1. Защита от внешнего источника постоянного тока. Применяют для металлоконструкций из стальных, низко- и средне легированных сталей (3-10%), сплавов меди и титана и других.

Достоинства: Возможность практического обеспечения полной электрохимической защиты в следствие обеспечения высокого напряжения (для катодной поляризации металлоконструкции), десятки вольт. Обеспечивает достаточно высокую эффективность защиты.

Автоматизация процесса защиты металлоконструкции: обеспечивает возможность регулирования тока при изменении внешних условий (влажности, температуры грунта).

Недостатки: высокая начальная стоимость монтажа (необходимость прокладки линии электропередач, + внешний преобразователь напряжения, источник постоянного тока, система автоматического поддержания параметров).

Из-за высокого напряжения, присутствует взрыво- и пожароопасность при использовании на промышленных объектах. Неблагоприятное влияние станций катодной защиты на соседние не защищаемые металлоконструкции (наведение блуждающих токов).

Как следует из практических выводов, катодную защиту можно применять в любых системах, обладающих электропроводностью (даже при больших сопротивлениях грунтов, R>30 Ом*м). Если катодный процесс протекает с водородной деполяризацией,

, полная электрохимическая защита становится неэффективной, так как требует очень большого расхода электроэнергии. Например, для защиты поверхности стали в растворе серной кислоты требуется плотность тока:

Поэтому катодная электрохимическая защита максимально эффективна, если коррозионный процесс протекает с чисто кислородной деполяризацией. Так, при защите стального трубопровода, при наличии изоляции в почве, в среднем . Она будет меняться при аэрации (насыщении грунта кислородом) за счёт облегчения катодного процесса, но и при увеличении влажности грунта обратимый потенциал анодного процесса станет более электроотрицательным.

В станциях катодной электрохимической защиты:

Используются источники постоянного тока, отрицательный полюс которого, с помощью медного кабеля в изоляции, подключается непосредственно к трубопроводу в точке А, которая называется точной дренажа. К положительному полюсу ИПТ подключаются анодные заземлители, помещённые в грунт на глубину до 5 – 8 метров, которые помещены в т.н. коксо-минеральный активатор.

КМА состоит из: 25% -эпсомит (природный материал на основе с примесями прочих сульфатов), 25% - строительный гипс (, 50% - бентонитовая глина (. Назначение такой минеральной составляющей – поддержание максимальной электропроводности за счёт удержания влаги вокруг анодных заземлителей (безгалогенитная система; ионы галогенов – депассиваторы, ускорители процессов анодного разрушения).

Эта минеральная смесь содержит коксовую компоненту (графит, уголь), состоящую из двух фракций – мелкой (1 – 2 мм) и более крупной (10 – 20 мм).

Назначение КМА:

1. Обеспечение минимального переходного сопротивления от анодов в грунт, чтобы избежать большого падения напряжения

2. Дренирование (дренаж) прианодного пространства – облегчение удаления газов, продуктов анодной реакции. Например, при использовании графита идёт процесс горения графита:

При использовании металлических сплавов идёт не только процесс выделения кислорода, но и, в незначительных количествах, окисление металлических компонентов сплава.

3. Уменьшение скорости разрушения материалов анодных заземлителей. Они будут напрямую контактировать с коксовой компонентой, за счёт которой будет происходить развитие истинной анодной поверхности и часть анодного тока будет перетекать на коксовую компоненту, уменьшая плотность тока на поверхности самого анодного заземлителя.

Основные параметры (требования), предъявляемые к материалам анодных заземлителей:

1. Низкая скорость разрушения . Обратная величина позволит определить срок службы анода заданной массы.

2. Рабочая анодная плотность тока :

при использовании легированных хромом и никелем сталей не обеспечивается высокая коррозионная стойкость даже в нейтральных почвах, так как скорость разрушения составляет ~9,5 – 9,7 г/А*год.

При использовании графитовых анодов, скорость меньше в 12-15 раз, 0,7 – 0,9 г/А*год. Из-за их выкрашивания, рабочая поверхность быстро сокращается.

Чтобы удержать частички графита, используют т.н. эластомерные (графитированные) аноды, в которых частички графита находятся в полимерной матрице. Скорость их разрушения 0,6 – 0,8 г/А*год, .

Значительное распространение получили ферросилицидные аноды (сплав железа с кремнием, до 16%, чугуны). Коррозия ~0,2 г/А*год, . В России они идут под маркой «Менделеевец».

Также используются аноды на основе свинца, легированного сурьмой и серебром. Для более равномерного распределения тока и развития анодной поверхности, аноды эффективнее располагать на глубине 6-8 метров, изготавливать их большими длинной, чем диаметром, т.к. на таких глубинах (ниже уровня грунтовых вод) всегда присутствует природная влага, что обеспечивает максимальную электропроводность и минимальное переходное сопротивление анод-грунт.

Срок службы анодов обычно рассчитывается до 30 лет.

В сложных условиях повышенной коррозионной опасности, а также опасности повреждения изоляции на металлоконструкции, аноды могут устанавливаться по 3-15 штук. Для особо сложных или ответственных участков используются ленточные аноды, которые устанавливаются вдоль трубопровода.

Для того, чтобы поддерживать на поверхности металлоконструкции определённое значение потенциала, максимально близкое к E_Защ­, необходимо постоянно контролировать потенциал металлоконструкции относительно стандартного электрода сравнения, которые помещают рядом с трубопроводом с периодичностью около 500 метров друг от друга.

Наибольшее распространение в СССР и России до настоящего времени получили медно-сульфатные электроды сравнения (МСЭС), которые реализуют реакцию

В стакан насыпается кристаллический CuSO₄, вставляется медный стержень (электрод сравнения), заливается насыщенный раствор CuSO₄. Через верхнюю герметизирующую шайбу выходит гибкий вывод, который подключается к потенциометру. Электрод сравнения помещается на глубину грунтовых вод. За счёт длительного поддержания постоянной концетрации CuSO₄, обеспечивается стабильный рабочий потенциал +0,32 В относительно НВЭ. Срок службы – не менее 12 лет.

Недостаток – ограничивается временем вымывания соли CuSO₄ за счёт колебания уровня грунтовых вод.

В мировой практике применяется и хлорсеребряный электрод сравнения. Они более стабильны, но их потенциал может значительно плыть при наличии в растворе ионов других галогенидов (Br, F, I).

Внешний катодный ток, идущий на металлоконструкцию, будет расходоваться на протекание катодных реакций на металлических поверхностях (в порах изоляции). В лучшем случае, это процесс ионизации кислорода , если защитный потенциал положительнее обратимого потенциала водородного электрода, либо будут протекать оба процесса.

Явление подщелачивания играет определённую положительную роль, так как, вызывает вторичные процессы выпадения кристаллических гидроксидов и карбонатов кальция (солей жесткости), которые будут забивать поры и «залечивать» разрушения изоляции на поверхности трубопровода.