Sinkofferanode Teknologien har gjennomgått nesten 200 år med utvikling, noe som har resultert i et komplett materialsystem, designstandarder, konstruksjonsspesifikasjoner og drifts- og vedlikeholdssystem. I det ekstremt komplekse miljøet i kjemisk industri utsettes ulike enheter, rørledninger, lagringstanker og stålkonstruksjoner for langvarig ekstrem korrosjon fra sterke syrer, sterke alkalier, høyt saltinnhold, høye temperaturer, høyt trykk og komplekse organiske medier. Korrosjon forårsaker ikke bare direkte økonomiske tap som utstyrsfeil, materiallekkasje og uplanlagte driftsstans, men kan også utløse store sikkerhetsulykker som branner, eksplosjoner og spredning av giftige medier, samtidig som det utgjør alvorlige miljøforurensningsrisikoer.
Sinkofferanode katodisk beskyttelse Teknologien er basert på prinsippet om elektrokjemiske galvaniske celler. Sink og sinklegeringer har et mer negativt elektrodepotensial enn metaller som stål. Gjennom sin foretrukne oksidasjon og oppløsning gir den en kontinuerlig beskyttende strøm til den beskyttede strukturen. Den beskyttede metallstrukturen er polarisert til et korrosjonsbestandig potensialområde, og hemmer dermed fundamentalt forekomsten av korrosjonsreaksjoner. Denne veiledningen gjennomgår systematisk materialtyper, elektrokjemiske arbeidsprinsipper, bruksområder og design av sinkofferanoder innen kjemisk felt, med sikte på å gi omfattende, autoritativ og praktisk teknisk veiledning om sinkofferanodeapplikasjoner for ingeniører, designere og drifts- og vedlikeholdspersonell i kjemisk industri.
Typer av sinkofferanoder
Ytelsen og anvendeligheten til sink offeranoder avhenger først og fremst av deres kjemiske sammensetning, metallografiske struktur og morfologi. For å imøtekomme de ulike behovene til ulike mediemiljøer, driftsforhold og beskyttede objekter i den kjemiske industrien, er det etablert et flerdimensjonalt og standardisert produktsystem. Alle kommersielle produkter må oppfylle de tekniske kravene i autoritative standarder som ASTM B418, ISO 9351 og GB/T 4950-2021.
Anoder av ren sink
Rene sinkanoder bruker sink med høy renhet (≥99.995 %) som basismateriale. Innholdet av skadelige urenheter som jern, kobber og bly kontrolleres strengt. Dette tilsvarer type II-anoder i ASTM B418 og er også type II-anoder med høy renhet av sink i GB/T 4950-2021.
Kjemisk kjernesammensetning (ASTM B418-16a): Aluminium ≤0.005 %, Kadmium ≤0.003 %, Jern ≤0.0014 %, Kobber ≤0.002 %, Bly ≤0.003 %, Resterende sink.
Kjerneytelse: Stabilt åpen kretspotensial (-1.05 V ~ -1.10 V vs. CSE), lav polarisering, ikke lett passivert i jord med lav resistivitet, ferskvann, høytemperatur ferskvann og klorholdige medier, og løses jevnt opp. Strømeffektiviteten kan nå over 90 %. Korrosjonsprodukter er giftfrie og ufarlige, og oppfyller sikkerhetsstandarder for drikkevann.
Gjeldende scenarier: Brukes primært for nedgravde kjemikalierørledninger, tankbunner, vannforsynings- og dreneringsnettverk, høytemperatur ferskvannskjølesystemer og lagringsanlegg for kjemikalier med høy renhet i jordmiljøer med resistivitet ≤15Ω・m. Spesielt egnet for kjemikalieapplikasjoner av næringsmiddelkvalitet og farmasøytisk kvalitet med strenge krav til utfelling av urenheter.
Zn-Al-Cd-anode
Zn-Al-Cd-anoden er den mest brukte klassiske sinkofferanoden i kjemisk industri, og tilsvarer type I-anoder i ASTM B418-standarden. Det er også det mest kommersielt modne sinkanodesystemet globalt, og oppfyller de tekniske kravene i den amerikanske militærstandarden MIL-A-18001K.
Kjerneelementer (ASTM B418-16a): Aluminium 0.1 %~0.5 %, Kadmium 0.025 %~0.07 %, Jern ≤0.005 %, Kobber ≤0.005 %, Bly ≤0.006 %, Resterende sink.
Kjerneytelse: Stabilt åpen kretspotensial (-1.05 V ~ -1.10 V vs. CSE), lav polarisering, ikke lett passivert i jord med lav resistivitet, ferskvann, høytemperatur ferskvann og klorholdige medier, og løses jevnt opp. Strømeffektiviteten kan nå over 90 %. Korrosjonsprodukter er giftfrie og ufarlige, og oppfyller sikkerhetsstandarder for drikkevann.
Aluminium (Al): Foredler legeringskorn, undertrykker de negative effektene av skadelige urenheter som jern, og forbedrer anodens aktivitet i medier med høyt kloridioninnhold;
Kadmium (Cd): Reduserer anodens selvkorrosjonshastighet, fremmer løsning og avløsning av korrosjonsprodukter og forbedrer anodens stabilitet i miljøer med lav temperatur.
Kadmiumfrie sinkanoder
Denne typen anode erstatter kadmium med giftfrie aktiverende elementer som magnesium, tinn, mangan og indium, og oppnår kadmiumfri ytelse samtidig som den utmerkede ytelsen til tradisjonelle Zn-Al-Cd-anoder beholder.
Elementer: Zn-Al-Mg-serien, Zn-Al-Mn-serien, Zn-Al-Sn-In-serien. Den mest brukte er Zn-Al-Mg kadmiumfri anode. Sinkbalanse, aluminium 0.3 % ~ 0.6 %, magnesium 0.05 % ~ 0.2 %, med streng kontroll over skadelige urenheter som jern, kobber og bly, og oppfyller kravene til miljøvennlige anoder av type III i GB/T 4950-2021.
Ytelse: Strømeffektivitet ≥92 %, sammenlignbar med tradisjonelle kadmiumholdige anoder. Utmerket oppløsningsuniformitet, ingen risiko for tungmetallforurensning. God tilpasningsevne i jord, ferskvann og sjøvann. Tilsetning av magnesium forbedrer anodens motstand mot passivering og tilpasningsevne ved lav temperatur.
Gjeldende scenarier: Brukes primært i farmasøytisk og kjemisk industri, næringsmiddel- og kjemisk industri, drikkevannsbehandling og kommunale kjemiske avløpsrørledninger med strenge miljøvernkrav.
Spesielle funksjonelle sinklegeringsanoder
Flere spesielle funksjonelle sinklegeringsanoder er utviklet for å håndtere ekstreme forhold i kjemisk industri, som høy temperatur, høy resistivitet og sterk korrosjon. Blant dem er de mest representative høytemperaturbestandige sinklegeringsanoder og sinkanoder spesielt utviklet for miljøer med høy resistivitet.
Tradisjonelle sinkanoder viser problemer som positiv potensialforskyvning, akselerert intergranulær korrosjon og til og med potensialreversering (sinks elektrodepotensial er mer positivt enn stål, noe som resulterer i tap av beskyttende funksjon) når medietemperaturen overstiger 60 ℃. Dette oppfyller ikke beskyttelseskravene for høytemperatur kjølevann i kjemiske anlegg, geotermiske medier og rørledninger for høytemperaturmaterialer.
Høytemperatur sinkanoder
Jerninnholdet er strengt kontrollert, og spormengder av mangan, krom og andre legeringselementer tilsettes for å optimalisere den metallografiske strukturen. De opprettholder stabil ytelse i høytemperaturmedier fra 50 ℃ til 100 ℃. Disse anodene har blitt brukt med hell i rørledninger for produsert vann med høy temperatur i oljefelt, sirkulerende vannsystemer med høy temperatur i kjemiske anlegg og geotermiske kjemiske anlegg.
Høyresistiv sinkanoder
Ved å tilsette aktiverende elementer som indium og vismut og optimalisere legeringssammensetningen, reduseres anodens polarisasjonshastighet, noe som forbedrer anodens strømutgangskapasitet i medier med høy resistivitet. De kan operere stabilt i jord og ferskvann med en resistivitet på 15~30 Ω·m, noe som utvider bruksområdet til sinkanoder i nedgravde kjemiske anlegg i jord med høy resistivitet og i sirkulerende ferskvannssystemer.
Blokker/plate sinkanoder
Kjerneegenskaper: Enkel struktur, lave produksjonskostnader, fleksibel installasjon, stabil strømutgang og enkel å designe og kontrollere levetid. En intern stålkjerne brukes til sveising eller bolting.
Blokk-/platesinkanoder er den mest grunnleggende og mest brukte strukturformen i kjemisk industri. De er vanligvis støpte anoder med trapesformet, rektangulært eller firkantet tverrsnitt.
Bruksområder: Brukes primært til korrosjonsbeskyttelse av inner- og yttervegger i store lagringstanker for råolje og kjemiske råvarer; beskyttelse av innervegger i store reaktorer og varmevekslerskall; korrosjonsbeskyttelse av bunnplater i stålkonstruksjoner i avløpsrensebassenger; og korrosjonsbeskyttelse av marine kjemiske plattformer og stålkonstruksjoner i dokker. For eksempel bruker bunnen av en lagringstank på 100 000 kubikkmeter vanligvis blokk-sinkanoder med nettingarrangement. Antall anoder installert i en enkelt tank kan nå hundrevis, med en levetid på over 20 år.
Armbånd/ringformede sinkanoder
Viktige funksjoner: Koaksial installasjon med rørledningen, jevn strømfordeling, ingen blindsoner og tilpasningsevne til rørledningsbøyer.
Armbåndslignende sinkanoder er ringformede strukturer spesielt utviklet for korrosjonsbeskyttelse i rørledninger. De består av to halvsirkelformede sinklegeringsblokker som kan monteres direkte på rørledningens yttervegg og festes med bolter eller sveising. En indre stålramme sikrer strukturell styrke og konduktivitet.
Bruksområder i kjemisk industri: Dette er den viktigste beskyttende anodetypen for nedgravde stålrørledninger for kjemiske materialer, undersjøiske rørledninger for transport av kjemiske materialer, vannsirkulasjonsrørledninger for anlegg og rørledninger for innsamling og transport av olje og gass. Den er spesielt egnet for rørledninger som krysser elver, motorveier og jernbaner, samt for korrosjonsbeskyttelse av rørledninger i foringsrør.
Båndsinkanoder
Båndsinkanoder er fleksible båndanoder produsert ved ekstrudering. Tverrsnittet er for det meste rektangulært eller romboidt. Vanlige spesifikasjoner inkluderer en bredde på 15.88 mm ~ 31.75 mm og en tykkelse på 4.76 mm ~ 8.73 mm, i samsvar med ASTM B418 og SY/T 0019 standarder.
Funksjoner: Stort spesifikt overflateareal, høy utgangsstrøm per vektenhet, utmerket fleksibilitet, tilpasningsdyktig til installasjon i trange rom, på ujevne overflater og i komplekse konstruksjoner. Ekstremt jevn strømfordeling løser effektivt problemet med lokalisert beskyttelse ved skadepunkter på belegg. De kan også brukes som jordingsbatterier for beskyttelse mot spredt strøm i kjemiske anlegg.
Bruksområder i kjemisk industri: Brukes primært til korrosjonsbeskyttelse av bunn- og kantplater i kjemikalietanker, korrosjonsbeskyttelse av nedgravde rørledninger i høyresistiv jord, korrosjonsbeskyttelse av PCCP-rørledninger (forspente betongsylinderrør), lokal beskyttelse av komplekse konstruksjoner i kjemiske anlegg, beskyttelse mot spredt strøm for kjemikalierørledninger rundt elektrifiserte jernbaner, og korrosjonsbeskyttelse av innerveggene i varmevekslere og små beholdere i plassbegrensede omgivelser.
Det spesialiserte pakkematerialet er vanligvis en blanding av gipspulver, bentonitt og natriumsulfat i et bestemt forhold. Kjernefunksjonen er å redusere kontaktmotstanden mellom anoden og jorden, fremme jevn anodeoppløsning og forhindre anodepassivering.
Forpakkede sinkanoder består av blokkformede sinkanoder som er forhåndsinstallert i poser av bomull eller syntetisk fiber fylt med et spesialisert kjemisk pakkemateriale. De er en av de vanligste anodeformene som brukes i nedgravde kjemiske anlegg.
Bruksområder i kjemisk industri: Mye brukt til katodisk beskyttelse av nedgravde stålrørledninger, underjordiske lagringstanker, ventilbrønner, fundamenter for stålkonstruksjoner, kabelbaner og andre nedgravde anlegg i kjemiske anleggsområder.
Tilpassede sinkanoder
For å møte behovene for korrosjonsbeskyttelse til spesialutstyr og ikke-standardiserte installasjoner i kjemisk industri, kan Wstitanium tilpasse ulike spesialformede sinkanoder, som skiveformede, halvsirkelformede, U-formede, kileformede og gjengede tilkoblingstyper. Disse anodene er egnet for komplekse konstruksjoner som varmevekslerrørplater, pumpehus, ventiler, omrørere og marint kjemisk utstyr.
Parametere for sinkofferanodekatode
Den beskyttende effekten og levetiden til en sinkofferanode bestemmes av flere viktige elektrokjemiske ytelsesparametere. Disse parameterne er også kjernegrunnlaget for anodevalg og designberegninger i kjemisk industri. Alle parametere må testes og verifiseres i henhold til testmetodene spesifisert i NACE TM0190-standarden.
Åpen kretspotensial (OCP)
Åpenkretspotensialet refererer til det stabile elektrodepotensialet til sinkanoden i et spesifisert elektrolyttmiljø når katoden ikke er tilkoblet og det ikke er noen strømutgang. Det er vanligvis basert på en mettet kobbersulfatreferanseelektrode (CSE), og enheten er V.
En kvalifisert sinkofferanode bør ha et åpen kretspotensial stabilt på -1.05 V til -1.10 V (vs. CSE) i sjøvann ved 25 ℃, og -1.00 V til -1.08 V (vs. CSE) i et jordmiljø. Åpen kretspotensialet er kjerneindikatoren for å bedømme sinkanodens aktivitet.
Driftspotensial (CP)
Driftspotensialet refererer til det stabile elektrodepotensialet til sinkanoden når den avgir normal beskyttelsesstrøm, også basert på CSE (Containment SE). En kvalifisert sinkanode bør ha et stabilt driftspotensial i sjøvann mellom -1.00 V og -1.05 V (vs. CSE), med svingninger som ikke overstiger ±50 mV. Stabiliteten til driftspotensialet bestemmer direkte påliteligheten til den beskyttende effekten. For store potensialsvingninger indikerer ujevn anodeoppløsning, noe som lett kan føre til lokal korrosjon eller passivering.
Kjørespenning
Drivspenningen er forskjellen mellom driftspotensialet til sinkanoden og beskyttelsespotensialet til den beskyttede stålkonstruksjonen. Dette er kjernens drivkraft som driver beskyttelsesstrømmen fra anoden til katoden.
Minimum beskyttelsespotensial for stålkonstruksjoner i jord- og vannmiljøer er vanligvis -0.85 V (vs. CSE). Derfor er den effektive drivspenningen til sinkanoden omtrent 0.15 V til 0.25 V, betydelig lavere enn de omtrent 0.7 V for magnesiumanoder og også lavere enn 0.25V til 0.30V for anoder av aluminiumslegering.
Lav drivspenning er en av hovedfordelene med sinkanoder. Dette forhindrer for høy beskyttelsesstrøm, reduserer risikoen for overbeskyttelse og unngår problemer som hydrogenforsprøhet i stål og avskalling av korrosjonsbelegg forårsaket av overbeskyttelse. Det er spesielt egnet for å beskytte utstyr i høyfast stål i kjemisk industri og konstruksjoner med svært korrosjonsbestandige belegg. Samtidig gjør den lave drivspenningen sinkanoder mer egnet for mediemiljøer med lav resistivitet (resistivitet ≤ 30 Ω·m). I miljøer med høy resistivitet er drivspenningen utilstrekkelig til å drive en tilstrekkelig beskyttelsesstrøm, og beskyttelseseffekten vil bli betydelig redusert.
Teoretisk kapasitans vs. faktisk kapasitans
Kapasitans refererer til mengden elektrisitet som en masseenhet av sinkanode kan frigjøre, målt i A·t/kg. Det er en kjerneparameter som bestemmer anodens levetid. Den teoretiske kapasitansen til sink er 820 A·t/kg, som refererer til den totale mengden elektrisitet som teoretisk kan frigjøres når 1 kg sink løses fullstendig opp. I praktiske anvendelser vil imidlertid den faktiske utgangselektrisiteten være lavere enn den teoretiske verdien på grunn av faktorer som selvkorrosjon av sinkanoden, sidereaksjoner av urenheter og ujevn oppløsning. Dette kalles den faktiske kapasitansen.
I henhold til standarden GB/T 4950-2021 skal den faktiske kapasitansen til en kvalifisert Zn-Al-Cd-zinkanode være ≥780 A·t/kg i sjøvann og ≥740 A·t/kg i jordmiljøer. En høyere faktisk kapasitans indikerer høyere anodeutnyttelse og en mindre anodemasse som kreves for samme designlevetid.
Nåværende effektivitet
Strømeffektivitet refererer til forholdet mellom den faktiske kapasitansen og den teoretiske kapasitansen til en sinkanode, uttrykt som en prosentandel. Det er en kjerneindikator for å evaluere den elektrokjemiske ytelsen til sinkanoder. En kvalifisert sinkanode bør ha en strømeffektivitet på ≥95 % i sjøvann og ≥90 % i jord. Høyrenhetszinkanoder bør ha en strømeffektivitet på ≥85 % i ferskvann. Høyere strømeffektivitet indikerer mindre selvkorrosjon av anoden og en høyere andel effektiv ladning brukt til å beskytte den beskyttede strukturen.
Anodeutnyttelsesgrad
Anodeutnyttelsesgraden refererer til prosentandelen av den totale massen til en sinkanode som effektivt oppløses og forbrukes i løpet av dens levetid. Etter hvert som anoden oppløses ytterligere, oppstår problemer som eksponert jernkjerne, positiv potensialforskyvning og redusert strømutgang, noe som gjør den ute av stand til å fortsette å fungere effektivt. Derfor kan ikke anodeutnyttelsesgraden nå 100 %.
I design er utnyttelsesgraden for blokk-sinkanoder vanligvis satt til 0.8~0.85, og for strip-sinkanoder er den vanligvis satt til 0.9~0.95. Anodeutnyttelsesgraden er en nøkkelparameter i design av den totale anodemassen, som direkte påvirker designlevetiden og økonomien til beskyttelsessystemet.
Faktorer som påvirker sinkanodens ytelse
Den elektrokjemiske ytelsen, beskyttelseseffekten og levetiden til sinkanoder avhenger ikke bare av deres kjemiske elementer og strukturelle morfologi, men også av ulike faktorer som kjemiske miljøforhold, installasjon og driftsstyring. En grundig forståelse av disse påvirkningsfaktorene er en sentral forutsetning for riktig valg og rasjonell design av sinkanoder i kjemisk industri.
Legeringselementer
Forholdet mellom legeringselementer og innholdet av forurensningselementer er grunnleggende faktorer som bestemmer ytelsen til sinkanoder. Tilstrekkelige mengder legeringselementer som aluminium, kadmium, magnesium og mangan kan forbedre kornstørrelsen, forbedre anodeaktiviteten, forbedre oppløsningens jevnhet og redusere hastigheten på selvkorrosjon, mens skadelige forurensningselementer som jern, kobber og bly forringer anodeytelsen betydelig.
Jern er det mest skadelige urenheten i sinkanoder. Jern har ekstremt lav løselighet i sink og utfelles ved korngrensene som en jernrik fase, og danner mikroelementer, akselererer selvkorrosjonen til sinkanoden og reduserer strømeffektiviteten. ASTM B418 fastsetter strengt at jerninnholdet i type I sinkanoder må være ≤0.005 %, og jerninnholdet i type II sinkanoder med høy renhet må være ≤0.0014 %.
Urenheter som kobber og bly kan også øke selvkorrosjonen til sinkanoder, noe som fører til redusert strømeffektivitet og et positivt potensialskifte. Derfor har alle autoritative standarder strenge kontrollkrav til innholdet.
Temperatur
Temperatur er en av de viktigste miljøfaktorene som påvirker ytelsen til sinkanoder. Ved omgivelsestemperaturer (0℃~50℃) øker sinkanodens aktivitet når temperaturen øker, strømmen øker, oppløsningsuniformiteten forbedres og den beskyttende effekten er god. Når medietemperaturen overstiger 60℃, forringes imidlertid ytelsen til tradisjonelle sinkanoder kraftig.
På den ene siden akselererer høye temperaturer selvkorrosjonen til sinkanoden, noe som fører til en betydelig reduksjon i strømeffektivitet og en drastisk forkortet levetid. På den annen side, i vannmiljøer med høy temperatur, endres elektrodepotensialet til sink raskt til positivt, og når temperaturen overstiger 80 ℃, skjer en potensialreversering.
På dette tidspunktet mister sinkanoden fullstendig sin beskyttende funksjon og kan til og med akselerere korrosjonen av stål. Derfor er tradisjonelle sinkanoder strengt forbudt å bruke i kjemiske medier der temperaturen overstiger 60 ℃ i lengre perioder. Spesielle høytemperaturbestandige sinklegeringsanoder må velges for høytemperaturapplikasjoner.
Middels pH-verdi
Mediets pH-verdi bestemmer direkte løselighetsegenskapene til korrosjonsprodukter på sinkanodeoverflaten, og påvirker dermed anodens aktivitet og passiveringsrisiko. Sinkanoder er stabile i nøytrale, svakt sure og svakt alkaliske medier med pH-verdier på 6–12. Korrosjonsprodukter er løse sinkhydroksider og sinksalter, som lett løsner og ikke danner en tett passiveringsfilm.
Når mediets pH-verdi er < 4, i et sterkt surt miljø, akselererer korrosjonshastigheten til sink dramatisk. Selvkorrosjonen er alvorlig, strømeffektiviteten synker betydelig, og anoden vil raskt svikte. Derfor anbefales ikke sinkanoder til bruk i sterkt sure kjemiske medier med pH < 4.
Når mediets pH-verdi er > 12, vil det dannes en tett sinkoksidpassiveringsfilm på sinkanodens overflate. Strømutgangen faller betydelig, og fullstendig passiveringsfeil kan oppstå. Derfor er sinkanoder strengt forbudt å bruke i sterkt alkaliske kjemiske medier med pH > 12.
Medium resistivitet og konduktivitet
Mediets resistivitet og konduktivitet bestemmer direkte motstanden til den katodiske beskyttelseskretsen, og påvirker dermed strømutgangskapasiteten og beskyttelsesområdet til sinkanoden. Sinkanoder har en relativt lav drivspenning (0.15 V ~ 0.25 V), noe som gjør dem mer egnet for mediemiljøer med lav resistivitet.
I medier med lav ohmskhet, som sjøvann og kjemisk avløpsvann med høyt saltinnhold (resistivitet <5Ω·m), viser sinkanoder utmerket strømutgangskapasitet. I jord- og ferskvannsmiljøer med en resistivitet på 5~15Ω·m kan sinkanoder fungere normalt, men kretsmotstanden må reduseres ved å optimalisere anodearrangementet og bruke ledende pakningsmateriale. I miljøer med en resistivitet på 15~30Ω·m bør man velge dedikerte sinkanoder med høy ohmskhet, eller antallet anoder bør økes. Når den medium resistiviteten er > 30Ω·m, er drivspenningen til sinkanoden utilstrekkelig til å drive en tilstrekkelig beskyttelsesstrøm, noe som resulterer i ekstremt dårlig beskyttelse. Bruken anbefales ikke, og magnesiumanoder eller katodiske beskyttelsessystemer med påtrykt strøm bør brukes i stedet.
Kloridionkonsentrasjon
Kloridioner er det vanligste anionet i kjemiske medier. Dette har en betydelig positiv innvirkning på ytelsen til sinkanoder. Kloridioner har ekstremt sterk penetrerbarhet, noe som kan ødelegge passiveringsfilmen på overflaten av sinkanoden, opprettholde anodens aktivitet, fremme jevn oppløsning og forhindre passiveringsfeil.
I medier med høye kloridionkonsentrasjoner (som sjøvann, saltlake fra kloralkaliindustrier og saltholdig kjemisk avløpsvann) viser sinkanoder utmerket aktivitet og høy strømeffektivitet, noe som gjør dem til optimale bruksområder. I ferskvann og rent vann med ekstremt lave kloridionkonsentrasjoner dannes det imidlertid lett en passiveringsfilm på overflaten av sinkanoden, noe som fører til reduksjon i strømutgang eller til og med svikt. Derfor må sinkanoder med høy renhet velges i ferskvannsmiljøer.
Middels strømningshastighet
Strømningshastigheten til det kjemiske mediet påvirker overflatetilstanden og korrosjonshastigheten til sinkanoden. I lavstrømmende medier (strømningshastighet < 1 m/s) kan en moderat strømningshastighet raskt fjerne korrosjonsprodukter fra anodeoverflaten, noe som forhindrer skorpedannelse og passivering. Dette bidrar til å opprettholde anodeaktiviteten og forbedrer strømeffektiviteten.
Når imidlertid mediets strømningshastighet er for høy (strømningshastighet > 3 m/s), akselererer den skurende effekten av høyhastighetsvæsken den mekaniske slitasjen og korrosjonsoppløsningen av sinkanoden, noe som fører til en betydelig raskere anodeforbrukshastighet. Derfor må man i høyhastighetsstrømmende kjemiske medier velge en spesialisert skurebestandig anodestruktur.
Mikroorganismer
Sulfatreduserende bakterier (SRB) og andre mikroorganismer er vidt utbredt i kjemisk avløpsvann, jord og sjøvann. Dette kan utløse mikrobiell korrosjon (MIC), som har en dobbel innvirkning på ytelsen til sinkanoder. På den ene siden reagerer hydrogensulfid, et metabolsk produkt av sulfatreduserende bakterier, med sinkioner for å danne sinksulfid, noe som ødelegger passiveringsfilmen på anodeoverflaten og opprettholder anodens aktivitet. På den annen side akselererer mikroorganismenes livsaktiviteter selvkorrosjonen til sinkanoden, noe som fører til en reduksjon i strømeffektivitet og til og med forårsaker lokalisert gropdannelse og perforering.
I miljøer rike på mikroorganismer, som kjemiske avløpsrensesystemer, oljeholdige avløpsmedier og sumpjord, må det velges sinklegeringsanoder som er motstandsdyktige mot mikrobiell korrosjon.
Anvendelser av sinkofferanoder i kjemisk industri
Kjemisk industri omfatter en rekke undersektorer, inkludert petrokjemikalier, kloralkali, kullkjemikalier, gjødsel, finkjemikalier og legemidler. Disse ulike sektorene viser betydelige variasjoner i produksjonsforhold, mediemiljøer og utstyrstyper, noe som resulterer i ulike korrosjonsegenskaper. Sinkofferanoder, med sine unike ytelsesfordeler, har blitt mye brukt i korrosjonsbeskyttelse av diverse utstyr og stålkonstruksjoner på tvers av flere undersektorer av kjemisk industri, noe som har ført til et modent applikasjonsteknologisystem og standardspesifikasjoner.
Petrokjemisk industri
Den petrokjemiske industrien er den største og mest teknologisk modne delsektoren av kjemisk industri når det gjelder bruksområdet for sinkofferanoder, og dekker hele industrikjeden fra olje- og gassutvinning, innsamling og transport, råoljeraffinering til produksjon av petrokjemiske produkter. Den involverer ulike svært korrosive medier som råolje, raffinert olje, naturgass, svovelholdig avløpsvann og høytemperatur- og høytrykksolje og -gass. Utstyr og stålkonstruksjoner utsettes for komplekse korrosive miljøer over lengre perioder, noe som krever ekstremt høy pålitelighet i korrosjonsbeskyttelse.
Lagringstanker for råolje
Lagringstanker er kjernelagringsutstyret i petrokjemisk industri, inkludert lagringstanker for råolje, lagringstanker for raffinert olje, lagringstanker for kjemiske råvarer og lagringstanker for mellomprodukter. Tankbunnplaten er den mest korroderte delen og det primære bruksscenarioet for sinkofferanoder.
Tankbunnplatens yttervegg: Det brukes ofte en kombinert beskyttelsesordning med prepakkede blokk-sinkanoder og strip-sinkanoder. Anodene er jevnt arrangert i et nett- eller ringmønster i sandlaget på tankfundamentet, kombinert med et asfaltkorrosjonsbelegg, som danner et sammensatt beskyttelsessystem av «belegg + katodisk beskyttelse». Den designede levetiden er vanligvis 15–20 år. For store råoljetanker på 100 000 kubikkmeter og mer, er strip-sinkanoder vanligvis arrangert i en ring langs kanten av tankbunnplaten. Blokkanoder er fordelt i et nettmønster inne i tankbunnen for å sikre jevn strømfordeling og eliminere blindsoner for beskyttelse.
Tankbunnplatens indre vegg: For lagringstanker for råolje, lagringstanker for raffinert olje og lagringstanker for ikke-sterkt sure kjemiske råvarer, er sveisede sinkanoder jevnt sveiset til den indre veggen av tankbunnplaten og direkte nedsenket i mediet, noe som gir beskyttelse for tankbunnplaten og den nedre delen av tankveggen.
Bruksområde: En stor råoljereservebase har 20 råoljetanker med en kapasitet på 100 000 kubikkmeter hver, som alle bruker et katodisk beskyttelsessystem med sinkofferanoder. Hver tank har over 150 blokk-sinkanoder og over 800 meter sinkstrimler. Den totale anodebruken er over 450 tonn, med en levetid på 20 år. Etter 10 års drift viste testing at beskyttelsespotensialet til tankbunnplaten var helt innenfor det akseptable området på -0.85 V til -1.05 V, med en korrosjonshastighet på <0.008 mm/år, noe som viser utmerket beskyttelsesytelse.
Olje- og gassrørledninger
Nedgravde stålrørledninger i petrokjemisk industri inkluderer råoljerørledninger, rørledninger for innsamling og transport av naturgass, transportrørledninger for kjemiske materialer og sirkulerende vannrørledninger. Den totale lengden kan nå titalls til hundrevis av kilometer. Nedgravd under jorden over lengre perioder er de utsatt for flere risikoer, inkludert jordkorrosjon, strøstrømsforstyrrelser og mikrobiell korrosjon, noe som gjør dem utsatt for korrosjon, perforering og lekkasje.
Langdistanserørledninger: For olje- og gassrørledninger med store diametre og lange avstander installeres armbåndslignende sinkanoder jevnt langs rørledningens akse. Avstanden er vanligvis 50–100 meter, kombinert med et 3PE-korrosjonsbelegg for å danne et komposittbeskyttelsessystem.
Nedgravde rørledninger: For små og mellomstore materialrørledninger, sirkulerende vannrørledninger og vannforsynings- og dreneringsrørledninger innenfor kjemiske anleggsområder brukes ferdigpakkede blokk-sinkanoder. De er jevnt nedgravd langs begge sider av rørledningen, eller stripesinkanoder legges parallelt med rørledningens akse.
Kjølevannssystem
Sirkulasjonskjølevannssystemet er et sentralt støttesystem for petroleumsraffineringsenheter. Kloridioner, oppløst oksygen og mikroorganismer i sirkulasjonsvannet kan forårsake alvorlig korrosjon på utstyr som varmevekslere, kondensatorer, kjølevannsrørnettverk og pumper.
Dedikerte sinkanoder for sjøvanns-/ferskvannskjølesystemer brukes, inkludert skiveformede, stavformede og plateformede anoder, som er direkte installert i vannkamrene til varmevekslere, kondensatorrørplater, innerveggene i kjølevannsrør og inne i pumpehuset. I sjøvannssystemer med direkte strømning av kjølevann er sinkanoder mer utbredt, og oppnår strømeffektivitet på over 95 %.
Klor-alkali-industrien
Kjerneproduktene i kloralkaliindustrien er kaustisk soda, klor og hydrogen. Produksjonsprosessen involverer svært korrosive medier som høykonsentrert saltlake, kaustisk soda, saltsyre og våt klor, noe som gjør den til et av de mest korrosive områdene i kjemisk industri. Kjernebruksområdene for sinkofferanoder i kloralkaliindustrien inkluderer:
Saltvannssystemer
Saltvannssystemene i kloralkaliindustrien inkluderer mettede saltvannstanker, saltvannsleveringsrørledninger, klaringstanker og filtre. Disse systemene er konstant utsatt for natriumkloridløsninger med høy konsentrasjon, med kloridionkonsentrasjoner som når over 300 g/L. Utstyr av karbonstål og rustfritt stål er utsatt for alvorlig gropkorrosjon og spaltekorrosjon. Blokk-sinkanoder og strip-sinkanoder, installert på innerveggene i saltvannstanker og langs rørledninger, gir stabil katodisk beskyttelse for karbonstålutstyr, og hemmer effektivt kloridindusert gropkorrosjon. Utstyrets levetid kan forlenges fra 3 år til over 10 år.
Oppbevaring og transport av kaustisk soda
Lagringstanker og rørledninger for flytende kaustisk soda er kjerneutstyr i kloralkaliindustrien. For lagringstanker for flytende kaustisk soda ved romtemperatur med en konsentrasjon ≤32 % brukes katodisk beskyttelse med sinkanode. Det skal bemerkes at pH-verdien til flytende kaustisk soda vanligvis er >12, derfor er den kun egnet for å beskytte bunnplateområdet der vann samler seg. Det er strengt forbudt å bruke den som helhet i flytende kaustisk sodamedier med høy konsentrasjon og høy temperatur.
Sirkulerende kjølevannssystem
I kloralkaliindustrien er stålkonstruksjoner, rørledninger og lagringstanker i sure og saltholdige avløpsrensesystemer beskyttet med forhåndspakkede sinkanoder og sinkanoder av strimler, noe som effektivt hemmer korrosjon i avløpsvann og forlenger anleggets levetid.
Nedgravde rørledningsnettverk og korrosjonsbeskyttelse for tanker
Nedgravde tanker for saltsyre, flytende alkali og materialtransportrørledninger i kloralkalianlegg er utsatt for både jordkorrosjon og korrosjon i mediet. En beskyttende løsning som kombinerer offeranoder av sink med korrosjonsbeskyttelsesbelegg kan effektivt redusere risikoen for korrosjonsperforering.
Kull kjemisk industri
Kullkjemisk industri bruker kull som råmateriale for å produsere kjemiske produkter som kull-til-olje, kull-til-olefiner, kull-til-gass og kull-til-etylenglykol. I ekstremt korrosive miljøer med høy temperatur, høyt trykk, høyt svovelinnhold, høyt kloridioninnhold og høyt ammoniakknitrogeninnhold er utstyrskorrosjon et fremtredende problem. Sinkofferanoder er, på grunn av sin utmerkede motstand mot svovel- og kloridionkorrosjon, mye brukt i offentlige anleggssystemer, lagrings- og transportsystemer og avløpsrensesystemer i kullkjemisk industri.
Avløpssystemer
Svovelholdig avløpsvann og kullforgassingsavløpsvann inneholder høye konsentrasjoner av etsende stoffer som hydrogensulfid, ammoniakknitrogen, kloridioner og fenoler, noe som forårsaker alvorlig korrosjon på stålkonstruksjonene i avløpsvannstanker, rørledninger og utjevningstanker. Offeranoder av sinklegering, installert på innerveggene i avløpsvannstanker og overflaten av stålkonstruksjonene i avløpsvannstanker, hemmer effektivt korrosjon forårsaket av hydrogensulfid og kloridioner. Samtidig kan korrosjonsproduktene fra sink hemme aktiviteten til sulfatreduserende bakterier, noe som reduserer risikoen for mikrobiell korrosjon, noe som gjør det til den mest økonomiske og effektive antikorrosjonsmetoden for kjemiske avløpsvannssystemer for kull.
Lagring, transport og rørledninger
I kullkjemisk industri bruker stålkonstruksjonene i råkullsiloer, lagertanker (metanol, olefiner, olje osv.) og nedgravde rørledninger en sinkofferanode kombinert med et korrosjonshindrende beleggbeskyttelsessystem, som effektivt hemmer jordkorrosjon, atmosfærisk korrosjon og intern mediekorrosjon. Mer spesifikt bruker de indre og ytre veggene i bunnplatene i metanol- og diesellagertanker vanligvis blokksinkanoder for katodisk beskyttelse.
Gjødselindustri
Gjødselindustrien omfatter nitrogengjødsel, fosfatgjødsel, kaliumgjødsel og blandingsgjødsel. Produksjonen involverer svært korrosive medier som ammoniakk, svovelsyre, fosforsyre og urea. Råmaterialer er for det meste fosfatstein og kaliumsalter, som inneholder store mengder klorid- og sulfationer. Utstyrskorrosjon er et fremtredende problem. Sinkofferanoder er mye brukt i lagrings- og transportsystemer, forsyningssystemer og avløpsrensesystemer i gjødselindustrien.
Ammoniakklagrings- og transportsystem
Lagringstanker for flytende ammoniakk og rørledninger for gassformet ammoniakk er kjerneutstyr i nitrogengjødselanlegg. Sulfidene og kloridionene i flytende ammoniakk forårsaker alvorlig korrosjon på lagertanker av karbonstål. Sinkofferanoder, sveiset til innerveggen av tankbunnplaten, hemmer effektivt korrosjon.
Lagring og transport av svovelsyre og fosforsyre
Svovelsyre og fosforsyre er sentrale råvarer for produksjon av fosfatgjødsel. For bunnplatene i lagringstanker for konsentrert svovelsyre og lagringstanker for ferdig fosforsyre brukes katodisk beskyttelse av sinkanoder for å effektivt hemme korrosjon i de vannakkumulerte områdene på tankbunnplaten, noe som forlenger tankens levetid. Det skal bemerkes at sinkanoder er strengt forbudt å bruke i fortynnet svovelsyre eller fortynnet fosforsyremedier med en pH < 4.
Avløpsvannbehandlingssystemer
Nedgravde materialrørledninger, vannforsynings- og dreneringsnettverk og stålkonstruksjoner i avløpsrensebassenger i gjødselanlegg utsettes for langvarige korrosive miljøer med høyt saltinnhold, høyt syreinnhold og høyt alkaliinnhold. Forpakkede sinkanoder og sinkanoder av strips brukes til katodisk beskyttelse. Dette er den vanlige løsningen for korrosjonsbeskyttelse av infrastruktur i gjødselindustrien.
Farmasøytisk og kjemisk industri
Den farmasøytiske og kjemiske industrien involverer en rekke medier, inkludert organiske løsemidler, sterke syrer, sterke alkalier, saltløsninger og farmasøytiske mellomprodukter. Utstyret består hovedsakelig av små og mellomstore reaktorer, varmevekslere, lagringstanker og rørledninger.
Lagringstanker for råvarer
Lagringstanker i farmasøytisk og kjemisk industri er for det meste små til mellomstore tanker fra 10 til 1000 kubikkmeter. Lagringsmediene er for det meste organiske løsemidler, saltløsninger og svake syre-/alkalimedier. Sveisede blokk-sinkanoder og stav-sinkanoder er installert på tankens innervegg for å gi katodisk beskyttelse for tankbunnen og veggene.
Reaksjonsbeholdere og varmevekslere
Kapper, rørplater og endestykker på finkjemiske reaksjonsbeholdere og varmevekslere er de områdene som er mest korrodert. Spesiallagde sinkanoder installeres i sterkt korroderte områder for å gi målrettet katodisk beskyttelse og forhindre lokal korrosjon.
Avløpsvannbehandlingssystemer
Avløpsvann fra farmasøytisk og kjemisk industri har en kompleks sammensetning. Det har et høyt innhold av KOD, ammoniakknitrogen og salt, og er svært korroderende og kan forårsake alvorlig korrosjon i avløpsrenseanlegg og rørledninger. Stripsinkanoder og ferdigpakkede sinkanoder gir katodisk beskyttelse og hemmer effektivt korrosjon i avløpsvann.
Avløpsrensing i kjemiske industriparker
Avløpsrenseanlegg, kommunale kloakknett og rørledninger for gjenvunnet vann i kjemiske industriparker er utsatt for korrosive miljøer med høy KOD, høy saltinnhold, høyt ammoniakknitrogen og høyt mikrobielt innhold. Stålinnstøpte deler, stålrør, porter og utstyrshus i betongtanker utsettes for alvorlig korrosjon. Dette er et sentralt bruksscenario for sinkofferanoder.
For stålkonstruksjoner i luftetanker, sedimentasjonstanker og utjevningstanker i avløpsrenseanlegg er strimmelformede sinkanoder jevnt fordelt langs tankkroppen. For nedgravde avløpsnett og rørledninger for gjenvunnet vann brukes armbåndslignende sinkanoder og ferdigpakkede blokkformede sinkanoder for beskyttelse. For avløpsrenseutstyr, som pumper, porter og slamskraper, brukes tilpassede stavformede og blokkformede sinkanoder.
Konklusjon
Teknologi for katodisk beskyttelse av sinkofferanoder har blitt en av kjerneteknologiene for korrosjonsbeskyttelse av stålkonstruksjoner i den kjemiske industrien. Denne artikkelen introduserer systematisk typene sinkofferanoder som vanligvis brukes i det kjemiske feltet, inkludert sinkanoder med høy renhet, Zn-Al-Cd-anoder, miljøvennlige kadmiumfrie anoder og spesielle funksjonelle anoder klassifisert etter kjemisk sammensetning, samt blokk-, armbånd-, stripe- og ferdigpakkede anoder klassifisert etter strukturell form. Det elektrokjemiske arbeidsprinsippet for sinkofferanoder forklares i detalj, og tydeliggjør den elektrokjemiske naturen til metallkorrosjon og kjernemekanismen for katodisk beskyttelse av offeranoder. Kjerneytelsesparametere som åpen kretspotensial, driftspotensial, drivspenning og strømeffektivitet analyseres i detalj, og påvirkningen av nøkkelfaktorer som legeringssammensetning, temperatur, pH-verdi, resistivitet og kloridionkonsentrasjon på anodeytelsen analyseres omfattende.
De viktigste bruksscenarioene for sinkofferanoder i ulike delsektorer av kjemisk industri gjennomgås grundig, og bruksskjemaer for sinkanoder avklares med tanke på korrosjonsegenskapene til petrokjemisk industri, kloralkaliindustri, kullkjemisk industri, gjødselindustri og finkjemisk industri.
Referanser
[1] ASTM B418-16a(2021), Standardspesifikasjon for støpte og smidde galvaniske sinkanoder[S]. ASTM International, 2021.
[2] ISO 9351:2025, Galvaniske anoder for katodisk beskyttelse i sjøvann og saltholdige sedimenter [S]. Den internasjonale standardiseringsorganisasjonen, 2025.
[3] ISO 15589-2:2024, Olje- og gassindustrier, inkludert lavkarbonenergi – Katodisk beskyttelse av rørledningstransportsystemer – Del 2: Offshore rørledninger [S]. Den internasjonale standardiseringsorganisasjonen, 2024.
[4] ISO 15589-1:2018, Petroleums- og naturgassindustrien – Katodisk beskyttelse av rørledningstransportsystemer – Del 1: Landbaserte rørledninger [S]. Den internasjonale standardiseringsorganisasjonen, 2018.
[5] ASTM F1182-07(2023), Standardspesifikasjon for anoder, offersinklegering [S]. ASTM International, 2023.
[6] NACE TM0190-2018, Standard testmetode for elektrokjemisk ytelse av offeranoder [S]. AMPP (NACE) International, 2018.
[7] NACE RP0176-2020, Korrosjonskontroll av overjordiske lagringstanker i stål for produksjon, rørledninger og raffineritjenester [S]. AMPP (NACE) International, 2020.
[8] MIL-A-18001K, Militærspesifikasjon: Offeranoder, sinklegering[S]. Det amerikanske forsvarsdepartementet, 1993.
[9] DIN 50938:2018, Katodisk beskyttelse av metalliske strukturer – Generelle prinsipper[S]. Deutsches Institut für Normung, 2018.
[10] Deen, KM; Qasim, M.; et al. Evaluering av ytelsen til offeranoder av sink og aluminium i kunstig sjøvann [J]. Journal of Materials Research and Technology, 2020, 9(5), 10512–10521.
[11] Sabti, HK Katodisk beskyttelse av karbonstål ved bruk av sink og magnesium som offeranoder i forskjellige konduktivitetsløsninger [J]. Oriental Journal of Chemistry, 2024, 40(1), 145–153.
[12] Moon, K.; Lee, MH; Baek, TS En studie av galvanisk strømvariasjon av Zn-offeranode laget ved å inkludere et tilsetningsstoff i løsninger med ulik konduktivitet [J]. Materials Science Forum, 2018, 926, 25–30.
[13] Baeza, FJ; Garcés, P.; et al. Korrosjonsoppførsel til sinkofferanoder med forskjellige legeringselementer i betong [J]. Bygg- og byggematerialer, 2017, 154, 1017–1025.
[14] Rincón, JT; Bautista, A.; et al. Ytelse av sinkofferanoder i avsaltingsanlegg [J]. Desalination, 2019, 468, 114087.
[15] Hasan, MA; Aziz, A. Ytelsessammenligning av offeranoder av sink og magnesium for katodisk beskyttelse av stål i sjøvann [J]. Journal of Marine Engineering and Technology, 2017, 16(2), 112–120.
[16] Singh, P.; Kumar, A.; et al. En gjennomgang av katodisk beskyttelse med offeranoder: materialer, design og anvendelser [J]. Journal of Bio- and Tribo-Corrosion, 2022, 8(3), 1-22.
[17] El-Sayed, AM Effekt av temperatur på ytelsen til sinkofferanode i kloridløsninger [J]. Antikorrosjonsmetoder og materialer, 2019, 66(3), 377–383.
