194328. lajstromszámú szabadalom • Katódos védelem osztott anódrendszere a védőáram többcsatornás szabályozásával
1 194.328 2 A találmány tárgya a katódos védelem védőáramát szabályozó rendszer, amely egy katódállomásról üzemeltetett több anód esetében többcsatornás megoldással kézi (szakaszos), vagy referenselektród segítségével automatikus (folyamatos) módon beállítja az optimális árameloszlást. A találmány a kóboráram által veszlyeztetett földbefektetett csővezetékek, valamint a korrózív elektrolitok tárolására szolgáló acéltartályok korrózió elleni védelménél alkalmazható. A katódos védelem elektrokémiai korrózióvédelmi eljárás, amelyben a fémszerkezet védettségét immunis állapotot biztosító katódos polarizálással valósítják meg. A katódos védelemhez szükséges villamos energia külső áramforrásból vagy a védőanód oldódásakor felszabaduló energiából biztosítható. Ennek megfelelően megkülönböztethető külső áramforrású katódos védelem és belső áramforrású katódos védelem. Külső áramforrású katódos védelem esetében a védőáramot egyenirányítóval biztosítják, amelynek negatív pólusát a védendő fémszerkezetre, pozitív pólusát az elektrolitban (talajban) célszerűen elhelyezett anódhoz kapcsolják. Az anód vagy anódrendszer elhelyezése olyan, hogy a védendő fémszerkezet felületén a polarizációhoz szükséges áramsűrűség eloszlása a lehető legkedvezőbb legyen. Mivel a védendő szerkezet felületén a helyi áramsűrűség mérése nem oldható meg, az acél — elektrolit (talaj) rendszerben az acél potenciáljának célszerűen elhelyezett referenselektróddal történő mérésével határozható meg a védettség foka. A katódos védelem kritériuma is a mérhető elektródpotenciálra, illetve a polarizáció mértékére vonatkozik. A fém potenciáljának 60 mV-os csökkenése a korróziósebességet egy nagyságrenddel csökkenti. Teljesen védettnek tekintjük a szerkezetet, ha réz/rézszulfát referenselektróddal mért elektródpotenciálja kisebb -850 mV-nál. Ugyanakkor -1100 mV potenciál alatt nő a feszültségkorróziós veszély. A teljes védettség tartománya ezek szerint -850 mV-tól -1100 mV-ig terjed. Az elektrolitban az árameloszlást az ellenállásviszonyok határozzák meg. Ez azt jelenti, hogy ha a védendő felület egy részéhez az áram kisebb ellenállású úton juthat el, akkor ezen a felületrészen az áramsűrűség nagyobb, a mérhető potenciál pedig negatívabb lesz. Ilyen kisebb ellnállás jöhet létre, ha ez a felületrész közelebb van az áram betáplására szolgáló anódhoz, vagy a felületen lévő mesterségesen felvitt, vagy leülepedett rosszul vezető reétegek eltérő vastagságúak. A katódos védelem gyakorlatában az árameloszlás problémáját úgy oldják meg, hogy a cső távvezetékeknél az árambetáplás helyét a csőtől távol alakítják ki (2—3 km), így fellépő nagy ellenállás mellett a kisebb különbségek elhanyagolhatók. Természetesen ez a megoldás növeli a teljesítmény igényt. A védett cső mentén ebben az esetben 10-40 km hosszban biztosított az előírt potenciáltartományban a védettség. (Baeckmann: Taschenbuch für den Kathodischen Korrosionsschutz.Vulkan-Verlag, Essen 1975). A városi környezetben azonban a kommunális csővezetékek legtöbbször nem lineáris rendszerűek, elágazások, elfordulások vannak. A távol elhelyezett árambetáplálás és a védendő csővezeték közötti térben számos, egyéb rendeltetésű fémszerkezet található, amelyekre a katódos védelem káros kóboráramként lép fel. _____ Ezért született az a megoldás, amikor az árambetápláló anódokat közvetlenül a védendő csővezeték mellé, illetve alá helyezik el. Egy egyenirányítóról ebben az esetben több anódot látnak el árammal. Az egyenletes árameloszlás biztosítása érdekében az andok áramát ellenállások beiktatásával lehet kiegyen-, líteni. Az egymástól 50-100 m távolságban lévő anódok így egymástól függetlenül szabályozhatók. Ha a védendő Csővezeték térben és időben változó kóboráram terében (pl. villamossín mellett) van, akkor az anódokon betáplált védőáramra a kóboráram szuperponálódik. A kóboráram belépési helyénél a katódos polarizáció ilyen esetben jelentősen meghaladhatja a -1100 mV-ot, káros túlvédelem jöhet létre, A kilépési felületeken pedig az erős anódos polarizáció megszünteti a védettséget, sőt a fém nagysebességű oldódását okozhatja. A villamos vontatás nyomvonalával párhuzamosan haladó csővezetékek osztott anódrendszerrel történő katódos védelme esetén felmerül az igény, hogy a kóboráram káros hatását az időben és helyben változó teljesítményű katódos védőárammal kompenzáljuk. A védőáram igény időben történő változásának követésére alkalmaznak automatikus vezérlésű katódállomásokat. (Krivián: A talajba fektetett acélszerke zetek katódos védelmének automatizálása. Korróziói Figyelő 13. 4. (1973). 168-172). Ezeket referens elektród segítségével érzékelik a védőpotenciált éí mindig a szükséges védőáramsűrűséget állítják be a referenselektródhoz közeli fémfelületen. Általában a referenselektród az egyenirányítót vezérli, így az egy pontban szükséges változás az anódrendszer egész hatáskörzetében érvényesül. (Mamedov és társai: Az olajiparban használt állandó tengeri létesítmények oszlopai katódos védelmének automatizálása. Korrozija i Zascsita 12. (1973) 18-20. ; Ahmedov, Ali-zade: A fémszerkezetek automatikus katódos védelmének néhány kérdése. Korrozija Zascsita 8. (1978) 14-16). Ugyanakkor a kóboráram káros hatása a vontató géppel együtt végighalad a nyomvonalon és nemcsak időben, hanem a hely függvényében is változik. Az ismertt automatikus katódállomások esetében ennek a hatásnak optimális kompenzálásához több nagyértékű berendezésre lenne szükség. Az osztott anódrendszer alkalmazása egy egyenirányítóval és az anódelemeket vagy anódcsoportokat egyenként szabályozó több, találmányunk tárgyát képező vezérlőberendezéssel gazdaságosan megoldja a fent vázolt problémát. Más jellegű, de hasonló megoldást kívánó probléma lép fel kis fajlagos ellenállású, erősen korrózív tulajdonságú oldatok tárolótartályainak hatásos védelménél. A legtöbbször hengeres tartályokban a védőáram eloszlása biztosítható lenne egy, a geometriai központban elhelyezett anóddal. Ugyanakkor gyakran előfordul, hogy a berendezésekben valamilyen technológiai berendezés (keverő, csővezeték stb.) akadályozza a centrális anódelhelyezést. Ilyen esetekben a legkedvezőbb árameloszlást több, a fal közelében elhelyezett anóddal érhetjük el. Ezeket az anódokat egy egyenirányító táplálja árammal, vagyis ezt is nevezhetjük osztott anódrendszernek. Az egyenletes árameloszlás biztosítása érdekében az egyeslihódok áramkörében az ellenállást ki kell egyenlíteni. Nagyobb ellenállású elektrolitban (ivóvíz, üzemi víz) az anódvezetékekbe iktatott ellenállásokkal ez a probléma megoldható (Smith: Electrical Protection of Steel Water Trake Against Corrosion. Engineering and Contract Record 60 (1947) 42-46.). Egy bizonyos elektrolit vezetőképesség érték felett azonban olyan 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2
