Întrebați pe oricine a urmărit un zid de grămezi de oțel într-un râu de maree timp de un deceniu și veți auzi aceeași poveste. Structura arată bine ani de zile, iar apoi pierderea secțiunii apare chiar sub apa scăzută, exact acolo unde nimeni nu o poate vedea. Protecția catodică și anozii de sacrificiu există pentru a întrerupe această poveste. Nu sunt tehnologii noi și nu sunt complicate odată ce ați îndepărtat jargonul, dar sunt și ușor de specificat prost. Acest ghid prezintă modul în care funcționează cele două metode, cum este dimensionat un sistem de anod în practică și unde întreaga conversație se schimbă odată ce peretele în sine este fabricat mai degrabă din polimer decât din oțel.

Ce face de fapt protecția catodă

Oțelul se corodează deoarece formează o celulă electrochimică cu mediul înconjurător. O parte a suprafeței se comportă ca un anod și cedează ioni de fier în apă sau sol, eliberând electroni. O altă parte se comportă ca un catod, unde acei electroni sunt consumați. Electrolitul (apa de mare, apa salmastra, solul umed) transporta curentul ionic, iar otelul insusi transporta curentul electronic. Îndepărtați oricare dintre aceste trei elemente și coroziunea oprește.

Protecția catodă abordează problema din partea electrică. În loc să lăsați oțelul să-și furnizeze propriii electroni la locurile anodice, introduceți electroni dintr-o sursă externă. Zonele active sunt împinse într-o stare catodică, pasivă. De fapt, nu oprești reacția de coroziune atât de mult, ci o dai să se întâmple în altă parte.

Există doar două moduri de a furniza acești electroni. Fie conectați oțelul la un metal mai reactiv care se corodează în locul lui (un anod de sacrificiu sau galvanic), fie introduceți curent în structură de la o sursă de alimentare prin anozi inerți (protecție catodică de curent impresionat, de obicei scurtată la ICCP).

Cum funcționează un anod de sacrificiu

Un anod de sacrificiu este pur și simplu un bulgăre de metal care este mai puțin nobil decât oțelul pe care îl protejează. Conectați cele două electric, puneți-le pe amândouă în același electrolit, iar anodul devine suprafața de coroziune. Piloții de oțel dintr-un debarcader sunt adesea prevăzuți cu brățări din aliaj de zinc sau aluminiu fixate cu șuruburi pe bandă sau suporturi de separare sudate pe linia aripilor. Anodul se dizolvă încet; grămada rămâne intactă.

Deoarece tensiunea de antrenare provine din diferența de potențial dintre cele două metale, nu este nevoie de energie externă. Aceasta este marea putere a sistemelor galvanice și, de asemenea, plafonul lor. Tensiunea este mică, astfel încât curentul care ajunge la o suprafață îndepărtată sau bine acoperită este limitat, iar anodul are o masă finită care este consumată pe durata de viață de proiectare. Când anozii dispar, protecția dispare, motiv pentru care accesul de înlocuire contează la fel de mult ca și calculul inițial.

Potrivirea metalului anodului cu apa

Alegerea anodului se referă în principal la electrolit. Rezistivitatea, salinitatea, temperatura și oxigenul dizolvat schimbă alegerea, iar greșirea înseamnă, de obicei, fie masă irosită, fie, mai rău, supraprotecție care dăunează stratului pe care trebuia să o ajute.

Magneziul este lăsat în mod deliberat în afara rândului de apă de mare. Tensiunea sa de antrenare mai mare este utilă în solul uscat, rezistiv, dar în apă sărată poate împinge potențialul de oțel suficient de mult negativ pentru a genera hidrogen la suprafață și a înveli stratul. De asemenea, se consumă mai repede decât sugerează matematica. Din acest motiv, zincul și aliajele de aluminiu sunt calitățile de lucru ale lumii marine.

Anozi de sacrificiu sau curent impresionat?

Pentru un singur perete de palplanș scurt, cu acces rezonabil pentru scafandri sau o barcă mică, anozii galvanici sunt greu de învins. Nu există un transformator de redresor de adăpostit, nicio cablare de protejat, nicio sursă de alimentare care să se defecteze, iar sistemul nu necesită întreținere până când anozii trebuie înlocuiți.

ICCP câștigă pe structuri mai mari. Un debarcader lung cu sute de piloți sau o structură în care anozii stau în sănii îndepărtate pe fundul mării, are nevoie de mai mult curent decât poate furniza un sistem galvanic. Anozii de curent impresionat, de obicei amestecați de titan sau grafit acoperiți cu oxid de metal, pot fi antrenați la o tensiune mult mai mare, iar ieșirea poate fi reglată pe măsură ce acoperirea se degradează sau mediul se schimbă. În schimb, acceptați costuri de capital mai mari, o cerință permanentă de energie, echipamente de monitorizare și un sistem de care trebuie să aibă grijă un operator competent.

O regulă de bază rezonabilă: dacă cererea actuală este modestă și structura este compactă, rămâneți galvanic. Dacă protejați mii de metri pătrați de oțel și doriți un panou de control în loc de câteva tone de aluminiu, uitați-vă la curentul impresionat.

Dimensionarea unui sistem: curent, zonă și timp

Fiecare proiect începe cu cererea curentă, iar cererea actuală începe cu zona umedă:

• Calculați suprafața scufundată și îngropată a oțelului de protejat.
• Înmulțiți cu o densitate de curent de proiectare pentru acel mediu, de obicei exprimată în miliamperi pe metru pătrat.
• Aplicați un factor de degradare a acoperirii dacă oțelul este vopsit, deoarece o acoperire care este intactă în proporție de 95 la sută astăzi nu va fi în cincisprezece ani.

O ilustrare rapidă. Șase sute de metri pătrați de oțel gol în apă de mare la 25 mA/m² au nevoie de aproximativ 15 A. Pentru a menține acest lucru timp de douăzeci de ani, aveți nevoie de aproximativ 2,6 milioane de amperi-oră de încărcare, care la 2.000 Ah/kg rezultă la aproximativ 1,3 tone de material anodic din aliaj de aluminiu înainte de aplicarea oricărui factor de utilizare. Acesta este numărul care surprinde oamenii care au presupus că anozii sunt un mic accesoriu.

Două dimensiuni controlează două lucruri diferite. Lungimea anodului și, prin urmare, aria suprafeței, stabilește cât de mult curent poate scoate anodul în orice moment. Secțiunea transversală a anodului și, prin urmare, masa, stabilește cât timp poate continua să o facă. Un anod lung și subțire oferă un curent ridicat pentru o viață scurtă; una scurta grasa da contrariul. Design-urile bune echilibrează ambele față de intervalul de înlocuire cu care proprietarul poate trăi efectiv.

Limite care merită cunoscute înainte de a specifica

Protecția catodică funcționează numai acolo unde există un electrolit continuu și o cale electrică clară. Acest lucru creează câteva limite practice:

• Zona de stropire și tot ce este deasupra ei nu poate fi protejată, deoarece nu există apă care să conducă curentul. Acea bandă are nevoie de grosimea stratului de acoperire, o toleranță de coroziune sau un material complet diferit.
• Suprafețele ecranate, cum ar fi oțelul ascuns în spatele unui aripi strâns sau prinse într-o crăpătură, primesc curent puțin sau deloc, indiferent de câți anozi încadrați în apropiere.
• Curenții paraziți de la seturile de sudură din apropiere, sistemele de tramvai sau alte instalații CP pot accelera coroziunea pe oțelul neprotejat, mai degrabă decât să o prevină.
• Supraprotecția este un mod real de eșec. Prea mult curent deteriorează acoperirile, risipă masa anodului și, în cazul oțelurilor de înaltă rezistență, ridică probleme de fragilizare prin hidrogen.

Ce înseamnă asta pentru palplanșe polimerice

Iată partea din conversație care de multe ori este omisă. Protecția catodică protejează oțelul. Un perete de palplanș de vinil sau PVC este un material dielectric: nu există nici un fier care să renunțe la ioni, nicio celulă electrochimică pe care să o întrerupă și niciun anod care ar putea face ceva util chiar dacă ai fixat unul pe panou. Când un proiect trece de la palplanșe din oțel la din polimeri, pachetul de protecție catodică dispare de obicei în întregime, împreună cu redresorul, sondajul anual și programul de înlocuire a anodului.

Asta nu face din polimer răspunsul la fiecare problemă. Trebuie selectat pentru încărcăturile potrivite, solul potrivit și expunerea potrivită, iar peretele necesită încă un design sensibil. Dar acolo unde motorul pentru protecție a fost atacul cu clorură, apa salmară sau un orizont de întreținere foarte lung, economia palplanșe din PVC rezistente la coroziune adesea arată foarte diferit de un perete de oțel plus douăzeci de ani de înlocuire a anodului.

Un avertisment din atelier: mulți așa-numiți pereți de polimer conțin încă oțel. Tiranții, plăcile de ancorare, urechile și consolele de conectare sunt adesea din oțel galvanizat sau acoperit și rămân complet expuse la aceeași electrochimie descrisă mai sus. Acele componente pot merita în continuare anozi sau o schimbare de material, chiar și atunci când palplansul în sine este inert. Vedem asta cel mai des pe pereți de palplanșe de vinil în lucrări maritime , unde panourile sunt polimerice, dar ancorarea din spatele peretelui nu este.

Monitorizare și întreținere în termeni simpli

Un sistem galvanic poate fi verificat cu un electrod de referință și un voltmetru de înaltă impedanță. Pentru oțelul din apa de mare, un criteriu comun de acceptare este un potențial de aproximativ -0,80 V față de o referință de argint/clorură de argint sau o schimbare de 100 mV față de potențialul de coroziune liberă măsurat înainte de instalare. Indiferent de criteriul pe care îl adoptă proiectul, înregistrați citirile inițiale, deoarece acestea sunt singura linie de bază care va exista vreodată.

Sondajele sunt de obicei anuale sau de două ori pe an. Ieșirile utile sunt potențialul de protecție de-a lungul peretelui, consumul de anod față de rata estimată și orice semn că acoperirea s-a defectat mai repede decât se presupunea. Dacă anozii sunt consumați mai repede decât se aștepta, cererea actuală a fost subestimată și modernizarea trebuie să aibă loc înainte ca protecția să dispară.

Întrebări pe care le auzim de la echipele de proiect

Pot adăuga anozi unui perete existent?

Da, și este comun. Anozii de brățară și de distanță pot fi montați de scafandri, iar sistemele de anozi la distanță pot fi amplasate pe fundul mării în apropiere. Constrângerea este de obicei accesul și starea oțelului existent, nu teoria.

Am nevoie de protecție catodică dacă oțelul este bine acoperit?

O acoperire bună reduce în mod dramatic cererea de curent, dar nu înlătură nevoia de protecție la fiecare defect, muchie și sudură. Codurile de proiectare presupun un factor de defalcare a acoperirii tocmai din acest motiv.

Are un perete de polimer nevoie de vreo protecție împotriva coroziunii?

Panourile nu, dar fiecare componentă de oțel din sistem încă o face. Verificați ancorele, conexiunile și tot ce rămâne umed.

Zece ani de construcție a pereților de palplanșe ne-au învățat că deciziile de coroziune sunt de obicei luate devreme, cu informații incomplete și apoi trăite cu el timp de decenii. Dacă proiectul dvs. se îndreaptă către un pachet de protecție catodică, dimensionați-l corespunzător și bugetați pentru înlocuire din prima zi. Dacă se îndreaptă către un perete fără oțel, asigurați-vă că întregul sistem nu conține oțel, nu doar partea pe care o puteți vedea din apă. Oricum, suntem bucuroși să discutăm despre partea materială a acestei decizii cu inginerii dumneavoastră.