EP0574064A2

EP0574064A2 - Verfahren und Vorrichtung zur Regelung von Korrosionsschutzanlagen

Info

Publication number: EP0574064A2
Application number: EP93201501A
Authority: EP
Inventors: Karl Lang; Johan S. Meijer
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1992-06-12
Filing date: 1993-05-26
Publication date: 1993-12-15
Also published as: DE4314924A1; EP0574064A3; NO932156D0; NO932156L; MX9303487A

Abstract

Bei einem Verfahren zur Regelung von Anlagen für den kathodischen Korrosionsschutz von Metalloberflächen, bestehend aus mehreren elektrisch leitend miteinander verbundenen Opferanoden und wenigstens einer stromlosen Referenzelektrode, wird zur Erhöhung der Lebensdauer der Opferanoden das Potential zwischen der Metalloberfläche und der Referenzelektrode fortlaufend durch Messen erfaßt und bei Abweichungen vom gewünschten Wert des Potentials den Opferanoden automatisch Fremdstrom zugeführt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung von Anlagen für den kathodischen Korrosionsschutz von Metalloberflächen, bestehend aus mehreren elektrisch leitend miteinander verbundenen Opferanoden und wenigstens einer stromlosen Referenzelektrode, die gegenüber der Metalloberfläche elektrisch isoliert sind und in den angrenzenden Elektrolyten eintauchen.
Wenn Stahl, Eisen, Gußeisen und andere Metalle sowie Legierungen in Erdböden, Süßwasser, Seewasser und sonstigen wäßrigen Elektrolyten in Berührung gebracht werden, erfolgt Korrosion, die in der Ausbildung kleiner galvanischer Korrosionselemente auf der Metalloberfläche begründet ist. Während der Korrosion fließen also im Inneren des Metalls von der anodischen Zone zu der mit ihr im Kurzschluß verbundenen kathodischen Zone der einzelnen galvanischen Korrosionselemente Ströme. Die Korrosion ist mit einem Materialabtrag verbunden, wenn beispielsweise die Elektrolyte Salze enthalten, was gleichbedeutend mit der Abnahme des Elektrolytwiderstands und der Zunahme der Leitfähigkeit ist, die Temperatur des Elektrolyten ansteigt, die Bleche ungleichmäßig mit Walzhaut und/oder Anstrich abgedeckt sind, das Walzgefüge z.B. durch Schweißen verändert wurde, mechanische Spannungen und Inhomogenitäten im Metall vorliegen. Der im einzelnen galvanischen Korrosionselement fließende elektrische Gleichstrom bewirkt an den anodischen Zonen eine Auflösung des Metalls mit den damit verbundenen negativen Folgen.
Um solche Korrosion verursachende Gleichströme zu vermeiden, wird der kathodische Korrosionsschutz mit galvanischen Anoden angewendet, indem das zu schützende Metall mit einem in der elektrochemischen Spannungsreihe negativeren Metall leitend verbunden wird. In dem auf diese Weise geschaffenen galvanischen Element fließt ein elektrischer Gleichstrom zum als Kathode wirkenden negativeren Metall.
Um beispielsweise den Stahl von Öltanks vor Korrosion zu schützen, ist es erforderlich, ein vergleichsweise negativeres Potential dem Stahl zuzuordnen. Hier hat sich insbesondere Zink bewährt, das ein Potential, gemessen gegenüber einer Cu/CuSO₄-Meßzelle, von -1100 mV besitzt. Es ist also negativer als der Stahl mit einem Potential von -600 mV und wirkt als Anode, polarisiert den Stahl und schützt diesen dadurch vor Korrosion. Die Erfahrungen haben gezeigt, daß bei einer Absenkung des Potentials gegenüber dem Ruhepotential um etwa -200 mV die Korrosion gestoppt wird. Stahl wird geschützt, wenn das Potential auf etwa -800 bis -850 mV eingestellt wird. Die Zinkanoden werden bei dem kathodischen Korrosionsschutz von Stahl allmählich aufgezehrt.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das eingangs beschriebene Verfahren so zu verbessern, daß eine kontinuierliche Überwachung kathodischer Korrosionsschutzanlagen für Metalloberflächen möglich ist und die Lebensdauer der Opferanoden deutlich erhöht wird.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß das Potential zwischen Metalloberfläche und Referenzelektrode fortlaufend durch Messen erfaßt und bei Abweichungen vom gewünschten Wert des Potentials den Opferanoden automatisch Fremdstrom zugeführt wird, bis eine Angleichung der Potentialabsenkung auf das gewünschte Potential (Sollwert) erreicht ist.
Diese Methode hat den Vorteil, daß zu jeder Zeit der Zustand der kathodischen Korrosionsschutzanlage beobachtet werden kann und der Abtrag der Opferanoden auf ein Minimum beschränkt wird. Ansonsten geht im ungeregelten Betrieb der Werkstoff des Anodenmetalls entsprechend dem natürlichen Potentialunterschied zwischen Anode und Kathode und dem daraus resultierenden Korrosionsstrom in Lösung.
Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht darin, daß die Referenzelektrode, der Ausgang der Opferanoden und die Metalloberfläche mit einem PI-Regler verbunden und die Opferanoden in ihrer Stromabgabe regelbar sind.
Die Referenzelektrode ist auf einen PI-Regler als Ist-Wert geschaltet. Der am PI-Regler eingestellte Soll-Wert steuert im Vergleich zum Ist-Wert eine Spannungsquelle, die mit den Opferanoden verbunden ist.
Als Opferanoden kommen insbesondere solche aus Zink, Magnesium, Aluminium oder Eisen-Silizium-Legierungen zur Anwendung.
Eine vorzugsweise Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß anstelle der Fremdstromzuführung der von den Opferanoden abgegebene Strom stufenlos automatisch begrenzt wird, bis eine Angleichung der Potentialabsenkung auf das gewünschte Potential (Sollwert) erreicht ist.
Zur Durchführung dieses Verfahrens hat sich die Darlington-Schaltung als besonders geeignet erwiesen, bei der zwei bis drei Transistoren so in Kaskade geschaltet sind, daß der Emitterstrom des vorhergehenden gleich dem Basisstrom des nächstfolgenden Transistors ist. Dadurch werden die Stromverstärkung und damit der Eingangswiderstand wesentlich erhöht.
Die Erfindung ist nachfolgend mittels den in der Zeichnung dargestellten Figuren näher und beispielhaft erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: eine Seitenansicht eines Rohöltanks,
Fig. 2: eine Draufsicht auf einen Rohöltank ohne Dach,
Fig. 3: einen Ausbruch eines Längsschnitts durch den Rohöltank entlang der Linie I-I der Fig. 2.

In dem mit Rohöl (1) gefüllten Rohöltank (2) befindet sich zwischen dem kegelförmig ausgebildeten Tankboden (3) und dem Rohöl (1) eine Wasserschicht (4), in die eine im geringen Abstand über dem Tankboden auf sternförmig angebrachten Flacheisenprofilen (5) von der Tankoberfläche elektrisch isoliert aufgelegte, flachschneckenförmig verlaufende Opferanode (6) aus Zink eintaucht. Die elektrische Isolierung erfolgt durch die Opferanode (6) umgebende Kunststoffteile (7). In der Nähe des Tankbodens (3) befindet sich auch eine aus Stahl gegenüber der Tankoberfläche elektrisch isolierte, ebenfalls in die Wasserschicht (4) eintauchende Referenzelektrode (8). Von der Opferanode (6) und der Referenzelektrode (8) ist jeweils ein elektrisch isoliertes Kabel (9,10) flüssigkeitsdicht durch die Wand (11) des Rohöltanks (2) auf einen mit einer Fremdstromquelle (12) verbundenen PI-Regler (13), der über das Kabel (14) elektrisch mit der Wand (11) des Rohöltanks (2) verbunden ist, geführt. Um einen optimalen kathodischen Korrosionsschutz bei einem möglichst geringen Verbrauch an Opferanoden zu erzielen, wird die Potentialdifferenz zwischen der Referenzelektrode (8) und dem Rohöltank (2) unabhängig von der Zusammensetzung der Wasserschicht (4) kontinuierlich gemessen und durch Fremdstromzuleitung auf die Opferanoden der gewünschte Wert der Potentialdifferenz von ca. -850 mV für Stahl konstant gehalten.

Claims

Verfahren zur Regelung von Anlagen für den kathodischen Korrosionsschutz von Metalloberflächen, bestehend aus mehreren elektrisch leitend miteinander verbundenen Opferanoden und wenigstens einer stromlosen Referenzelektrode, die gegenüber der Metalloberfläche elektrisch isoliert sind und in den angrenzenden Elektrolyten eintauchen, dadurch gekennzeichnet, daß das Potential zwischen der Metalloberfläche und der Referenzelektrode fortlaufend durch Messen erfaßt und bei Abweichungen vom gewünschten Wert des Potentials den Opferanoden automatisch Fremdstrom zugeführt wird, bis eine Angleichung der Potentialabsenkung auf das gewünschte Potential (Sollwert) erreicht ist.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzelektrode (8), der Ausgang der Opferanoden (6) und die Metalloberfläche (2) mit einem PI-Regler (13) verbunden und die Opferanoden in ihrer Stromabgabe regelbar sind.
Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 auf Öltanks (2) aus Stahlblech, bei denen im geringen Abstand über dem Öltankboden (3) die Opferanoden (6) und die Referenzelektrode (8) angeordnet sind und in die auf dem Öltankboden befindliche Wasserschicht (4) eintauchen.
Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch flachschneckenförmig mit Abstand über dem Öltankboden (3) aufgelegte Opferanoden (6).
Verfahren zur Regelung von Anlagen für den kathodischen Korrosionsschutz von Metalloberflächen, bestehend aus mehreren elektrisch leitend miteinander verbundenen Opferanoden und wenigstens einer stromlosen Referenzelektrode, die gegenüber der Metalloberfläche elektrisch isoliert sind und in den angrenzenden Elektrolyten eintauchen, dadurch gekennzeichnet, daß das Potential zwischen der Metalloberfläche und der Referenzelektrode fortlaufend durch Messen erfaßt und bei Abweichungen vom gewünschten Wert des Potentials der von den Opferanoden abgegebene Strom stufenlos automatisch begrenzt wird, bis eine Angleichung der Potentialabsenkung auf das gewünschte Potential (Sollwert) erreicht ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Darlington-Schaltung.