ICCP katodisk beskyttelse til vandbesparelse

Vandbygningsprojekter omfatter kritiske strukturer såsom reservoirdæmninger, vandafledningsrørledninger, fundamenter for broer over havet, havneterminaler og vandkraftværker. Disse strukturer er i drift i længere perioder i komplekse, korrosive miljøer, herunder ferskvand, havvand og fugtig jord, hvilket gør dem meget modtagelige for korrosionsskader.

Imponeret nuværende katodisk beskyttelse (ICCP) er blevet den foretrukne korrosionsbeskyttelsesløsning til store hydrauliske projekter. Hjælpeanoden, som ICCP-systemets kerneaktuator, spiller en afgørende rolle i at overføre den påtrykte strøm gennem elektrolytten til den beskyttede struktur. Dens ydeevne bestemmer direkte ensartetheden af ​​beskyttelsesstrømmens fordeling, systemets driftsstabilitet og den samlede beskyttelseslevetid.

Hjælpeanoder skal opfylde centrale krav såsom fremragende ledningsevne, stærk korrosionsbestandighed, lavt forbrug og pålidelig mekanisk styrke. I betragtning af mediets egenskaber (ferskvand, havvand, jord) og de strukturelle egenskaber ved hydrauliske projekter er almindeligt anvendte anodetyper hovedsageligt opdelt i følgende kategorier:

(I) Anoder til blandede metaloxider (MMO)

MMO titanium anoder er i øjeblikket de mest anvendte højtydende anoder inden for hydraulik. De bruger titanium som substrat og er belagt med blandede metaloxidbelægninger såsom ruthenium-iridium og iridium-tantal, hvilket kombinerer høj strømeffektivitet med ultralang levetid. Deres kernefordele ligger i deres høje driftsstrømtæthed (op til 100-200 A/m²), lave polarisering og et forbrug på kun 0.001-0.01 kg/A・a i havvand og ferskvandsmedier med en levetid på over 20 år.

Netanoder: Disse dannes ved krydssvejsning af MMO-strimmelanoder med titaniummetalforbindelsesstykker. De giver ensartet strømfordeling, kræver ingen efterfyldning og er velegnede til beskyttelse af store strukturer såsom tankbundplader, dæmningsbetonarmering og styrerammer.

Rørformede anoderVelegnet til anodelag i dybe brønde eller distribueret anvendelse under vandet. I jord med høj modstand eller dybhavsmiljøer kan flere anoder serieforbindes for at øge strømstyrken.

Fleksible anoder: Brug titantråd som ledende kerne, belagt med MMO og isoleret. De kan bøjes og arrangeres, så de passer til komplekse, uregelmæssige strukturer, såsom lokal beskyttelse af fundamenter til bropæle over havet og undersøiske kabelrør.

(II) Anoder af støbejern med højt siliciumindhold

Anoder af støbejern med højt siliciumindhold (siliciumindhold 14%-17%) er repræsentative for traditionelle højtydende anoder. De har god ledningsevne og korrosionsbestandighed, hvilket tillader strømtætheder på 5-80 A/m². De er stabile i ferskvand, jord og svagt sure medier. En derivattype, den kromholdige støbejernsanode med højt siliciumindhold, forbedrer modstanden mod sulfationkorrosion på grund af tilsætning af krom, hvilket gør den særligt velegnet til barske miljøer såsom saltholdig jord og kystjord. Denne type anode har høj mekanisk styrke og beskadiges ikke let af erosion fra vandstrømme eller kollisioner i byggeri, men den er tung og kræver en støtteramme til fast installation. Den bruges ofte i anodebasen for reservoirdæmningsfundamenter og underjordiske vandrørledninger.

(III) Grafitanoder

Grafitanoder bruger naturlig eller kunstig grafit som råmateriale. De har fremragende ledningsevne og er billige, hvilket gør dem velegnede til ferskvandsmiljøer med lav jordmodstand. Deres fordele omfatter lav polarisering og stabil strømudgang, men de har dårlig mekanisk styrke og er sprøde og revner let, hvilket kræver ekstra beskyttelse under kraftige vandstrømningspåvirkninger eller byggeri. Grafitanoder skal bruges sammen med koksfyld for at danne et anodelag for at reducere jordmodstanden og forlænge levetiden. De bruges almindeligvis i rørledningsbeskyttelsessystemer til små og mellemstore vandbesparelsesprojekter.

(IV) Fleksible polymeranoder

Fleksible polymeranoder består af en kobberkerneleder, en ledende polymerbelægning (med tilsat kulstofpulver) og en ydre kappe, også kendt som kabelanoder. De er lette, kan lægges kontinuerligt, giver ensartet beskyttelsesstrømfordeling og undgår effektivt spredt strøm. Dens driftsstrømtæthed er relativt lav, men den kan placeres tæt på den beskyttede struktur, hvilket gør den velegnet til vandbesparelsesprojekter med komplekse rørnetværk og flere metalstrukturer, såsom den tætte stålrørspælbeskyttelse af havneterminaler. Det skal bemærkes, at denne type anode ikke er egnet til brug i spildevand eller medier med højt saltindhold, da dette kan fremskynde ældningen af ​​den ledende polymerbelægning.

(V) Skrotstålanoder

Skrotstålanoder er lavet af skrotvinkelstål, kanalstål og andre stålprodukter. De er bredt tilgængelige og ekstremt billige. De er opløselige anoder, og overfladen frigiver ikke let gas, hvilket eliminerer problemer med gaslåsning. Deres forbrug er dog højt (ca. 9-12 kg/År), og deres levetid er kort. De er kun egnede til midlertidig beskyttelse eller kortvarig nødbeskyttelse i jord med høj modstand, såsom midlertidig korrosionsbeskyttelse under nødreparationer af vandbesparelsesprojekter.

Retningslinjer for anodevalg

Valg af anode kræver omfattende overvejelser af det dielektriske miljø, strukturelle egenskaber, beskyttelseskrav og økonomi, i overensstemmelse med principperne om "miljømæssig egnethed, strømkompatibilitet, forlænget levetid og omkostningskontrol." Specifikke trin og nøglefaktorer er som følger.

(I) Definition af miljøkorrosionsniveauet

Korrosionsintensiteten varierer betydeligt på tværs af forskellige hydrologiske miljøer. Krav til anodens korrosionsbestandighed skal primært bestemmes ud fra medietypen:

Havvandsmiljø (havne, offshore platforme): Høj saltsprøjt, stærke havstrømme og høje kloridionkoncentrationer nødvendiggør brugen af ​​MMO-anoder (net eller rørformede), som udviser fremragende kloridkorrosionsbestandighed. For eksempel bruger offshore platformen "Guanhai No. 1" MMO-anodesæt til at tilpasse sig miljøer med høj saltsprøjt.

Ferskvandsmiljø (reservoirer, indre vandveje): Korrosionen er relativt svag. Der kan vælges anoder af støbejern med højt siliciumindhold eller grafitanoder, hvilket afbalancerer ydeevne og omkostninger.

Tidevandszoner og stænkzoner: Skiftende våde og tørre forhold resulterer i alvorlig korrosion. Højstyrke, erosionsbestandige MMO-netanoder eller lange, strimmelformede støbejernsanoder med højt siliciumindhold er nødvendige for at reducere anodeslid fra vandstrømning.

Jord-/undersøiske zoner: Udvælgelsen er baseret på resistivitet. Grafitanoder kan bruges til jord med lav resistivitet, mens kromholdige støbejernsanoder med højt siliciumindhold eller MMO-anodelejer foretrækkes til jordmiljøer med høj resistivitet eller saltvand.

(II) Beregning af strømkrav

Det nuværende krav bestemmes ud fra det beskyttede materiale og miljøet. For kulstofstål er kravet 100-200 μA/m² i havvand og 50-100 μA/m² i ferskvand. For strukturer med intakte belægninger kan dette reduceres til 20-50 μA/m².

Total beskyttelsesstrøm: Beregnes ved at gange det samlede overfladeareal af den beskyttede struktur med strømtætheden. Der bør reserveres en margen på 10%-20% for at imødekomme miljøændringer.

Anodeudgangsstrøm: Udgangsstrømmen for en enkelt anode skal matche det samlede strømkrav. Antallet af anoder kombineres i serie eller parallelt for at sikre ensartet strømfordeling. For eksempel kan store kappestrukturer beskyttes ved at arrangere flere anoder i forskellige områder for at opnå præcis beskyttelse.

(III) Evaluering af anodekernens ydeevne

Prioriter lavforbrugende anoder (såsom MMO-anoder) for at reducere udskiftningshyppigheden, især egnet til projekter med vanskelig drift og vedligeholdelse, såsom dybhavs- og fjerntliggende områder;

Mekanisk styrke: I områder med stærk påvirkning af vandstrømmen (såsom overløbskanaler fra vandkraftværker og fundamenter for bropæle på tværs af havet) bør der vælges slagfaste og brudfaste anoder (anoder med højt siliciumindhold i støbejern, rørformede MMO-anoder);

Polariseringsegenskaber: Lavpolarisationsanoder (såsom MMO, grafit) kan sikre langsigtet stabil udgangsstrøm og undgå beskyttelsesfejl på grund af polarisering;

Installationskompatibilitet: Fleksible anoder foretrækkes til komplekse, uregelmæssige strukturer (såsom stiger, anti-sedimenteringskasser), mens netanoder er egnede til store, plane strukturer (såsom tankbundplader).

(IV) Kompatibilitet og økonomi

I miljøer med flere metalstrukturer (såsom tætte havnerørsnetværk) bør fleksible eller net-anoder foretrækkes for at reducere strømforstyrrelser i omgivende strukturer.

Drifts- og vedligeholdelsesomkostninger: Til store projekter med langvarig drift (såsom havbroer og havvindmølleparker) bør der vælges anoder med lang levetid (MMO-anoder) for at reducere senere udskiftningsomkostninger. Til midlertidige projekter kan skrotstålanoder eller grafitanoder anvendes til at kontrollere den indledende investering.

Strømforsyningstilpasning: Anodetypen skal matche potentiostatens udgangsegenskaber. I miljøer med høj modstand bør der vælges anoder med lav jordmodstand (såsom dybbrøndsanodelag) for at sikre effektiv effekt.

(V) Overholdelse af branchestandarder og -specifikationer

Valg af anode skal overholde standarder som GB/T 4948 “Aluminum-Zinc-Indium Alloy Sacrificial Anodes” og NACE TM0179-2007 “Catholic Protection of Underground or Underwater Metal Structures” for at sikre, at materialets ydeevne, potentialkontrol, strømtæthed og andre parametre opfylder standarderne. For havvandsbevaringsprojekter kræves der også certificering fra autoritative institutioner såsom klassifikationsselskaber for at sikre systemets pålidelighed.