Kysy keneltä tahansa, joka on katsonut teräspaaluseinää vuorovesijoessa vuosikymmenen ajan, niin kuulet saman tarinan. Rakenne näyttää hyvältä vuosia, ja sitten leikkaushäviö näkyy juuri matalan veden alapuolella, juuri siellä, missä kukaan ei näe sitä. Katodinen suoja ja uhrausanodit ovat olemassa keskeyttämään tarinan. Ne eivät ole uutta tekniikkaa, eivätkä ne ole monimutkaisia, kun otat ammattikieltä pois, mutta niitä on myös helppo määritellä huonosti. Tässä oppaassa käydään läpi, miten nämä kaksi menetelmää toimivat, miten anodijärjestelmä mitoitetaan käytännössä ja missä koko keskustelu muuttuu, kun itse seinä on valmistettu polymeeristä teräksen sijaan.

Mitä katodisuoja todella tekee

Teräs syöpyy, koska se muodostaa ympäristönsä kanssa sähkökemiallisen kennon. Yksi osa pinnasta käyttäytyy anodina ja luovuttaa rautaioneja veteen tai maaperään vapauttaen elektroneja. Toinen osa käyttäytyy katodina, jossa ne elektronit kulutetaan. Elektrolyytti (merivesi, murtovesi, märkä maaperä) kuljettaa ionivirtaa ja teräs itse sähkövirtaa. Poista jokin näistä kolmesta elementistä ja pysäytä korroosio.

Katodisuojaus ratkaisee ongelman sähköpuolelta. Sen sijaan, että antaisit teräksen toimittaa omia elektronejaan anodisiin kohtiin, syötät elektroneja ulkopuolisesta lähteestä. Aktiiviset alueet työnnetään katodiseen, passiiviseen tilaan. Käytännössä et niinkään pysäytä korroosioreaktiota, vaan annat sen tapahtua jossain muualla.

On vain kaksi tapaa toimittaa nämä elektronit. Joko liität teräksen reaktiivisempaan metalliin, joka syöpyy paikallaan (uhri- tai galvaaninen anodi), tai ohjaat rakenteeseen virtaa virtalähteestä inerttien anodien kautta (vaikutelmavirtakatodinen suojaus, yleensä lyhennetty ICCP:ksi).

Kuinka uhrautuva anodi toimii

Uhrianodi on yksinkertaisesti metallipala, joka on vähemmän jaloa kuin sen suojaama teräs. Yhdistä kaksi sähköisesti, laita molemmat samaan elektrolyyttiin ja anodista tulee syövyttävä pinta. Laiturin teräspaalut on usein varustettu sinkki- tai alumiiniseosrannekoruilla, jotka on pultattu uumaan, tai hitsatuilla suojakiinnikkeillä lokasuojalinjassa. Anodi liukenee hitaasti; kasa pysyy ehjänä.

Koska käyttöjännite tulee kahden metallin välisestä potentiaalierosta, ulkoista tehoa ei tarvita. Se on galvaanisten järjestelmien ja myös niiden kattojen suuri vahvuus. Jännite on pieni, joten kaukaiselle tai hyvin päällystetylle pinnalle saavuttava virta on rajoitettu ja anodilla on rajallinen massa, joka kuluu suunnittelun aikana. Kun anodit ovat poissa, suojaus on poissa, minkä vuoksi korvaaminen on yhtä tärkeää kuin alkuperäinen laskelma.

Anodimetallin yhdistäminen veteen

Anodien valinta koskee enimmäkseen elektrolyyttiä. Resistanssi, suolaisuus, lämpötila ja liuennut happi muuttavat valintaa, ja väärään johtaminen tarkoittaa yleensä joko hukattua massaa tai pahempaa ylisuojausta, joka vahingoittaa pinnoitetta, jonka oli tarkoitus auttaa.

Magnesium jätetään tarkoituksella pois merivesirivistä. Sen korkeampi käyttöjännite on hyödyllinen kuivassa, resistiivisessä maaperässä, mutta suolaisessa vedessä se voi työntää teräksen potentiaalin riittävän negatiiviseksi synnyttääkseen vetyä pinnalle ja rakkuloiden pinnoitteen. Sitä myös kulutetaan nopeammin kuin matematiikka antaa ymmärtää. Sinkki ja alumiiniseokset ovat merenkulun työhevosia juuri tästä syystä.

Uhrautuvat anodit vai vaikuttunut virta?

Yksittäiseen lyhyeen paaluseinään, johon sukeltajille tai pienelle veneelle on kohtuullinen pääsy, galvaanisia anodeja on vaikea päihittää. Ei sisällä muuntajan tasasuuntaajaa, ei suojattavaa kaapelointia, ei virransyöttöä, joka katkeaa, ja järjestelmä on käytännössä huoltovapaa, kunnes anodit on vaihdettava.

ICCP voittaa suuremmissa rakenteissa. Pitkä laituri, jossa on satoja paaluja, tai rakenne, jossa anodit istuvat merenpohjassa olevissa keloissa, tarvitsee enemmän virtaa kuin galvaaninen järjestelmä pystyy tuottamaan. Vaikutettuja virta-anodeja, tyypillisesti metallioksidilla päällystettyjä titaania tai grafiittia, voidaan käyttää paljon korkeammalla jännitteellä ja tehoa voidaan virittää pinnoitteen huonontuessa tai ympäristön muuttuessa. Vastineeksi hyväksyt korkeammat pääomakustannukset, jatkuvan tehontarpeen, valvontalaitteet ja järjestelmän, josta osaavan operaattorin on huolehdittava.

Kohtuullinen nyrkkisääntö: jos nykyinen kysyntä on vaatimaton ja rakenne on kompakti, pysy galvaanisena. Jos suojaat tuhansia neliömetriä terästä ja haluat yhden ohjauspaneelin useiden tonnejen alumiinin sijasta, katso vaikuttavaa virtaa.

Järjestelmän koon määrittäminen: nykyinen, alue ja aika

Jokainen suunnittelu alkaa nykyisestä kysynnästä, ja nykyinen kysyntä alkaa kostutetusta alueesta:

• Laske suojattavan teräksen upotettu ja upotettu pinta-ala.
• Kerro tämän ympäristön mitoitusvirrantiheydellä, joka ilmaistaan ​​yleensä milliampeerina neliömetriä kohti.
• Käytä pinnoitteen hajoamiskerrointa, jos teräs on maalattu, koska 95-prosenttisesti ehjä pinnoite ei ole 15 vuoden kuluttua.

Nopea esimerkki. Kuusisataa neliömetriä paljaaa terästä merivedessä 25 mA/m² tarvitsee noin 15 A virtaa. Sen pitämiseksi 20 vuoden ajan tarvitaan noin 2,6 miljoonaa ampeerituntia latausta, mikä 2 000 Ah/kg:lla toimii noin 1,3 tonnilla alumiiniseoksesta valmistettua anodimateriaalia ennen kuin käyttökerrointa lasketaan. Tämä on luku, joka yllättää ihmiset, jotka olettivat anodien olevan pieni lisävaruste.

Kaksi ulottuvuutta hallitsee kahta eri asiaa. Anodin pituus ja siten pinta-ala määrittää, kuinka paljon virtaa anodi voi työntää ulos milloin tahansa. Anodin poikkileikkaus ja siten massa määrittää, kuinka kauan se voi jatkaa sitä. Pitkä ohut anodi antaa korkean virran lyhyen käyttöiän ajan; lyhyt lihava antaa päinvastoin. Hyvä malli tasapainottaa sekä vaihtoväliä, jonka kanssa omistaja voi todella elää.

Rajat, jotka kannattaa tietää ennen määrittämistä

Katodisuojaus toimii vain siellä, missä on jatkuva elektrolyytti ja vapaa sähköinen reitti. Tämä luo muutaman käytännön rajan:

• Roiskevyöhykettä ja kaikkea sen yläpuolella olevaa ei voi suojata, koska siellä ei ole vettä kuljettamaan virtaa. Tuo nauha tarvitsee pinnoitteen paksuuden, korroosiovaran tai kokonaan toisen materiaalin.
• Suojatut pinnat, kuten teräs, joka on piilotettu tiukan lokasuojan taakse tai jäänyt rakoon, saavat vain vähän tai ei ollenkaan virtaa riippumatta siitä, kuinka monta anodia lähetät.
• Läheisistä hitsauslaitteista, raitiovaunujärjestelmistä tai muista CP-asennuksista tulevat hajavirrat voivat pikemminkin kiihdyttää suojaamattoman teräksen korroosiota kuin estää sitä.
• Ylisuojaus on todellinen vikatila. Liian suuri virta vaurioittaa pinnoitteita, hukkaa anodien massaa ja lujat teräkset aiheuttavat vetyhaurastumisongelmia.

Mitä tämä tarkoittaa polymeerilevypaaluille

Tässä on keskustelun osa, joka usein ohitetaan. Katodisuojaus suojaa terästä. Vinyyli- tai PVC-levypaaluseinä on dielektrinen materiaali: ei ole rautaa, joka luovuttaa ioneja, ei sähkökemiallista kennoa, joka katkaisee, eikä anodia, joka tekisi mitään hyödyllistä, vaikka pultaisit sellaisen paneeliin. Kun projekti siirtyy teräspaaluista polymeerilevypaaluihin, katodisuojauspaketti katoaa yleensä kokonaan tasasuuntaajan, vuosittaisen selvityksen ja anodien vaihto-ohjelman mukana.

Se ei tee polymeeristä vastausta kaikkiin ongelmiin. Se on valittava oikeaan kuormitukseen, oikeaan maaperään ja oikeaan valotukseen, ja seinä tarvitsee silti järkevän suunnittelun. Mutta kun suojan avain oli kloridihyökkäys, murtovesi tai erittäin pitkä huoltohorisontti, korroosionkestävät PVC-levypaalut näyttävät usein hyvin erilaiselta kuin terässeinä ja kaksikymmentä vuotta anodivaihto.

Yksi varoitus työpajasta: monet niin sanotut polymeeriseinät sisältävät edelleen terästä. Raidetangot, ankkurilevyt, seinät ja liitäntäkannattimet ovat usein galvanoitua tai pinnoitettua terästä ja pysyvät täysin alttiina samalle edellä kuvatulle sähkökemialle. Nämä komponentit saattavat silti ansaita anodeja tai materiaalin vaihdon, vaikka itse levypino olisi inertti. Näemme tämän useimmiten vinyylilevypaaluseinät merityössä , jossa paneelit ovat polymeeriä, mutta seinän takana oleva ankkuri ei.

Valvonta ja ylläpito yksinkertaisin ehdoin

Galvaaninen järjestelmä voidaan tarkastaa vertailuelektrodilla ja korkeaimpedanssisella volttimittarilla. Teräkselle merivedessä yleinen hyväksymiskriteeri on noin -0,80 V potentiaali hopea/hopeakloridi-referenssiin nähden tai 100 mV:n siirtymä ennen asennusta mitatusta vapaasta korroosiopotentiaalista. Riippumatta siitä, mitä kriteeriä suunnittelu käyttää, kirjaa alkuperäiset lukemat, koska ne ovat ainoa perusta, joka koskaan tulee olemaan.

Kyselyt ovat yleensä vuosittain tai kaksi kertaa vuodessa. Hyödyllisiä lähtöjä ovat suojauspotentiaali seinän varrella, anodin kulutus ennustettua nopeutta vastaan ​​ja kaikki merkit siitä, että pinnoite on rikkoutunut oletettua nopeammin. Jos anodit syövät odotettua nopeammin, nykyinen kysyntä aliarvioitiin ja jälkiasennus on tehtävä ennen kuin suoja katoaa.

Projektiryhmiltä kuulemamme kysymykset

Voinko lisätä anodeja olemassa olevaan seinään?

Kyllä, ja se on yleistä. Sukeltajat voivat asentaa ranneke- ja stand-off-anodeja, ja etäanodijärjestelmät voidaan sijoittaa läheiseen merenpohjaan. Rajoituksena on yleensä pääsy ja olemassa olevan teräksen kunto, ei teoria.

Tarvitsenko katodisuojauksen, jos teräs on hyvin pinnoitettu?

Hyvä pinnoite vähentää nykyistä tarvetta dramaattisesti, mutta se ei poista suojan tarvetta jokaisessa viassa, reunassa ja hitsauksessa. Suunnittelukoodit olettavat pinnoitteen hajoamistekijän juuri tästä syystä.

Tarvitseeko polymeeriseinä ollenkaan korroosiosuojaa?

Paneeleilla ei, mutta jokainen järjestelmän teräskomponentti tekee silti. Tarkista ankkurit, liitännät ja kaikki, mikä pysyy märkänä.

Kymmenen vuotta peltipaaluseinien rakentamista on opettanut meille, että korroosiopäätökset tehdään yleensä varhain, puutteellisilla tiedoilla ja niiden kanssa eletään vuosikymmeniä. Jos projektisi on menossa kohti katodisuojapakettia, kokoa se oikein ja varaa vaihto heti ensimmäisestä päivästä lähtien. Jos se on matkalla kohti terästöntä seinää, varmista, että koko järjestelmä on terästön, ei vain se osa, jonka näet vedestä. Joka tapauksessa keskustelemme mielellämme päätöksen aineellisesta puolesta insinööriesi kanssa.