Pitajte svakoga tko je desetljeće promatrao zid od čeličnih pilota u rijeci s plimom i čut ćete istu priču. Struktura izgleda dobro godinama, a onda se gubitak dijela pojavi točno ispod niske vode, točno tamo gdje ga nitko ne može vidjeti. Katodna zaštita i žrtvene anode postoje da prekinu tu priču. Oni nisu nova tehnologija i nisu komplicirani nakon što skinete žargon, ali ih je također lako loše specificirati. Ovaj vodič govori o tome kako dvije metode funkcioniraju, kako se u praksi dimenzionira sustav anoda i gdje se cijeli razgovor mijenja kada je sam zid napravljen od polimera, a ne od čelika.

Što katodna zaštita zapravo radi

Čelik korodira jer sa svojom okolinom tvori elektrokemijsku ćeliju. Jedan dio površine ponaša se kao anoda i ispušta ione željeza u vodu ili tlo, oslobađajući elektrone. Drugi dio se ponaša kao katoda, gdje se ti elektroni troše. Elektrolit (morska voda, slana voda, mokro tlo) nosi ionsku struju, a sam čelik nosi elektronsku struju. Uklonite bilo koji od ta tri elementa i korozija prestaje.

Katodna zaštita rješava problem s električne strane. Umjesto da dopustite čeliku da opskrbljuje vlastite elektrone na anodnim mjestima, vi dovodite elektrone iz vanjskog izvora. Aktivna područja su gurnuta u katodno, pasivno stanje. U stvari, ne zaustavljate reakciju korozije koliko je ostavljate negdje drugdje da se dogodi.

Postoje samo dva načina za opskrbu tim elektronima. Ili povezujete čelik s reaktivnijim metalom koji korodira umjesto njega (žrtvena ili galvanska anoda), ili dovodite struju u strukturu iz izvora napajanja kroz inertne anode (katodna zaštita od impresionirane struje, obično skraćeno na ICCP).

Kako radi žrtvena anoda

Žrtvena anoda jednostavno je komad metala koji je manje plemenit od čelika koji štiti. Spojite to dvoje električno, stavite oba u isti elektrolit i anoda postaje korodirajuća površina. Čelični stupovi u pristaništu često su opremljeni narukvicama od cinka ili aluminijske legure vijcima pričvršćenima za mrežu ili zavarenim samostojećim nosačima na liniji bokobrana. Anoda se polako otapa; hrpa ostaje netaknuta.

Budući da pogonski napon dolazi iz potencijalne razlike između dva metala, nije potrebno vanjsko napajanje. To je velika čvrstoća galvanskih sustava, a također i njihovog plafona. Napon je mali, tako da je struja koja dopire do udaljene ili dobro obložene površine ograničena, a anoda ima konačnu masu koja se troši tijekom predviđenog životnog vijeka. Kada anode nestanu, zaštita je nestala, zbog čega je pristup zamjeni važan jednako kao i početni izračun.

Usklađivanje anodnog metala s vodom

Izbor anode uglavnom se odnosi na elektrolit. Otpornost, salinitet, temperatura i otopljeni kisik mijenjaju izbor, a pogrešan odabir obično znači ili izgubljenu masu ili, još gore, pretjeranu zaštitu koja oštećuje premaz kojemu je trebala pomoći.

Magnezij je namjerno izostavljen iz reda morske vode. Njegov viši pogonski napon koristan je u suhom, otpornom tlu, ali u slanoj vodi može gurnuti potencijal čelika dovoljno daleko da stvori vodik na površini i mjehuri na premazu. Također se troši brže nego što matematika sugerira. Upravo iz tog razloga legure cinka i aluminija su radni konji u morskom svijetu.

Žrtvene anode ili utisnuta struja?

Za jednu kratku stijenu od pilota s prihvatljivim pristupom za ronioce ili mali brod, galvanske anode je teško nadmašiti. Ne postoji transformatorski ispravljač koji treba smjestiti, nema kabela za zaštitu, nema napajanja koje bi moglo pokvariti, a sustav je u biti bez održavanja sve dok ne treba zamijeniti anode.

ICCP pobjeđuje na većim strukturama. Dugačkom molu sa stotinama pilota ili strukturi u kojoj anode stoje u udaljenim saonicama na morskom dnu treba više struje nego što galvanski sustav može isporučiti. Anode za utisnutu struju, obično titan ili grafit obložene miješanim metalnim oksidom, mogu se pokretati na puno viši napon, a izlaz se može podešavati kako se premaz degradira ili se mijenja okoliš. U zamjenu prihvaćate veće kapitalne troškove, stalni zahtjev za napajanjem, opremu za nadzor i sustav o kojem se mora brinuti kompetentan operater.

Razumno pravilo: ako je trenutna potražnja skromna, a struktura kompaktna, ostanite galvanski. Ako štitite tisuće četvornih metara čelika i želite jednu kontrolnu ploču umjesto nekoliko tona aluminija, pogledajte impresioniranu struju.

Određivanje veličine sustava: struja, područje i vrijeme

Svaki dizajn počinje s trenutnom potražnjom, a trenutna potražnja počinje s mokrim područjem:

• Izračunajte uronjenu i zakopanu površinu čelika koji treba zaštititi.
• Pomnožite s projektiranom gustoćom struje za to okruženje, obično izraženom u miliamperima po kvadratnom metru.
• Nanesite faktor razgradnje premaza ako je čelik obojen, jer premaz koji je danas 95 posto netaknut neće biti za petnaest godina.

Brza ilustracija. Šest stotina četvornih metara golog čelika u morskoj vodi pri 25 mA/m² treba otprilike 15 A. Da biste to održali dvadeset godina potrebno vam je oko 2,6 milijuna amper-sati punjenja, što pri 2000 Ah/kg iznosi oko 1,3 tone anodnog materijala od aluminijske legure prije nego što se primijeni bilo koji faktor iskoristivosti. To je brojka koja iznenađuje ljude koji su smatrali da su anode mali dodatak.

Dvije dimenzije kontroliraju dvije različite stvari. Duljina anode, a time i površina, određuje koliko struje anoda može istjerati u bilo kojem trenutku. Poprečni presjek anode, a time i masa, određuje koliko dugo može to raditi. Dugačka tanka anoda daje veliku struju za kratak životni vijek; kratka debela daje suprotno. Dobar dizajn uravnotežuje oboje u odnosu na interval zamjene s kojim vlasnik zapravo može živjeti.

Ograničenja koja vrijedi znati prije nego što odredite

Katodna zaštita radi samo tamo gdje postoji kontinuirani elektrolit i čist električni put. To stvara nekoliko praktičnih granica:

• Zona prskanja i sve iznad nje ne može se zaštititi, jer nema vode koja bi nosila struju. Ta traka treba debljinu premaza, dopuštenje za koroziju ili potpuno drugačiji materijal.
• Zaštićene površine, kao što je čelik skriven iza uskog branika ili zarobljen u pukotini, primaju malo ili nimalo struje bez obzira na to koliko anoda stavite u blizini.
• Lutajuće struje iz obližnjih aparata za zavarivanje, tramvajskih sustava ili drugih CP instalacija mogu ubrzati koroziju na nezaštićenom čeliku umjesto da je spriječe.
• Pretjerana zaštita je način stvarnog kvara. Prejaka struja oštećuje premaze, gubi anodnu masu i, kod čelika visoke čvrstoće, izaziva zabrinutost zbog vodikove krtosti.

Što to znači za polimerne ploče

Ovo je dio razgovora koji se često preskače. Katodna zaštita štiti čelik. Zid od vinila ili PVC-a je dielektrični materijal: nema željeza koje bi otpustilo ione, nema elektrokemijske ćelije koju bi trebalo prekinuti i nema anode koja bi mogla učiniti bilo što korisno čak i ako je pričvrstite na ploču. Kada se projekt prebaci s čeličnih na polimerne stupove, paket katodne zaštite obično u potpunosti nestaje, zajedno s ispravljačem, godišnjim pregledom i programom zamjene anode.

To ne čini polimer odgovorom na svaki problem. Mora se odabrati za prava opterećenja, pravo tlo i pravu ekspoziciju, a zidu je još uvijek potreban razuman dizajn. No tamo gdje je pokretač zaštite bio napad klorida, slana voda ili vrlo dugi horizont održavanja, ekonomija PVC ploče otporne na koroziju često izgledaju vrlo drugačije od čeličnog zida plus dvadeset godina zamjene anode.

Jedno upozorenje iz radionice: mnogi takozvani polimerni zidovi još uvijek sadrže čelik. Spojne šipke, sidrene ploče, profili i priključni nosači često su pocinčani ili obloženi čelik i ostaju u potpunosti izloženi istoj elektrokemiji opisanoj gore. Te komponente možda i dalje zaslužuju anode ili promjenu materijala, čak i kada je sama ploča inertna. Ovo najčešće vidimo na zidovi od vinilnih ploča u pomorskim radovima , gdje su ploče polimerne, ali sidrište iza zida nije.

Praćenje i održavanje jednostavnim riječima

Galvanski sustav može se provjeriti referentnom elektrodom i voltmetrom visoke impedancije. Za čelik u morskoj vodi, zajednički kriterij prihvaćanja je potencijal od oko -0,80 V u odnosu na referencu srebro/srebrov klorid ili pomak od 100 mV u odnosu na potencijal slobodne korozije izmjeren prije ugradnje. Koji god kriterij usvoji dizajn, zabilježite početna očitanja, jer su ona jedina osnovna linija koja će ikada postojati.

Ankete su obično godišnje ili dvaput godišnje. Korisni rezultati su zaštitni potencijal duž stijenke, potrošnja anode u odnosu na predviđenu stopu i bilo koji znak da se premaz pokvario brže nego što se pretpostavljalo. Ako se anode troše brže od očekivanog, trenutna potražnja je podcijenjena i potrebno je izvršiti naknadnu ugradnju prije nego što zaštita otpadne.

Pitanja koja čujemo od projektnih timova

Mogu li dodati anode na postojeći zid?

Da, i to je uobičajeno. Narukvicu i samostojeće anode mogu postaviti ronioci, a sustave udaljenih anoda moguće je postaviti na morsko dno u blizini. Ograničenje je obično pristup i stanje postojećeg čelika, a ne teorija.

Trebam li katodnu zaštitu ako je čelik dobro obložen?

Dobar premaz dramatično smanjuje trenutnu potražnju, ali ne uklanja potrebu za zaštitom kod svakog kvara, ruba i zavara. Projektni kodovi pretpostavljaju faktor razgradnje premaza upravo iz tog razloga.

Treba li polimerni zid uopće zaštititi od korozije?

Paneli ne, ali svaka čelična komponenta u sustavu i dalje jest. Provjerite sidra, spojeve i sve što ostaje mokro.

Deset godina izgradnje zidova od pilota naučilo nas je da se odluke o koroziji obično donose rano, s nepotpunim informacijama, a zatim se s njima živi desetljećima. Ako vaš projekt ide prema paketu katodne zaštite, odredite mu odgovarajuću veličinu i proračunajte za zamjenu od prvog dana. Ako se kreće prema zidu bez čelika, provjerite je li cijeli sustav bez čelika, a ne samo dio koji možete vidjeti iz vode. U svakom slučaju, rado ćemo razgovarati o materijalnoj strani te odluke s vašim inženjerima.