Cink-alumínium-kadmium (Zn-Al-Cd) áldozati anódok a legjobban teljesítő típusok közé tartoznak cink áldozati anódokFő előnyeiknek, mint például a stabil potenciál, a magas áramhatásfok, az egyenletes oldódás és az erős kompatibilitás, köszönhetően a katódos védelem előnyben részesített anyagává váltak tengervízben, sós iszapban és alacsony ellenállású talajkörnyezetben. A Zn-Al-Cd anódok fő alkalmazási tartománya: környezeti hőmérséklet ≤40℃ (a magas hőmérséklet könnyen a hatásfok hirtelen csökkenéséhez vezethet), és közepes ellenállás ≤1500Ω・cm. Ezen a tartományon kívül eső körülmények között speciális, magas hőmérsékletű vagy nagy ellenállású anódokra van szükség.
Trapéz anód
A keresztmetszet egyenlő szárú trapéz alakú. Belső hosszanti acélmaggal rendelkezik (az acélmag anyaga Q235 vagy azzal egyenértékű szénacél, megfelel az EN 10025-2 szabványnak). Az acélmag szabadon lévő végein hegesztési ferdék vagy menetek találhatók a védett szerkezethez való könnyű csatlakoztatás érdekében. A trapéz alakú kialakítás növeli az anód és az elektrolit közötti érintkezési felületet.
Lemezanód
A keresztmetszet téglalap alakú, vékony lemez alakú. A vastagság jellemzően 30-50 mm. Az acélmag beágyazott vagy felülethegesztett, ami könnyű és vékony szerkezetet eredményez. Alkalmas helyszűkében lévő alkalmazásokhoz, például hajó ballasztvíztartályaihoz, tárolótartályok belső falaihoz és tengervízhűtő csőkötegekhez (ASTM B418-20, I. típusú lemezsorozat).
Karkötő anód
Félkör vagy teljesen kör alakú. A belső átmérő pontosan megegyezik a cső külső átmérőjével, és kifejezetten tenger alatti csővezetékekhez és tengeri felszállóvezetékekhez tervezték. A telepítés során közvetlenül a cső külső falára illesztik, így 360°-os kerületi áramlefedést biztosít.
Rúd anód
Ez egy hosszú, hengeres rúd, amelynek átmérője 50-150 mm, hossza 500-2000 mm, beépített központi acélmaggal. Alkalmas olyan alkalmazásokhoz, mint a földbe fektetett csővezetékek és földalatti kábelek, és jellemzően feltöltőanyaggal együtt használják a talajjal való érintkezési ellenállás csökkentésére.
Alkalmas tengervízi és sós iszap környezetekhez, például hajókhoz, tengeri platformokhoz és tenger alatti csővezetékekhez, amelyek ≥90%-os áramhatásfokot és ≥780 Ah/kg kapacitást igényelnek;
Talajanód
Alacsony ellenállású talajokhoz (≤1000 Ω·m), például földbe fektetett csővezetékek és földalatti tárolótartályok körüli talajokhoz alkalmas. ≥65%-os áramhatásfokkal és ≥530 Ah/kg kapacitással rendelkező, visszatöltőanyag használatát igényli;
Elemek és szennyeződések
A Zn-Al-Cd áldozati anódok összetétele kulcsfontosságú elektrokémiai teljesítményük meghatározásában. Az alumínium és a kadmium a fő elemek. A vas, a réz és az ólom a legfontosabb káros szennyeződések, és tartalmi tartományaikat három alapvető szabvány szigorúan meghatározza: az EN 12496:2013 (európai szabvány), az ASTM B418-20 (észak-amerikai szabvány) és a MIL-A-18001K (amerikai katonai szabvány). Bár vannak apró eltérések egyes területeken, specifikációk A három szabvány mindegyike közös alapvető célkitűzéssel rendelkezik: a stabil potenciál biztosítása, az áramhatásfok javítása és a lokalizált korrózió gátlása. Mindhárom szabvány előírja a cinket egyensúlyi elemként, ≥99.995%-os tisztasággal (nagy tisztaságú cink alapanyag, megfelel az ASTM B6-19, cinkre vonatkozó szabvány előírásainak).
| Standard | Alumínium (Al) | Kadmium (Cd) | Vas (Fe) ≤ | Réz (Cu) ≤ | Ólom (Pb) ≤ | Összes szennyeződés ≤ | Cink (Zn) |
| HU 12496: 2013 | 0.3 ~ 0.6 | 0.02 ~ 0.07 | 0.005 | 0.005 | 0.006 | 0.1 | Maradék |
| ASTM B418-20 | 0.1 ~ 0.5 | 0.025 ~ 0.07 | 0.005 | 0.005 | 0.006 | 0.3 | Maradék |
| MIL-A-18001K | 0.1 ~ 0.5 | 0.025 ~ 0.07 | 0.005 | 0.005 | 0.006 | - | Maradék |
Alumínium (Al)
Tartalomtartomány: 0.3%–0.6% (EN 12496) / 0.1%–0.5% (ASTM B418). Fő funkciója az anódszemcse-szerkezet finomítása és az áramhatásfok javítása, az áramhatásfok növelésével a tiszta cink esetében mért 75%-ról több mint 90%-ra (Deen KM és munkatársai, 2019, Korróziótudomány).
Kritikus szabályozás: Ha az Al-tartalom <0.3%, a szemcsefinomítási hatás nem kielégítő, és az áramhatásfok nem felel meg a szabványnak; ha az Al-tartalom >0.6%, az oxidfilm túl vastag, ami könnyen passziváláshoz vezethet, ami az anód kimeneti áramának hirtelen csökkenését, sőt akár a védelmi képesség elvesztését is okozhatja (EN 12496:2013 5.2. szakasz).
Kadmium (Cd)
Tartalomtartomány: 0.02%–0.07% (EN 12496) / 0.025%–0.07% (ASTM B418/MIL-A-18001K). Fő funkciója a potenciáljellemzők optimalizálása és a szemcsék közötti korrózió gátlása. A Cd pontosan szabályozza az anód nyitott és zárt áramkörű potenciálját, -1.05~-1.10 V (Ag/AgCl) értéken stabilizálva azokat, ami nemcsak az acél védőpotenciál-követelményeinek felel meg (≤-0.85 V SCE), hanem elkerüli a hidrogénfejlődést és a túlzottan negatív potenciál által okozott túlvédelmet is (ASTM B418-20 4.1. szakasz).
Kritikus szabályozás: Amikor a Cd-tartalom <0.02%, a potenciál jelentősen ingadozik, és a szemcsék közötti korrózió kockázata megnő; amikor a Cd-tartalom >0.07%, bár a teljesítmény optimális, fennáll a környezetvédelmi megfelelési problémák kockázata (az RoHS irányelv a Cd-tartalmat ≤0.01%-ra korlátozza).
Káros szennyeződések
A káros szennyeződések az anód teljesítményének romlásához vezető fő tényezők. A három fő nemzetközi szabvány teljesen egységes határértékeket határoz meg a Fe, Cu és Pb esetében, és mindegyik előírja, hogy a teljes szennyeződés-tartalom ≤0.1% (EN 12496) / ≤0.3% (ASTM B418) legyen. Minden szennyeződés-vizsgálatot az EN ISO 15607:2008 (közvetlen leolvasású spektrometria) vagy az EN ISO 15609-1:2001 (kémiai analízis) szabvány szerint kell elvégezni. Minden tételből legalább 3 mintát kell venni, és a sikerességi aránynak 100%-nak kell lennie (NACE SP0387-2014).
Vas (Fe): ≤0.005%
Az Fe a legveszélyesebb szennyeződés, amely könnyen képezi a Zn-nel az FeZn₁₃ intermetallikus vegyületet. Ennek a vegyületnek sokkal nagyobb a potenciálja, mint a Zn mátrixnak, nagyszámú mikroakkumulátort képezve az anód belsejében, ami az anód lokalizált önkorrózióját és az áramhatásfok hirtelen csökkenését okozza (a Fe minden 0.001%-os növekedésével a hatásfok 3–5%-kal csökken). Emellett szivacsos korróziós termékeket is termel, amelyek elzárják az áramkimeneti csatornákat (EN 12496:2013 5.3. szakasz).
Réz (Cu): ≤0.005%
A réz (Cu) könnyen felhalmozódik a Zn mátrixban, ami pozitív eltolódást okoz az anód összpotenciáljában, gyengíti az áldozati anód és az acél közötti potenciálkülönbséget, ami elégtelen védőáram-kimenetet és a védett szerkezet korróziómentes zónába polarizációjának képtelenségét eredményezi; amikor a réztartalom >0.005%, az anód nyitott áramkörének potenciálja pozitív lehet -1.00 V-on (Ag/AgCl), teljesen elveszítve védőképességét (ASTM B418-20 4.2. szakasz).
Ólom (Pb): ≤0.006%
A Pb egy alacsony olvadáspontú fázis a Zn mátrixban, és könnyen elkülönül a szemcsehatárokon, ami a szemcsehatárok kötési szilárdságának csökkenéséhez vezet. Az anód oldódása során hajlamos a lokális lepattogzás. Ugyanakkor a Pb jelenléte csökkenti az anód mechanikai szilárdságát, ami a beszerelés során törésre hajlamosítja (MIL-A-18001K 3.3. záradék).
Egyéb szennyeződések (Sn, Ni stb.): Összesen ≤ 0.02%
Bár ezeknek a szennyeződéseknek a tartalma rendkívül alacsony, szinergikusan súlyosbíthatják az anód lokális korrózióját. Ezért a szabvány kifejezetten előírja, hogy a teljes szennyeződéstartalom nem haladhatja meg a megadott határértéket, és azt külön fel kell tüntetni a vizsgálati jelentésben (EN ISO 15607:2008).
Elektrokémiai teljesítmény
A Zn-Al-Cd áldozati anódok elektrokémiai teljesítménye közvetlenül meghatározza a védelmi hatást és az élettartamot. A fizikai és mechanikai tulajdonságok viszont befolyásolják a telepítés megbízhatóságát. Minden mutatót meghatározott vizsgálati szabványokkal kell ellenőrizni. A vizsgálati szabványok az EN 12473:2000 (elektrokémiai vizsgálat), az ASTM G83-19 (talajkörnyezeti vizsgálat) és az EN ISO 8044:2010 (fizikai tulajdonságok vizsgálata). Az alapértelmezett vizsgálati környezeti hőmérséklet ≤30℃, a referenciaelektróda pedig egyenletesen Ag/AgCl (tengervíz közeg) vagy Cu/CuSO₄ (talaj közeg).
Elektrokémiai potenciál
Az elektrokémiai potenciál az anód hatékony védelmének előfeltétele. A tételek közötti eltéréseknek ≤ ±0.02 V-nak kell lenniük, hogy megakadályozzuk a potenciálkülönbségek miatti egyenetlen árameloszlást.
Nyitott áramkör potenciálja
Nyitott áramkörű feszültség (OCP): -1.05V ~ -1.10V (Ag/AgCl-hoz képest, tengervízben); ≤-1.05V (Cu/CuSO₄-hez képest) talajban. Ez a feszültségtartomány több mint 0.2V effektív feszültségkülönbséget biztosít acéllal, megfelelve a védőáram kimenetére vonatkozó követelményeknek.
Zárt áramkör potenciálja
Zártkörű feszültség (CCP): Stabil -1.03 V-on (Ag/AgCl) tengervízben, -0.98 V-on (Ag/AgCl) sós iszapban, ≤ ±0.03 V ingadozásokkal folyamatos kisülés esetén 28 napon belül; ha a zártkörű feszültség pozitívabb, mint -1.00 V, az nem megfelelő teljesítménynek minősül (ASTM B418-20 5.1. szakasz).
Potenciális eltolódás
Potenciáleltolódás: Hosszú távú üzem során az éves potenciáleltolódásnak ≤0.05 V-nak kell lennie. Ha az eltolódás meghaladja a 0.1 V-ot, az anódfogyasztást, a környezeti ellenállás változásait vagy a szennyeződések kicsapódását azonnal ellenőrizni kell (DNVGL-RP-B401:2017 7.3. szakasz).
Kapacitás és áramerősség
Ez a két mutató határozza meg az anód élettartamát. A vizsgálati módszer állandó áramú kisülés. A kisülési áramsűrűség tengervízben 3 mA/cm², talajban pedig 0.03 mA/cm². A vizsgálati időszak 28 nap, a tényleges kapacitást és hatásfokot pedig súlyozással számítják ki.
Tényleges kapacitás
Tényleges kapacitás: Tengervíz anód esetén ≥ 780 Ah/kg; sós iszap anód esetén ≥ 750 Ah/kg; alacsony ellenállású talaj (≤ 500 Ω・m) ≥ 530 Ah/kg; nagy ellenállású talaj (500~1000 Ω・m) ≥ 480 Ah/kg, mindegyik magasabb, mint a tiszta cinkanódok esetében (a tiszta cink tengervíz kapacitása csak 650 Ah/kg).
Jelenlegi hatékonyság
Jelenlegi hatásfok: Tengervíz közeg ≥ 90%; talaj közeg ≥ 65% (megfelelő feltöltőanyag szükséges); a 85% alatti hatásfokot nem minősítik, általában a nem megfelelő Al/Cd tartalom vagy a túlzott Fe szennyeződések miatt (Deen KM, et al. 2019).
Elméleti kapacitás
Faraday törvénye alapján a Zn-Al-Cd anód elméleti értéke 820 Ah/kg. Az áramhatásfok lényegében a tényleges kimeneti töltés és az elméleti érték aránya, tükrözve az anód önkorróziójára gyakorolt gátló hatást (ASTM G102-15, Standard Practice for Calculation of Corrosion Rates and Related Information from Electrochemical Measurements).
Fogyasztási arány
A fogyasztási ráta az anód tervezésének és kiválasztásának egyik fő paramétere, amely az anód éves fogyasztását jelenti egységnyi áramkimenetre vetítve. Közvetlenül meghatározza a beszerelendő anódok számát és a csere ciklusát: tengervíz közeg ≤ 12 kg/(A・a); talaj közeg ≤ 17.25 kg/(A・a); a fogyasztási ráta pozitív korrelációt mutat a környezeti hőmérséklettel, minden 10 ℃-os hőmérséklet-emelkedéssel 8%~10%-kal nő.
Oldódási teljesítmény
Az anódnak egyenletesen kell feloldódnia. A felületi korróziós termékek Zn(OH)₂ és ZnCO₃ laza keverékei. Ezeket a víz áramlása vagy a talajerózió könnyen lemossa, gödrös vagy réskorrózió nélkül. Ha szivacsos korrózió lép fel, az általában a túlzott Fe-szennyeződéseknek (>0.005%) köszönhető; ha passziváló réteg alakul ki, az általában a túlzott Al-tartalomnak (>0.6%) köszönhető.
Hőmérséklet
A Zn-Al-Cd anódok érzékenyek a hőmérsékletre, ami alkalmazásuk egyik fő korlátozó tényezője. A szabvány egyértelműen ≤40 ℃-os alkalmazható hőmérsékletet határoz meg.
≤40℃: Stabil teljesítmény, 90% feletti áramhatásfok és ≤±0.02V potenciálingadozás;
40~49℃: A hatásfok 5%~10%-kal csökken, a kapacitás 700~750 Ah/kg-ra csökken, és az anód önkorróziója fokozódik;
≥54℃: Fennáll a polaritás felcserélődésének veszélye; az anódpotenciál pozitívvá válhat az acélhoz képest, „áldozati anódból” „védett katóddá” válva, ezáltal felgyorsítva a védett szerkezet korrózióját. Használata ebben a hőmérsékleti tartományban szigorúan tilos.
Fizikai és mechanikai tulajdonságok
A fizikai tulajdonságok biztosítják az anód képződésének minőségét, a mechanikai tulajdonságok pedig azt, hogy az anód ne sérüljön a telepítés és szervizelés során. Minden indikátort tételenként kell ellenőrizni.
Fizikai tulajdonságok
Sűrűség: 7.14 g/cm³, öntés utáni sűrűségingadozás ≤ ±0.02 g/cm³, a zsugorodási üregek és pórusok miatti elégtelen effektív tömeg elkerülése érdekében;
Megjelenés: A felület repedésektől, zsugorodási üregektől, pórusoktól, salakzárványoktól és egyéb hibáktól mentes, a felületi érdesség Ra ≤ 6.3 μm (EN ISO 8044:2010);
Acélmag kötési szilárdsága: Nincs rés az acélmag és a cinkötvözet közötti határfelületen, szakítószilárdság ≥ 30 MPa.
Mechanikai tulajdonságok
- Szakítószilárdság: ≥120 MPa;
- Nyúlás: ≥2%;
- Hajlítási teljesítmény: Nincsenek repedések 45°-os hajlítás után (MIL-A-18001K 4.2. záradék);
- Torziós teljesítmény: A katonai minőségű eloxált anyag torziós szilárdságát ≥12000 psi-nek kell biztosítani.
Közös anód specifikációk
A Zn-Al-Cd áldozati anódoknak nincs egységes nemzetközi modellmegjelölésük, de a mérettűrések szigorúan követik az EN 12496:2013 és az ASTM B418-20 szabványokat. Az ipari szabványú modelleket a szerkezeti forma és a súly alapján osztályozzák. Az alábbiakban a nemzetközi mérnöki projektekben leggyakrabban használt specifikációk találhatók. Minden méret az EN 12496:2013 A függelékéből és az ASTM B418-20 B függelékéből származik, és a legtöbb alkalmazáshoz alkalmas. Az egyedi anódtűréseknek meg kell felelniük a „súly > 50 kg ±3%, ≤ 50 kg ±5%” alapvető követelménynek.
Trapéz anódok
Tűrések: Hosszúság ±3% vagy ±25 mm (amelyik szigorúbb); Szélesség ±5%; Vastagság ±10%; Egyenesség ≤ 2%-a a hossznak; Acélmag szabadon lévő hossza ≥ 50 mm.
| Modell | Szekcióméret (mm) | Hosszúság (mm) | Nettó súly (kg) | Alkalmazás |
| ZAC-T1 | 40+48×45 | 600 | 9 | Hajó külső lemezei, dokk acél cölöpök |
| ZAC-T2 | 52+56×54 | 600 | 12.5 | Hajóballaszt tartályok, sárvédők. |
| ZAC-T3 | 58+64×60 | 550 | 15 | Kikötői kikötőcölöpök. |
| ZAC-T4 | 115+135×130 | 500 | 61 | Tengeri platform csőállványok. |
| ZAC-T5 | 115+135×130 | 1000 | 122 | Szélturbinák monopile alapjai, tengeri platformok. |
Lemezanód
Tűrések: Hosszúság ±2%; Szélesség ±2%; Vastagság ±1 mm; Felület síksága ≤2 mm/m; Acélmag beágyazási mélysége ≥20 mm a leválás megakadályozása érdekében.
| Modell | Méret (mm) | Nettó súly (kg) | Rögzítő | Alkalmazás |
| ZAC-P1 | 180 80 × × 12 | 5 | Meghúzva | Tengervízszivattyúk, kis hőcserélők. |
| ZAC-P2 | 300 100 × × 35 | 6.5 | Hegesztett | Hajókabinok, kis tárolótartályok. |
| ZAC-P3 | 400 100 × × 55 | 15 | Hegesztett | Nagy hőcserélők, tárolótartály belső falak. |
| ZAC-P4 | 600 120 × × 50 | 25 | Hegesztett | Tengervíz sótalanító berendezések, keringtető víztartályok. |
Karkötő anód
Tűrések: A belső átmérő tűrését a csőátmérő szerint osztályozzák (≤300 mm: 0/+4 mm; 300~610 mm: 0/+6 mm; >610 mm: 0/+1%); vastagság ±3 mm; a félkör alakú anódok illesztési héza ≤2 mm; az egyes darabok súlya a csőátmérőhöz igazodik az áramlefedettség biztosítása érdekében.
| Csőátmérő (mm) | Belső átmérő (mm) | Vastagság (mm) | Súly (kg) | Telepítési távolság (m) | Referencia-szabvány |
| 150 | 150 + 4 | 50 | 12 | 8 | DNVGL-RP-F103 |
| 300 | 300 + 6 | 60 | 25 | 10 | DNVGL-RP-F103 |
| 610 | 610 + 6 | 80 | 58 | 12 | DNVGL-RP-F103 |
| 1000 | 1000 + 10 | 100 | 120 | 15 | DNVGL-RP-F103 |
| 1200 | 1200 + 12 | 120 | 180 | 15 | DNVGL-RP-F103 |
Rúd-anód
Tűrések: Átmérő ±2%; Hossz ±3%; Egyenesség ≤1% a hosszban; Acélmag középponti elrendezése ≤3 mm eltéréssel, töltőanyaggal való tokozásra alkalmas (töltőanyag összetétele: 70% gipsz + 20% bentonit + 10% nátrium-szulfát, ASTM G83-19).
| Modell | Átmérő (mm) | Hosszúság (mm) | Nettó súly (kg) | Ellenállás (Ω·m) |
| ZAC-R1 | 50 | 1000 | 14.5 | ≤ 500 |
| ZAC-R2 | 80 | 1500 | 43 | 500 ~ 800 |
| ZAC-R3 | 100 | 2000 | 112 | 800 ~ 1000 |
Zn-Al-Cd áldozati anód alkalmazások
A Zn-Al-Cd áldozati anódok alkalmasak tengervízben, sós iszapban és alacsony ellenállású talajban (≤1000 Ω·m) való használatra, ≤40℃ környezeti hőmérsékleten. Stabil teljesítményüknek és kiforrott alkalmazási megoldásaiknak köszönhetően tengerészeti, olaj- és gázipari, kommunális, ipari és megújuló energia szektorokban használják őket.
Hajók
A Zn-Al-Cd anódok legkorábbi alkalmazási területei a hajók, amelyek alkalmasak hajótestek, rekeszek és csővezetékek gyártására. Az alapvető szabványok a DNVGL-RP-B401:2017 és az IMO tengeren való életbiztonságról szóló nemzetközi egyezménye (SOLAS), amelyek a hajó szárazdokkolási ciklusát (5-10 év) lefedő védelmi élettartamot írnak elő.
Hajótest
Trapéz anódokhoz (ZAC-T1~T3) alkalmas, 10-15 m²/anód telepítési sűrűséggel, 3 mA/cm² áramsűrűséggel és -1.00 és -1.05 V között szabályozott potenciállal (SCE). Kerülje a hajótest alján hajófenék festékkel borított területeken való telepítést, hogy megakadályozza az anód korróziós termékeinek a hajófenék hatását.
Ballasztvíztartályok / Üzemanyagtartályok
Alkalmas lemezanódokhoz (ZAC-P2~P3), rögzítés: hegesztésA rekeszenként telepített anódok számát a rekesz térfogata alapján számítják ki (1000 m³ rekesz térfogat ≥ 8 x 15 kg-os anód).
Tengervíz-hűtőrendszer
Kompatibilis rúd alakú vagy kis lemez alakú anódokkal (ZAC-P1). A kondenzátor bemeneténél és a csőlemeznél kell felszerelni, 5-8 m távolságra egymástól, hogy megakadályozzák a korróziót és a biofoulingot a csövek belső falán, miközben elkerülik a csővezetékek eltömődését az anód oldódási termékei miatt.
Hajcsavarok és kormánylapok
Kis trapéz alakú anódokhoz alkalmas, közvetlenül a propeller agyára hegesztve és oldalkormány pengék. Minden alkatrészre 2-4 anód van felszerelve, -1.03 V (Ag/AgCl) feszültségszabályozással, hogy megakadályozzák a kavitációs korrózió és az elektrokémiai korrózió szinergikus hatásait.
Tengeri
A Zn-Al-Cd anódokat gyakran használják nagy teherbírású korróziógátló bevonatokkal kombinálva (száraz filmréteg vastagsága ≥300 μm). Az alapvető szabványok az EN 12496 és a DNVGL-RP-B401, amelyek alkalmasak peronokhoz, dokkokhoz, szélerőmű-szerkezetekhez stb.
Tengeri fix platformok (Jack/Jack-up platformok)
Nagyméretű trapéz anódokhoz (ZAC-T4~T5) alkalmas, darabonként 50~122 kg súlyú. A köpeny lábaihoz és gerendáihoz hegesztve. A szerelési távolság 2~3 m, az áramsűrűség 2.5 mA/cm², epoxi bevonattal kombinálva, a tervezett élettartam ≥25 év.
Kikötői és dokklétesítmények
A dokk acélcölöpök, kikötőoszlopok és sárvédő rendszerek trapéz alakú anódokkal (ZAC-T2~T3) vannak felszerelve. Minden acélcölöpön 2-4 anódot szerelnek fel, 1 méterrel az árapály-zóna alá eltemetve, hogy megakadályozzák az árapály-változások okozta nedves-száraz ciklusok miatti gyorsuló anódfogyást. A tenger alatti hídcölöpök alapjai rúd alakú anódokkal (ZAC-R2~R3) vannak ellátva, amelyeket feltöltőanyaggal ágyaznak be. Minden cölöp 4-6 anóddal van felszerelve, ami ≥15 éves védelmi élettartamot biztosít.
Tengeri szélerőművek
Nagy gyűrű- vagy trapézanódokat használnak. A monopile alapozások 4-8 anóddal vannak felszerelve, amelyek egyenként 500~1000 kg súlyúak. Ezeket a monopile víz alatti szakaszához hegesztik, és ellenállnak az ≤5 m/s tengervíz áramlási sebességnek. Az esetleges ellenőrzést negyedévente végzik, az EN ISO 24656:2022 szabvány követelményeinek megfelelően, ≥30 éves tervezett élettartammal.
Árapály-/hullámenergia-eszközök
Szabálytalan alakú anódokhoz igazítva, a készülék víz alatti szerkezetéhez igazítva. Erős vízáramlással szembeni ellenállást igényel. Az anód felülete erózióálló kezeléssel rendelkezik. 3.5 mA/cm² áramsűrűség, komplex tengeri dinamikus környezetekhez alkalmas.
Olaj és gáz
Az olaj- és gáziparban a csővezetékek, platformok és tárolótartályok mind alkalmasak a katódos védelemre. Az alapvető szabványok az API RP 2A, az API RP 651 és a DNVGL-RP-F103, amelyek egyensúlyt teremtenek a biztonság és a gazdaságosság között.
Tenger alatti olaj- és gázvezetékek
A karkötő típusú anódok alkalmasak erre az alkalmazásra, és kizárólagos anódtípusokat jelentenek ebben a forgatókönyvben. A specifikációk 150 és 1200 mm közötti csőátmérőkre, 10-15 méteres telepítési távolsággal állnak rendelkezésre. Minden cső „párosított félkör alakú anódokat” használ a teljes kerületi védelem biztosítása érdekében. A tervezett élettartam ≥50 év (pl. az Északi Áramlat földgázvezeték Zn-Al-Cd karkötő anódokat használ, amelyek tervezett élettartama 50 év);
FPSO
Az FPSO hajótestek, tárolótartályok és rakodókarok alkalmasak trapéz és lemezes anódokhoz. A hajótest anódjai megfelelnek a hajózási szabványoknak. A tárolótartályok belső falai az API RP 651 szabványnak felelnek meg. A rakodókarok kis, rúd alakú anódokkal vannak felszerelve, hogy megakadályozzák a tengervíz és a nyersolaj váltakozó korrózióját;
Eltemetett olaj- és gázvezetékek
Kompatibilis a rúd alakú anódokkal (ZAC-R1~R3), csak ≤1000 Ω・m fajlagos ellenállású talajokhoz (például agyag és vizes élőhelyek) alkalmas. Töltőanyaggal (7:2:1 gipsz - bentonit - nátrium-szulfát) tokozva. Kilométerenként 10-15 készletet telepítenek, készletenként 3 anóddal, a védelmi távolság növelése érdekében impulzusáramú katódos védelemmel együtt használják.
Óvintézkedések
Áramsűrűség: A környezetnek megfelelően állítsa be: tengervíz 3mA/cm², sós iszap 2.5mA/cm², talaj 0.03mA/cm². Bevonatos területek esetén az áramsűrűség 0.5mA/cm²-re csökkenthető;
Töltetanyag: Talajban történő alkalmazáshoz kötelező a töltetanyag használata. Összetétele 70% gipsz + 20% bentonit + 10% nátrium-szulfát. A töltés vastagságának ≥100 mm-nek kell lennie az érintkezési ellenállás csökkentése, a nedvességtartalom fenntartása és az áramhatásfok ≥70%-ra növelése érdekében.
Telepítési távolság: Számítsa ki a távolságot az anód súlya és az áramkövetelmények alapján, hogy elkerülje a túlzott távolság miatti védelmi holttereket és az elégtelen távolság miatti anódveszteséget;
Potenciálmonitorozás: Legalább negyedévente egyszer végezzen monitorozást Ag/AgCl (tengervíz) vagy Cu/CuSO₄ (talaj) referenciaelektróddal. Ha a potenciál pozitívabb, mint -0.85 V (SCE), azonnal további anódokat kell hozzáadni;
Hőmérséklet-szabályozás: Szigorúan tilos 40 ℃ feletti környezetben használni. Magas hőmérsékletű alkalmazásokhoz alumínium-cink-indium (Al-Zn-In) anódokat kell használni.
Kihívások
A Zn-Al-Cd anódok jelenlegi alkalmazása és fejlesztése két fő kihívással néz szembe: egyrészt a környezeti nyomás, mivel a kadmium toxicitása szigorú korlátozásokhoz vezet olyan szabályozások értelmében, mint az RoHS és a REACH. A magas kadmiumtartalmú készítmények (0.02~0.07%) egyre korlátozottabbak a polgári alkalmazásokban; másrészt nem felelnek meg a magas hőmérsékletű és nagy ellenállású környezetekhez, a hatásfok 40°C feletti környezetben meredeken csökken, valamint nem adnak ki elégséges áramot nagy ellenállású talajokban (>1000 Ω·m).
Best Practices
A potenciál és a hatékonyság megőrzése mellett csökkentse a kadmiumtartalmat 0.01% alá (RoHS-kompatibilis), vagy helyettesítse a kadmiumot környezetbarát elemekkel, például In-nel és Sn-nel. Nyomokban hozzáadott Ti és Zr elemek javítják az anód magas hőmérsékleti stabilitását, 60 ℃-ra növelve az alkalmazható hőmérsékleti határértéket, így alkalmassá téve a mélytengeri magas hőmérsékletű olajmező-forgatókönyvekhez.
Szigorúan ellenőrizni kell az összetételt az EN 12496 szabvány szerint, nagy tisztaságú cink alapanyagokat kell használni, és kerülni kell a Fe szennyeződést az olvasztás során. Minden egyes tétel esetében el kell végezni az összetétel vizsgálatát, és minden egyes tétel esetében átfogó elektrokémiai vizsgálatot; exportált áldozati anódok esetében előzetesen meg kell erősíteni a célrégió szabványait (európai EN 12496, észak-amerikai ASTM B418) és környezetvédelmi követelményeit, hogy elkerüljék a túlzott kadmiumtartalom miatti vámkezelési problémákat.
Referencia
- EN 12496:2013, Cinkötvözetből készült áldozati anódok katódos védelemre tengervízben és sótartalmú iszapban
- ASTM B418/B418M-20, Cinkötvözetből készült áldozati anódok szabványos specifikációja
- MIL-A-18001K, áldozati cinkanódok
- ISO 9351:2025, Áldozatanódok katódos védelemhez – Általános követelmények
- EN 12473:2000, Katódos védelem – Szókincs és általános követelmények
- ASTM G83-19, Szabványos vizsgálati módszer fémszerkezetek katódos védelmére talajban
- DNVGL-RP-B401:2017, Katódos védelem tervezése
- DNVGL-RP-F103:2016, Tenger alatti csővezetékek katódos védelme
- API RP 2A WSD, Ajánlott gyakorlat rögzített tengeri platformok tervezéséhez, kivitelezéséhez és építéséhez – Munkaterhelés-tervezés
- API RP 651:2014, Föld feletti tárolótartályok katódos védelme
- EN ISO 24656:2022, Tengeri szélturbina-szerkezetek katódos védelme
- EN ISO 15607:2008, Fémes anyagok roncsolásmentes vizsgálata. Szikra-optikai emissziós spektrometria. Útmutató a módszerek kiválasztásához
- EN ISO 15609-1:2001, Hegesztés. Hozzanyagok. Bevonatos elektródák, huzalok, rudak és porbeles elektródák előírásai acélok ömlesztőhegesztéséhez. 1. rész: Általános követelmények
- NACE SP0387-2014, Öntött galvánanódok kohászati és ellenőrzési követelményei tengeri alkalmazásokhoz
- ASTM G16-20, Katódos védelem szerkezeteken történő alkalmazásának szabványos gyakorlata
- ASTM G102-15, Standard gyakorlat a korróziós sebességek kiszámításához és a kapcsolódó információkhoz elektrokémiai mérésekből
- Deen KM és munkatársai 2019, Cink és alumínium áldozati anódok teljesítményének értékelése mesterséges tengervízben, Corrosion Science, 155:108-118
- AWWA D106-2016, Áldozati anódos katódos védelmi rendszerek acél víztároló tartályok belső, víz alatti felületeire
- 1907/2006/EK rendelet a vegyi anyagok regisztrálásáról, értékeléséről, engedélyezéséről és korlátozásáról
- 2011/65/EU RoHS irányelv, Egyes veszélyes anyagok elektromos és elektronikus berendezésekben való alkalmazásának korlátozása
