On yıl boyunca gelgit nehrindeki çelik kazıklı duvarı izleyen herkese sorun, siz de aynı hikayeyi duyacaksınız. Yapı yıllar boyunca iyi görünüyor ve daha sonra, alçak suyun hemen altında, tam olarak kimsenin göremeyeceği bir yerde bölüm kaybı ortaya çıkıyor. Bu hikayeyi kesintiye uğratmak için katodik koruma ve kurban anotlar mevcuttur. Bunlar yeni teknoloji değiller ve jargonu çıkardığınızda karmaşık değiller, ancak kötü bir şekilde belirtilmeleri de kolaydır. Bu kılavuz, iki yöntemin nasıl çalıştığını, anot sisteminin pratikte nasıl boyutlandırıldığını ve duvarın kendisi çelik yerine polimerden yapıldığında tüm konuşmanın nerede değiştiğini anlatıyor.

Katodik Koruma Aslında Ne Yapar?

Çelik, çevresi ile elektrokimyasal bir hücre oluşturduğu için korozyona uğrar. Yüzeyin bir kısmı anot görevi görür ve demir iyonlarını suya veya toprağa vererek elektronları serbest bırakır. Diğer kısım ise bu elektronların tüketildiği katot görevi görüyor. Elektrolit (deniz suyu, acı su, ıslak toprak) iyonik akımı taşır ve çeliğin kendisi de elektronik akımı taşır. Bu üç elementten herhangi birini çıkarın ve korozyon durdurucularını kullanın.

Katodik koruma, sorunu elektriksel açıdan çözer. Çeliğin anodik bölgelerde kendi elektronlarını sağlamasına izin vermek yerine, elektronları harici bir kaynaktan beslersiniz. Aktif alanlar katodik, pasif bir duruma itilir. Aslında korozyon reaksiyonunu durdurmuyorsunuz, başka bir yerde gerçekleşmesine izin veriyorsunuz.

Bu elektronları sağlamanın yalnızca iki yolu vardır. Ya çeliği, yerinde korozyona uğrayan daha reaktif bir metale bağlarsınız (kurban veya galvanik anot) ya da inert anotlar (basınçlı akım katodik koruma, genellikle ICCP olarak kısaltılır) aracılığıyla bir güç kaynağından yapıya akım verirsiniz.

Kurban Anot Nasıl Çalışır?

Kurban anot, koruduğu çelikten daha az asil olan bir metal yığınıdır. İkisini elektriksel olarak bağlayın, ikisini de aynı elektrolite koyun ve anot korozyona uğrayan yüzey haline gelir. İskeledeki çelik kazıklar genellikle ağlara cıvatalanmış çinko veya alüminyum alaşımlı bileziklerle veya usturmaça hattında kaynaklı ayraç braketleriyle donatılır. Anot yavaş yavaş çözünür; yığın sağlam kalır.

Sürüş voltajı iki metal arasındaki potansiyel farkından geldiğinden harici güce ihtiyaç yoktur. Galvanik sistemlerin ve aynı zamanda tavanlarının en büyük gücü budur. Gerilim küçüktür, dolayısıyla uzak veya iyi kaplanmış bir yüzeye ulaşan akım sınırlıdır ve anotun tasarım ömrü boyunca tüketilen sınırlı bir kütlesi vardır. Anotlar bittiğinde koruma da ortadan kalkar; bu nedenle değiştirme erişimi ilk hesaplama kadar önemlidir.

Anot Metalinin Suyla Eşleştirilmesi

Anot seçimi çoğunlukla elektrolitle ilgilidir. Direnç, tuzluluk, sıcaklık ve çözünmüş oksijen, tercihleri ​​değiştirir ve yanlış yapmak genellikle ya kütlenin boşa harcanması ya da daha da kötüsü, yardımcı olması gereken kaplamaya zarar veren aşırı koruma anlamına gelir.

Magnezyum kasıtlı olarak deniz suyu sırasının dışında bırakılır. Daha yüksek tahrik voltajı kuru, dirençli toprakta faydalıdır, ancak tuzlu suda çelik potansiyelini yüzeyde hidrojen üretecek ve kaplamayı kabartacak kadar negatife itebilir. Ayrıca matematiğin önerdiğinden daha hızlı tüketilir. Çinko ve alüminyum alaşımları tam da bu nedenle denizcilik dünyasının en büyük beygirleridir.

Kurban Anotlar mı, Etkilenen Akım mı?

Dalgıçlar veya küçük bir tekne için makul erişime sahip tek bir kısa levha kazıklı duvar için galvanik anotların yenilmesi zordur. Muhafaza edilecek bir transformatör redresörü, korunması gereken bir kablo, arızalanacak bir güç kaynağı yoktur ve sistem, anotların değiştirilmesi gerekinceye kadar esasen bakım gerektirmez.

ICCP daha büyük yapılarda kazanır. Yüzlerce kazıktan oluşan uzun bir iskele veya anotların deniz dibinde uzak kızaklar halinde bulunduğu bir yapı, galvanik sistemin sağlayabileceğinden daha fazla akıma ihtiyaç duyar. Etkilenmiş akım anotları, tipik olarak karışık metal oksit kaplı titanyum veya grafit, çok daha yüksek bir voltajda çalıştırılabilir ve kaplama bozuldukça veya ortam değiştikçe çıkış ayarlanabilir. Bunun karşılığında daha yüksek sermaye maliyetini, kalıcı güç gereksinimini, izleme ekipmanını ve yetkili bir operatörün ilgilenmesi gereken bir sistemi kabul edersiniz.

Makul bir temel kural: Mevcut talep makulse ve yapı kompaktsa galvanik kalın. Binlerce metrekarelik çeliği koruyorsanız ve birkaç ton alüminyum yerine tek bir kontrol paneli istiyorsanız, uygulanan akıma bakın.

Sistemin Boyutlandırılması: Akım, Alan ve Zaman

Her tasarım mevcut taleple, mevcut talep ise ıslak alanla başlar:

• Korunacak çeliğin daldırılmış ve gömülü yüzey alanını hesaplayın.
• Genellikle metrekare başına miliamper cinsinden ifade edilen, söz konusu ortam için tasarım akım yoğunluğuyla çarpın.
• Çelik boyalıysa kaplama kırılma faktörü uygulayın, çünkü bugün yüzde 95'i sağlam olan bir kaplama on beş yıl sonra olmayacaktır.

Hızlı bir örnek. Deniz suyunda 25 mA/m²'de altı yüz metrekarelik çıplak çeliğin kabaca 15 A'ya ihtiyacı vardır. Bunu yirmi yıl boyunca tutmak için yaklaşık 2,6 milyon amper-saat şarja ihtiyacınız vardır; bu, herhangi bir kullanım faktörü uygulanmadan önce 2.000 Ah/kg'da yaklaşık 1,3 ton alüminyum alaşımlı anot malzemesi anlamına gelir. Bu, anotların küçük bir aksesuar olduğunu düşünen insanları şaşırtan rakamdır.

İki boyut iki farklı şeyi kontrol eder. Anot uzunluğu ve dolayısıyla yüzey alanı, anotun herhangi bir anda ne kadar akım çıkarabileceğini belirler. Anot kesiti ve dolayısıyla kütlesi, bunu ne kadar süre devam ettirebileceğini belirler. Uzun ince bir anot, kısa bir ömür için yüksek akım verir; kısa şişman olanı tam tersini verir. İyi tasarımlar, hem sahibinin gerçekten yaşayabileceği değiştirme aralığını dengeler.

Belirtmeden Önce Bilmeye Değer Sınırlar

Katodik koruma yalnızca sürekli bir elektrolit ve açık bir elektrik yolunun olduğu yerde çalışır. Bu birkaç pratik sınır yaratır:

• Sıçrama bölgesi ve üzerindeki her şey korunamaz çünkü akıntıyı taşıyacak su yoktur. Bu bandın kaplama kalınlığına, korozyon payına veya tamamen farklı bir malzemeye ihtiyacı vardır.
• Sıkı bir çamurluğun arkasına gizlenmiş veya bir aralıkta sıkışıp kalmış çelik gibi korumalı yüzeyler, yakınlarına kaç anot takarsanız koyun çok az akım alır veya hiç almaz.
• Yakındaki kaynak takımlarından, tramvay sistemlerinden veya diğer CP kurulumlarından kaynaklanan kaçak akımlar, korunmasız çelik üzerindeki korozyonu önlemek yerine hızlandırabilir.
• Aşırı koruma gerçek bir arıza modudur. Çok fazla akım kaplamalara zarar verir, anot kütlesini boşa harcar ve yüksek dayanımlı çeliklerde hidrojen kırılganlığı endişelerini artırır.

Bu, Polimer Levha Kazıkları İçin Ne İfade Ediyor?

İşte konuşmanın sıklıkla atlanan kısmı. Katodik koruma çeliği korur. Vinil veya PVC levha yığını duvarı dielektrik bir malzemedir: iyonları bırakacak demir yoktur, kesintiye uğrayacak elektrokimyasal hücre yoktur ve panele bir tane cıvatalasanız bile yararlı bir şey yapabilecek anot yoktur. Bir proje çelikten polimer levha kazıklara geçtiğinde, redresör, yıllık araştırma ve anot değiştirme programıyla birlikte katodik koruma paketi genellikle tamamen ortadan kalkar.

Bu, polimeri her sorunun cevabı yapmaz. Doğru yükler, doğru toprak ve doğru görünüm için seçilmesi gerekir ve duvarın yine de mantıklı bir tasarıma ihtiyacı vardır. Ancak korumanın nedeninin klorür saldırısı, acı su veya çok uzun bir bakım süresi olduğu durumlarda, ekonomi korozyona dayanıklı PVC levha yığınları genellikle çelik bir duvar artı yirmi yıllık anot değişiminden çok farklı görünür.

Atölyeden bir uyarı: Polimer duvar olarak adlandırılan duvarların çoğu hâlâ çelik içeriyor. Bağlantı çubukları, ankraj plakaları, kuşaklar ve bağlantı braketleri sıklıkla galvanize edilmiş veya kaplanmış çeliktir ve yukarıda açıklanan aynı elektrokimyaya tamamen maruz kalır. Bu bileşenler, tabaka yığınının kendisi hareketsiz olsa bile, anotları veya malzeme değişikliğini hala hak edebilir. Bunu en sık görüyoruz denizcilik işlerinde vinil levha kazık duvarlar Panellerin polimer olduğu ancak duvarın arkasındaki ankrajın olmadığı durumlarda.

Basit Bir Şekilde İzleme ve Bakım

Galvanik sistem bir referans elektrodu ve yüksek empedanslı voltmetre ile kontrol edilebilir. Deniz suyundaki çelik için ortak kabul kriteri, gümüş/gümüş klorür referansına göre yaklaşık -0,80 V'luk bir potansiyel veya kurulumdan önce ölçülen serbest korozyon potansiyelinden 100 mV'luk bir kaymadır. Tasarımın benimsediği kriter ne olursa olsun, ilk okumaları kaydedin, çünkü bunlar var olacak tek temel değerlerdir.

Anketler genellikle yıllık veya yılda iki kez yapılır. Yararlı çıktılar, duvar boyunca koruma potansiyeli, tahmin edilen orana göre anot tüketimi ve kaplamanın varsayılandan daha hızlı bozulduğuna dair herhangi bir işarettir. Anotlar beklenenden daha hızlı tüketiliyorsa, mevcut talep hafife alınmıştır ve koruma azalmadan önce yenileme işleminin yapılması gerekmektedir.

Proje Ekiplerinden Duyduğumuz Sorular

Mevcut bir duvara anot ekleyebilir miyim?

Evet ve yaygındır. Dalgıçlar tarafından bilezik ve stand-off anotlar takılabilir ve uzak anot sistemleri yakındaki deniz tabanına yerleştirilebilir. Kısıtlama genellikle teori değil, erişim ve mevcut çeliğin durumudur.

Çelik iyi kaplanmışsa katodik korumaya ihtiyacım var mı?

İyi bir kaplama mevcut talebi önemli ölçüde azaltır ancak her kusur, kenar ve kaynakta koruma ihtiyacını ortadan kaldırmaz. Tasarım kodları tam da bu nedenle bir kaplama bozulma faktörünü varsaymaktadır.

Bir polimer duvarın herhangi bir korozyon korumasına ihtiyacı var mı?

Paneller öyle değil ama sistemdeki her çelik bileşen hala öyle. Ankrajları, bağlantıları ve ıslak kalan her şeyi kontrol edin.

On yıl boyunca palplanş duvarlar inşa etmek bize, korozyon kararlarının genellikle erken, eksik bilgiyle alındığını ve daha sonra onlarca yıl boyunca böyle yaşandığını öğretti. Projeniz katodik koruma paketine doğru gidiyorsa, paketi uygun şekilde boyutlandırın ve ilk günden itibaren değiştirme için bütçe ayırın. Çelik içermeyen bir duvara doğru gidiyorsa, yalnızca sudan görünen kısmın değil, sistemin tamamının çelik içermediğinden emin olun. Her iki durumda da, bu kararın maddi yönünü mühendislerinizle konuşmaktan mutluluk duyarız.