Eine galvanische Anode ist der Hauptbestandteil eines galvanischen Systems des Cathodic-Schutzes (CP) hat gepflegt, begraben zu schützen, oder ist Metallstrukturen von der Korrosion untergetaucht.

Sie werden von einer Metalllegierung mit einer "aktiveren" Stromspannung (negativeres elektrochemisches Potenzial) gemacht als das Metall der Struktur. Der Unterschied im Potenzial zwischen den zwei Metallen bedeutet, dass die galvanische Anode korrodiert, so dass das Anode-Material in der Bevorzugung vor der Struktur verbraucht wird.

Der Verlust (oder Opfer) des Anode-Materials verursacht den alternativen Namen der Opferanode.

Theorie

Kurz gesagt Korrosion ist eine chemische Reaktion, die bei einem elektrochemischen Mechanismus vorkommt. Während der Korrosion gibt es zwei Reaktionen, Oxydation (Gleichung), wo Elektronen das Metall verlassen (und läuft auf den wirklichen Verlust von Metall hinaus), und die Verminderung, wo die Elektronen verwendet werden, um Wasser oder Sauerstoff zu Hydroxyd (Gleichungen und) umzuwandeln.

In den meisten Umgebungen verbinden sich die Hydroxyd-Ionen und Eisenionen, um Eisenhydroxyd zu bilden, das schließlich der vertraute braune Rost wird:

Da Korrosion stattfindet, kommen Oxydation und Verminderungsreaktionen vor, und elektrochemische Zellen werden auf der Oberfläche des Metalls gebildet, so dass einige Gebiete anodic (Oxydation) und ein cathodic (die Verminderung) werden werden. Elektrischer Strom wird von den anodic Gebieten in den Elektrolyt fließen, weil das Metall korrodiert. Umgekehrt, als der elektrische Strom vom Elektrolyt bis die cathodic Gebiete fließt, wird die Rate der Korrosion reduziert. (In diesem Beispiel bezieht sich 'elektrischer Strom' auf den herkömmlichen aktuellen Fluss, aber nicht den Fluss von Ionen).

Als das Metall fortsetzt zu korrodieren, werden sich die lokalen Potenziale auf der Oberfläche des Metalls ändern und der anodic, und cathodic Gebiete werden sich ändern und sich bewegen. Infolgedessen, in Eisenmetallen, wird eine allgemeine Bedeckung von Rost über die ganze Oberfläche gebildet, die schließlich das ganze Metall verbrauchen wird. Das ist eher eine vereinfachte Ansicht vom Korrosionsprozess, wie es in mehreren verschiedenen Formen vorkommen kann.

Schutz von Cathodic arbeitet durch das Einführen eines anderen Metalls (die galvanische Anode) mit viel mehr Anodic-Oberfläche, so dass der ganze Strom von der eingeführten Anode fließen wird und das zu schützende Metall cathodic im Vergleich mit der Anode wird. Das hört effektiv die Oxydationsreaktionen auf der Metalloberfläche durch das Übertragen von ihnen der galvanischen Anode auf, die zu Gunsten von der Struktur unter dem Schutz geopfert wird.

Dafür, um zu arbeiten, muss es einen Elektronpfad zwischen der Anode und dem Metall geben, das (z.B, ein direkter oder Leitungskontakt) und ein Ion-Pfad zwischen beiden der Oxidieren-Agent (z.B, feuchter oder Wasserboden) und der Anode, und dem Oxidieren-Reagenz und dem Metall zu schützen ist, das zu schützen ist, so einen geschlossenen Stromkreis bildend; deshalb einfach wird das Zuriegeln eines Stückes von aktivem Metall wie Zink zu einem weniger aktiven Metall, wie Flussstahl, in Luft (ein schlechter Leiter und deshalb kein geschlossener Stromkreis) keinen Schutz ausstatten.

Anode-Materialien

Es gibt drei Hauptlegierung, die als galvanische Anoden, Magnesium, Aluminium und Zink verwendet ist. Sie sind alle als Blöcke, Stangen, Teller oder ausgestoßenes Zierband verfügbar. Jedes Material ist im Vorteil und Nachteile.

Magnesium hat den negativsten electropotential der drei (sieh galvanische Reihe), und ist für Gebiete passender, wo der Elektrolyt (Boden oder Wasser) spezifischer Widerstand höher ist. Das ist gewöhnlich auflandige Rohrleitungen und andere begrabene Strukturen, obwohl es auch auf Booten in Süßwasser und in Wassererwärmern verwendet wird. In einigen Fällen kann das negative Potenzial von Magnesium ein Nachteil sein: Wenn das Potenzial von geschütztem Metall zu negativ wird, Wasserstoffionen auf dem Kathode-Oberflächenführen zu Wasserstoff embrittlement oder zu disbonding des Überzugs entwickelt werden können. Wo das eine Möglichkeit ist, können Zinkanoden verwendet werden.

Zink und Aluminium werden allgemein in Salz-Wasser verwendet, wo der spezifische Widerstand allgemein niedriger ist. Typischer Gebrauch ist für die Rümpfe von Schiffen und Booten, Auslandsrohrleitungen und Produktionsplattformen, in Salz-wasserabgekühlten Seemotoren, auf kleinen Bootspropellern und Rudern, und für die innere Oberfläche von Lagerungszisternen.

Zink wird als ein zuverlässiges Material betrachtet, aber ist für den Gebrauch bei höheren Temperaturen nicht passend, weil es zu passivate neigt (wird weniger negativ); wenn das geschieht, kann Strom aufhören zu fließen, und die Anode hört auf zu arbeiten. Zink hat eine relativ niedrige Fahrstromspannung, was in Böden des höheren spezifischen Widerstands oder Wasser bedeutet, das es nicht im Stande sein kann, genügend Strom zur Verfügung zu stellen. Jedoch, in einigen Verhältnissen - wo es eine Gefahr von Wasserstoff embrittlement gibt), zum Beispiel - ist diese niedrigere Stromspannung vorteilhaft, weil Überschutz vermieden wird.

Aluminiumanoden haben mehrere Vorteile, wie ein leichteres Gewicht und viel höhere Kapazität als Zink. Jedoch wird ihr elektrochemisches Verhalten so zuverlässig nicht betrachtet wie Zink, und größere Sorge muss angenommen werden, wie sie verwendet werden. Aluminiumanoden werden passivate, wo Chlorid-Konzentration unter 1,446 Teilen pro Million ist.

Ein Nachteil von Aluminium ist, dass, wenn es eine rostige Oberfläche schlägt, ein großer Thermite-Funken deshalb erzeugt werden kann, wird sein Gebrauch in Zisternen eingeschränkt, wo es explosive Atmosphären geben kann und es eine Gefahr des Anode-Fallens gibt.

Da sich die Operation einer galvanischen Anode auf den Unterschied in electropotential zwischen der Anode und der Kathode, praktisch jeder Blechkanister verlässt verwendet werden, um einigen anderen zu schützen, zur Verfügung stellend gibt es einen genügend Unterschied im Potenzial. Zum Beispiel können Eisenanoden verwendet werden, um Kupfer zu schützen.

Designrücksichten

Das Design einer galvanischen Anode cathodic Schutzsystem sollte viele Faktoren, einschließlich des Typs der Struktur, des spezifischen Widerstands des Elektrolyts denken (Boden oder Wasser) es wird in, der Typ des Überzugs und des Dienstlebens funktionieren.

Die primäre Berechnung besteht darin, wie viel Anode-Material erforderlich sein wird, die Struktur für die erforderliche Zeit zu schützen. Zu wenig Material kann Schutz eine Zeit lang zur Verfügung stellen, aber muss regelmäßig ersetzt werden. Zu viel Material würde Schutz an unnötigen Kosten zur Verfügung stellen. Die Masse im Kg wird durch die Gleichung gegeben.

• Das Designleben ist in Jahren (1 Jahr = 8760 Stunden).
• Der Nutzbarmachungsfaktor (UF) der Anode ist ein unveränderlicher Wert abhängig von der Gestalt der Anode, und wie es beigefügt wird, der wichtig ist, wie viel der Anode verbraucht werden kann, bevor es aufhört, wirksam zu sein. Ein Wert von 0.8 zeigt an, dass 80 % der Anode verbraucht werden können, bevor es ersetzt werden sollte. Ein langer schlanker Standplatz von der Anode (installiert auf Beinen, um die Anode weg von der Struktur zu behalten), hat einen UF Wert von 0.9, wohingegen der UF eines kurzen, Erröten bestiegen hat, dass Anode 0.8 ist.
• Anode-Kapazität ist eine Anzeige dessen, wie viel Material verbraucht wird, weil Strom mit der Zeit fließt. Der Wert für Zink im Meerwasser ist 780 Ah/Kg, aber Aluminium ist 2000 Ah/Kg, was bedeutet, dass, in der Theorie, Aluminium viel aktueller erzeugen kann als Zink, bevor es entleert wird, und das einer der Faktoren ist, um in Betracht zu ziehen, wenn es ein besonderes Material wählt.

Der Betrag des erforderlichen Stroms entspricht direkt zur Fläche des Metalls, das zum Boden oder Wasser ausgestellt ist, so reduziert die Anwendung eines Überzugs drastisch die Masse des erforderlichen Anode-Materials. Je besser der Überzug, desto weniger Anode-Material erforderlich ist.

Sobald die Masse des Materials bekannt ist, wird der besondere Typ der Anode gewählt. Anoden in der verschiedenen Form werden einen verschiedenen Widerstand gegen die Erde haben, die regiert, wie viel Strom erzeugt werden kann, so wird der Widerstand der Anode berechnet, um sicherzustellen, dass genügend Strom verfügbar sein wird. Wenn der Widerstand der Anode zu hoch ist, entweder eine große Anode in der verschiedenen Form gewählt wird, oder eine größere Menge von Anoden verwendet werden muss.

Die Einordnung der Anoden wird dann geplant, um einen gleichen Vertrieb des Stroms über die ganze Struktur zur Verfügung zu stellen. Zum Beispiel, wenn ein besonderes Design zeigt, dass eine Rohrleitung lange 10 Anoden braucht, dann würde etwa eine Anode pro kilometere wirksamer sein als das Stellen aller 10 Anoden an einem Ende oder im Zentrum.

Vorteile und Nachteile des galvanischen BEDIENUNGSFELDES

Vorteile

• Keine Außenmacht-Quellen erforderlich.
• Relativ leicht zu installieren.
• Niedrigere Stromspannungen und Strom bedeuten, dass die cathodic Einmischung in andere Strukturen unwahrscheinlich ist.
• Leichter aufrechtzuerhalten.
• Relativ niedrige Gefahr des Überschutzes.
• Sobald Sie den Prozess, sein sehr bequemes anwenden, um überall aufrechtzuerhalten.

Nachteile

• Beschränkter Strom
• Tiefer das Fahren der Stromspannung bedeutet, dass die Anoden in Umgebungen des hohen spezifischen Widerstands nicht arbeiten können.
• Anoden können Strukturgewicht, wenn direkt beigefügt, einer Struktur vergrößern.
• Anoden sind schwer und werden Wasserwiderstand vergrößern.
• Wo D.C. Macht verfügbar ist, elektrische Energie preiswerter erhalten werden kann als durch galvanische Anoden.
• Wo große Reihe verwendet wird telegrafierend, ist wegen des hohen aktuellen Flusses und Bedürfnisses erforderlich, Widerstand-Verluste niedrig zu behalten.
• Anoden sind im langen Lauf teuer.
• Anoden müssen sorgfältig gelegt werden, um im Stören des Wasserflusses in den Propeller zu vermeiden.

Kostenwirksamkeit

Da die verwendeten Anode-Materialien allgemein kostspieliger sind, als Eisen, mit dieser Methode, Eisenmetallstrukturen zu schützen, nicht scheinen kann, besonders wirksam gekostet zu werden. Jedoch sollte Rücksicht auch den Kosten gegeben werden, die durch im Entfernen eines Schiffs vom Wasser übernommen sind, um zum Beispiel einen zerfressenen Rumpf oder zum Ersetzen einer Stahlrohrleitung oder Zisterne zu reparieren, weil ihre Strukturintegrität durch die Korrosion in Verlegenheit gebracht worden ist.

Jedoch gibt es eine Grenze zur Kostenwirksamkeit eines galvanischen Systems. Auf größeren Strukturen oder langen Rohrleitungen können so viele Anoden erforderlich sein, dass es rentabler sein würde, um beeindruckten Strom cathodic Schutz zu installieren.

Siehe auch

• Galvanische Korrosion
• Schutz von Cathodic

Referenzen

• A.W. Peabody, die Kontrolle von Peabody der Rohrleitungskorrosion, 2. Eds, 2001, NACE International. Internationale Standardbuchnummer 1-57590-092-0
• Schreir L.L. u. a. Korrosion Vol. 2, 3. Ed, 1994, internationale Standardbuchnummer 0-7506-1077-8
• Baeckmann, Schwenck & Prinz, Handbuch des Cathodic Korrosionsschutzes, 3. Ausgabe 1997. Internationale Standardbuchnummer 0-88415-056-9
• Det Norske Veritas empfohlene Praxis für das Cathodic Schutzdesign DNV RP-B401-2005