DE1521878C - Verfahren zum Schütze von in Seewasser liegenden Teilen gegen die Ablagerung von Meeresfauna durch Elektrolyse in Seewasser - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Schütze von in Seewasser liegenden Teilen gegen Zerstörung durch die Meeresfauna und insbesondere auf ein neues elektrolytisches Verfahren sowie eine entsprechende Elektrodenanordnung zur Verhinderung einer solchen Seewasserkorrosion.

Um die aus der Verstopfung von Leitungen, beispielsweise von Seewasserleitungen und Seewasserkühlern von Kraftwerken, Schiffskesseln usw., infolge einer Ablagerung von Meeresfauna resultierenden Schwierigkeiten zu vermeiden und die verschiedenen unerwünschten Folgen der Ablagerung von Meeresfauna an den unter der Wasserlinie liegenden Teilen von Schiffskörpern zu verhindern, ist es in der Praxis üblich, die mit dem Seewasser in Berührung stehenden Oberflächen mit kupferhaltigen Farben zu streichen und Chlor in seewasserführende Leitungen bzw. Behälter einzuführen.

Es ist außerdem bekannt, daß unlösliche Elektroden aus Platin, Platinlegierungen, magnetischen Eisenoxyden usw., wenn sie anodisch geschaltet sind, bei der Elektrolyse von Seewasser Chlor und Hypochlorite freisetzen,, die das Anwachsen von Meeresfauna verhindern.

Es ist des weiteren bekannt, daß bei der Seewasserelektrolyse im allgemeinen an der Kathode Wasserstoff freigesetzt wird, was zu einem Anstieg der im Wasser befindlichen Hydroxyl-Ionen (OH)- im Bereich der Kathode und zu einer Abscheidung von Kalziumkarbonat und Magnesiumhydroxyd an der Kathode führt, die als die Härte des Seewassers verursachende Komponenten gelten. Da die spezifische Leitfähigkeit von Seewasser gewöhnlich nur4000[xOhm beträgt, ist der Leistungsverlust auf Grund des hohen Seewasserwiderstandes außergewöhnlich groß. Aus diesem Grund ist es bei der Seewasserelektrolyse zur Verhinderung der Ablagerung von Meeresfauna an den im Seewasser liegenden Oberflächen im Hinblick auf einen minimalen Leistungsverlust erforderlich, die Elektroden in einem geringstmöglichen Abstand zueinander bzw. mit minimalem Zwischenraum anzuordnen. Ein entsprechend verringerter Elektrodenabstand kann jedoch dazu führen, daß der Kathodenmederschlag den Zwischenraum verstopft und den Seewasserfluß beeinträchtigt. ■ '·

Aus den vorgenannten Gründen ist es bei der Seewasserelektrolyse zur Verhinderung einer Ablagerung von Meeresfauna an Unterwasserteilen wichtig, ein Verfahren zu schaffen, durch das die Möglichkeit eines Zuwachsens des Zwischenraums zwischen den Elektroden durch Kathodenniederschläge ausgeschaltet wird, und daß Elektroden verwendet werden, die insbesondere geeignet sind, ein derartiges Zuwachsen zu verhindern. Außerdem sollten die Elektroden so angeordnet sein, daß die verhältnismäßig teure Anode gegen mechanische Zerstörung durch über Bord geworfenes oder Wrackgut oder andere Trümmer im Seewasser geschützt wird.

Durch Versuche wurde nun festgestellt, daß der Niederschlag harter Seewasserbestandteile an einer Kathode proportional der Kathodenstromdichte ansteigt, bis die Stromdichte 0,1 A/dm² erreicht. So besaßen die Niederschläge nach 100 Stunden bei einer Stromdichte von 0,05 A/dm² beispielsweise eine Dicke von 0,5 mm, während bei einer Stromdichte von 1 A/dm² die Dicke des Niederschlags wesentlich verringert wurde und sich bei einer Stromdickc von 3A/dm² kein Niederschlag an der Kathode ergab.

Insoweit verringert sich oberhalb einer Stromdichte von 1 A/dm² die Dicke des Kathodenniederschlags mit steigender Kathodenstromdichte.

Bei Raumtemperatur beträgt nach 45 Stunden bei einer Stromdichte von 0,05 A/dm² die Dicke des Kathodenniederschlags 0,2 mm. Die Dicke des Kathodenniederschlags bei Stromdichten von 0,05, 0,1, 2, 4 und 18,6 A/dm² ergibt sich aus der nachfolgenden Tabelle:
ίο Tabelle A

	Versuchsdauer	80	Gemessene
Kathoden	200 Stunden ; "400 Stunden	160	Schichtdicke
stromdichte	rechnerische Schichtdicke	740	nach 200stiindiger
(A/dm2)	des Niederschlags	Versuchsdauer
	(mm)	(mm)
0,05	I Ii 2	1
0,1	2 ; 4
1	20 . 40	3
ao 2	40	—
4	80	<0,2
18,6	370	■< 0,2

Die sich aus den Werten der vorstehenden Tabelle ergebende Beziehung zwischen der Kathodenstromdichte und der gemessenen Dicke des Kathodenniederschlags ist in F i g. 8 der Zeichnung graphisch dargestellt, aus der sich ergibt, daß die Dicke des Niederschlags bei einer Minimalstromdichte von 3 A/dm^a außerordentlich stark verringert wird.

Der vermutliche Grund für das beobachtete Phänomen besteht darin, daß bei einer Kathodenstromdichte von mindestens 3 A/dm² der pH-Wert des Seewassers im Bereich der Kathode so lange ansteigt, bis der Niederschlag wieder gelöst wird, und daß die Wasserstoffblasen so heftig freigesetzt werden» daß sie den Niederschlag von der Kathode lösen.

Demzufolge ist es zur Verhinderung einer Ablagerung von Meeresfauna an Unterwasserteilen erforder-Hch, für die Elektroden entweder eine außergewöhnlich geringe Kathodenstromdichte oder eine solche von wenigstens 3 A/dm² zu wählen, um die nachteiligen Folgen eines Zuwachsens des Zwischenraums zwischen den Elektroden zu verhindern. Andererseits muß die Größe der Anode in Abhängigkeit von dem für eine wirksame Erzeugung chemischer Komponenten zur .Wachstumsbehinderung von Meeresfauna erforderlichen Strom sowie von der in Berührung mit den Unterwasserteilen stehenden Seewassermengen und schließlich von der in bezug auf die betreffende Anode kritischen Stromdichte gewählt werden.

Die gewöhnlich benutzten parallelen Plattenelektroden sind im Hinblick auf die vorerwähnten Erfordernisse insofern ungeeignet, als der enge und demzufolge sehr breite Zwischenraum zwischen den Elektroden leicht zuwachsen kann.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht somit darin, ein Verfahren zum elektrolytischen Schutz von in Seewasser liegenden Teilen gegen das Ablagern von Meeresfauna durch Elektrolyse in Seewasser zu schaffen, bei dem im Bereich der zu schützenden Teile eine unlösliche Anode in das Seewasser eintaucht und die Kathode in geringem Abstand zu ihr angeordnet ist. Dabei soll trotz eines begrenzten Elektrodenabstandes der freie Raum zwischen den Elektroden nicht durch Ablagerung der bei der Seewasserelektrolyse an der Kathode entstehenden Niederschläge zugesetzt werden. Erlindungs-

gemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß mehrere Kathoden verwendet werden und zwischen Anode und Kathode ein Strom mit einer Kathodenströmdichte von wenigstens 3 A/dm² eingestellt wird.

Weiterhin bestand die der Erfindung zugrunde liegende. Aufgabe darin, unter Vermeidung der eingangs erwähnten Nachteile eine Elektrodenanordnung zu schaffen, die zur Durchführung des vorerwähnten Verfahrens geeignet ist. Eine solche Elektrodenanordnung ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch wenigstens eine unlösliche Anode und mehrere die Anode in gleichmäßigemAbstand umgebende Kathoden mit gleichem Abstand zueinander sowie durch Mittel zur Beaufschlagung von Anode und Kathoden mit einem Strom einer Kathodenströmdichte von mindestens 3 A/dm².

Die Anode, die beispielsweise als mit Platin oder einer Platinlegierung überzogene Silber-, mit Platin überzogene Titan- oder magnetische Eisenoxyd-Stabanode ausgebildet sein kann, liegt im Mittelpunkt einer Elektrodenanordnung. Die Anode ist dabei von einer Kathodenanordnung umgeben, die aus mehreren Stäben, einer netzartigen Spirale oder einem zylindrischen Körper mit einer Vielzahl von Durchbrechungen bestehen kann, wobei ein geeignetes Dielektrikum zwischen den Anoden und Kathoden liegt. Die Anordnung ist dabei so gewählt, daß sich eine zusammenhängende Einheit ergibt, bei der die Anode als axiale Säule innerhalb der kreisförmig angeordneten Kathoden liegt und die Kathoden in gleichem Abstand voneinander angeordnet sind, wobei die Anode als zylindrischer Stab ausgebildet und an ihrem Kopf und Fuß von je einer elektrischen Isolationshülse umgeben ist sowie zwei zylindrische, mit den Isolationshülsen verbundene Traghülsen vorgesehen sind, zwischen denen sich mehrere Kathodenrundstäbe erstrecken. Die die Anode umgebenden Kathoden dienen außerdem dazu, die Anode gegen Beschädigungen durch über Bord geworfenes Gut oder Wrackgut im Seewasser zu schützen.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine perspektivische und teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht der erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung,

F i g. 2 eine perspektivische Ansicht der Anode nach F i g. 1,

Fig. 3 eine perspektivische und teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht einer Vorrichtung mit mehreren Elektrodengruppen nach F i g. 1, die innerhalb eines Seewassereinlaufs angeordnet sind,

Fig. 4 eine Draufsicht, teilweise im Schnitt, einer Vorrichtung mit einer Elektrodengruppe nach F i g. 1, die in einem mit einer Seewasserleitung in Verbindung stehenden Elektrolysetank angeordnet ist,

F i g. 5 bis 7 in schematischer Darstellung Horizontalschnitte anderer Vorrichtungen nach der Erfindung,

F i g. 8 die graphische Darstellung der Abhängigkeit der Dicke des Kathodenniederschlags von der Stromdichte entsprechend der obenerwähnten Tabelle A und ■ ,

Fig. 9 a bis 9d die fotografischen Wiedergaben von Versuchsergebnissen.

Wie sich aus F i g. 1 ergibt, besteht die erfindungsgemäße Elektrodengruppe aus mehreren um eine Anode 1 angeordneten Rundstabkathoden 2. Die Anode 1 kann beispielsweise aus einem Rundstab aus handelsüblichem magnetischem Eisenoxyd mit einem Durchmesser von 56 mm und einer Länge von 740 mm bestehen. Die Anode 1 liegt in der Mittelachse der Elektrodengruppe und wird von sechs Kathoden 2 umgeben, die aus weichem Rundstahl bestehen und in gleichen Abständen an ebenfalls aus weichem Stahl hergestellten Traghülsen 3 und 3' befestigt sind. Um die Montage der Elektrodengruppe

ίο zu erleichtern, ist die Traghülse 3 mit einem Flansch versehen.

Ein geeignetes Dielektrikum 4 liegt zwischen der Anode 1 und den Kathoden 2. Das Dielektrikum bzw. Isolationsmaterial 4 kann aus einem stabilen Polyvinylchloridrohr bestehen, das in Form von Hülsen am unteren und oberen Teil der Anode liegt. Solche Hülsen werden mit Kunstharz am Kopf und Fuß der Anode befestigt, wodurch die runden Kathodenstäbe 2 in gleichem Abstand von der Anode 1 gehalten werden. Ein zu den Kathoden führender Draht 5 ist an einem Anschluß der Traghülse 3 befestigt, während ein Anodendraht 6 so befestigt ist, daß der Anodenteil 1 bis 4.durch einfaches Hochziehen des Leitungsdrahtes 6 leicht aus der Elcktroden- gruppe herausgezogen werden kann.

In F i g. 2 ist der Anodenteil der in F i g. 1 dargestellten Elektrodengruppe für sich wiedergegeben. Die Anode ist für einen Anodenstrom von 60 A (5 A/dm²) ausgelegt, und die Kathodenstromdichte beträgt, da die Oberfläche jeder runden Stabkathode etwa 230 cm² beträgt, durchschnittlich 4,3 A/dm² bzw. liegt so hoch, daß die Ablagerung von Niederschlägen auf den Kathoden verhindert wird.

Im allgemeinen genügt eine elektrolytische Stromkonzentration von 0,3 A/(m³/h) in Seewasser, um das Anhaften von Meeresfauna zu verhindern. Nimmt man an, daß der Einzug eines Seewassereinlaßrohres, das gegen die Ablagerung von Meeresfauna geschützt werden soll, 2000 m³/h beträgt (was der Wassermenge zum Kühlen des Kondensators eines Kraftwerks mit einer Kapazität von 15 000 kW entspricht), dann errechnet sich der erforderliche Elektrolytstrom zu

0,3 A/(m³/h) · 2000 m³/h = 600 A.

Um diesem Erfordernis zu entsprechen, sind nur etwa zehn Elektrodengruppen der in F i g. 1 dargestellten Art erforderlich.

In F i g. 3 sind diese Elektrodengruppen in einem Seewassereinlaßstutzen. montiert wiedergegeben. Wie sich aus F i g. 3 ergibt, sind die einzelnen in F ig. 1 dargestellten Elektrodengruppen mit 7 bezeichnet. Eine Seewasserleitung 8, ein Siebkorb 9 zum Auffangen von über Bord geworfenem Gut und Wrackteilen im Seewasser und eine Halterung 10 für die Elektrodengruppen 7 sind miteinander verbunden. Die Halterung 10 ist dabei an einem Montageflansch des Siebkorbs 9 befestigt. Die Halterung 10 ist als einseitig verschlossener Zylinder ausgebildet, wobei der Zylindermantel Durchbrechungen aufweist, so daß er die Freisetzung der Produkte der Elektrolyse und die Ausbreitung der wirksamen Komponenten der Wellenkräfte u. dgl. verhindert.

Da jede einzelne Anode von Kathoden umgeben ist, ist auch die Stromverteilung im wesentlichen gleichmäßig, so daß die Entstehung von Streuströmen auf ein Minimum herabgesetzt ist, wodurch der übrige Apparat gegen einen korrodierenden Angriff geschützt ist. Ein weiterer Vorteil der erfindungs-

gemäßen Vorrichtung liegt in ihrer Sicherheit für das . Bedienungspersonal, die dadurch gewährleistet wird, daß die Kathoden zum Schutz gegen elektrische Schläge geerdet sind. Zur Stabilitätserhöhung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die zylindrische Halterung aus gewöhnlichem weichem Stahl hergestellt und vorzugsweise mit dem Minuspol der Elektrodcngruppe verbunden, so daß auch die Halterung gegen Korrosion geschützt ist.

In F i g. 4 ist eine erfindungsgemäße Elektrodengruppe dargestellt, die in einem mit einem Seewasserrohr verbundenen Elektrolysetank angeordnet ist. Wie sich aus F i g. 4 ergibt, ragt eine Seewasserleitung 11 in einen Elektrolysetank 12 zur Aufnahme der Elektrodengruppe ein. Der Elektrolysetank 12 kann jede beliebige Gestalt besitzen, wenngleich sein Fassungsvermögen von der Größe des Seewasserrohrs 11 abhängt. Die erfindungsgemäßen Elektrodengruppen 13 bestehen aus axialen Anoden, die, wie im Zusammenhang mit F i g. 1 beschrieben, von mehreren *a Kathoden umgeben werden. Leitungsdrähte 14 und 15 führen zu den Anoden bzw. Kathoden.

Eine Tragplatte 16 für die Elektrodengruppen bildet einen Teil des Elektrolysetanks 12 und besitzt einen Gewindestutzen 17, der als Aufnahme für die Elektrodenanordnung fungiert. Der Gewindestutzen besitzt Öffnungen zum Einsetzen der Elektrodengruppen in den Elektrolysetank und ist mit einer Schraubkappe 19 sowie einer Dichtungsmanschette 18 verschlossen. Die Kathodenleitung durchragt die Schraubkappe 19, die Tragplatte 16 oder den Elektrolysetank 12. Die Kathoden der Elektrodenanordnung können auch an der Tragplatte 16 irgendwie befestigt sein, wobei sie jeweils eine Einzelanode umgeben. Die Anoden und Kathoden der Elektrodenanordnung nach der Erfindung können auch in der in den F i g. 5 bis 7 dargestellten Weise angeordnet sein, wobei darauf hinzuweisen ist, daß in jedem Fall eine Anode 1 von Kathoden 2 umgeben wird. In F i g. 8 ist die Abhängigkeit der Dicke des Kathodenniederschlags von der Stromdichte dargestellt. Wie sich aus F i g. 8 ergibt, wird die Dicke des Niederschlags in starkem Maße verringert, wenn die Kathodenstromdichte wenigstens 3 A/dm² beträgt.

Die Fig. 9a bis 9d veranschaulichen die Ergebnisse von Versuchen, die unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführt wurden. Das Elektrodenmaterial, die Stromdichte und die Versuchsdauer sind in der nachfolgenden Tabelle B wiedergegeben. -

Tabelle B

Figur

9a

9b 9c

9d

Kathodenstromdichte (A/dm¹)
Anodenstromdichtc (A/dm¹) ..

Anodenmaterial

Versuchsdauer (Stunden)

2 3

3 4,5 platinumhüllte Titananode

212,5 216 .

18,6 50

Blei-Silber-Legierung 520

Zusammenfassend läßt sich auf Grund der vorstehenden Beschreibung sagen, daß das Verfahren zur Verhinderung der Ablagerung von Meeresfauna und die Elektrodenanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem die Ablagerung von Seewasserbestandteilen in Rohren und andere Schwierigkeiten wie ein Anwachsen des Widerstandes von Schiffsrümpfen infolge Ablagerung von Meeresfauna durch die Seewasscrelektrolyse verhindert wird, die Anordnung von Kathoden um jeweils eine Anode erfordert, wobei der Elektrodenabstand im Vergleich zu parallel voneinander angeordneten Plattenclektroden sehr gering ist. so daß der Leistung*- verlust in Abhängigkeit vom Flüssigkeitswiderstand auf ein Minimum verringert wird. Trotzdem können die kleinen Zwischenräume zwischen den Elektroden gegen ein Zuwachsen durch harte Scewasserbestandtcile und gleichzeitig die Ablagerung von Meeresfauna durch die Seewasserclektrolyse verhindert werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist insofern sehr brauchbar, als die verhältnismäßig teuren Anoden von Kathoden umgeben werden und auf diese Weise gegen eine mechanische Zerstörung durch im Seewasser vorhandene Wrackteile od. dgl. geschützt

werden. _ ...

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Schütze von in Seewasser liegenden Teilen gegen die Ablagerung von Meeresfauna durch Elektrolyse in Seewasser, wobei im Bereich der zu schützenden Teile eine unlösliche Anode in das Seewasser eintaucht und die Kathode in geringem Abstand zu ihr angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Kathoden verwendet werden und zwischen Anode und Kathode ein Strom mit einer Kalhodenstromdichtc von wenigstens 3 A/dm² eingestellt wird. .

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1. gekennzeichnet durch wenigstens eine unlösliche Anode (1) und mehrere die Anode (1) in gleichmäßigem Abstand umgebende Kathoden (2) mif gleichem Abstand zueinander sowie durch Mittel zur Beaufschlagung von Anode (1) und Kathoden (2) mit einem Strom einer Kathodenstromdichte \on mindestens 3 A dm=.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (1) als axiale Säule innerhalb der kreisförmig angeordneten Kathoden (2) liegt und die Kathoden (2) in gleichem Abstand voneinander angeordnet sind, wobei die Anode (1) als zylindrischer Stab ausgebildet und an ihrem Kopf und Fuß von je einer elektrischen Isolationshülse (4) umgeben ist und zwei zylindrische, mit den Isolationshülsen (4) verbundene Traghülsen (3,3') vorgesehen sind, zwischen denen sich mehrere Kathodenrundstäbe (2) erstrecken.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen