Zeptejte se kohokoli, kdo deset let sledoval ocelovou pilotovou stěnu v přílivové řece, a uslyšíte stejný příběh. Struktura vypadá léta dobře, a pak se objeví ztráta sekce těsně pod nízkou vodou, přesně tam, kde ji nikdo nevidí. K přerušení tohoto příběhu existuje katodická ochrana a obětní anody. Nejsou to nové technologie a nejsou složité, jakmile odstraníte žargon, ale také se snadno špatně specifikují. Tato příručka vás provede tím, jak tyto dvě metody fungují, jak se v praxi dimenzuje anodový systém a kde se celý rozhovor změní, jakmile je samotná stěna vyrobena z polymeru, nikoli z oceli.

Co vlastně katodická ochrana dělá

Ocel koroduje, protože tvoří se svým okolím elektrochemický článek. Jedna část povrchu se chová jako anoda a předává ionty železa do vody nebo půdy, přičemž uvolňuje elektrony. Další část se chová jako katoda, kde se ty elektrony spotřebovávají. Elektrolyt (mořská voda, brakická voda, mokrá půda) nese iontový proud a samotná ocel nese elektronický proud. Odstraňte kterýkoli z těchto tří prvků a koroze se zastaví.

Katodická ochrana řeší problém z elektrické strany. Místo abyste nechali ocel dodávat své vlastní elektrony na anodických místech, přivádíte elektrony z externího zdroje. Aktivní oblasti jsou zatlačeny do katodického, pasivního stavu. Ve skutečnosti korozní reakci ani tak nezastavíte, ale spíše ji přivedete někam jinam.

Existují pouze dva způsoby, jak tyto elektrony dodat. Buď připojíte ocel k reaktivnějšímu kovu, který na svém místě zkoroduje (obětní, neboli galvanická anoda), nebo přivedete proud do konstrukce z napájecího zdroje přes inertní anody (katodická ochrana s vloženým proudem, obvykle zkrácená na ICCP).

Jak funguje obětní anoda

Obětní anoda je jednoduše kus kovu, který je méně ušlechtilý než ocel, kterou chrání. Spojte oba elektricky, vložte oba do stejného elektrolytu a anoda se stane korodujícím povrchem. Ocelové piloty v molu jsou často vybaveny náramky ze zinku nebo hliníkové slitiny přišroubovanými k žebra nebo přivařenými distančními držáky na linii blatníku. Anoda se pomalu rozpouští; hromada zůstane neporušená.

Protože hnací napětí pochází z rozdílu potenciálů mezi dvěma kovy, není potřeba žádné externí napájení. V tom je velká síla galvanických systémů a také jejich strop. Napětí je malé, takže proud, který dosáhne vzdáleného nebo dobře potaženého povrchu, je omezený a anoda má konečnou hmotnost, která se spotřebuje po dobu projektované životnosti. Když jsou anody pryč, ochrana je pryč, a proto na náhradním přístupu záleží stejně jako na počátečním výpočtu.

Přizpůsobení anodového kovu vodě

Volba anody je většinou o elektrolytu. Odpor, salinita, teplota a rozpuštěný kyslík, to vše mění výběr a špatně se to obvykle znamená buď plýtvání hmotou, nebo v horším případě přehnaná ochrana, která poškozuje povlak, kterému měl pomoci.

Hořčík je záměrně vynechán z řady s mořskou vodou. Jeho vyšší hnací napětí je užitečné v suché, odporové půdě, ale ve slané vodě může posunout ocelový potenciál dostatečně hluboko do záporu, aby na povrchu vytvořil vodík a vytvořil puchýře povlaku. Spotřebovává se také rychleji, než naznačuje matematika. Právě z tohoto důvodu jsou slitiny zinku a hliníku tahouny mořského světa.

Obětní anody nebo vložený proud?

Pro jedinou krátkou štětovnicovou stěnu s rozumným přístupem pro potápěče nebo malou loď jsou galvanické anody těžko překonatelné. Není zde žádný usměrňovač transformátoru, žádná kabeláž k ochraně, žádné selhání napájení a systém je v podstatě bezúdržbový, dokud není třeba vyměnit anody.

ICCP vítězí na větších strukturách. Dlouhé molo se stovkami pilot nebo struktura, kde anody sedí ve vzdálených saních na mořském dně, potřebuje více proudu, než může dodat galvanický systém. Anody s vloženým proudem, typicky titan nebo grafit potažený smíšeným oxidem kovů, mohou být buzeny při mnohem vyšším napětí a výstup lze ladit, jak se povlak degraduje nebo se mění prostředí. Výměnou za to akceptujete vyšší kapitálové náklady, stálou spotřebu energie, monitorovací zařízení a systém, o který se musí starat kompetentní operátor.

Rozumné pravidlo: pokud je současná poptávka skromná a struktura kompaktní, zůstaňte galvaničtí. Pokud chráníte tisíce metrů čtverečních oceli a chcete jeden ovládací panel místo několika tun hliníku, podívejte se na přiložený proud.

Dimenzování systému: proud, oblast a čas

Každý design začíná aktuální poptávkou a současná poptávka začíná smáčenou oblastí:

• Vypočítejte ponořenou a pohřbenou povrchovou plochu oceli, která má být chráněna.
• Vynásobte návrhovou hustotou proudu pro dané prostředí, obvykle vyjádřenou v miliampérech na metr čtvereční.
• Pokud je ocel lakovaná, použijte faktor rozpadu povlaku, protože povlak, který je dnes z 95 procent neporušený, nebude za patnáct let.

Rychlá ilustrace. Šest set metrů čtverečních holé oceli v mořské vodě při 25 mA/m² potřebuje zhruba 15 A. Abyste to udrželi po dobu dvaceti let, potřebujete asi 2,6 milionu ampérhodin nabíjení, což při 2 000 Ah/kg vychází na přibližně 1,3 tuny anodového materiálu z hliníkové slitiny, než se použije jakýkoli faktor využití. To je číslo, které překvapuje lidi, kteří předpokládali, že anody jsou malým příslušenstvím.

Dvě dimenze ovládají dvě různé věci. Délka anody, a tedy plocha povrchu, určuje, kolik proudu může anoda v každém okamžiku vytlačit. Průřez anody, a tedy i hmotnost, určuje, jak dlouho to může dělat. Dlouhá tenká anoda poskytuje vysoký proud pro krátkou životnost; krátký tlustý dává opak. Dobré návrhy vyvažují oba intervaly výměny, se kterými může majitel skutečně žít.

Limity, které stojí za to znát, než je specifikujete

Katodická ochrana funguje pouze tam, kde je nepřetržitý elektrolyt a volná elektrická cesta. To vytváří několik praktických hranic:

• Zóna rozstřiku a vše nad ní nemůže být chráněno, protože zde není voda, která by přenesla proud. Tento pás potřebuje tloušťku povlaku, přídavek na korozi nebo úplně jiný materiál.
• Stíněné povrchy, jako je ocel skrytá za těsným blatníkem nebo uvězněná ve štěrbině, dostávají malý nebo žádný proud bez ohledu na to, kolik anod namontujete poblíž.
• Bludné proudy z blízkých svařovacích souprav, tramvajových systémů nebo jiných instalací CP mohou korozi na nechráněné oceli spíše urychlit, než jí zabránit.
• Nadměrná ochrana je skutečným způsobem selhání. Příliš mnoho proudu poškozuje povlaky, plýtvá anodovou hmotou a u vysokopevnostních ocelí vyvolává obavy z vodíkové křehkosti.

Co to znamená pro hromady polymerových fólií

Zde je část konverzace, která se často přeskakuje. Katodická ochrana chrání ocel. Vinylová nebo štětovnicová stěna z PVC je dielektrický materiál: není zde žádné železo, které by se vzdalo iontů, žádný elektrochemický článek, který by přerušil, a žádná anoda, která by mohla udělat něco užitečného, ​​i když byste ji přišroubovali k panelu. Když projekt přejde z ocelových na polymerové štětovnice, balíček katodové ochrany obvykle zcela zmizí, spolu s usměrňovačem, ročním průzkumem a programem výměny anody.

To neznamená, že polymer je odpovědí na každý problém. Musí být vybrána pro správné zatížení, správnou půdu a správnou expozici a stěna stále potřebuje rozumný design. Ale tam, kde byl hnacím motorem ochrany útok chloridů, brakická voda nebo velmi dlouhý horizont údržby, ekonomika štětovnice z PVC odolné proti korozi často vypadají velmi odlišně od ocelové stěny plus dvacet let výměny anody.

Jedno upozornění z dílny: mnoho takzvaných polymerových stěn stále obsahuje ocel. Spojovací tyče, kotevní desky, zábradlí a spojovací konzoly jsou často z pozinkované nebo potažené oceli a zůstávají plně vystaveny stejné elektrochemii, jak je popsáno výše. Tyto komponenty si mohou stále zasluhovat anody nebo změnu materiálu, i když je samotná štětovnice inertní. To vidíme nejčastěji na vinylové štětové stěny v námořních dílech , kde jsou panely polymerové, ale kotvení za stěnou nikoli.

Sledování a údržba v jednoduchých podmínkách

Galvanický systém lze kontrolovat referenční elektrodou a vysokoimpedančním voltmetrem. Pro ocel v mořské vodě je běžným kritériem přijatelnosti potenciál asi -0,80 V oproti referenční hodnotě stříbro/chlorid stříbrný nebo posun o 100 mV od potenciálu volné koroze naměřeného před instalací. Bez ohledu na kritérium, které návrh přijme, zaznamenejte počáteční hodnoty, protože to jsou jediné základní hodnoty, které kdy budou existovat.

Průzkumy jsou obvykle roční nebo dvakrát ročně. Užitečnými výstupy jsou ochranný potenciál podél stěny, spotřeba anody proti předpokládané rychlosti a jakékoli známky toho, že povlak se rozpadl rychleji, než se předpokládalo. Pokud se anody spotřebovávají rychleji, než se očekávalo, byla současná poptávka podceněna a je třeba provést modernizaci dříve, než ochrana odpadne.

Otázky, které slyšíme od projektových týmů

Mohu přidat anody ke stávající stěně?

Ano, a je to běžné. Náramek a distanční anody mohou být vybaveny potápěči a vzdálené anodové systémy mohou být umístěny na mořském dně poblíž. Omezení je obvykle přístup a stav existující oceli, nikoli teorie.

Potřebuji katodovou ochranu, pokud je ocel dobře potažena?

Dobrý povlak dramaticky snižuje požadavky na proud, ale neodstraňuje potřebu ochrany při každé vadě, hraně a svaru. Návrhové předpisy předpokládají faktor rozpadu povlaku právě z tohoto důvodu.

Potřebuje polymerová stěna vůbec nějakou ochranu proti korozi?

Panely ne, ale každý ocelový komponent v systému stále ano. Zkontrolujte kotvy, spoje a vše, co zůstává mokré.

Deset let budování štětovnic nás naučilo, že rozhodnutí o korozi se obvykle dělají brzy, s neúplnými informacemi, a pak se s nimi po desetiletí žije. Pokud váš projekt směřuje k balíčku katodické ochrany, správně jej dimenzujte a rozpočítejte si výměnu od prvního dne. Pokud směřuje ke stěně bez oceli, ujistěte se, že je bez oceli celý systém, nejen ta část, kterou vidíte z vody. Ať tak či onak, rádi si s vašimi inženýry promluvíme o materiální stránce tohoto rozhodnutí.