Opýtajte sa kohokoľvek, kto celé desaťročie sledoval oceľovú pilótovú stenu v prílivovej rieke a budete počuť rovnaký príbeh. Štruktúra vyzerá roky dobre a potom sa strata sekcie objaví tesne pod nízkou vodou, presne tam, kde ju nikto nevidí. Na prerušenie tohto príbehu existuje katódová ochrana a obetné anódy. Nie sú to nové technológie a nie sú zložité, keď sa zbavíte žargónu, ale dajú sa tiež ľahko zle špecifikovať. Táto príručka vám ukáže, ako tieto dve metódy fungujú, ako sa v praxi dimenzuje anódový systém a kde sa celý rozhovor zmení, keď je samotná stena vyrobená z polyméru a nie z ocele.

Čo vlastne katódová ochrana robí

Oceľ koroduje, pretože so svojím okolím vytvára elektrochemický článok. Jedna časť povrchu sa správa ako anóda a odovzdáva ióny železa do vody alebo pôdy, pričom uvoľňuje elektróny. Ďalšia časť sa chová ako katóda, kde sa tie elektróny spotrebúvajú. Elektrolyt (morská voda, brakická voda, mokrá pôda) nesie iónový prúd a samotná oceľ nesie elektronický prúd. Odstráňte ktorýkoľvek z týchto troch prvkov a korózia sa zastaví.

Katódová ochrana rieši problém z elektrickej strany. Namiesto toho, aby ste nechali oceľ dodávať svoje vlastné elektróny na anodických miestach, privádzate elektróny z externého zdroja. Aktívne oblasti sú zatlačené do katodického, pasívneho stavu. V skutočnosti koróznu reakciu nezastavíte ani tak, ako skôr, že ju necháte niekde inde.

Existujú len dva spôsoby, ako dodať tieto elektróny. Buď pripojíte oceľ k reaktívnejšiemu kovu, ktorý na svojom mieste koroduje (obetná alebo galvanická anóda), alebo privediete prúd do konštrukcie z napájacieho zdroja cez inertné anódy (katódová ochrana pritlačeným prúdom, zvyčajne skrátená na ICCP).

Ako funguje obetná anóda

Obetovaná anóda je jednoducho kus kovu, ktorý je menej ušľachtilý ako oceľ, ktorú chráni. Spojte dva elektricky, vložte oba do rovnakého elektrolytu a anóda sa stane koróznym povrchom. Oceľové pilóty v móle sú často vybavené náramkami zo zinkovej alebo hliníkovej zliatiny priskrutkovanými k stojine alebo privarenými dištančnými držiakmi na línii blatníkov. Anóda sa pomaly rozpúšťa; hromada zostane neporušená.

Pretože hnacie napätie pochádza z potenciálneho rozdielu medzi týmito dvoma kovmi, nie je potrebné žiadne externé napájanie. V tom je veľká sila galvanických systémov a tiež ich strop. Napätie je malé, takže prúd, ktorý dosiahne vzdialený alebo dobre pokrytý povrch, je obmedzený a anóda má konečnú hmotnosť, ktorá sa spotrebuje počas projektovanej životnosti. Keď sú anódy preč, ochrana je preč, a preto na náhradnom prístupe záleží rovnako ako na počiatočnom výpočte.

Priradenie anódového kovu k vode

Výber anódy je väčšinou o elektrolyte. Odpor, slanosť, teplota a rozpustený kyslík, to všetko mení výber a nesprávne nastavenie zvyčajne znamená buď plytvanie hmotou, alebo v horšom prípade nadmernú ochranu, ktorá poškodzuje povlak, ktorému mal pomôcť.

Horčík je zámerne vynechaný z radu morskej vody. Jeho vyššie hnacie napätie je užitočné v suchej, odporovej pôde, ale v slanej vode môže tlačiť oceľový potenciál dostatočne hlboko do záporu na to, aby na povrchu generoval vodík a vytváral bubliny na povlaku. Tiež sa spotrebuje rýchlejšie, ako naznačuje matematika. Práve z tohto dôvodu sú zliatiny zinku a hliníka ťahúňmi morského sveta.

Obetné anódy alebo vložený prúd?

Pre jednu krátku štetovnicovú stenu s primeraným prístupom pre potápačov alebo malý čln je ťažké prekonať galvanické anódy. Neexistuje žiadny usmerňovač transformátora, žiadna kabeláž na ochranu, žiadne zlyhanie napájania a systém je v podstate bezúdržbový, kým nie je potrebné vymeniť anódy.

ICCP vyhráva na väčších štruktúrach. Dlhé mólo so stovkami hromád alebo konštrukcia, kde anódy sedia vo vzdialených saniach na morskom dne, potrebuje viac prúdu, než dokáže dodať galvanický systém. Anódy s vloženým prúdom, typicky titán alebo grafit potiahnutý zmiešaným oxidom kovov, môžu byť napájané pri oveľa vyššom napätí a výstup môže byť vyladený, keď sa povlak degraduje alebo sa zmení prostredie. Výmenou za to akceptujete vyššie kapitálové náklady, trvalú potrebu energie, monitorovacie zariadenie a systém, o ktorý sa musí starať kompetentný operátor.

Rozumné pravidlo: ak je súčasný dopyt skromný a štruktúra kompaktná, zostaňte galvanickí. Ak chránite tisíce štvorcových metrov ocele a chcete jeden ovládací panel namiesto niekoľkých ton hliníka, pozrite sa na priložený prúd.

Dimenzovanie systému: prúd, oblasť a čas

Každý dizajn začína aktuálnym dopytom a aktuálny dopyt začína mokrou oblasťou:

• Vypočítajte ponorenú a zakopanú povrchovú plochu ocele, ktorá sa má chrániť.
• Vynásobte návrhovou hustotou prúdu pre toto prostredie, zvyčajne vyjadrenou v miliampéroch na meter štvorcový.
• Ak je oceľ lakovaná, použite faktor rozpadu povlaku, pretože povlak, ktorý je dnes na 95 percent neporušený, nebude o pätnásť rokov.

Rýchla ilustrácia. Šesťsto štvorcových metrov holej ocele v morskej vode pri 25 mA/m² potrebuje zhruba 15 A. Aby ste to udržali dvadsať rokov, potrebujete asi 2,6 milióna ampérhodín nabíjania, čo pri 2 000 Ah/kg vychádza na približne 1,3 tony anódového materiálu z hliníkovej zliatiny pred uplatnením akéhokoľvek faktora využitia. To je číslo, ktoré prekvapuje ľudí, ktorí predpokladali, že anódy sú malým doplnkom.

Dve dimenzie ovládajú dve rôzne veci. Dĺžka anódy, a teda plocha povrchu, určuje, koľko prúdu môže anóda kedykoľvek vytlačiť. Prierez anódy, a teda aj hmotnosť, určuje, ako dlho to môže robiť. Dlhá tenká anóda poskytuje vysoký prúd pre krátku životnosť; krátky tuk dáva opak. Dobré návrhy sú v rovnováhe s intervalom výmeny, s ktorým môže majiteľ skutočne žiť.

Limity, ktoré stojí za to poznať skôr, ako ich špecifikujete

Katódová ochrana funguje len tam, kde je nepretržitý elektrolyt a voľná elektrická cesta. To vytvára niekoľko praktických hraníc:

• Striekaciu zónu a všetko nad ňou nie je možné chrániť, pretože tam nie je voda, ktorá by prenášala prúd. Tento pás potrebuje hrúbku povlaku, prídavok na koróziu alebo úplne iný materiál.
• Tienené povrchy, ako je oceľ skrytá za tesným blatníkom alebo uväznená v štrbine, dostávajú malý alebo žiadny prúd bez ohľadu na to, koľko anód v blízkosti umiestnite.
• Bludné prúdy z blízkych zváracích súprav, električkových systémov alebo iných inštalácií CP môžu koróziu na nechránenej oceli skôr urýchliť, ako jej zabrániť.
• Nadmerná ochrana je skutočným režimom zlyhania. Príliš veľa prúdu poškodzuje povlaky, plytvá anódovou hmotou a pri vysokopevnostných oceliach vyvoláva obavy z vodíkového krehnutia.

Čo to znamená pre hromady polymérových fólií

Tu je časť konverzácie, ktorá sa často preskakuje. Katodická ochrana chráni oceľ. Vinylová alebo PVC štetovnicová stena je dielektrický materiál: nie je tam žiadne železo, ktoré by sa vzdalo iónov, žiadny elektrochemický článok na prerušenie a žiadna anóda, ktorá by dokázala niečo užitočné, aj keby ste ju priskrutkovali k panelu. Keď projekt prejde z oceľových štetovníc na polymérové, balík katódovej ochrany zvyčajne úplne zmizne, spolu s usmerňovačom, ročným prieskumom a programom výmeny anód.

To neznamená, že polymér je odpoveďou na každý problém. Musí sa vybrať pre správne zaťaženie, správnu pôdu a správnu expozíciu a stena stále potrebuje rozumný dizajn. Ale tam, kde hybnou silou ochrany bol útok chloridov, brakická voda alebo veľmi dlhý horizont údržby, hospodárnosť PVC štetovnice odolné voči korózii často vyzerajú úplne inak ako oceľová stena plus dvadsaťročná výmena anódy.

Jedno upozornenie z dielne: mnohé takzvané polymérové ​​steny stále obsahujú oceľ. Spojovacie tyče, kotevné dosky, závory a spojovacie konzoly sú často galvanizované alebo potiahnuté oceľou a zostávajú úplne vystavené rovnakej elektrochémii, ako je opísané vyššie. Tieto komponenty si stále môžu zaslúžiť anódy alebo zmenu materiálu, aj keď je samotná štetovnica inertná. Najčastejšie to vidíme na vinylové štetovnicové steny v námorných prácach , kde sú panely polymérové, ale kotvenie za stenou nie.

Monitorovanie a údržba v jednoduchých podmienkach

Galvanický systém je možné skontrolovať pomocou referenčnej elektródy a vysokoimpedančného voltmetra. Pre oceľ v morskej vode je bežným akceptačným kritériom potenciál približne -0,80 V oproti referenčnej hodnote striebro/chlorid strieborný alebo posun o 100 mV od potenciálu voľnej korózie nameraného pred inštaláciou. Bez ohľadu na kritérium, ktoré návrh prijme, zaznamenajte počiatočné hodnoty, pretože sú jedinou základnou líniou, ktorá kedy bude existovať.

Prieskumy sú zvyčajne ročné alebo dvakrát ročne. Užitočnými výstupmi sú ochranný potenciál pozdĺž steny, spotreba anódy oproti predpokladanej rýchlosti a akékoľvek známky toho, že povlak sa rozpadol rýchlejšie, ako sa predpokladalo. Ak sa anódy spotrebúvajú rýchlejšie, ako sa očakávalo, súčasný dopyt bol podcenený a dodatočná montáž musí prebehnúť skôr, ako ochrana zmizne.

Otázky, ktoré počujeme od projektových tímov

Môžem pridať anódy na existujúcu stenu?

Áno, a je to bežné. Potápači môžu namontovať náramok a dištančné anódy a na morskom dne v blízkosti môžu byť umiestnené vzdialené anódové systémy. Obmedzením je zvyčajne prístup a stav existujúcej ocele, nie teória.

Potrebujem katódovú ochranu, ak je oceľ dobre pokrytá?

Dobrý náter dramaticky znižuje nároky na prúd, ale neodstraňuje potrebu ochrany pri každej chybe, hrane a zvare. Konštrukčné predpisy predpokladajú faktor rozpadu povlaku práve z tohto dôvodu.

Potrebuje polymérová stena vôbec nejakú ochranu proti korózii?

Panely nie, ale každý oceľový komponent v systéme stále áno. Skontrolujte kotvy, spoje a všetko, čo zostáva mokré.

Desať rokov budovania štetovnicových stien nás naučilo, že rozhodnutia o korózii sa zvyčajne robia skoro, s neúplnými informáciami a potom sa s nimi žije celé desaťročia. Ak váš projekt smeruje k balíku katódovej ochrany, správne ho zmerajte a počítajte s výmenou od prvého dňa. Ak smeruje k stene bez ocele, uistite sa, že je bez ocele celý systém, nielen časť, ktorú vidíte z vody. Tak či onak, radi sa s vašimi inžiniermi porozprávame o materiálnej stránke tohto rozhodnutia.