольку они способствуют пассивации поверхности и снижению токоотдачи.

Электрохимические характеристики цинковых сплавов

Рабочий электродный потенциал цинковых протекторных сплавов относительно хлорсеребряного электрода сравнения составляет не более минус 0,97 В (для некоторых составов — минус 1,0 В ± 3 %). Удельная теоретическая токоотдача — 820 А·ч/кг, фактическая — не менее 780 А·ч/кг. Разность потенциалов между цинком и сталью в морской воде составляет около 0,3 В — этого достаточно для надёжной защиты, но значительно меньше, чем у магниевых сплавов (около 0,6 В). Последнее обстоятельство обусловливает ограничение применения цинковых протекторов средами с высокой электропроводностью.

Конструкция протектора из цинкового сплава

Протекторы представляют собой отливки из протекторного сплава на арматуре из стальной горячекатаной полосы. Арматура (сердечник, каркас) обеспечивает механическое крепление к защищаемой конструкции и электрический контакт. Крепление осуществляется через приварные шпильки — арматуру приваривают к обшивке.

Арматура имеет защитное покрытие (цинковое или кадмиевое с хроматированием) для предотвращения контактной коррозии в месте соединения. Протекторы изготавливаются методом литья в металлические формы или водоохлаждаемые кристаллизаторы.

При эксплуатации протекторы заменяют после износа более чем на 70 % от первоначальной массы. При окрасочных работах на поверхностях, оборудованных протекторной защитой, рабочую поверхность протекторов защищают от попадания краски.

Монтаж и эксплуатация

Цинковые протекторы устанавливаются на поверхности корпусных конструкций, имеющих периодический или постоянный контакт с морской водой. Система протекторной защиты может быть смонтирована как на строящихся, так и на уже введённых в эксплуатацию объектах — дополнительная подготовка поверхности практически не требуется.

Ключевые правила монтажа и эксплуатации:

Многолетний опыт эксплуатации систем протекторной защиты на базе цинковых сплавов подтверждает их высокую эффективность. При правильно спроектированной и смонтированной системе срок службы защищаемых конструкций увеличивается на 20–30 лет. Объекты с протекторной защитой по истечении этого срока, как правило, не нуждаются в ремонте по причине коррозионных повреждений.

Сравнение цинковых, алюминиевых и магниевых протекторов

Выбор материала протектора определяется условиями эксплуатации. Ниже приведено сравнение основных типов.

Для защиты подземных трубопроводов в грунтах с высоким удельным сопротивлением, а также конструкций в пресной воде, как правило, применяют магниевые протекторы. Алюминиевые используют в прибрежном шельфе и проточной морской воде. Цинковые — оптимальный выбор для морских условий, особенно на взрывопожароопасных объектах. В каталоге также представлены протекторы алюминиевые для объектов, эксплуатируемых в иных условиях.

Нормативная документация

Основной стандарт — ГОСТ 26251-84 (СТ СЭВ 4046-83) «Протекторы для защиты от коррозии. Технические условия». Документ распространяется на протекторы из алюминиевых, магниевых и цинковых сплавов для защиты подводной части корпусов судов, внутренних поверхностей танков и цистерн, корпусных конструкций и металлических сооружений в морской воде.

Смежные стандарты, регулирующие применение протекторной защиты: ГОСТ 26501-85 «Корпуса морских судов. Общие требования к электрохимической защите», ГОСТ 9.602 «ЕСЗКС. Сооружения подземные. Общие требования к защите от коррозии».

Протекторы для эксплуатации на морских судах проходят одобрение Российского морского регистра судоходства (РМРС) и Российского классификационного общества (Речной регистр). Продукция, выпускаемая в Российской Федерации, подтверждается заключением Минпромторга.

Формы поставки

Цинковые протекторы поставляются в типоразмерах, установленных ГОСТ 26251-84 и техническими условиями: П-КОЦ-5, П-КОЦ-10, П-КОЦ-15, П-КОЦ-18, П-КОЦ-36 (короткозамкнутые одиночные), а также П-НОЦ-5 и П-НОЦ-10 (неотключаемые с балластным сопротивлением). Возможно изготовление по индивидуальному техническому заданию.

Протекторы укладываются в транспортные пакеты или упаковываются в дощатые ящики в соответствии с требованиями стандарта. При заказе указываются: тип протектора, марка сплава (ЦП1, ЦП2 или ЦП3), номинальная масса и ссылка на нормативный документ.