ICCP katodisk beskyttelse for vannbevaring

Vanntekniske prosjekter omfatter kritiske konstruksjoner som reservoardemninger, vannledningsrørledninger, fundamenter for kryssende broer, havneterminaler og vannkraftverk. Disse konstruksjonene opererer over lengre perioder i komplekse korrosive miljøer, inkludert ferskvann, sjøvann og fuktig jord, noe som gjør dem svært utsatt for korrosjonsskader.

Imponerte nåværende katodisk beskyttelse (ICCP) har blitt den foretrukne korrosjonsbeskyttelsesløsningen for store hydrauliske prosjekter. Hjelpeanoden, som kjerneaktuatoren i ICCP-systemet, spiller en avgjørende rolle i å overføre den påtrykte strømmen gjennom elektrolytten til den beskyttede strukturen. Ytelsen bestemmer direkte ensartetheten av beskyttelsesstrømfordelingen, systemets driftsstabilitet og den totale beskyttelseslevetiden.

Hjelpeanoder må oppfylle kjernekrav som utmerket konduktivitet, sterk korrosjonsbestandighet, lavt forbruk og pålitelig mekanisk styrke. Med tanke på mediets egenskaper (ferskvann, sjøvann, jord) og strukturelle egenskaper i hydrauliske prosjekter, er vanlige anodetyper hovedsakelig delt inn i følgende kategorier:

(I) Anoder for blandet metalloksid (MMO)

MMO titan anoder er for tiden de mest brukte høyytelsesanodene innen hydraulikk. De bruker titan som substrat og er belagt med blandede metalloksidbelegg som rutenium-iridium og iridium-tantal, som kombinerer høy strømeffektivitet med ultralang levetid. Kjernefordelene deres ligger i deres høye driftsstrømtetthet (opptil 100–200 A/m²), lave polarisering og et forbruk på bare 0.001–0.01 kg/A・a i sjøvann og ferskvannsmedier, med en levetid på over 20 år.

Nettanoder: Disse dannes ved kryssveising av MMO-stripsanoder med titanforbindelsesstykker. De gir jevn strømfordeling, krever ingen etterfylling og er egnet for beskyttelse av store konstruksjoner som tankbunnplater, demningsbetongarmering og føringsrammer.

Rørformede anoderEgnet for anodelag i dype brønner eller distribuert utplassering under vann. I jord med høy motstand eller dyphavsmiljøer kan flere anoder seriekobles for å øke strømutgangen.

Fleksible anoder: Bruk titantråd som ledende kjerne, belagt med MMO og isolert. De kan bøyes og arrangeres for å passe til komplekse uregelmessige strukturer, for eksempel lokalisert beskyttelse for fundamenter for bropæler over sjø og sjøkabelrør.

(II) Anoder av støpejern med høyt silisiuminnhold

Anoder av støpejern med høyt silisiuminnhold (silisiuminnhold 14–17 %) er representative for tradisjonelle høyytelsesanoder. De har god konduktivitet og korrosjonsbestandighet, noe som tillater strømtettheter på 5–80 A/m². De er stabile i ferskvann, jord og svakt sure medier. En derivattype, den kromholdige støpejernsanoden med høyt silisiuminnhold, forbedrer motstanden mot sulfationkorrosjon på grunn av tilsetning av krom, noe som gjør den spesielt egnet for tøffe miljøer som saltholdig jord og kystjord. Denne typen anode har høy mekanisk styrke og skades ikke lett av erosjon fra vannstrømmer eller kollisjoner i konstruksjoner, men den er tung og krever en støtteramme for fast installasjon. Den brukes ofte i anodelagsoppsettet til reservoardemningsfundamenter og underjordiske vannrørledninger.

(III) Grafittanoder

Grafittanoder bruker naturlig eller kunstig grafitt som råmateriale. De har utmerket konduktivitet og er rimelige, noe som gjør dem egnet for ferskvannsmiljøer med lav jordmotstand. Fordelene deres inkluderer lav polarisering og stabil strømutgang, men de har dårlig mekanisk styrke og er sprø og sprekker lett, noe som krever ekstra beskyttelse under sterke vannstrømningspåvirkninger eller konstruksjon. Grafittanoder må brukes sammen med koksfylling for å danne et anodelag for å redusere jordingsmotstanden og forlenge levetiden. De brukes ofte i rørledningsbeskyttelsessystemer for små og mellomstore vannbesparelsesprosjekter.

(IV) Fleksible polymeranoder

Fleksible polymeranoder består av en kobberkjerneleder, et ledende polymerbelegg (med tilsatt karbonpulver) og en ytre kappe, også kjent som kabelanoder. De er lette, kan legges kontinuerlig, gir jevn beskyttende strømfordeling og unngår effektivt spredt strøm. Driftsstrømtettheten er relativt lav, men den kan plasseres nær den beskyttede strukturen, noe som gjør den egnet for vannvernprosjekter med komplekse rørnettverk og flere metallkonstruksjoner, for eksempel den tette stålrørspælbeskyttelsen av havneterminaler. Det skal bemerkes at denne typen anode ikke er egnet for bruk i kloakk eller medier med høyt saltinnhold, da dette kan akselerere aldringen av det ledende polymerbelegget.

(V) Skrapstålanoder

Skrapstålanoder er laget av skrapvinkelstål, kanalstål og andre stålprodukter. De er allment tilgjengelige og ekstremt rimelige. De er løselige anoder, og overflaten frigjør ikke lett gass, noe som eliminerer problemer med gasslås. Forbruket er imidlertid høyt (omtrent 9–12 kg/År), og levetiden er kort. De er kun egnet for midlertidig beskyttelse eller kortsiktig nødbeskyttelse i jord med høy motstand, for eksempel midlertidig korrosjonsbeskyttelse under nødreparasjoner av vannbesparelsesprosjekter.

Retningslinjer for valg av anode

Valg av anode krever omfattende vurdering av det dielektriske miljøet, strukturelle egenskaper, beskyttelseskrav og økonomi, i henhold til prinsippene om «miljømessig egnethet, strømkompatibilitet, forlenget levetid og kostnadskontroll». Spesifikke trinn og nøkkelfaktorer er som følger.

(I) Definere miljøkorrosjonsnivået

Korrosjonsintensiteten varierer betydelig på tvers av ulike hydrologiske miljøer. Krav til anodens korrosjonsbestandighet må primært bestemmes basert på medietypen:

Sjøvannsmiljø (havner, offshoreplattformer): Høy saltspray, sterke havstrømmer og høye kloridionkonsentrasjoner nødvendiggjør bruk av MMO-anoder (nett- eller rørformede), som har utmerket kloridkorrosjonsbestandighet. For eksempel bruker offshoreplattformen «Guanhai nr. 1» MMO-anodesett for å tilpasse seg miljøer med høy saltspray.

Ferskvannsmiljø (reservoarer, innlandsvassdrag): Korrosjonen er relativt svak. Anoder av støpejern med høyt silisiuminnhold eller grafittanoder kan velges, for å balansere ytelse og kostnad.

Tidevannssoner og sprutsoner: Vekslende våte og tørre forhold fører til alvorlig korrosjon. Høyfaste, erosjonsbestandige MMO-nettanoder eller lange, stripeformede anoder av støpejern med høyt silisiuminnhold er nødvendig for å redusere anodeslitasje fra vannstrøm.

Jord-/undersjøiske soner: Valget er basert på resistivitet. Grafittanoder kan brukes til jord med lav resistivitet, mens kromholdige støpejernanoder med høyt silisiuminnhold eller MMO-anodelag foretrekkes for jordmiljøer med høy resistivitet eller saltholdig jord.

(II) Beregning av strømbehov

Det nåværende kravet bestemmes basert på det beskyttede materialet og miljøet. For karbonstål er kravet 100–200 μA/m² i sjøvann og 50–100 μA/m² i ferskvann. For konstruksjoner med intakte belegg kan dette reduseres til 20–50 μA/m².

Total beskyttelsesstrøm: Beregnes ved å multiplisere det totale overflatearealet til den beskyttede strukturen med strømtettheten. Det bør reserveres en margin på 10–20 % for å imøtekomme miljøendringer.

Anodeutgangsstrøm: Utgangsstrømmen til en enkelt anode må samsvare med det totale strømbehovet. Antall anoder kombineres i serie eller parallelt for å sikre jevn strømfordeling. For eksempel kan store kappestrukturer beskyttes ved å plassere flere anoder på forskjellige steder for å oppnå presis beskyttelse.

(III) Evaluering av anodekjernens ytelse

Prioriter lavforbruksanoder (som MMO-anoder) for å redusere utskiftingsfrekvensen, spesielt egnet for prosjekter med vanskelig drift og vedlikehold, som dyphavs- og avsidesliggende områder;

Mekanisk styrke: I områder med sterk påvirkning av vannstrømmen (som overløp fra vannkraftverk og fundamenter for bropæler over sjø), bør det velges slagfaste og bruddsikre anoder (anoder med høyt silisiuminnhold i støpejern, rørformede MMO-anoder);

Polarisasjonsegenskaper: Lavpolarisasjonsanoder (som MMO, grafitt) kan sikre langsiktig stabil utgangsstrøm og unngå beskyttelsesfeil på grunn av polarisering;

Installasjonskompatibilitet: Fleksible anoder foretrekkes for komplekse, uregelmessige strukturer (som stiger, anti-setningsbokser), mens nettinganoder er egnet for store, plane strukturer (som tankbunnplater).

(IV) Kompatibilitet og økonomi

I miljøer med flere metallkonstruksjoner (som tette portrørnettverk) bør fleksible eller nettinganoder foretrekkes for å redusere strømforstyrrelser i omkringliggende konstruksjoner.

Drifts- og vedlikeholdskostnader: For store prosjekter med langvarig drift (som sjøbroer og havvindparker) bør man velge anoder med lang levetid (MMO-anoder) for å redusere senere utskiftingskostnader. For midlertidige prosjekter kan stålskrapanoder eller grafittanoder brukes til å kontrollere den opprinnelige investeringen.

Strømforsyningstilpasning: Anodetypen må samsvare med potensiostatens utgangsegenskaper. I miljøer med høy motstand bør anoder med lav jordingsmotstand (som for eksempel anodelag i dype brønner) velges for å sikre effektiv effekt.

(V) Samsvar med bransjestandarder og spesifikasjoner

Valg av anode må 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 å sikre at materialytelse, potensialkontroll, strømtetthet og andre parametere oppfyller standardene. For prosjekter for bevaring av sjøvann kreves det også sertifisering fra autoritative institusjoner som klassifiseringsselskaper for å sikre systemets pålitelighet.