Распределения потенциалов

Исследование распределения потенциала в модельной щели и язве, проведенное в потенциостатических условиях в карбонат-бикарбонатных средах, показало, что потенциал в щели все же достигает приложенной величины, по-видимому, за счет пассивации поверхности стали из-за отсутствия эффекта шунтирования тока. Однако это достигается по прошествии достаточно длительного времени [220].

Механизм КРН латуней был предметом многих исследований. Сплавы высокой чистоты и монокристаллы а-латуни также растрескиваются под напряжением в атмосфере NH3 [27]. {^подтверждение электрохимического механизма показано, что в растворах NH4OH потенциалы границ зерен поликристаллической латуни имеют более отрицательные значения, чем сами зерна. В растворах FeCl3, где коррозионное растрескивание не происходит, не наблюдается и подобного распределения потенциала [28]. Согласно другой точке зрения, на латуни образуется хрупкая оксидная пленка, которая под напряжением постоянно растрескивается, а обнажившийся подлежащий металл подвергается дальнейшему окислению [29, 30]. Возможно также, что структурные дефекты в области границ зерен напряженных медных сплавов способствуют адсорбции комплексов ионов меди с последующим ослаблением металлических связей (растрескивание под действием адсорбции). В соответствии с этим предположением, ионы Вг" и С1~ действуют как ингибиторы, вытесняя с поверхности комплекс металла (конкурирующая адсорбция).

Рис. 2.20. К определению внутреннего потенциала решетки: а — расположение ионов в одной из атом-ных плоскостей металлического кристалла (схематическое); б — распределение по-тенциала вдоль линии АВ,> параллельной одной из атомных цепочек, в предположении, что потенциал внутри кристалла постоянен; в — характер истинного распределения потенциала вдоль линии АВ

Исследование распределения потенциала в модельной щели и язве, проведенные в потенциостатичёских условиях в карбонат-бикар-бонатнык средах, показало, что потенциал в щели стремится к приложенному через достаточно длительное время.

Конструкция пирокона подобна конструкции стандартного видикона. Основные отличия — использование окна, прозрачного для ИК-излучения, и пироэлектрического материала мишени. Тепловое излучение объекта фокусируется объективом на мишень. В результате поглощения излучения на поверхности мишени формируется потенциальный рельеф мишени, соответствующий распределению температур. Сигнал, возникающий при считывании сфокусированным электронным пучком распределения потенциала (заряда), пропорционален распределению интенсивности падающего на мишень излучения. Эти заряды и создают за счет емкостной связи выходной сигнал на пластине, представляющей собой слой металла, нанесенный на противоположную по отношению к лучу сторону мишени.

где К — продольное сопротивление трубопровода, Ом/м (выбирается из таблиц); / — расстояние между точками измерений, м; D — диаметр трубопровода, м; Vlt V2 — • смещения разности потенциалов в двух соседних точках трубопровода, В. Практически можно дать определенную оценку состояния изоляции таким методом и для существующих трубопроводов, зная Ут.з. вдоль трубопровода и потребляемый ток установки. Характер распределения потенциала вдоль трубопровода с хорошей изоляцией и трубопровода, имеющего разрушенную изоляцию таков, что для поддержания защитного потенциала вдоль всего трубопровода, с дефектами в изоляционном покрытии, вынуждены завышать мощность установки в несколько раз.

Т а б'л и ц а 5 Как видно из электрической схемы, сила тока в цепи будет определяться в основном сопротивлением растеканию анода 1 (Ra.3), входными сопротивлениями трубопровода 2 (Rr) и кабеля связи 3 (Rc). Активными сопротивлениями соединительных кабелей 4,"вентильной перемычкой 5 и продольными сопротивлениями защищаемых сетей из-за малых величин здесь можно пренебречь. Гораздо труднее определить зону распределения потенциала по отдельным сетям. Из теории электроразведки известно, что потенциал в любой точке поверхности

1.2.12.Метод расчета распределения потенциала и тока контактной коррозии под тонкой пленкой коррозионной среды............ 66

3. Материалы для расчета распределения потенциала и тока при электрохимической коррозии металлов...............................125

3.1. Расчет распределения потенциала и тока при контактной коррозии металлов ...........................................'25

3.2. Расчет распределения потенциала и тока при атмосферной, язвенной,

0( -- постоянная распределения потенциалов;

Постоянная .распределения потенциалов и токов здоли грубопро-вода /-? —

Рис. 2.3. Схема распределения потенциалов (а) и принципиальная электрическая схема (б) измерений при снятии кривой ток—напряжение на аноде: Et <— измеряемый электрод; Е2 — электрод сравнения; Б3 — противоэлектрод; плюс

Рис. 2.8. Принцип действия и схема распределения потенциалов в коррозионном элементе

Принцип измерения был описан со ссылкой на рис. 2.7 [43]. При отсутствии измерительных подсоединений к трубопроводу или слишком больших расстояний между ними, а также ввиду низкой точности измерение электродных потенциалов трубопроводов нецелесообразно.. В этих случаях более выгодны измерения разности потенциалов. На рис. 3.28 представлены более подробные данные о размещении электродов сравнения вокруг локального (местного) анода, а также схемы распределения потенциалов и результаты измерений. Для облегчения понимания схем распределения потенциалов и пояснения знаков делается ссылка на рис. 2.8. Электрические потенциалы трубопровода и электродов сравнения обозначены через фме, фвк, фвх, (далекая земля). Потенциал земли в области анода более положителен, чем в области катода (см. правую часть рис. 2.8). С увеличением расстояния от поверхности трубопровода различия в потенциале земли уменьшаются вследствие омического падения напряжения 1R. Изменение потенциала на поверхности земли над трубопроводом показано штриховой линией с мелкими штрихами; оно отличается от соответствующего графика потенциала на поверхности трубопровода на величину омической составляющей т) д различную в разных местах. Потенциалы электродов сравнения справедливы только для мест, указанных на рис. 3.28, а. Разности потенциалов электрод сравнения — земля согласно определению одинаковы и соответствуют двойным стрелкам Вм, Вх, Вх, и Во». Разности потенциалов на границе раздела фаз труба — земля показаны двойными стрелками Дфк и Дфд для катода и анода. Согласно выражению (2.1) элиминированные (от омической составляющей падения напряжения IR) потенциалы труба — грунт составляют (Дфж—Вм) или (ДФА—Вх). Эти значения могут быть измерены при помощи зондов только теоретически. Поддающиеся измерению потенциалы труба —• грунт, содержащие также и омическую составляющую, определяются согласно формуле (2.33) как разности потенциалов (фме—фвк) = UK и (флге—Фвх) = ^л для катода и анода. На рис. 3.28, в эти потенциалы

сравнения; б —схема распределения потенциалов; в — результаты измерения; (р — электрический потенциал; f — напряжение

Защитный ток, появляющийся в области дефектов изоляции трубопроводов с катодной защитой, приводит к образованию в грунте катодной воронки напряжений (см. раздел 3.6.2). На трубопроводах, изоляционные покрытия которых отличаются высокой механической прочностью, например имеющих полимерные покрытия, обычно могут встретиться лишь немногочисленные дефекты на больших расстояниях один от другого. Поблизости от этих дефектов распределение потенциалов в воронке может быть принято таким же, как в воронке напряжений от односторонне заземленной пластины, а на большем расстоянии — как в воронке от зарытого сферического заземлителя (см. раздел 3.6.2.2). На рис. 10.15 показана воронка напряжений над дефектом с защитным током 1 мА при удельном сопротивлении грунта р=100 Ом-м. При помощи выражения (3.52а) можно путем измерения параметра воронки напряжений \UX и разности между потенциалами включения и выключения оценить размеры малых дефектов. Если однако изоляция трубопровода имеет очень много дефектов на небольших расстояниях один от другого, то воронки напряжений от отдельных дефектов взаимно накладываются и образуют цилиндрическое поле напряжений вокруг трубопровода ([17]; см. раздел 3.6.2.2). На рис. 10.15 показан более крутой характер цилиндрической воронки напряжений при плотности защитного тока /s = l мА-м~2 для трубопровода с условным проходом 300 мм. В частности, на старых трубопроводах с изоляцией из джута или войлока с пропиткой битумом при средней плотности защитного тока порядка нескольких миллиампер на кв. метр следует ожидать распределения потенциалов согласно формуле (3.53). Большой требуемый защитный ток старых трубопроводов нередко обусловливается наличием арматуры без покрытий, плохо изолированных сварных швов и металлических контактов с другими трубопроводами или неизолированными футлярами. Поскольку для катодной защиты неизолированной поверхности железа в грунте требуется плотность защитного тока до 100 мА-м~2, при этом получаются воронки напряжения с разностью потенциалов порядка нескольких сотен милливольт.

Данные после пускового измерения должны быть занесены в учетную карту станции катодной защиты; их используют как номинальные значения для последующих сравнительных измерений. Для лучшей наглядности их наносят на планы (схемы) распределения потенциалов и подвергают обработке (см. рис. 3.24). Обработка может быть выполнена также и с помощью ЭВМ. По участкам между измерительными пунктами для контроля тока в трубопроводе могут быть определены значения плотности защитного тока, пригодные для сопоставления с результатами последующих измерений и позволяющие обнаруживать неполадки в системе катодной защиты.

Более сложен расчет распределения потенциалов в рельсовой сети с большим количеством пересечений и разветвлений. В принципе всегда может быть применен подвод токов отдельных участков пути описанным выше способом к сетке сопротивлений по рис. 16.4. Для центральной части (ядра) сети с п узлами обычно можно составить п — 1 линейных уравнений с п — 1 неизвестными, поскольку потенциал одного из узлов устанавливается произвольно как потенциал

Если анодные заземлители системы катодной защиты представляют собой группу из нескольких отдельных заземлителей длиной /, находящихся на расстоянии s и имеющих сопротивление растеканию R, то обычно эти заземлители находятся так далеко один от другого (s>l), что для расчета их взаимовлияния можно исходить из распределения потенциалов на сферических анодных заземлителях. Хотя на практике над анодными заземлителями обычно предусматривают некоторый насыпной слой, поскольку в верхних слоях грунта сопротивление часто бывает более высоким, а зимой, например при промерзании, эти слои становятся совершенно неэлектропроводными, для расчета систем анодных заземлителей обычно применяют формулу для сопротивления растеканию тока на поверхности земли, т. е. в бесконечном полупространстве. Суммарное сопротивление группы из п отдельных анодных заземлителей рассчитывается по формуле

По результатам измерений строится диаграмма распределения потенциалов рельсовой сети. Проверка выполнения норм падения напряжения в рельсах осуществляется на основе анализа этой диаграммы: сумма абсолютных значений любых двух координат анодной и катодной зон потенциальной диаграммы не должна превышать нормируемого для данных условий падения напряжения в рельсах.