Rugalmas cink áldozati anódszalagok, mint speciális termék a áldozati anód család, kiváló rugalmasságuknak, körbetekeredési képességüknek és térbeli alkalmazkodóképességüknek köszönhetően leküzdik a hagyományos tömb- és karkötő típusú cinkanódok korlátait összetett szerkezetekben. Olyan alkalmazásokban, mint a földbe süllyesztett csővezetékek, a burkolatok belső berendezései, a tartályfenék és a hajók ívelt felületei, ezek váltak az előnyben részesített megoldássá.
Mik azok a cink szalag áldozati anódok?
A szalag alakú, rugalmas cink áldozati anód tiszta cinket vagy cinkötvözetet használ alapanyagként, beépített vezetőképes maggal. A galváncella-effektust kihasználva anódként működik, oxidatív oldódáson megy keresztül, így átfogó és tartós korrózióvédelmet biztosít a védett fém számára. Összehasonlítva a... hagyományos cinkanódok, hajlítható, körbetekerhető és szegmentált szerelési tulajdonságai tökéletesen alkalmassá teszik csőívekhez, szelepekhez, keskeny burkolatokhoz stb., és széles körben használják az olaj- és gáziparban, a városi vízellátásban és csatornázásban, a hajóépítésben és a katonai hajógyártásban.
A magszerkezet egy extrudált cinkötvözet szalagtestből + egy beágyazott, folytonos horganyzott acélmagból áll. Az acélmag átmérője 4-5 mm, a horganyzó réteg vastagsága ≥30 μm, a cinkötvözet testtel való kohászati kötési terület pedig ≥30%, ami megakadályozza a mag leválását a cinkrétegről. A szalagtest téglalap keresztmetszetű, vastagsága 0.5-3 mm, szélessége 10-200 mm, standard tekercshossza pedig 30.5-100 m, testreszabható hosszúságokkal az illesztések számának csökkentése érdekében. A hajlítási sugár ≥30 mm, ami lehetővé teszi spirál- vagy korong alakú feltekercselését, így alkalmas ívelt szerkezetekhez, például csövekhez és tartályokhoz. A mag funkciója a tiszta katódos védelem, amely alkalmas hagyományos korrózióvédelmi forgatókönyvekhez, kóboráram-interferencia nélkül.
Cink szalag áldozati anódok típusai
A rugalmas cink áldozati szalaganódokat anyaguk, elektrokémiai teljesítményük, szerkezeti kialakításuk és alkalmazási forgatókönyveik alapján osztályozzák. A különböző típusú anódok összetételükben, áramkimeneti kapacitásukban, rugalmasságukban és az alkalmazható közegükben jelentős különbségek vannak. Minden típus megfelel az alacsony szennyeződés-tartalom, a magas áramhatásfok és az egyenletes oldódás alapvető tervezési elveinek.
Az Amerikai Anyagvizsgálati Társaság (ASTM) B418 szabványa szerint a szalag alakú, rugalmas cink áldozati anódok két fő típusra oszthatók: I. típusra (cink-alumínium-kadmium rendszer) és II. típusra (nagy tisztaságú cink rendszer). Ez a két típus jelentősen eltér egymástól kémiai összetételében és elektrokémiai teljesítményében, így alkalmasak különböző korrozív közegkörnyezetekben való használatra.
I. típusú cink-alumínium-kadmium
A mag összetétele Zn-0.1~0.5Al-0.025~0.07Cd, szigorúan szabályozva az olyan szennyeződéseket, mint az ólom (Pb≤0.006%), a vas (Fe≤0.005%) és a réz (Cu≤0.005%), az egyéb szennyeződések teljes mennyisége pedig ≤0.1%. Az ilyen típusú anód nagy elektrokémiai aktivitással rendelkezik, nyitott áramkörű potenciálja ≥-1.05V (a telített kalomel elektródhoz (SCE) viszonyítva), zárt áramkörű potenciálja ≥-1.00V, elméleti kapacitása ≥780 A·h/kg, áramhatásfoka ≥95%, fogyasztási sebessége pedig 11.2 kg/(A·y). Nagy áramkimeneti kapacitással rendelkezik, és alkalmas alacsony ellenállású (<50Ω·cm) közegkörnyezetekhez, például tengervízhez és brakkvízhez, beleértve a tengeri platformokat, hajótesteket és tenger alatti csővezetékeket.
II. típus (nagy tisztaságú cink)
Kadmiummentes, környezetbarát cinkanód. A cinkmátrix tisztasága ≥99.95%, alumínium (Al≤0.005%), kadmium (Cd≤0.003%), vas (Fe≤0.0014%), ólom (Pb≤0.003%), réz (Cu≤0.002%) és összes egyéb szennyeződés ≤0.01%. Nyitott áramkörű potenciál ≥ -1.10V (SCE), zárt áramkörű potenciál ≥ -1.05V, elméleti kapacitás ≥ 820 A·h/kg, tényleges kapacitás ≥ 740 A·h/kg, áramhatásfok ≥ 90%, fogyasztási ráta 11.9 kg/(év). Megfelel az EU RoHS környezetvédelmi szabványainak, és alkalmas alacsony és közepes ellenállású (50~2000 Ω·cm) közegkörnyezetekhez, például édesvízhez, nedves talajhoz és ivóvízvezetékekhez.
Műszaki adatok és paraméterek
A szalag típusú, rugalmas cink áldozati anódok specifikációi és paraméterei elsősorban a keresztmetszeti méreteken, az egységnyi súlyon, az egységnyi hosszra jutó kapacitáson és a mag specifikációin alapulnak. Kínában a ZR sorozat (ZR-1-től ZR-4-ig) terjedő fő modellek az ASTM B418 I./II. típusú szabványnak felelnek meg. Az összes specifikáció mérettűréseinek és súlyeltéréseinek meg kell felelniük a GB/T 4950-2021 és az ASTM B418 szabványoknak. Méreteltérés ≤ ±0.5 mm, súlyeltérés ≤ ±3%.
Kínai ZR sorozat (GB/T 4950-2021)
A ZR sorozat egy általános célú, szalag típusú, flexibilis cink áldozati anód, amelyet földalatti mérnöki, vízellátó és csatornahálózatokhoz használnak Kínában. Négy modellre osztható: ZR-1, ZR-2, ZR-3 és ZR-4. Keresztmetszeti méreteik sorban csökkennek a legnagyobbtól a legkisebbig, alkalmazkodva a különböző áramkövetelményekhez és beépítési helyekhez. A mag anyaga Zn-0.3Al-0.1Cd cinkötvözet (I. típus) / nagy tisztaságú cink (II. típus), beépített horganyzott acélmaggal.
| Modell | Keresztmetszet (mm) | Súly (g/cm²) | Súly (kg/m²) | Acélmag átmérője (mm) | Standard hossz (m) | Nyitott áramköri potenciál (V, Cu/CuSO₄) | Jelenlegi hatásfok (%) | Alkalmazás |
| ZR-1 | 25.40 × 31.75 | 35.72 | 3.57 | 4.7 | 30.5/50 | -1.05 | ≥95 | Nagy ellenállású környezetek, nagy területvédelem. |
| ZR-2 | 15.88 × 22.23 | 17.82 | 1.785 | 3.5 | 30.5/100 | -1.1 | ≥90 | Általános célú, kóboráram-elvezetés. |
| ZR-3 | 12.70 × 14.28 | 8.93 | 0.893 | 2.8 | 50/100 | -1.1 | ≥90 | Alacsony ellenállású környezetek, ép bevonatszerkezetek. |
| ZR-4 | 8.73 × 10.32 | 5.32 | 0.532 | 2 | 100 | -1.05 | ≥90 | Helykorlátos, súlyérzékeny forgatókönyvek. |
Nemzetközi szabvány (ASTM B418)
A nemzetközileg használt szalag típusú, rugalmas cink áldozati anódokat a következők szerint osztályozzák: ASTM B418 I./II. típus. A specifikációk hüvelykben vannak megadva. A vezető gyártók, mint például a norvég DNV, ezt a specifikációs rendszert használják. A keresztmetszet főként téglalap alakú, a mag pedig horganyzott acélhuzalból készül.
| típus | Keresztmetszet (hüvelykben) | Metrikus (mm × mm) | Magátmérő (mm) | Súly (kg / m) | Kapacitás (Ah/kg) | Fogyasztási ráta (kg/(A·év)) | Megfelelő közepes |
| I. típus | 1 × 1.25 | 25.4 × 31.75 | 4.7 | 3.57 | 780 | 11.2 | Tengervíz, brakkvíz |
| I. típus | 0.625 × 0.875 | 15.88 × 22.23 | 3.5 | 1.785 | 780 | 11.2 | Tengervíz, nedves talaj |
| II | 0.5 × 0.57 | 12.7 × 14.28 | 2.8 | 0.893 | 820 | 11.9 | Édesvíz, talaj |
| II | 0.34 × 0.41 | 8.73 × 10.32 | 2 | 0.532 | 820 | 11.9 | Édesvízi, apró alkatrészek |
Specifikáció kiválasztási alapelvek
A szalag típusú, rugalmas cink áldozati anódok specifikációinak kiválasztásakor négy fő tényezőt kell figyelembe venni: a környezeti ellenállást, a védett felületet, a bevonat állapotát és a beépítési helyet, a következő elvek szerint:
1. Nagy ellenállású környezetekhez (>2000 Ω·cm) válasszon nagy keresztmetszetű modelleket (ZR-1/ASTM I. típus 1×1.25) a nagy áramerősséggel fellépő ellenállásveszteség kompenzálására;
2. Nedves talaj, villamosított vasútvonalak és egyéb kóboráramú területek esetén válassza a ZR-2 típust, amely egyensúlyt teremt a rugalmasság és az áramelvezetési képesség között;
3. Alacsony ellenállású, ép bevonatú szerkezetek esetén (bevonat tapadása ≥95%), válasszon ZR-3/ZR-4 típusokat az anyag- és telepítési költségek csökkentése érdekében;
4. Zárt helyekhez, például burkolatok belsejéhez, csőívekhez és szelepekhez válasszon vékony modelleket (ZR-4) a nagyfokú rugalmasságnak köszönhetően a szoros csomagolás érdekében;
5. Ivóvíz- és élelmiszeripari alkalmazásokhoz II. típusú, nagy tisztaságú, kadmiummentes anódokat kell használni. Kadmiumtartalom ≤0.003%.
Cink áldozati anódszalagok szabványai
A szalag alakú, rugalmas cink áldozati anódok tervezésének, gyártásának, minőségellenőrzésének, telepítésének és elfogadásának négy szabványkategóriának kell megfelelnie: nemzeti szabványoknak, ipari szabványoknak, nemzetközi szabványoknak és katonai szabványoknak. Ezek közül a nemzetközi szabványok elsősorban az amerikai ASTM sorozaton, a katonai szabványok pedig a mérvadó amerikai katonai MIL-A-18001 sorozaton alapulnak.
ASTM B418-21 《Cinkötvözet áldozati anódok》
Ez a szabvány meghatározza az I./II. típusú szalagcink anódok kémiai összetételét, elektrokémiai teljesítményét, fizikai tulajdonságait, vizsgálati módszereit és minőségbiztosítási követelményeit. A szabvány kimondja, hogy az I. típusú anódok alumíniumtartalma 0.100~0.500%, kadmiumtartalma pedig 0.025~0.070%; a II. típusú anódok alumínium- és kadmiumtartalma ≤0.005%; az elektrokémiai teljesítményvizsgálat telített kalomel elektródát (SCE) használ, és a nyitott áramkörű potenciálvizsgálatot 24 órás, 25 ℃-os mesterséges tengervízbe merítés után kell elvégezni; ha a mintavétel sikertelen, a teljes tételt elutasítják.
ISO 15589-1: 2019
ISO 15589-1: 2019 A „Kőolaj- és földgázipar – Csővezeték-rendszerek katódos védelme – 1. rész: Áldozatanódos rendszerek” című szabvány tervezési szabványokat tartalmaz az olaj- és földgázvezetékek áldozatanódos katódos védelmére. Meghatározza a szalag alakú cinkanódok fektetését, távolságát és áramsűrűség-kiválasztását. A szabvány előírja, hogy a földbe fektetett csővezetékek szalaganódjainak fektetési távolsága 3–5 m, a csővezetéktől való nettó távolságuk pedig párhuzamos fektetés esetén ≥100 mm; a védőáram-sűrűséget a bevonat állapota határozza meg, 0.01–0.05 mA/cm² bevonat nélküli csővezetékek, és 0.003–0.01 mA/cm² ép bevonatú csővezetékek esetén.
DNV-RP-B401 "Katódos védelem tervezése"
Ez egy, a DNV (Det Norske Veritas) által kidolgozott katódos védelmi tervezési szabvány, amely szalag alakú cinkanódok alkalmazására vonatkozik a hajózási mérnöki területen. Előírások: A szalaganód áramhatásfokának tengervízben ≥95%-nak kell lennie, a védelmi potenciált pedig -1.00~-1.05 V (Cu/CuSO₄) között kell szabályozni. A tenger alatti csővezetékekhez használt szalaganódokat tekercselési módszerrel, 1-2 m tekercselési távolsággal kell telepíteni, biztosítva a szoros, résmentes telepítést.
Katonai szabvány
A katonai szabványok a katonai felszerelésekre, haditengerészeti hajókra és egyéb nemzetvédelmi projektekre vonatkozó specifikus előírások. Az alapvető szabvány az amerikai hadsereg MIL-A-18001 sorozata (legújabb verzió: MIL-A-18001K). Ez az amerikai hadsereg által használt áldozati cinkanódokra vonatkozó mérvadó katonai szabvány, amely a cinkanódok minden formájára kiterjed, beleértve a lemezeket, rudakat és szalagokat. Szigorú követelményeket támaszt a cinkszalaganódok anyagára, magjára, kohászati kötésére, hibaelhárítására és minőségbiztosítására vonatkozóan.
Magkövetelmények: ① Nagy tisztaságú cinkmátrix Zn≥99.3%, Pb≤0.006%, Fe≤0.005%, Cu≤0.005%, a szennyeződési határértékek jóval szigorúbbak, mint a polgári szabványok; ② Az acélmag ASTM A36/A53 acélból készül, ≥0.0005 hüvelyk (12.7 μm) vastag horganyzott réteggel, ≥30%-os kohászati kötési területtel a cinkötvözet testtel, és 750 fontos axiális tolóerő alatt sem lehet hámlás; ③ A felületen nem lehetnek 3.2 mm-nél nagyobb repedések, ≤6.3 mm-es zsugorodási üregmélység, és a magban nem lehetnek pórusok vagy salakzárványok; ④ A terméket a „NE FESSE FEL” figyelmeztetéssel, a gyártó logójával és a kemence számával kell önteni/bélyegezni, az egyik végét pedig piros csíkkal kell megjelölni; ⑤ Az ellenőrzési feljegyzéseket 5 évig meg kell őrizni a teljes életciklus nyomon követhetősége érdekében.
Rugalmas cink áldozati anód alkalmazások csíkozása
A rugalmas cink áldozati anódokat széles körben használják az olaj- és gáziparban, a városi vízellátásban és csatornázásban, a hajóépítésben, a katonai felszerelésekben, a vegyiparban és a kohászatban, minden elektrolitkörnyezetben, beleértve a tengervizet, az édesvizet és a talajt. Az anódok kiválasztási és telepítési módszerei az alkalmazási forgatókönyvtől függően változnak, így az egyes forgatókönyvek sajátosságai alapján egyedi tervezést igényelnek.
földbe süllyesztett csővezetékek
Az olaj- és gázvezetékek a rugalmas cink áldozati anódok egyik fő alkalmazási területei. A csővezetékek összetett terepen, például mezőgazdasági területeken, hegyeken és folyókon haladnak keresztül. A szalaganódok átfogó védelmet nyújtanak, és a kóboráram-interferencia problémáit is kezelik.
① KiválasztásA ZR-2 típust hagyományos, nedves talajhoz választottuk. A ZR-1 típust + vezetőképes töltőanyagot nagy ellenállású sivatagi talajhoz választottuk. A ZR-4 típust belső burkolatokhoz választottuk.
② Telepítés: Párhuzamos fektetést alkalmaznak egyenes csőszakaszoknál 3-5 m-es távolsággal; tekercselt fektetést könyököknél, szelepeknél és belső burkolatoknál 1-2 m-es távolsággal;
③ Védelmi követelményekVédelmi potenciál -0.90~-1.05V (Cu/CuSO₄), védőáram-sűrűség 0.005~0.01mA/cm² (ép bevonatú csővezetékek esetén), anód tervezett élettartama ≥25 év.
Mérnöki esettanulmány
① A projekt háttere: A csővezeték teljes hossza 200 km, átmérője DN300. Egyes szakaszok cementburkolatban vannak, 1500~3000 Ω・cm talajellenállással, burkolat árnyékolással és enyhe kóboráram-interferenciával;
② Megoldás: A ZR-4 típusú anódokat spirálisan tekercselik a burkolatok belsejébe, egyenes csőszakaszokhoz ZR-2 típusú anódokat fektetnek párhuzamosan, nagy ellenállású területeken pedig bentonit + gipszpor + nátrium-klorid vezetőképes töltőanyagot használnak;
③ Eredmények: A telepítés után a csővezeték védelmi potenciálja -0.95~-1.00 V (Cu/CuSO₄) értéken stabilizálódott, egyenletes árameloszlás mellett. 5 évnyi megfigyelés után a csővezeték korróziós sebessége 0.2 mm/évről 0.03 mm/évre csökkent, és a burkolatok belsejében nem történt korróziós szivárgás.
Városi vízellátó és csatornahálózatok
A városi vízellátó és csatornahálózatok vízellátó csöveket és szennyvízcsöveket tartalmaznak. Az ivóvízvezetékekre magas környezetvédelmi követelmények vonatkoznak, míg a szennyvízvezetékekben erősen korrozív közegek közlekednek. A kadmiummentes, környezetbarát (II. típusú) flexibilis cink áldozati anód tökéletesen alkalmas erre a helyzetre, és a csővezeték-illesztések és könyökök korrózióvédelmi problémáit is megoldja.
① Kiválasztás: Ivóvízvezetékekhez ASTM B418 II. típusú, nagy tisztaságú, kadmiummentes anódokat kell használni; szennyvízvezetékekhez ZR-2 típusú anódokat kell választani;
② Telepítés: Az anódokat a csővezeték-hálózat egyenes szakaszaival párhuzamosan kell lefektetni, és illesztések és könyökök köré kell tekerni;
③ Követelmények: Az ivóvízvezetékek védelmi potenciálja -0.85~-1.00 V (Cu/CuSO₄) a bevonat leválását okozó túlzott védelem megakadályozása érdekében; a szennyvízvezetékek védelmi potenciálja -0.90~-1.05 V (Cu/CuSO₄), 0.01~0.02 mA/cm² védelmi áramsűrűséggel.
Mérnöki esettanulmány
① Projekt háttere: Csőátmérő 1.2 m, teljes hossz 50 km, talaj fajlagos ellenállása 15000 Ω・cm, nagy fajlagos ellenállású agyagkörnyezet, amely kadmiummentes környezetvédelmet igényel, és 30 éves tervezett élettartam;
② Megoldás: ASTM B418 II. típusú, nagy tisztaságú, kadmiummentes szalaganódok használatával 100 méterenként egy-egy anódkészletet szerelnek fel, bentonit + gipszpor vezetőképes töltőanyaggal kombinálják, és a csatlakozások köré tekerik;
③ Eredmények: A csővezeték korróziós sebessége 0.2 mm/évről 0.03 mm/évre csökkent, és az anódokból nem oldódtak ki nehézfémek, ami megfelel az ivóvíz-higiéniai előírásoknak.
Tengerészet és hajózás
A tengerészeti mérnöki ágak (tenger alatti csővezetékek, tengeri platformok, kikötők és dokkok) és a hajóépítő ipar (hajótestek, ballaszttartályok, tengervíz-hűtőrendszerek) erősen korrozív tengervíz-környezetben működnek, és az árapály, a hullámok és a tengeri biofouling is befolyásolja őket. A szalagtípusú, rugalmas cink áldozati anódok magas áramhatásfoka és tengervíz-korrózióállósága alkalmassá teszi őket erre az alkalmazásra. Az anódok rugalmassága lehetővé teszi a hajótestek ívelt felületeinek szorosan illeszkedő védelmét is.
① Kiválasztás: Tengervízi környezethez ASTM B418 I. típusú cink-alumínium-kadmium anódokat (ZR-1/ZR-2) válasszon; katonai hajókhoz MIL-A-18001K szabványnak megfelelő katonai minőségű anódokat válasszon.
② Telepítés: A tenger alatti csővezetékek spirális tekercselést használnak 1 m-es távolsággal; a hajótestek ragasztós/szegecses rögzítést használnak 300~500 mm-es távolsággal; a tengeri platformok gyűrűs telepítést használnak;
③ Követelmények: Védelmi potenciál -1.00~-1.05 V (Cu/CuSO₄), áramhatásfok ≥95%, az anód felületét szennyeződésgátló bevonattal kell ellátni.
Mérnöki esettanulmány
① Projekt háttere: A csővezeték teljes hossza 10 km, átmérője DN800, és a tengervíz fröccsenésének zónájában, valamint a víz alatti zónában található, súlyos korróziónak van kitéve, és a könyököknél könnyen perforálódhatnak;
② Megoldás: ASTM B418 I. típusú szalaganódokat használtak a teljes csővezeték védelmére, amelyeket a könyököknél megnövelt sűrűséggel (0.5 m távolságra) tekercseltek be, és az anód felületét lerakódásgátló bevonattal vonták be;
③ Eredmények: 5 év tesztelés után a megmaradt anódvastagság ≥60% volt, a csővezeték könyökénél a korrózió mélysége pedig mindössze 0.02 mm volt. A védtelen területeken a korrózió mélysége elérte a 0.5 mm-t.
Katonai és nemzetvédelmi
A katonai felszerelések (katonai hajók, tengeralattjárók, rakétavetők) és a nemzetvédelmi projektek (katonai olajraktárak, nemzetvédelmi csővezetékek) rendkívül magas követelményeket támasztanak a katódos védelem megbízhatóságával, tartósságával és zavarmentességével kapcsolatban. A szalag típusú flexibilis cink áldozati anódok megfelelnek a MIL-A-18001K és a GJB 1058-91 katonai szabványoknak, és stabilan működnek rezgéses, nagy nyomású és erős zavaró hatású környezetben. Fontos anyagot jelentenek a korrózióvédelemhez a nemzetvédelmi projektekben.
① Kiválasztás: A MIL-A-18001K szabványnak megfelelő, katonai minőségű cinkszalag-anódokat kell választani, amelyek acélmagjának kohászati kötési területe ≥30%, repedés- és pórusmentes;
② Telepítés: Katonai hajók esetében az anódokat szegecsekkel rögzítik a hajótesthez; védelmi csővezetékek esetében párhuzamos telepítést alkalmaznak; rakétaindító állványok esetében pedig tekercseléses telepítést.
③ Követelmények: A védelmi potenciálnak -0.95~-1.05 V (Cu/CuSO₄) között stabilnak kell lennie, rezgés, sópermet és nagynyomású környezet alatt nem szabad leválnia vagy meghibásodnia, és a tervezett élettartamnak ≥30 évnek kell lennie.
Egyéb alkalmazások
A fent említett alapvető alkalmazásokon kívül a szalag típusú, rugalmas cink áldozati anódokat széles körben használják vegyipari tárolótartályokban, hídtámaszokban, acélszerkezet-gyárakban és szélerőművek alapjaiban is.
Vegyianyag-tároló tartályok: A ZR-2 típusú anódokat körkörös tekercselési mintázatban szerelik fel a függőleges vegyi alapanyag-tároló tartályok fenéklemezeire, -0.90~-1.05 V (Cu/CuSO₄) védőfeszültséget biztosítva a tartály fenéklemezének lyukkorróziójának és perforációjának megakadályozására;
Hídtámaszok: A híd acélszerkezeti támaszaiban rendelkezésre álló korlátozott hely miatt vékony ZR-4 típusú anódokat használnak, amelyeket ragasztóval rögzítenek, így biztosítva a precíz korrózióvédelmet;
Szélerőmű-alapok: Az ASTM B418 I. típusú anódokat tekercselési mintázatban használják a tengeri szélerőmű-alapokon, hogy ellenálljanak az erős tengervíz okozta korróziónak és biztosítsák a szélerőmű-alapok szerkezeti biztonságát;
Ideiglenes katódos védelem: Az újonnan épített csővezetékek javítása és nyomáspróbája során gyorsan beépítenek szalag típusú cinkanódokat, amelyek 1-12 hónapos ideiglenes védelmet nyújtanak, megakadályozva a másodlagos korróziót az építés során.
Szalagcink áldozati anód kiszámítása
A szalag típusú, rugalmas cink áldozati anódok kiválasztása és kiszámítása a hatékony katódos védelem biztosításának egyik fő tényezője. A szükséges anódok specifikációját, mennyiségét és beépítési hosszát a védett felület, a környezeti paraméterek és a védelmi követelmények alapján számítják ki. Az élettartam előrejelzéséhez az anód elektromos kapacitása és védőárama alapján kell kiszámítani az elméleti élettartamot. Minden számítási képlet az „Áldozati anód katódos védelmi technológiai kézikönyvéből” és az ISO 15589-1:2019 szabványból származik, biztosítva a pontosságot és a közvetlen alkalmazhatóságot a mérnöki tervezésben.
Magkiválasztási számítási képletek
A kiválasztási számítás középpontjában a védőáram-követelmény áll, ezt követi a teljes kapacitásigény és az anódok teljes hosszának/mennyiségének kiszámítása. Végül az anódok közötti távolság ellenőrzése történik. Minden paraméterértéknek meg kell felelnie a vonatkozó szabványos követelményeknek. A környezeti áramsűrűséget a tényleges közeg ellenállása és a bevonat állapota alapján kell kiválasztani.
1. A teljes védelmi áram kiszámítása
I = S × i
Ahol I a teljes védelmi áram (A); S a védett tárgy felülete (m²); és i a védelmi áramsűrűség (A/m²). Standard értékek: tengervíz 0.01~0.05 A/m², nedves talaj 0.003~0.01 A/m², száraz, nagy ellenállású talaj 0.01~0.02 A/m². Az alsó határértéket ép bevonatú szerkezetek esetén, a felső határértéket pedig bevonat nélküli szerkezetek esetén kell használni.
2. A teljes akkumulátorkapacitás-követelmény kiszámítása
Q = I × t × 8760
Ahol Q az akkumulátor teljes kapacitásigénye (Ah); t a tervezett élettartam (év); és 8760 az éves üzemórák száma.
3. A teljes anódtömeg kiszámítása
W = Q / (C × η)
Ahol: W az anód teljes tömege (kg); C az elméleti anódkapacitás (A·h/kg), amelyet az ASTM B418 I. típus esetén 780-nak, a II. típus esetén pedig 820-nak veszünk; η az áramhatásfok (%), amelyet tengervíz esetén 0.95-nek, talaj esetén pedig 0.90-nek veszünk.
4. A teljes anódhossz kiszámítása
L = W/w
L az anód teljes hossza (m); w az anód egységnyi hosszra jutó súlya (kg/m), amelyet az 1./2. táblázatból választunk ki a kiválasztott specifikációknak megfelelően.
5. Anódtávolság kiszámítása
D = L0 / n
Ahol D az anódok közötti távolság (m); L0 a védett szerkezet hossza (m); és n az anódcsoportok száma, n = L/l (ahol l egyetlen anódtekercs standard hossza).
6. Számítási példa
ASTM B418 I. típusú anód (ZR-2, 1.785 kg/m², C=780 A·h/kg, η=0.95), 25 éves védelmi élettartamra tervezve. A konkrét számítás a következő. Ismert paraméterek: Csőátmérő DN800 (külső átmérő 0.8 m), teljes hossz 10 km, felület S = π × 0.8 × 10000 = 25120 m², tengervíz környezet i = 0.01 A/m² áramsűrűséggel;
- Teljes védelmi áram: I = 25120 × 0.01 = 251.2 A;
- Teljes kapacitásigény: Q = 251.2 × 25 × 8760 = 54 201 600 A·h;
- Teljes anódtömeg: W = 54 201 600 / 780 × 0.95 ≈ 72 650 kg;
- Teljes anódhossz: L = 72650 / 1.785 ≈ 40 699 m;
- Telepítési távolság: D = 10000 / 40699 ≈ 2.46 m.
7. Anód elméleti élettartam-előrejelzése
Az anód tényleges élettartamát a környezeti tényezők és a beépítés minősége befolyásolják. Az elméleti élettartam-számítási képlet a „Fémkorrózió és -védelem kézikönyve” című kiadványból származik.
T = W × C × η × K / (I × 8760)
Ahol: T az anód elméleti élettartama (év); K a cink kihasználtsági aránya, amelyet szalaganódok esetén 0.75-nek veszünk (a nagy felület és a gyors élfogyás miatt); Példa: ZR-2 típusú anód, egy tekercs hossza 100 m, súly 178.5 kg, védőáram 1 A, elméleti élettartam: T = 178.5 × 780 × 0.95 × 0.75 / (1 × 8760) ≈ 11.5 év.
következtetés
A szalag típusú, rugalmas cink áldozati anódok nagy tisztaságú cinkötvözetből és beépített vezetőképes magból álló magszerkezettel rendelkeznek. A rugalmasság, a hajlíthatóság és az erős térbeli alkalmazkodóképesség egyértelmű előnyeit kínálják, így speciális megoldást jelentenek a fémek korrózióvédelmére összetett szerkezetekben és zárt terekben. A galváncella-hatást kihasználva a cinkötvözet elektródapotenciálja negatívabb (-1.05~-1.10 V Cu/CuSO₄), előnyösen oxidálódik és oldódik, így katódos polarizációs áramot biztosít a védett fémnek, gátolva a korróziót külső áramforrás nélkül. Az ASTM B418 I. típusú szabvány (cink-alumínium-kadmium rendszer) tengervízhez/alacsony ellenállású talajhoz alkalmas, ≥95%-os áramhatásfokkal; a II. típusú (nagy tisztaságú kadmiummentes rendszer) édesvízi/ivóvízi környezethez alkalmas, megfelel az RoHS-nek, és ≥90%-os áramhatásfokkal rendelkezik. A ZR sorozat (ZR-1~ZR-4) a keresztmetszeti méretek alapján eltérő áramkövetelményekhez és terekhez igazodik, ZR-2 kiegyensúlyozó védelemmel és vízelvezetéssel, ZR-4 pedig zárt terekhez alkalmas.
Elméleti kapacitás 780~820 A·h/kg, tényleges ≥650 A·h/kg; átmeneti ellenállás ≤0.01Ω; hajlítási sugár ≥30 mm, 45°-os hajlítás után nincsenek repedések; üzemi hőmérséklet -30℃~50℃ (50℃ felett nő a kockázat). Alkalmazások: földbe fektetett csővezetékek (egyenes cső párhuzamos fektetése, könyök/burkolat burkolása), tartályfenéklemezek (gyűrűs fektetés), tengeren/hajókon (ragasztás/szegecselés rögzítés), kóboráramú területek (ZR-2 + szilárdtest leválasztó).
