Kérdezz meg bárkit, aki egy évtizede figyelt egy acélcölöpfalat egy árapály folyóban, és ugyanazt a történetet fogod hallani. A szerkezet évekig jól néz ki, majd a szakaszveszteség közvetlenül az alacsony víz alatt jelenik meg, pontosan ott, ahol senki sem látja. A katódos védelem és az áldozati anódok megszakítják ezt a történetet. Nem új technológiáról van szó, és nem bonyolultak, ha levetkőzzük a zsargont, de könnyű rosszul is megadni őket. Ez az útmutató végigvezeti a két módszer működését, az anódrendszer méretezését a gyakorlatban, és hol változik az egész beszélgetés, ha maga a fal nem acélból, hanem polimerből készül.

Mi a katódos védelem valójában

Az acél korrodálódik, mert környezetével elektrokémiai cellát képez. A felület egy része anódként viselkedik, és vasionokat ad le a vízbe vagy a talajba, és elektronokat szabadít fel. Egy másik rész katódként viselkedik, ahol ezek az elektronok elfogynak. Az elektrolit (tengervíz, brakkvíz, nedves talaj) az ionáramot, az acél pedig maga az elektronikus áramot. Távolítsa el a három elem bármelyikét, és állítsa le a korróziót.

A katódos védelem az elektromos oldalról kezeli a problémát. Ahelyett, hogy hagyná, hogy az acél ellátja saját elektronjait az anódos helyeken, Ön külső forrásból táplálja be az elektronokat. Az aktív területek katódos, passzív állapotba kerülnek. Valójában nem annyira leállítja a korróziós reakciót, mint inkább máshol, ahol megtörténhet.

Ezeknek az elektronoknak csak két módja van. Vagy csatlakoztatod az acélt egy reaktívabb fémhez, amely a helyén korrodál (áldozatos, vagy galvanikus anód), vagy inert anódokon keresztül áramot vezetsz a szerkezetbe a tápegységből (nyomott áramú katódos védelem, általában ICCP-re rövidítve).

Hogyan működik az áldozati anód

Az áldozati anód egyszerűen egy fémdarab, amely kevésbé nemes, mint az általa védett acél. Kösse össze a kettőt elektromosan, tegye mindkettőt ugyanabba az elektrolitba, és az anód lesz a korrodáló felület. A mólóban lévő acélcölöpöket gyakran horganyzott vagy alumíniumötvözet karkötőkkel szerelik fel, amelyek a szalaghoz vannak csavarozva, vagy hegesztett tartókonzolokkal a sárvédő vonalon. Az anód lassan feloldódik; a halom sértetlen marad.

Mivel a meghajtó feszültség a két fém közötti potenciálkülönbségből származik, nincs szükség külső áramforrásra. Ez a galvanikus rendszerek és a mennyezet nagy erőssége. A feszültség kicsi, ezért a távoli vagy jól bevont felületet elérő áram korlátozott, az anód tömege véges, amelyet a tervezési élettartam alatt fogyasztanak el. Amikor az anódok eltűnnek, a védelem megszűnik, ezért a csere hozzáférés ugyanolyan fontos, mint a kezdeti számítás.

Az anódfém és a víz párosítása

Az anód kiválasztása leginkább az elektrolitra vonatkozik. Az ellenállás, a sótartalom, a hőmérséklet és az oldott oxigén mind eltolják a választást, és a tévedés általában vagy elvesztegetett tömeget, vagy ami még rosszabb, túlzott védelmet jelent, amely károsítja a bevonatot, amelyet segíteni kellett.

A magnézium szándékosan kimarad a tengervíz sorból. Magasabb hajtási feszültsége hasznos száraz, ellenálló talajban, de sós vízben eléggé negatívan tudja tolni az acélpotenciált ahhoz, hogy hidrogén keletkezzen a felületen és hólyagos legyen a bevonat. Gyorsabban is fogyasztják, mint a matematika sugallja. A cink és alumíniumötvözetek éppen ezért a tengeri világ igáslovai.

Feláldozó anódok vagy impresszív áram?

A búvárok vagy kis csónakok számára ésszerű hozzáférést biztosító egyetlen rövid lapos cölöpfal esetén a galvanikus anódokat nehéz legyőzni. Nincs beépíthető transzformátor egyenirányító, nincs védendő kábel, nincs kieső tápegység, és a rendszer lényegében karbantartásmentes, amíg az anódokat ki kell cserélni.

Az ICCP nyer nagyobb struktúrákon. Egy hosszú, több száz cölöpből álló mólónak vagy egy olyan szerkezetnek, ahol az anódok távoli szánokban helyezkednek el a tengerfenéken, több áramra van szükség, mint amennyit egy galvanikus rendszer képes leadni. A lenyomott áramú anódok, jellemzően kevert fémoxiddal bevont titán vagy grafit, sokkal nagyobb feszültséggel hajthatók, és a kimenet hangolható a bevonat leromlásával vagy a környezet változásával. Cserébe Ön elfogadja a magasabb tőkeköltséget, az állandó teljesítményigényt, a felügyeleti berendezéseket és a rendszert, amelyre egy hozzáértő kezelőnek kell gondoskodnia.

Ésszerű ökölszabály: ha az aktuális igény szerény és a szerkezet kompakt, maradjon galvanikus. Ha több ezer négyzetméter acélt véd, és több tonna alumínium helyett egyetlen vezérlőpanelt szeretne, nézze meg a lenyűgöző áramerősséget.

Rendszer méretezése: aktuális, terület és idő

Minden tervezés az aktuális igényekkel kezdődik, a jelenlegi igény pedig a nedvesített területtel kezdődik:

• Számítsa ki a védendő acél bemerített és betemetett felületét!
• Szorozza meg az adott környezet tervezett áramsűrűségével, amelyet általában milliamper per négyzetméterben fejeznek ki.
• Ha az acélt festették, alkalmazzon bevonatlebontási tényezőt, mert a ma 95 százalékban sértetlen bevonat tizenöt év múlva sem lesz meg.

Egy gyors illusztráció. Hatszáz négyzetméter csupasz acélból 25 mA/m²-es tengervízben nagyjából 15 A-re van szükség. Ahhoz, hogy ezt húsz éven át tartsuk, körülbelül 2,6 millió amperóra töltésre van szükség, ami 2000 Ah/kg-nál körülbelül 1,3 tonna alumíniumötvözet anódanyagnál működik, mielőtt bármilyen felhasználási tényezőt alkalmaznánk. Ez az a szám, amely meglepte azokat az embereket, akik azt feltételezték, hogy az anódok egy kis tartozék.

Két dimenzió két különböző dolgot irányít. Az anód hossza és így a felülete határozza meg, hogy az anód mekkora áramot tud kinyomni bármely pillanatban. Az anód keresztmetszete és így tömege határozza meg, hogy mennyi ideig tudja ezt folytatni. A hosszú vékony anód nagy áramot ad a rövid élettartam érdekében; egy rövid kövér az ellenkezőjét adja. A jó dizájn egyensúlyban van azzal a csereintervallumtal, amellyel a tulajdonos ténylegesen élhet.

Határértékek, amelyeket érdemes tudni, mielőtt megadná

A katódos védelem csak ott működik, ahol folyamatos az elektrolit és szabad elektromos út. Ez létrehoz néhány gyakorlati határt:

• A fröccsenő zóna és minden, ami felette van, nem védhető, mert nincs víz, amely elvezetné az áramot. Ennek a sávnak szüksége van bevonatvastagságra, korróziós ráhagyásra vagy teljesen más anyagra.
• Az árnyékolt felületek, például a feszes sárvédő mögé rejtett vagy egy résbe szorult acél, kevés vagy egyáltalán nem kapnak áramot, függetlenül attól, hogy hány anódot helyez el a közelben.
• A közeli hegesztőberendezésekből, villamosrendszerekből vagy más CP-berendezésekből származó szórt áramok inkább felgyorsíthatják a védetlen acél korrózióját, nem pedig megakadályozhatják.
• A túlzott védelem valódi hibamód. A túl sok áram károsítja a bevonatokat, pazarolja az anódtömeget, és a nagy szilárdságú acélok esetében aggályokat vet fel a hidrogén ridegségével kapcsolatban.

Mit jelent ez a polimerlemez cölöpök esetében?

Itt van a beszélgetés azon része, amelyet gyakran kihagynak. A katódos védelem védi az acélt. A vinil- vagy PVC-lemez cölöpfal dielektromos anyag: nincs olyan vas, amely feladná az ionokat, nincs elektrokémiai cella, amely megszakítaná, és nincs anód, amely bármi hasznosat tudna csinálni, még akkor sem, ha egyet a panelhez csavarozna. Amikor egy projekt acélról polimerlemez cölöpökre vált, a katódos védelmi csomag általában teljesen eltűnik, az egyenirányítóval, az éves felméréssel és az anódcsere programmal együtt.

Ez nem teszi a polimert minden probléma megoldásává. Megfelelő terheléshez, megfelelő talajhoz és megfelelő kitettséghez kell kiválasztani, és a falnak még mindig ésszerű tervezésre van szüksége. De ahol a védelem mozgatórugója a kloridtámadás, a sós víz vagy a nagyon hosszú karbantartási horizont volt, ott a gazdaságosság korrózióálló PVC lemez cölöpök gyakran nagyon másképp néz ki, mint egy acélfal és húsz év anódcsere.

Egy figyelmeztetés a műhelytől: sok úgynevezett polimer fal még mindig acélt tartalmaz. A kötőrudak, horgonylemezek, falak és csatlakozókonzolok gyakran horganyzott vagy bevonatos acélból készülnek, és teljes mértékben ki vannak téve a fent leírt elektrokémiai hatásnak. Ezek az alkatrészek még akkor is megérdemelnek anódokat vagy anyagcserét, még akkor is, ha maga a laphalom inert. Ezt látjuk leggyakrabban vinillemez cölöpfalak a tengerészeti munkákban , ahol a panelek polimerek, de a fal mögötti rögzítés nem.

Felügyelet és karbantartás egyszerű feltételekkel

A galvanikus rendszer referenciaelektródával és nagy impedanciájú voltmérővel ellenőrizhető. A tengervízben lévő acél esetében általános elfogadási kritérium a körülbelül -0,80 V-os potenciál az ezüst/ezüst-klorid referenciaértékhez képest, vagy a 100 mV-os eltolódás a beépítés előtt mért szabad korróziós potenciáltól. Bármilyen kritériumot is alkalmaz a tervezés, jegyezze fel a kezdeti értékeket, mert ezek az egyetlen alapérték, amely valaha is létezik.

A felmérések általában évente vagy kétszeresek. A hasznos kimenetek a fal menti védelmi potenciál, az anódfogyasztás az előre jelzett sebességgel szemben, és minden jel arra utal, hogy a bevonat a feltételezettnél gyorsabban tönkrement. Ha az anódokat a vártnál gyorsabban fogyasztják, akkor alulbecsülték a jelenlegi keresletet, és az utólagos felszerelésnek meg kell történnie, mielőtt a védelem megszűnne.

Kérdések, amelyeket a projektcsapatoktól hallunk

Hozzáadhatok anódokat egy meglévő falhoz?

Igen, és ez gyakori. A búvárok karkötőt és kiálló anódokat szerelhetnek fel, a közelben pedig távoli anódrendszereket helyezhetnek el a tengerfenéken. A korlát általában a hozzáférés és a meglévő acél állapota, nem az elmélet.

Szükségem van katódos védelemre, ha az acél jól van bevonva?

A jó bevonat drámaian csökkenti az áramigényt, de nem szünteti meg a védelem szükségességét minden hibánál, élnél és hegesztésnél. A tervezési kódok pontosan ezért feltételezik a bevonat lebontási tényezőjét.

Egy polimer falnak szüksége van egyáltalán korrózióvédelemre?

A panelek nem, de a rendszer minden acél alkatrésze igen. Ellenőrizze a horgonyokat, a csatlakozásokat és mindent, ami nedves marad.

A lemezcölöpös falak 10 éve építése megtanított bennünket arra, hogy a korróziós döntéseket általában korán, hiányos információk birtokában hozzák meg, majd évtizedekig élünk vele. Ha projektje egy katódos védelmi csomag felé tart, méretezze meg megfelelően, és az első naptól számítsa be a cserére. Ha egy acélmentes fal felé tart, ügyeljen arra, hogy az egész rendszer acélmentes legyen, ne csak a vízből látható rész. Akárhogy is, örömmel beszélünk a döntés anyagi oldaláról a mérnökeivel.