MONITORING SYSTEM FOR SACRIFICIAL ANODES CATHODIC hrbi.hr/sorta2012/files/rad68.pdf ·...

Click here to load reader

  • date post

    22-Oct-2020
  • Category

    Documents

  • view

    0
  • download

    0

Embed Size (px)

Transcript of MONITORING SYSTEM FOR SACRIFICIAL ANODES CATHODIC hrbi.hr/sorta2012/files/rad68.pdf ·...

  • Krešimir KEKEZ, PA-EL d.o.o., Dubrovčan 33 A, 49214 Veliko Trgovišće Ivan STOJANOVIĆ, Fakultet strojarstva i brodogradnje, Ivana Lučića 5, 10000 Zagreb

    Dražen PAŽMETA, PA-EL d.o.o., Dubrovčan 33 A, 49214 Veliko Trgovišće

    MONITORING SYSTEM FOR SACRIFICIAL ANODES CATHODIC PROTECTION

    Summary

    During its life time the ship is challenging a several influences that can cause

    destruction of protective coatings, leading to the initiation of corrosion processes which are very progressive in maritime environment. For this reason it is necessary to apply a cathodic protection system as a secondary corrosion protection. Cathodic protection is an electrochemical method of corrosion protection wherein an electrochemical potential of metal is shifted on more negative (cathodic) values. This leads metal to immunity state so thermodynamically seen, corrosion affinity is suppressed. It can be achieved with sacrificial anodes or impressed current system. Cathodic protection with sacrificial anodes plays an important role in outfitting process after launching, when some underwater parts of the ship are not protected and can be subject to significant corrosion attack by both, electrochemical corrosion and stray current corrosion due to welding and outfitting. Insufficient cathodic protection may result in corrosion, while inappropriate high cathodic protection may result in coating delamination. That is the reason why cathodic protection has to be measured and controlled.

    Key words: shipbuilding, corrosion, cathodic protection, stray current, monitoring

    SUSTAV ZA PRAĆENJE RADA KATODNE ZAŠTITE ŽRTVOVANIM ANODAMA

    Sažetak

    Brod u svojem radnom vijeku izložen je različitim utjecajima koji mogu dovesti do oštećenja zaštitnih premaza, kada dolazi do pokretanja korozijskih procesa koji su u morskom okolišu izrazito brzi i opasni. Stoga se uz zaštitu premazima redovito primjenjuje i katodna zaštita koja kao sekundarni sustav zaštite od korozije štiti nezaštićena mjesta na konstrukciji. Katodna zaštita je elektrokemijska metoda zaštite kojom se potencijal konstrukcije pomiče katodno na vrijednosti negativnije od korozijskog potencijala čime konstrukcija postaje katoda pa afinitet za koroziju nestaje, a izvodi se žrtvovanim anodama i narinutom strujom. Veliku ulogu katodna zaštita protektorima ima i u fazi opremanja broda kada su pojedini podvodni dijelovi trupa broda nezaštićeni i kada postoji velika opasnost od lutajućih struja u opremnom bazenu uslijed zavarivanja i instalacije opreme. Nedostatna katodna zaštita može rezultirati pojavom korozije, a preintenzivna pojavom prezaštićenosti konstrukcije zbog čega je potrebno njezin rad kontrolirati.

    Ključne riječi: brodogradnja, korozija, katodna zaštita, lutajuće struje, kontrola rada

  • XX Symposium SORTA2012 Sustav za praćenje rada katodne zaštite žrtvovanim anodama

    2

    1. Uvod

    Korozija je nepoželjno trošenje konstrukcijskih materijala kemijskim djelovanjem okoline [1]. Uzrokuje materijalne gubitke u privredi, poskupljuje održavanje, ugrožava sigurnost konstrukcije i smanjuje efikasnost rada. Zbog kompleksnosti broda kao proizvoda, velikog broja tehnologija koje se koriste pri izradi i održavanju kao i zbog agresivnosti morskog okoliša, na brodu je moguća pojava gotovo svih mehanizma korozije. Najčešća su to opća, lokalna, selektivna i interkristalna korozija. Izbor materijala pogodnog za rad konstrukcije u morskoj sredini, kao što su to brod ili platforma je vrlo složen zadatak zbog namjene samih konstrukcija, ali i agresivnosti okoliša koji znatno utječe na intenzitet korozijskog napada. Za pravilan izbor materijala sa stajališta korozijske postojanosti, potrebno je detaljno poznavati procese i faktore koji odreñuju korozijsko ponašanje morske sredine, te ograničenja pojedinih skupina materijala. Slika 1 prikazuje različitost djelovanja vanjskih utjecaja na pomorsku konstrukciju, što uvelike otežava projektiranje odgovarajućeg sustava zaštite od korozije.

    Fig. 1 Corrosion intensity by influence zones

    Slika 1. Prikaz intenziteta korozije po zonama utjecaja [2]

    Korozija se sprečava principijelno na pet različitih načina [3]:

    1. zaštita prevlačenjem, 2. katodna zaštita, 3. zaštita inhibitorima korozije, 4. primjena korozijski postojanih materijala, 5. konstrukcijsko - tehnološke mjere.

  • Sustav za praćenje rada katodne zaštite XX Symposium SORTA2012 žrtvovanim anodama

    3

    2. Katodna zaštita

    Katodna zaštita, uz zaštitu premazima je najčešća metoda zaštite od korozije ukopanih i uronjenih konstrukcija. Najbolje rezultate daje u kombinaciji sa sustavima premaza, gdje zaštitni sloj prevlake odvaja materijal od okoline, a katodna zaštita poništava tendenciju metala prema koroziji. Na brodu se elektrokemijske korozijske reakcije najčešće mogu očekivati u području izmeñu propelera te okolnog čelika, izmeñu aluminijskih te čeličnih dijelova broda i općenito, izmeñu galvanski nekompatibilnih dijelova. Povišene temperature i salinitet morske vode kao i turbulencija dodatno mogu pojačati već postojeće korozijske procese.

    Katodna zaštita je elektrokemijska metoda zaštite od korozije kod kojeg se istosmjernom električnom strujom provodi katodna polarizacija konstrukcije, dovodeći do toga da metal u elektrolitu ne korodira, ako mu se potencijal pomakne do ravnotežnog potencijala anoda korozijskih članaka [1]. Takva katodna polarizacija metala naziva se katodnom zaštitom, a može se postići kontaktom s neplemenitijim metalom ili spajanjem s negativnim polom vanjskog izvora struje u zatvorenom strujnom krugu.

    2.1. Zaštita žrtvovanim anodama

    Kod katodne zaštite žrtvovanim anodama (protektorima) konstrukcija se spaja u galvanski članak sa elektrodom od materijala elektronegativnijeg nego što je materijal konstrukcije. Anoda se počinje otapati, a na konstrukciji se uspostavlja elektrodni potencijal pri kojem se odvija katodna reakcija. Katodna zaštita žrtvovanim anodama spada u jeftinije tehnologije zaštite od korozije, ali anode su ograničenog trajanja i teško im je točno predvidjeti vijek funkcioniranja. Na slici 2 su prikazani primjeri katodne zaštite žrtvovanim anodama.

    Fig. 2 Cathodic protection with sacrificial anodes Slika 2. Katodna zaštita žrtvovanim anodama

    Kod odabira odgovarajućeg materijala anode potrebno je da on bude manje plemenit, te da nije nosivi dio konstrukcije. Anode moraju imati dug radni vijek, visoki kapacitet (u amper satima po jedinici mase) te ne smiju biti sklone pasivaciji. Trošenje anoda mora biti jednoliko [4, 5].

    U brodogradnji se primjenjuju žrtvovane anode od cinka, aluminija i magnezija. Za razliku od cinka, koji mora biti vrlo visoke čistoće, aluminij i magnezij se legiraju s drugim metalima [5].

  • XX Symposium SORTA2012 Sustav za praćenje rada katodne zaštite žrtvovanim anodama

    4

    Cink je metal koji se kod nas najčešće koristi kao anodni materijal. Ima visoki kapacitet, iskoristivost i nije sklon pasivaciji. Aluminij ima veći kapacitet (tablica 1), pa anode od aluminija dulje traju. Ipak, promjenom saliniteta može doći do pasivacije. Magnezij se vrlo rijetko koristi za katodnu zaštitu u morskoj vodi, najčešće kao predanoda kada se želi postići prepolarizacija koja stvara kompaktni kalcitni sloj koji pak dalje, smanjuje zahtjev za zaštitnom strujom. U slatkoj vodi magnezij daje dobar učinak.

    Table 1 Electrochemical parameters of different anode materials. Tablica 1. Elektrokemijski parametri različitih anodnih materijala [6].

    Materijal anode

    Korozijski potencijal (vs. Cu/CuSO4), mV

    Kapacitet, Ah/kg Iskoristivost, %

    cink – 1170 738 90

    aluminij – 1220 2833 95

    magnezij – 1620 1100 50

    Za pogodnu raspodjelu zaštitne struje potrebno je anode pravilno rasporediti po zaštićenoj površini. Anode se postavljaju prema tablicama i iskustvu, a rjeñe se koriste analitička rješenja kroz projekte. Postoje i razvijeni softveri koji računaju raspodjelu zaštitne struje pa se na taj način mogu koristiti za odreñivanje broja i pozicije anoda (Beasy, Elsyca…).

    Anode se postavljaju na bočnom upuštenom dijelu da se izbjegne oštećenje pri pristajanju broda uz obalu, na pramcu se postavljaju koso da slijede tok strujanja, ali treba paziti da ih ne ošteti lanac sidra. Pri rasporedu anoda treba paziti da propeler ne bude u području vrtloga koji uzrokuju anode. Na brodsko kormilo anode se postavljaju s obje strane (slika 3).

    Fig 3 Anode arrangement on chemical tanker

    Slika 3. Raspored anoda na brodu za prijevoz za kemikalija

    Anode se obično dimenzioniraju na način da pružaju katodnu zaštitu za vrijeme izmeñu dva suha dokovanja. To može biti period od 3 godine i u tom ciklusu se vrši zamjena anoda, bez obzira jesu li potrošene ili ne. U tablici 2 dane su preporučene vrijednosti količine

  • Sustav za praćenje rada katodne zaštite XX Symposium SORTA2012 žrtvovanim anodama

    5

    anoda u odnosu na oplakanu površinu obojenog brodskog trupa, za vrijeme zaštite od 1 godinu.

    Table 2 Relation of anode quantities and wetted ship surface for 1 year cathodic protection.

    Tablica 2. Odnos količine anoda i oplakane površine broda za vrijeme zaštite od 1 godinu [6].

    Oplakana površina Anode na trupu Anode na krmi do 28 m2 (300 ft2) morska voda 2 x 4,0 kg Zn 2 x 1,