Kathodischer Schutz: Anwendungen und Standards

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-12-17 10:23

Korrosion ist eine chemische und elektrochemische Reaktion eines Metalls mit seiner Umgebung, die ihm Schaden zufügt. Es fließt mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten, die reduziert werden können. Aus praktischer Sicht ist der kathodische Korrosionsschutz von Metallkonstruktionen in Kontakt mit Erde, Wasser und transportierten Medien von Interesse. Die Außenflächen von Rohren werden besonders durch den Einfluss von Erdreich und vagabundierenden Strömungen geschädigt.

Innenkorrosion hängt von den Eigenschaften des Mediums ab. Wenn es sich um ein Gas handelt, muss es gründlich von Feuchtigkeit und aggressiven Stoffen gereinigt werden: Schwefelwasserstoff, Sauerstoff usw.

Funktionsprinzip

Die Objekte des Prozesses der elektrochemischen Korrosion sind die Umgebung, das Metall und die Grenzfläche zwischen ihnen. Das Medium, meist feuchter Boden oder Wasser, hat eine gute elektrische Leitfähigkeit. An der Grenzfläche zwischen ihm und der Metallstruktur findet eine elektrochemische Reaktion statt. Bei positivem Strom (Anodenelektrode) gelangen die Eisenionen in die umgebende Lösung, was zu einem Massenverlust des Metalls führt. Die Reaktion verursacht Korrosion. Bei negativem Strom (Kathodenelektrode) fehlen diese Verluste, da inElektronen werden auf die Lösung übertragen. Das Verfahren wird in der Galvanotechnik zur Beschichtung von Stahl mit Nichteisenmetallen eingesetzt.

Kathodischer Korrosionsschutz wird erreicht, wenn ein negatives Potential an einen Eisengegenstand angelegt wird.

Dazu wird eine Anodenelektrode in den Boden gelegt und mit positivem Potential aus einer Stromquelle verbunden. Das Minus wird auf das geschützte Objekt angewendet. Der kathodisch-anodische Schutz führt zu einer aktiven Korrosionszerstörung nur der Anodenelektrode. Daher sollte es regelmäßig geändert werden.

Negativer Effekt der elektrochemischen Korrosion

Strukturkorrosion kann durch die Einwirkung von Streuströmen aus anderen Systemen entstehen. Sie sind nützlich für Zielobjekte, verursachen jedoch erheblichen Schaden an nahe gelegenen Strukturen. Streuströme können sich von den Schienen elektrifizierter Fahrzeuge ausbreiten. Sie passieren das Umspannwerk und treten in die Pipelines ein. Beim Verlassen bilden sich Anodenabschnitte, die zu intensiver Korrosion führen. Zum Schutz wird eine elektrische Entwässerung verwendet - eine spezielle Entfernung von Strömen von der Rohrleitung zu ihrer Quelle. Auch der kathodische Korrosionsschutz von Rohrleitungen ist hier möglich. Dazu müssen Sie den Wert von Streuströmen kennen, der von speziellen Geräten gemessen wird.

Nach den Ergebnissen der elektrischen Messungen wird eine Methode zum Schutz der Gasleitung ausgewählt. Ein Allheilmittel ist die passive Isolierung von Rohren gegen Erdkontakt durch Isolierbeschichtungen. Der kathodische Schutz der Gasleitung bezieht sich auf die aktive Methode.

Schutz von Rohrleitungen

Konstruktionen im Boden sind vor Korrosion geschützt, wenn Sie den Minuspol einer Gleichstromquelle daran und den Pluspol an die in der Nähe im Boden vergrabenen Anodenelektroden anschließen. Der Strom fließt in die Struktur und schützt sie vor Korrosion. Auf diese Weise wird ein kathodischer Korrosionsschutz von im Erdreich befindlichen Rohrleitungen, Tanks oder Rohrleitungen durchgeführt.

Die Anodenelektrode verschlechtert sich und sollte regelmäßig ersetzt werden. Bei einem mit Wasser gefüllten Tank werden die Elektroden innen platziert. In diesem Fall ist die Flüssigkeit der Elektrolyt, durch den der Strom von den Anoden zur Oberfläche des Behälters fließt. Die Elektroden sind gut kontrollierbar und einfach zu wechseln. Im Boden ist das schwieriger.

Netzteil

In der Nähe von Öl- und Gasleitungen, in Heizungs- und Wasserversorgungsnetzen, die einen kathodischen Schutz erfordern, werden Stationen installiert, von denen aus Objekte mit Spannung versorgt werden. Wenn sie im Freien aufgestellt werden, muss ihre Schutzart mindestens IP34 betragen. Jeder ist für trockene Räume geeignet.

Stationen für den kathodischen Korrosionsschutz von Gasleitungen und anderen großen Bauwerken haben eine Leistung von 1 bis 10 kW.

Ihre Energieparameter hängen hauptsächlich von folgenden Faktoren ab:

• Widerstand zwischen Erde und Anode;
• Bodenleitfähigkeit;
• Schutzzonenlänge;
• isolierende Wirkung der Beschichtung.

Traditionell ist ein kathodischer Schutzumrichter eine Transformatoranlage. Jetzt wird er durch einen Wechselrichter ersetzt, der kleinere Abmessungen, bessere Stromstabilität und einen höheren Wirkungsgrad hat. In wichtigen Bereichen sind Regler installiert, die die Funktionen Strom- und Spannungsregelung, Schutzpotentialausgleich etc. haben.

Geräte werden in verschiedenen Ausführungen auf dem Markt angeboten. Für spezielle Anforderungen wird ein individuelles Design verwendet, um die besten Betriebsbedingungen zu gewährleisten.

Parameter der Stromquelle

Für den Korrosionsschutz von Eisen beträgt das Schutzpotential 0,44 V. In der Praxis sollte es aufgrund des Einflusses von Einschlüssen und der Beschaffenheit der Metalloberfläche größer sein. Der Maximalwert beträgt 1 V. Bei Vorhandensein von Beschichtungen auf dem Metall beträgt der Strom zwischen den Elektroden 0,05 mA/m². Bei Isolationsversagen steigt er auf 10mA/m^2.

Kathodischer Korrosionsschutz ist in Kombination mit anderen Verfahren effektiv, da weniger Strom verbraucht wird. Befindet sich auf der Oberfläche der Struktur eine Farbschicht, werden nur die Stellen, an denen sie gebrochen ist, durch das elektrochemische Verfahren geschützt.

Eigenschaften des kathodischen Korrosionsschutzes

1. Angetrieben durch Stationen oder mobile Generatoren.
2. Der Ort der Anodenerdung hängt von den Besonderheiten der Rohrleitungen ab. Die Platzierungsmethode kann verteilt oder konzentriert sowie in verschiedenen Tiefen angeordnet werden.
3. Das Anodenmaterial wird mit geringer Löslichkeit ausgewählt, um 15 Jahre zu h alten.
4. SchutzpotentialFelder für jede Pipeline berechnet. Es ist nicht geregelt, wenn keine Schutzbeschichtungen auf den Strukturen vorhanden sind.

Gazprom-Standardanforderungen für den kathodischen Korrosionsschutz

• Einwirkung während der gesamten Lebensdauer der Schutzausrüstung.
• Überspannungsschutz.
• Platzierung der Station in Blockboxen oder in freistehender Anti-Vandalismus-Ausführung.
• Anodenerdung wird in Bereichen mit minimalem elektrischen Widerstand des Bodens gewählt.
• Die Eigenschaften des Wandlers werden unter Berücksichtigung der Alterung der Schutzbeschichtung der Rohrleitung ausgewählt.

Trittschutz

Das Verfahren ist eine Art kathodischer Korrosionsschutz mit der Verbindung von Elektroden aus einem elektronegativeren Metall durch ein elektrisch leitfähiges Medium. Der Unterschied liegt im Fehlen einer Energiequelle. Die Lauffläche absorbiert Korrosion, indem sie sich in einer elektrisch leitenden Umgebung auflöst.

In einigen Jahren sollte die Anode ausgetauscht werden, da sie abgenutzt ist.

Die Wirkung der Anode nimmt mit abnehmendem Übergangswiderstand zum Medium zu. Im Laufe der Zeit kann es mit einer korrosiven Schicht überzogen werden. Dies führt zu einer Unterbrechung des elektrischen Kontakts. Durch Einbringen der Anode in ein Salzgemisch, das Korrosionsprodukte löst, wird der Wirkungsgrad verbessert.

Der Einfluss des Beschützers ist begrenzt. Die Reichweite wird durch den elektrischen Widerstand des Mediums und die Potentialdifferenz zwischen Anode und Kathode bestimmt.

Schutzschutz wird verwendet, wenn Energiequellen fehlen oder wenn sie verwendet werdenwirtschaftlich nicht praktikabel. Aufgrund der hohen Auflösungsgeschwindigkeit der Anoden ist es auch in sauren Anwendungen nachteilig. Protektoren werden im Wasser, im Erdreich oder in einer neutralen Umgebung installiert. Anoden bestehen normalerweise nicht aus reinen Metallen. Zink löst sich ungleichmäßig auf, Magnesium korrodiert zu schnell und auf Aluminium bildet sich ein starker Oxidfilm.

Trittmaterialien

Damit die Protektoren die notwendigen Gebrauchseigenschaften haben, werden sie aus Legierungen mit folgenden Legierungszusätzen hergestellt.

• Zn + 0,025-0,15% Cd+ 0,1-0,5% Al - Geräteschutz im Meerwasser.
• Al + 8% Zn +5% Mg + Cd, In, Gl, Hg, Tl, Mn, Si (Prozentbruchteile) - Betrieb von Bauwerken in fließendem Meerwasser.
• Mg + 5-7% Al +2-5% Zn - Schutz kleiner Strukturen im Boden oder Wasser mit geringer Salzkonzentration.

Die falsche Verwendung einiger Arten von Protektoren führt zu negativen Folgen. Magnesiumanoden können aufgrund der Entwicklung von Wasserstoffversprödung zu Geräterissen führen.

Kombinierter kathodischer Opferschutz mit Korrosionsschutzbeschichtungen erhöht die Wirksamkeit.

Die Schutzstromverteilung wird verbessert und es werden deutlich weniger Anoden benötigt. Eine einzelne Magnesiumanode schützt eine mit Bitumen beschichtete Pipeline über 8 km und eine unbeschichtete Pipeline über nur 30 m.

Karosserien vor Korrosion schützen

Wenn die Beschichtung gebrochen ist, kann die Dicke der Karosserie in 5 Jahren um bis zu 1 mm abnehmen, d.h.durchrosten. Die Wiederherstellung der Schutzschicht ist wichtig, aber darüber hinaus gibt es eine Möglichkeit, den Korrosionsprozess durch einen kathodischen Schutz vollständig zu stoppen. Wenn Sie den Körper in eine Kathode verwandeln, hört die Korrosion des Metalls auf. Anoden können alle leitfähigen Oberflächen sein, die sich in der Nähe befinden: Metallplatten, Masseschleife, Garagenkarosserie, nasse Straßenoberfläche. In diesem Fall steigt die Schutzeffizienz mit zunehmender Fläche der Anoden. Wenn die Anode eine Straßenoberfläche ist, wird ein "Schwanz" aus metallisiertem Gummi verwendet, um sie zu kontaktieren. Es ist gegenüber den Rädern platziert, damit Spritzer besser werden. "Schwanz" ist vom Körper isoliert.

Der Pluspol der Batterie ist über einen 1-kΩ-Widerstand und eine dazu in Reihe gesch altete LED mit der Anode verbunden. Wenn der Stromkreis durch die Anode geschlossen wird, wenn das Minus mit dem Körper verbunden ist, leuchtet die LED im Normalmodus kaum merklich. Wenn es hell brennt, ist im Stromkreis ein Kurzschluss aufgetreten. Die Ursache muss gefunden und beseitigt werden.

Zum Schutz muss eine Sicherung in Reihe in den Stromkreis eingebaut werden.

Wenn das Auto in der Garage steht, ist es mit einer Erdungsanode verbunden. Während der Fahrt erfolgt die Verbindung über den "Schwanz".

Schlussfolgerung

Kathodischer Korrosionsschutz ist eine Möglichkeit, die Betriebssicherheit von unterirdischen Rohrleitungen und anderen Bauwerken zu verbessern. Gleichzeitig sollte die negative Auswirkung auf benachbarte Pipelines durch den Einfluss von Streuströmen berücksichtigt werden.