DE2612498A1

DE2612498A1 - Verfahren und vorrichtung zum messen des polarisationspotentials von in einem elektrolyt im stromfeld angeordneten metall-gegenstaenden

Info

Publication number: DE2612498A1
Application number: DE19762612498
Authority: DE
Inventors: Josef Mrazek; Josef Dipl Ing Polak
Original assignee: Chemoprojekt Projektova Inzenyrska a Konzultacni Organizace
Current assignee: Chemoprojekt Projektova Inzenyrska a Konzultacni Organizace
Priority date: 1975-04-28
Filing date: 1976-03-24
Publication date: 1976-11-18
Also published as: FR2309874A1; SU664111A1; NL7602921A; DD124122A5; GB1516011A; JPS51135695A; CS199051B1; JPS5731094B2; FR2309874B1; BE839622A; CA1059214A; LU74663A1; US4080565A; HU173314B; DE2612498C2

Description

Dipl.-lng. R. B E E T Z sen. Dipl.-lng. K. LAMPRECHT Dr.-Ing. R. B E E T Z jr.

8 München 22, Stelnsdorfstr. Tel. (O89) 227201 /227244/295910

233-25.389P

24, 3. 1976

Chemoprojekt projektovä, inzenyrskä a konzultacni organizace, PRAG - CSSR

Verfahren und Vorrichtung zum Messen des Polarisationspotentials von in einem Elektrolyt im Stromfeld angeordneten Metall-Gegenständen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen des Polarisationspotentials von in einem Elektrolyt im Stromfeld angeordneten Metall-Gegenständen, wobei das Stromfeld durch eine Schaltung kathodischen Schutzes oder durch vagabundierende Ströme gebildet wird. Die Erfindung betrifft auch ein automatisches Regeln eines Gleichrichters für kathodischen Schutz.

Die Messung des Potentials Gegenstand-Elektrolyt ist die wichtigste Messung Tür eine Kontrolle der Funktion

233-(S8837)-HdSl

609847/0633

des kathodischen Schutzes und des Korrosionszustandes eines Metall-Gegenstands in Bereichen mit vagabundierenden Gleichströmen und in Bereichen mit aggressivem bzw. korrosivem Erdboden.

Das gemessene Potential stellt eine Summe folgender Komponenten dar:

^Uein=^UR^{+ Λϋ}Ρ^{+ Au}iR±^Ud M W

mit LL. = Ruhepotential (Mischpotential·, Korrosionspotential) [v ] ,

U . = Einschaltpotential W],

Δ Up = durch Polarisation durch elektrischen Strom verursachte Potentialverschiebung [

Δ U_TT3 = ohmsche Komponente [v] des Systemes-Gegenstand Elektrolyt,

Up= U_R +AUp [_Vj = Polarisationspotential (2)

Up ^rK> U : U = Ausschaltpotential * aus aus *

Uj = Diffus ions spannung +_ 5 bis 30 mV, je nach der Qualität des Elektrolytes, d. h. des Erdbodens in Abhängigkeit vom spezifischen Widerstand und vom pH-Wert; weil dieser Wert je nach Bedingungen konstant ist, kann er im folgenden vernachlässigt werden.

Die ohmsche Komponente bildet manchmal einen wesentlichen Teil des Meßwerts des Potentials. Je höher die Qualität der Isolier-Beschichtung, je größer der Abstand zwischen der Elektrode und dem geschützten Gegenstand, je höher der spezifische Widerstand des Elektrolyts (des

609847/0633

2612408

Erdbodens) ist, desto größer wird die ohmsche Komponente. Ein ohmscher Spannungsabfall charakterisisiert aber den Korrosionszustand des geschützten Gegenstands nicht. Die ohmsche Komponente gibt nicht die Kinetik der chemischen, auf der Oberfläche des Metalls ablaufenden Prozesse wieder, sie zeigt nicht den Schutzgrad oder eine Korrosionsgefahr an. Der Schutzgrad kann nur durch den Wert des Polarisationspotentials des Gegenstands zuverlässig gemessen werden.

Die Existenz der ohmschen Komponente führt in vielen Fällen zu falschen Schlüssen über den Korrosionszustand des Gegenstands.

Zum Beispiel muß ein bei Messung des Potentials des Systems Elektrolyt-Gegenstand gemessener Wert von U .,_ = -0,85 V gegen eine Cu/CuSO^-Elektrode noch kein Unterdrücken der Korrosion bedeuten, weil ein wesentlicher Bestandteil der Potentialverschiebung durch die ohmsche Komponente verursacht werden kann. Der Wert Up des Polarisationspotentials ist dann kleiner als der Wert des minimalen Schutzpotentials.

Dadurch ist manchmal in der Praxis der geschützte Gegenstand tatsächlich nur teilweise geschützt, obwohl formal die Anforderungen des Korrosionsschutzes erfüllt wurden, was selbstverständlich zur wesentlichen Verminderung der Lebensdauer des geschützten Gegenstands fühlt. Es ist also offensichtlich, daß zum Erhöhen der Wirksamkeit der Vorrichtungen zum aktiven Korrosionsschutz und zum Erhöhen der Betriebssicherheit und Verlängern der Lebensdauer des geschützten, in Erde oder Wasser ange-

609847/0633

ordneten Gegenstands ein solches Meßverfahren notwendig ist, daß beim Messen des Polarisationspotentials die ohmsche Komponente des Polarisationspotentials des Systems Gegenstand-Elektrolyt ausgeschlossen wird.

Es wurden einige Verfahren zum Ausschluß der ohmschen Komponente entwickelt. Ein solches bekanntes Verfahren beruht darauf, daß verschiedene Potentialkomponenten mit verschiedener Geschwindigkeit verschwinden. Nach

Ausschalten des Stromes verschwindet die ohmsche Komponente _o

in ca. 10 s, und die elektrochemische Komponente (Aktivierungs- und Konzentrationspolarisation) verschwindet im Bereich von 10 s bis einige Sekunden. Das ermöglicht, eine Abnahme der ohmschen Komponente der Spannung aus der Abhängigkeit des Potentials auf der Zeit beim Ein- und Ausschalten des Polarisationsstromes zu beurteilen. Die erste momentane Potentialabnahme entspricht der ohmschen Komponente, was auf 'dem Schirm eines Oszillographen erfaßt werden kann. In der Praxis ist dieses einfache Verfahren sehr schwer durchführbar, besonders bei Fern-Rohrleitungen. Man kann nicht in einem Augenblick alle Korrosionsschutzstationen, die das Potential in der Stelle der Messung beeinflussen, ausschalten. In Gebieten mit vagabundierenden Strömen ist dieses Verfahren unanwendbar.

Andere Meßverfahren, wie Pearsons Nullschaltung oder Hollersche Brückenschaltung, erfordern spezielle Laborapparatur und sind dadurch im Gelände unanwendbar. Die oben erwähnten Meßverfahren sind überhaupt unanwendbar bei in der Erde im Stromfeld von vagabundierenden Strömen angeordneten Gegenständen.

Eine wesentliche Verbesserung stellt ein älterer Vorschlag der Anmelderin für ein Meßverfahren dar, bei

609847/0633

dem im unterirdischen Meßausgang angeordnete Metallproben verwendet werden. Doch auch dieses Meßverfahren hat einige Mangel. So müssen neue, unterirdische Meßgeräte längs der Trasse der Rohrleitung installiert werden, was die Bau- und Meßkosten erhöht. Auch bei dieser Anordnung kann man nicht den Abstand zwischen der Oberfläche der Metallprobe und der übertragbaren Bezugselektrode genau erfassen, was zu einiger Ungenauigkeit bei der Erfassung von Spannungsabfällen in der die Probe einbettenden Erde führt.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die oben erwähnten Nachteile weitgehend zu beseitigen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß der Potentialunterschied zwischen einer Bezugselektrode und der Oberfläche einer metallischen Hilfselektrode unmittelbar nach Abschaltung der metallischen Hilfselektrode vom Metall-Gegenstand gemessen wird.

Das erfindungsgemäße Veriahren wird mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführt.

Die erfindungsgeuäße Vorrichtung ist gekennzeichnet durch eine auswechselbare Platte mit mindestens einer metallischen Hilfselektrode, die an einer aus einem elektrischen Isolierstoff hergestellten und eine ortsfeste bzw. stabile Bezugselektrode tragenden Skelettkonstruktion befestigbar ist, die mit der Bezugselektrode und mit der auswechselbaren Platte und dem geschützten Metall-Gegenstand in demselben aggressiven Medium im Stromfeld in einer Entfernung L voneinander angeordnet werden, wobei am geschützten Metall-Gegenstand angeschlossene Kabel, an der Hilfselektrode bzw. den Hilfs-

609847/06 33

elektroden angeschlossene Kabel und ein an der ortsfesten Bezugselektrode angeschlossenes Kabel an die Klemmen eines Meßgeräts herausgeführt sind.

Es ist zweckmäßig, daß die Skelettkonstruktion mit der Bezugselektrode und mit der auswechselbaren Platte mit den metallischen Hilfselektroden in einer Hülle aus einem Textilmaterial angeordnet ist, die mit durchgesiebter Erde von der Einbettungsstelle des geschützten metallischen Gegenstands gefüllt ist.

Es empfiehlt sich auch, daß die Hilfselektroden aus demselben Metall wie der geschützte Gegenstand bestehen, wobei die Oberfläche der metallischen Hilfselektroden ggf. über eine simulierte unvollständige Isolier-Beschichtung mit dem aggressiven Medium in unmittelbarer Berührung stehen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch dadurch weitergebildet werden, daß die auswechselbare Platte ein Bauteil der Skelettkonstruktion ist und aus metallischen Hilfselektroden besteht, die kreisförmige Scheiben mit der

-2 -4
Oberfläche S, SxIO bzw. SxIO sind und miteinander durch Elektrodenhalter aus elektrischem Isolierstoff und durch Gußharz verbunden sind, wobei auf der zur stabilen Bezugselektrode gewandten Seite die Hilfselektrode mit der Oberfläche S und auf der zum geschützten Gegenstand gewandten Seite die Hilfselektrode mit der Oberfläche SxIO und die H
SxIO angeordnet sind.

fläche SxIO und die Hilfselektrode mit der Oberfläche

Eine besonders vorteilhafte Ausführung der erfindungs gemäßen Vorrichtung ist, daß der Abstand b zwischen der

609847/0633

zwischen der Meßfläche der stabilen Bezugselektrode und der nächsten Oberfläche der metallischen Hilfselektrode den Beziehungen b ^ 0,866 r und b y, 0,5 ^a genügt,

mit a = Außendurchmesser der zylindrischen Bezugselektrode, r = Halbmesser der kreisscheibenartigen Hilfselektrode, wobei die stabile Bezugselektrode auf der Achse der metallischen Hilfselektrode angeordnet ist, daß der Abstand L zwischen den nächsten Stellen des geschützten metallischen Gegenstands und den metallischen Hilfselektroden den Beziehungen L ^> d und L^h genügt, mit d = Außendurchmesser des zylindrischen geschützten Gegenstands mit der Isolier-Beschichtung, h = Tiefe der Einbettung bzw. Verlegung des Gegenstands unter der Erdoberfläche oder unter dem Niveau des Elektrolyts, gemessen zur Längsachse des Gegenstands, und daß das poröse Gefäß der stabilen Bezugselektrode eine Isolier-Beschichtung hat, wobei die kreisförmige Meßfläche der stabilen Bezugselektrode in der senkrechten Entfernung b von der Oberfläche der metallischen Hilfselektrode der Beziehung 100 mm )> e ) 20 mm genügt, mit c = Durchmesser der Meßfläche der stabilen Bezugselektrode.

Es ist auch zweckmäßig, das poröse Gefäß der stabilen Bezugselektrode mit einer Isolier-Besehichtung zu versehen.

Es ist auch vorteilhaft, daß die Klemmen des Meßgeräts durch Kabel an Klemmen zur Abnahme des Potentials bei einem kontaktlosen automatischen Regler einer geregelten Station für kathodischen Schutz angeschlossen sind.

" Für eine genaue Beurteilung des Korrosionszustandes des kathodisch geschützten Gegenstands und der Wirksam-

'609847/0633

keit des elektrochemischen Schutzes von isolierten Gegenständen ist es sehr wichtig und unvermeidlich, die Form und die Größe der Schäden in der Isolier-Beschichtung, d. h. die Form und die Größe der Fläche des unbeschichteten Metalls und den Wert des Polarisationspotentials Up am Ort des Schadens der Isolier-Beschichtung, zu ermitteln.

Im allgemeinen haben die freien Flächen von Rohrleitungen und unterirdischen zylindrischen Behältern die Form gekrümmter Flächen. Zur Ableitung erforderlicher Beziehungen kann man zwei Grenzfälle betrachten;

für kleine Schäden in der Isolier-Beschichtung und und für ein Stromfeld in der N^he des Schadens eine kreisförmige Platte und

für größere Schäden in der Isolier-Beschichtung und in größerem Abstand des Stromfeldes vom Schaden z. B. auf der Oberfläche des Erdbodens eine Halbkugel.

Zur Herstellung des Polarisationspotentialaufnehmers, in dem die Schäden und Fehler der Isolier-Beschichtung simuliert werden, ist es aus technischen Gründen einfacher, eine Scheibenelektrode zu benutzen. Für einfachere mathematische Beziehungen ist es dagegen zweckmäßiger, eine halbkugelige Elektrode zu benutzen. Bei gleicher Oberfläche einer kreisförmigen Platte und einer Halbkugel ist im Falle der Halbkugel die Stromdichte um ca. 11 % höher. Der wirkliche Schaden der Isolier-Beschichtung befindet sich in diesem Fall in einer zulässigen Toleranz von ca. + 5 %. Im Fall der kreisförmigen Scheibe ist die Schutz-Stromdichte unregelmäßig verteilt und die A'qui-

609847/0633

Potentiale haben die Form eines abgeflachten Rotationsellipsoids. Die grüßte Schutz-Stromdichte ist am Rand und die kleinste Schutz-Stromdichte" in der Mitte der Platte. Dies ist bei der Herstellung des Polarisationspotentialaufnehmers genau zu beachten. Die stabile Bezugselektrode muß so und in einem solchen Abstand von der metallischen Hilfselektrode angeordnet werden, daß der durchschnittliche Wert des Potentials zusammen mit der ohmschen Komponente in einer Elektrolytschicht, d. h. im senkrechten Abstand b zwischen dem nächsten Ort der metallischen Hilfselektrode und der Meßflache der stabilen Bezugselektrode, gemessen werden kann. Dieser Abstand b muß so gewählt werden, daß die Stromdichte auf der Oberfläche der metallischen Hilfselektrode mindestens 95 yO des Wertes, wenn die stabile Bezugselektrode sich nicht in der Nähe der metallischen Hilfselektrode befindet, erreichen kann.

Ein großer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist, daß sie in unmittelbarer Nähe des geschützten metallischen Gegenstands angeordnet werden kann, wobei das Messen des Polarisationspotentials vom Stromfeld des geschützten

metallischen Gegenstands nicht beeinflußt, wird. Nach der Abschaltung der metallischen Hilfselektroden im Meßgerät von dem geschützten metallischen Gegenstand, z. B. von einer isolierten Fern-Rohrleitung, kann der Wert des Polarisationspotentials Up mittels einer stabilen Bezugselektrode ohne Einfluß des Stromfeldes des kathodischen Schutzes oder des Stromfeldes der vagabundierenden Ströme genau gemessen werden. Ist der Wert der ohmschen Komponente des Potentials in der Schicht b des Potentialaufnehmers bekannt, so kann sehr genau der Einfluß von vagabundierenden Strömen auf den geschützten metallischen Gegenstand nicht nur im kathodischen, sondern auch im anodischen Bereich analysiert werden, was mit bisherigen Verfahren nicht möglich war. Weil

609847/0633

/y P

die Fläche der kreisförmigen Scheibe S = IL r (mit r = Halbmesser der Scheibe) kleiner ist als die Fläche des Spannungstrichters S„ im Schnitt, der im senkrechten Abstand α von der Scheibe am Ort der Meßfläche der stabilen Bezugselektrode geführt wird, wird der Wert S™ = f (b) mit Hinsicht auf die Anordnung der Äquipotentiale folgendermaßen ermittelt.

Nach der Gleichung (l) und (2) ist

^üein = ^U _P + ^AUIR [^v J

mit U . = Einschaltpotential,
ein

Wenn Δϋρ relativ stabil ist und wenn der Wert bis 2 s nach Abschaltung abgelesen wird, ist

~ ^Uaus

mit U = Wert des Potentials unmittelbar nach der Ab aus

Schaltung des kathodischen Schutzes.

Die Gleichung (3) kann also folgendermaßen umgeformt werden:

"ein - «aus ⁺ H^ M <5>

E Γ ? Ί wegen Stromdichte j = -^j— A/m (6)

mit E = Intensität des Stromfeldes Γν/mJ und Q = spezifischer Widerstand [Q. ml.

609847/0633

- li -

Die Gleichung (6) kann auch als j ♦ b = P"

Die Gleichung (6) kann auch als j b = TP~ oder j · b · Q = E · b ausgedrückt werden.

Die Gleichung (7) k'ann folgendermaßen umgeformt werden:

JU · b · <3 = Eb = Au_IR [ν] (8)

Aus der Gleichung (5) kann

U . - U
ein aus

ermittelt werdeu.

Der Wert S_T ist für gegebene Wert Q , b und Tiefe der Einbettung des geschützten Gegenstands unter dem Geländeniveau praktisch konstant.

Für verschiedene Werte \] . · j kann nach Gleichungen (4) und (5), in welchem j j_A ] den von der metallischen Hilfselektrode auf den geschützten metallischen Gegenstand fließenden elektrischen Strom oder in der umgekehrten Richtung im anodischen Bereich mit vagabundierenden Strömen bedeutet, Up ermittelt werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann vorteilhaft zusammen mit der Rohrleitung in einer Rinne an Stellen eingebettet werden, wo die Meßgeräte eingebaut werden, und an Stellen der Änderung des Bodentyps oder vorausgesetzten anodischen und kathodischen Zonen in Gebieten mit vagabundierenden Strömen. In den Zonen mit Wechselpolarität wird

609847/0633

die Fläche der metallischen Hilfselektrode auf einen durchschnittlichen Wert polarisiert, der dem Zustand und der Qualität des Korrosionsschutzes im untersuchten Gebiet entspricht. Dieser Wert kann nach Abschaltung der metallischen Hilfselektroden von der Rohrleitung gemessen werden.

Die metallischen Hilfselektroden mit den Flächen S,

-2 -4
SxIO und S χ 10 gestatten infolge einer Erhöhung der .Stromdichte pro Flächeneinheit bei kleineren Flächen eine Ermittlung der Möglichkeit einer Überpolarislerung und Folgen davon, wie z. B. erhöhte Alkalien-oder Wasserstoffbildung und daraus folgende Gefahr eines korrosiven Bruches, besonders bei druck- und thermisch belasteten Rohrleitungen, z. B. bei Hochdruckgasleitungen. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht, die Gefahr zu entdecken und durch wirksame Maßnahmen, wie z. B. durch Erniedrigung der Ausgangsspannung der Gleichstromquelle, rechtzeitig zu beseitigen.

Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Anordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung und eines geschützten Metall-Gegenstandes, der hier eine Rohrleitung ist; und

Fig. 2 eine Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung in größerem Maßstab.

Einer unterirdischen Rohrleitung 1 werden ein oberirdisches Meßgerät 13 zur Messung der Spannung des Schutz-

609847/0633

Stromes und die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Messung von Polarisationspotentialen zugeordnet.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus einer auswechselbaren Platte 2, die in einer aus einem elektrischen Isolierstoff, z. B. PVC, hergestellten Skelettkonstruktion 3 befestigt wird. An der Skelettkonstruktion 3 werden eine stabile Bezugselektrode 4, die eine modifizierte Cu/CuSOh-Elektrode darstellt, und eine auswechselbare Platte 2 mit drei metallischen Hilfselektroden 16, 17i l8 angebracht. Die Skelettkonstruktion 3 mit der stabilen Bezugselektrode 4 und mit der auswechselbaren Platte mit metallischen Hilfselektroden 16, 17, 18 und die Rohrleitung 1 werden in einem Stromfeld in demselben aggressiven Medium 5* d. h. im umgebenden Erdboden, in einem Abstand L voneinander angeordnet. Die Hilfselektrode l6 hat

eine Meßfläche von S = 100 cm², die Hilfselektrode 17

2 2 eine Meßfläche von S · 10 = 1 cm und die Hilfselektrode l8 eine Meßfläche von S · 10 = 1 mm .

An die Anschlüsse des Meßgeräts 13 werden von den Elementen der Vorrichtung Erdkabel geführt, und zwar von der Rohrleitung 1 Kabel 6 und 7 mit dem Querschnitt 2x4 mm ; von der metallischen Hilfselektrode l6 der Fläehe S 2 χ 4 mm -Kabel 8 und 9; von der metallischen Hilfselektrode 17 der Fläche S χ 10 ein Kabel 10; von der metallischen Hilfselektrode 18 der Fläche S χ 10" ein Kabel 11 und von der stabilen Bezugselektrode 4 ein Kabel 12.

Die Skelettkonstruktion 3 mit der Bezugselektrode 4 und mit der. auswechselbaren Platte 2 mit Hilfselektroden 16, 17, 18 wird in einer Hülle 14 aus einem Textilmaterial angeordnet, z. B. Jutegewebe oder Leinwand.

609847/0633

- i4 -

Die Hülle 14 wird mit gesiebter Erde 15 von der Einbettungsstelle der Rohrleitung 1 ausgefüllt, was einen vollkommenen elektrolytischen Kontakt der metallischen Hilfselektroden 16, IJ, l8 mit dem aggressiven Medium gewährleistet. Es ist zweckmäßig, die gesiebte Erde I5 von der Einbettungssstelle der Rohrleitung 1 vor dem Anwurf mit Wasser zu begießen.

Die metallischen Hilfselektroden l6, I7, l8 sind aus demselben Material wie die Rohrleitung 1 so hergestellt, daß die Oberfläche der Elektroden blank und so in Kontakt mit dem aggressiven Medium 5 bzw. I5 steht. Die auswechselbare Platte 2 ist als ein Bauteil in die Skelettkonstruktion 3 gebaut. Die Hilfselektroden 16, 17, l8 sind als kreisförmige Scheiben ausgeführt, und ihre Oberflächen sind zum Beispiel 100 cm , 1 cm , 1 mm . Die Hilfselektroden sind aneinander mit Haltern aus elektrischem Isolierstoff, z. B. PVC-Röhrchen 19, gehalten, und mit Gußharz ausgegossen. Die Hilfselektroden l6, 17, l8 werden in der auswechselbaren Platte 2 so angeordnet, daß an der zur stabilen Bezugselektrode 4 zugewandten Seite sich die Hilfselektrode l6 mit der größten Oberfläche S,zum

Beispiel 100 cm , befindet und an zur Rohrleitung gewandten Seite sich die Hilfselektroden 17 und l8 mit den Oberflächen S χ 10"² und S χ 10 , ζ. B. 1 cm² und 1 mm², befinden. Wie schon erwähnt wurde, genügt eine besonders vorteilhafte Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung folgen Beziehungen:

b ^ 0,886 r; b^ 0,5 a; L ^ d; L^ 2 b und 100 mm y 0 > 20 mm,

mit b = Abstand zwischen der Meßfläche der stabilen Bezugselektrode 4 und der nächsten Oberfläche der metalli

609847/0633

sehen Hilfselektrode l6;

a = Außendurchmesser der zylindrischen Bezugselektrode 4,

r = Halbmesser der Hilfselektrode 16,

L = kleinster Abstand zwischen dem geschützten Gegenstand und den nächstliegenden Hilfselektroden 17, 18,

c - Durchmesser der Meßfläche der Bezugselektrode 4,

d = Außendurchmesser des geschützten Gegenstands 1 mit der Isolier-Beschichtung und

h = Tiefe der Einbettung des Gegenstand 1, gemessen zur Längsachsf des Gegenstands.

Ist also der Außendurchmesser einer isolierten Rohrleitung d = 520 mm, ist vorteilhaft auch der Abstand L = 320 mm. Wenn in der Praxis die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht langer als 400 - 500 mm wird, kann die Vorrichtung nach einer unwesentlichen Verbreitung der Rinne insgesamt mit der Rohrleitung in demselben Aushub verlegt werden. Ist der Außendurchmesser der Bezugselektrode 4 a = 90 mm und der Halbmesser der größten Hilfselektrode mit der Fläche 100 cm r = 56,5 mni, so ist der minimale Abstand b = 0,866 · r = 49,0 mm oder b = 0,5 · a = 45,0 mm, also ungefähr 50 mm, vorteilhaft zwischen 50 und 100 mm.

Die Bezugselektrode hat einen besonderen Aufbau, der eine genaue Messung gewährleistet. Wie schon erwähnt wurde, sollte die Bezugselektrode der Beziehung 100 mm)c J20 mm entsprechen. Wenn der Durchmesser c der Meßfläche der

609847/063 3

Elektrode zu klein ist, ist der Übergangswiderstand zu hoch (höher als 1000 il), was die Genauigkeit der Messung ungünstig beeinflußt. Wenn der Durchmesser c zu groß ist, so drohen bei einer gewöhnlichen Cu/CuSO^.-Elektrode ein Durchsickern der Kupfersulfatlösung und eine Verunreinigung des natürlichen aggressiven Mediums. Dieser Nachteil ist durch den erfindungsgemäßen Aufbau der Bezugselektrode weitgehend beseitigt, so daß bei ziemlich großem Querschnitt der Elektrode ein Durchsickern der Kupfersulfatlösung weitgehend vermieden wird. Die Bezugselektrode K besteht aus eine; dünnen Kupferzylinder 2k mit einem Reinheitsgrad von 99,9 %, 100 bis 150 mm Länge und einem Durchmesser von 10 mm und einer Füllung 23 aus einem Gemisch aus kristallinem Kupfersulfat und Holzsägespänen, das unmittelbar vor der Einbettung mit wäßriger Kupfersulfatlösung mittels eines perforierten Röhrchens 25 begossen wird. Die Elektrode ist in einem porösen Gefäß 21 mit einer Isolier-Beschichtung 22, vorzugsweise aus Epoxilaminat, angeordnet, und das poröse Gefäß 21 ist in einem Rohr 20 aus PVC mit einem Außendurchmesser von ca. 90 mm befestigt und mit einem Gußharz 26 abgedichtet.

In sandigem und santfcig-lettigem Boden ist es zweckmäßig, unmittelbar an den porösen Flächen der Bezugselektrode eine dünne Schicht von Tonerde, z. B. Bentonit, vorzusehen, um ein Durchsickern der Kupfersulfatlösung zur Hilfselektrode zu vermeiden.

Die Klemmen B und A (Fig. 1) des Meßgeräts 13 sind mit Kabeln 27 und 28 zu Klemmen 29 angeschlossen und dienen zur Aufnahme des Potentials beim kontaktlosen Regler zum Regeln der Station für kathodischen Schutz.

609847/0633

Es ist sehr vorteilhaft, die erfindungsgemäße Vorrichtung für nev.gebaute Stahl-Rohrleitungen zu benutzen, die mit kathodischem Schutz ausgestattet oder der Wirkung von vagabundierenden Strömen ausgesetzt werden. Vorteilhaft wird die erfindungsgemäße Vorrichtung auch bei schon früher gebauten Rohrleitungen benutzt, besonders bei Gas- und Produktleitungen, die hohen Ansprüchen an die Betriebssicherheit unterliegen. In diesen Fällen ist es zweckmäßig, die Vorrichtung an solchen Stellen anzubringen, wo schon Meßgeräte aufgebaut sind, und in den Boden, wo es längs der Trasse zu Änderungen des korrosiven Mediums ankommt.

Die Hilfselektroden von verschiedenen bekannten Flächen können als ein Vergleichsstandard dienen zur Quantifizierung von Schäden in der Isolation, die mittels der Pearson¹sehen Methode beurteilt wurden. Sie können vorteilhaft zur Beurteilung der Gefahr eines korrosiven Bruches bei thermisch- und druckbelasteten Rohrleitungen unter gegebenen Bedingungen benutzt werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch bei nicht geradlinigen Gegenständen zur Beurteilung des Polarisationspotentials Up angewandt werden, z. B. bei unterirdischen Behältern, bei von der Erdoberfläche schlecht zugänglichen Stellen zur Messung des Potentials, da die Messung meistens verzerrt werden kann, z. B. durch das Stromfeld des Erdungssystems. Auf der metallischen Hilfselektrode der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann auch eine unvollständige Durchführung der Isolier-Besehichtung des geschützten metallischen Gegenstands simuliert und der Grad des elektrochemischen Schutzes unter gegebenen Be-

609847/06 3 3

dingungen beurteilt werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch zur Beurteilung des Polarisationspotentials von metallischen Kabelmänteln angewandt werden. An den Stellen der Kreuzung eines geradlinigen kathodisch geschützten Gegenstands mit einem anderen metallischen Gegenstand kann die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Beurteilung der Interferenz unmittelbar aus der Dichte des Interferenz-, also des Korrosionsstromes benutzt werden, und zwar zwischen metallischen Hilfselektroden von verschiedenen bekannten Flächen und fremdem metallischen Gegenstand mittels geeigneten Anschlusses der Meßklemmen des Kontrollobjektes zu einem Milliamperemeter. Schließlich kann die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Beurteilung der Funktion von Isolierverbindungen und zur Beurteilung des Übergangs— Widerstands des Systems Rohrleitung - Schutzrohr angewandt werden.

609847/0633

Claims

- 19 Ansprüche

Verfahren zum Messen des Polarisationspotentials von in einem Elektrolyt im Stromfeld angeordneten Metall-Gegenständen, dadurch gekennzeichnet, daß der Potentialunterschied zwischen einer Bezugselektrode und der Oberfläche einer metallischen Hilfselektrode unmittelbar nach Abschaltung der metallischen Hilfselektrode vom Metall-Gegenstand gemessen wird.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine auswechselbare Platte (2) mit mindestens einer metallischen Hilfselektrode (16), die an einer aus einem elektrischen Isolierstoff hergestellten und eine ortsfeste bzw. stabile Bezugselektrode (4) tragenden Skelettkonstruktion (3) befestigbär ist, die mit der Bezugselektrode (4) und mit der auswechselbaren Platte (2) und dem geschützten Metall-Gegenstand (l) in demselben aggressiven Medium (5) im Stromfeld in einer Entfernung L voneinander angeordnet werden, wobei am geschützten Metall-Gegenstand (1) angeschlossene Kabel (6, 7), an der Hilfselektrode (16) bzw. den Hilfselektroden (l6, 17, 18) angeschlossene Kabel (8, 9, 10, 11) und ein an der ortsfesten Bezugselektrode (4) angeschlossenes Kabel.(12) an die Klemmen (A, B, C, D) eines Meßgeräts (13) herausgeführt sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die auswechselbare Platte (2) drei metallische Hilfselektroden (16, 17, 18) enthält.

609847/0633
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3* dadurch gekennzeichnet, daß die Skelettkonstruktion (3) mit der Bezugselektrode (4) und mit der auswechselbaren Platte (2) mit den metallischen Hilfselektroden (16, YJ, 18) in einer Hülle (14) aus einem Textilmaterial angeordnet ist, die mit durchgesiebter Erde (15) von der Einbettungsstelle des geschützten metallischen Gegenstands (1) gefüllt ist.
5· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfselektroden (16, 17, 18) aus demselben Metall wie der geschützte Gegenstand (l) bestehen, wobei die Oberfläche der metallischen Hilfselektroden (16, 17, 18) ggf. über eine simulierte unvollständige Isolier-Beschichtung mit dem aggressiven Medium (1.5* 5) in unmittelbarer Berührung stehen.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5> dadurch gekennzeichnet, daß die auswechselbare Platte (2) ein Bauteil der Skelettkonstruktion (3) ist und aus metallischen Hilfselektroden (l6, 17, l8) besteht, die kreis-

-2 -4 förmige Scheiben mit der Oberfläche S, SxIO bzw. SxIO sind und miteinander durch Elektrodenhalter (19) aus elektrischem Isolierstoff und durch Gußharz (26) verbunden sind, wobei auf der zur stabilen Bezugselektrode (4) gewandten Seite die Hilfselektrode (ΐβ) mit der Oberfläche S und auf der zum geschützten Gegenstand (l) gewandten Seite die Hilfselektrode (17) mit der Oberfläche SxIO"² und die Hilfselektrode (l8) mit der Oberfläche SxIO" angeordnet sind.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet,

609847/0633

daß der Abstand b zwischen der Meßfläche der stabilen Bezugselektrode (4) und der nächsten Oberfläche der metall! sehen Hilfselektrode (16) den Beziehungen b N 0,866 r und b ^ 0,5 a genügt,

mit a = Außendurchmesser- der zylindrischen Bezugselektrode (²O,

r = Halbmesser der kreisscheibenartigen Hilfselektrode (16),

wobei die stabile Bezugselektrode (4) auf der Achse der metallischen Hilfselektrode (16) angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis J, dadurch gekennzeichnet,

daß der Abstand L zwischen den nächsten Stellen des geschützten metallischen Gegenstands (l) und den metallischen Hilfselektroden (17, l8) den Beziehungen L^d und L^h genügt,

mit d = Außendurchmesser des zylindrischen geschützten Gegenstands (l) mit der Isolier-Beschichtung,

h = Tiefe der Einbettung bzw. Verlegung des Gegenstands (1) unter der Erdoberfläche oder unter dem Niveau des Elektro~ j gemessen zur Längsachse des Gegenstands (1).
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet,

609847/0633

daß die in der Skelettkonstruktion (5) angeordnete stabile Bezugselektrode (4) eine CuZCuSO₂,-Elektrode ist, die aus einem Kupferzylinder (24) mit einem Reinheitsgehalt von 99»9 %i einer Länge von 100 bis 150 mm und einem Durchmesser von 10 mm besteht und in einem zylindrischen porösen Gefäß (21) angeordnet ist, das eine Füllung (2^) aus einem Gemisch von kristallinem Kupfersulfat und Holzsägespänen hat, die vor der Einbettung der Vorrichtung mit wäßriger Kupfersulfatlösung begossen ist und daß die Bezugselektrode in einem aus einem elektrischen Isolierstoff hergestellten und in d^r Skelettkonstruktion (J) befestigten Rohr (20) angeordnet und mit Gußharz (26) abgedichtet ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9> dadurch gekennzeichnet^, daß das poröse Gefäß der stabilen Bezugselektrode (4) eine Isolier-Beschichtung (22) hat, wobei die kreisförmige Meßfläche der stabilen Bezugselektrode (4) in der senkrechten Entfernung b von der Oberfläche der metallischen Hilfselektrode (l6) der Beziehung 100 nnn)c > 20 mm genügt, mit c = Durchmesser der Meßfläche der stabilen Bezugselektrode (4).
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmen (A, B) des Meßgeräts (Ij5) durch Kabel (27, 28) an Klemmen (29) zur Abnahme des Potentials bei einem kontaktlosen automatischen Regler einer geregelten Station für kathodischen Schutz angeschlossen sind.

609847/0633