DE3028619C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anodenanordnung für kathodischen Schutz durch eingeprägten Strom gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Kathodischer Schutz ist das hauptsächliche Abwehrmittel zur Korrosionskontrolle von Stahlaufbauten in einer Meeresumgebung. Während Opferanoden zu diesem Zweck verwendet werden können, sind die veranschlagten Lebensdauern von 25 bis 30 Jahren zu bezweifeln, welche als theoretische Maxima für solche Anoden spezifiziert worden sind. Opfer- oder Verlustelektroden haben natürlich den Vorteil, daß sie einen unmittelbaren Schutz des Aufbaus bieten, wenn er untergetaucht ist. Einprägstromsysteme zum kathodischen Schutz benötigen eine Gleichstromenergiequelle, und aufgrund anderer Zwänge kann eine wesentliche Verzögerung dabei auftreten, diese effektiv in einem Offshore-Aufbau bereizustellen. Außerdem basieren existierende Einprägstromsysteme auf langlebigen Anoden mit starken Überzügen aus Platin, zum Beispiel auf einem Substrat von Niob. Solche Anoden sind äußerst teuer.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anodenanordnung für kathodischen Schutz durch eingeprägten Strom eines untertauchbaren Aufbaus mit kurzer bis mittlerer Lebensdauer, beispielsweise mit einer erwarteten Lebensdauer von 3 bis zu 10 Jahren zur Verfügung zu stellen. Eine derartige Anodenanordnung soll billig und einfach zu installieren sein, so daß ihre Leistung und ihre Wirksamkeit überwacht werden kann und sie äußerst leicht zu steuern ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung wird durch die Merkmale der Unteransprüche weitergebildet.

Die Elektroden können in der Gestalt von Drähten sein, zum Beispiel ein handelsüblicher platinisierter Titan- oder Niobdraht (wünschenswert mit Kupferkern).

Neben Platin kommen sämtliche korrosionsbeständigen anodisch aktiven Materia­ lien, insbesondere die Metalle der Platingruppe, ihrer Legierungen und Oxide in Frage. Da jedoch die Verwendung massiver Platinanoden im allgemeinen zu teuer ist, zieht man vor, Anoden anzuwenden, die einen Platinüberzug auf einem Substrat umfassen. Niob und Titan sind erwünschte Substrate, die mit Platin zusammen verwendet werden können und die die Eigenschaft besitzen, an ihrer Ober­ fläche einen Oxidfilm zu entwickeln, der das Metall vor weiterer Korrosion schützt. Als weitere filmbildende Metalle können auch Hafnium, Zirkon und Tantal verwendet werden.

Mit dem hier verwendeten Begriff "Seil" ist ein längliches, flexibles Matrial zu verstehen, das aus mehreren Litzen besteht, die umeinander gewickelt sind und welches korrosions­ beständig sowie verrottungssicher ist und die Fähig­ keit zum Tragen von Lasten hat.

Mit dem Begriff "isolierend" in seiner obigen Verwendung ist im wesent­ lichen nichtleitend für Elektrizität gemeint.

Polypropylen- oder Polyesterseile sind bestens geeignete Materialien zur Verwendung in Seilen der vorgenannten Anordnung. Ein typisches Polypropylenseil hat einen Durchmesser von 20 mm. Solche isolierenden Seile sind gut geeignet zur Verwendung in der oben definierten Anodenanordnung. Jedoch können auch nichtisolierende Metallseile bei bestimmten Aus­ führungsformen verwendet werden.

Dazu muß beachtet werden, daß solche Seile natür­ lich gegen den zu schützenden Metallaufbau isoliert sein müssen. In vielen Fällen hat die Beschaffenheit des Seiles keine große Bedeutung, da Aufbauten umfaßt werden, die mit Anodenanordnungen versehen sind, bei denen das Seil völlig isolie­ rend ist oder völlig elektrisch leitend ist oder ein Teil des Seiles isolierend und ein Teil elektrisch leitend ist. Beispielsweise kann eine Art isolierter Stromspeiseleitung als eine der Seilverlängerungen ver­ wendet werden, wobei die Verlängerung dann die doppelte Funktion hat, den anodischen Bereich zu tragen und seine Positionierung zu unterstützen sowie dem anodischen Bereich Strom zuzuführen. In der oben definierten Ano­ denanordnung, welche ein isolierendes Seil enthält, das durch den anodischen Bereich verläuft, muß die verlänger­ te Elektrode aus einem Material gewählt werden, das ausreichend elektrisch leitend ist, um einen angemesse­ nen Strom zu gestatten zum befriedigenden kathodischen Schutz mit einer mäßigen Spannung. Zusätzlich zu der Natur des Materials für die Elektrode ist in diesem Zusammenhang die Gestalt der verlängerten Elektrode (zum Beispiel Streifen- oder Drahtform) bedeutsam. Ins­ besondere ist eine drahtförmige Gestalt besser geeignet zur Schaffung der erwünschten elektrischen Eigenschaf­ ten als eine dickere und weniger längliche Elektroden­ form. Es leuchtet ein, daß die oben definierte Anodenanordnung, die ein leichtes Seil und eine um diese herum­ gewickelte lange und leichte Elektrode enthält, mehrere beträchtliche praktische Vorteile aufweist.

Wie oben angedeutet, bilden Titan und Niob (und die anderen filmbildenden Metalle) bei Anwendung Oxidfilme, welche die Oberfläche des Metalls bedecken. Wenn beispielsweise ein Stück Titan zuerst als Anode an eine elektrolytische Zelle angeschlossen wird, zeigt die graphische Darstellung des Stromes gegenüber der Spannung mit Zunahme der Spannung einen anfänglichen Stromanstieg, dem ein steiler Abfall des Stroms auf einen kleinen Reststrom­ wert folgt. Dies zeigt die Bildung und Existenz des schützenden Oxidfilms auf der Oberfläche des Metalls. Wenn aber die Spannung weiter zunimmt, bricht der Oxid­ film zusammen, und danach ist der Verlauf des Stromes über der zunehmenden Spannung linear, wobei eine Spannungszunahme eine Zunahme des fließenden Stro­ mes mit sich bringt. Physikalisch gesehen führt die Unterwerfung eines Stückes, beispielsweise aus Titan, unter eine Spannung oberhalb der Durchbruchsspannung zur Zerstörung der schützenden Oxidschicht und zur raschen Auflösung des Metalls. Dies ist natürlich ver­ heerend unter dem Gesichtspunkt eines stabilen Elektro­ densystems. Bei Titan liegt die Durchbruchsspannung in der Größenordnung von 8 bis 10 Volt, wäh­ rend bei Niob die Durchbruchsspannung in der Größen­ ordnung von 100 Volt liegt. Da in der Praxis eine platinisierte Titananode ein Stück Titan umfassen kann, das nur teilweise durch eine Platin­ schicht bedeckt ist, ist es wichtig, die zwischen diesem blanken Titan und dem benachbarten Elektrolyten auftre­ tende Spannung auf einen Wert unterhalb der Durchbruchs­ spannung zu begrenzen, da anderenfalls das Titan korro­ diert. Je höher die Betriebsspannung, die angelegt werden kann, desto größer ist der Strom­ fluß und desto wirksamer der kathodische Schutz. Ein Verfahren zur Vermeidung von einer durch Spannungs­ durchbruch eingeleiteten Korrosion ist die Anwendung von Niob als Substrat, obwohl das viel mehr kostet.

Wo eine platinisierte Anode, zum Beispiel aus Titan, beispielsweise nahe einem Stahlaufbau gelegen ist, der geschützt werden soll, hat das resultierende elektrische Feld während Anodenbetrieb einen Spannungs­ gradienten, der so verläuft, daß die Betriebsspannungen nahe der Durchbruchsspannung gefährlich sind; daher besteht eine große Gefahr eines Durchbruchs des schützenden Oxidfilms in den Bereichen des Titans, welche nicht mit Platin überzogen sind, und folglich einer Zerstörung des Anodenaufbaus. Im Gegensatz dazu ist festgestellt worden, daß die gleiche Anode, die in einem angemessenen Abstand von dem Aufbau liegt, der geschützt werden soll, mit einer Systemspannung ober­ halb der Durchbruchsspannung betrieben werden kann, da der Spannungsgradient um die Anode herum bei deren Betrieb viel weniger stark ist. Ferner wird mit solch einem Aufbau eine bessere Stromverteilung erhalten und folglich ein besserer und gleichmäßigerer Gesamt­ schutz des zu schützenden Aufbaus. Bei einem konzen­ trierten Feld des Typs, der aus einer Anode resultiert, die sehr nahe dem zu schützenden Aufbau gelegen ist, werden hohe örtliche Schutzströme benachbart zu der Anode erzeugt. Dies hat mögliche Probleme wie Wasser­ stoffversprödung und übermäßige Kathodenablagerungen, zusammen mit der Schwierigkeit, einen angemesse­ nen Strom in gewissem Abstand von der Anode zu erhalten, zur Folge. Wenn die in einem kathodischen Schutzsystem angewandte Anode in beträchtlichem Abstand von dem zu schützenden Aufbau angeordnet werden kann, überlebt sie eine höhere Betriebsspannung und kann einen höheren Ausgangsstrom mit einem zufriedenstellenderen Schutz liefern. In solchen Fällen steht dann die Lebensdauer der platini­ sierten Anode in Beziehung zu der Dicke des Platins, das aufgebracht worden ist. In der Praxis beträgt die praktische Mindestdecke von Platin, das auf Titan- oder Nioboberflächen aufzubringen ist, 2,5 Mikrometer.

Eine längere Lebensdauer kann durch Anwenden dickerer Platinüberzüge erhalten werden. Eine geeignete Dicke wäre 5 bis 20 Mikrometer.

Bei der vorliegenden Anordnung ermöglicht es die Aufnahme eines Seiles in die Anodenanordnung, das sich in wenigstens zwei verschiedenen Richtungen von dem anodischen Bereich erstreckt, die Anoden innerhalb des Gerüstes, zum Bei­ spiel eines Meeresaufbaus, aufzuhängen, wobei die anodischen Bereiche weit von jedem Stahlteil entfernt sind. Dies ermöglicht es, eine Anode auf Titan­ basis bei einer Systemspannung oberhalb ihrer Durch­ bruchsspannung zu verwenden. Im Fall einer Elektrode auf Titanbasis liegt das Verhältnis des Abstandes zwi­ schen dem anodischen Bereich und dem zu schützenden Aufbau zu der anodischen Länge gewöhnlich zwischen 0,4 und 4, günstigerweise zwischen 0,5 und 2.

Die vorliegende Anordnung ist insofern flexibel, als ein "maßgeschneidertes" kathodisches Schutzsystem für jeden besonderen zu schützenden Aufbau entworfen werden kann und das System als Installation "zur nachträglichen Anpassung" verwendet werden kann, um einen Schutz für einen Aufbau vorzusehen, der schon unter Korrosions­ angriff leidet. So kann zum Beispiel eine Anzahl Seil­ anodenanordnungen bei jedem Niveau in einem Offshore-Ölbohrturm aufgespannt werden, um bei jedem Niveau ein kegelförmiges anodisches Gesamtsystem zu schaffen, an welches ein geeigneter Strom angelegt werden kann.

Eine Anzahl der Anodenanordnungen kann zusammen mit zugeordneten Kabeln (falls erwünscht) und/ oder mit Aufhängungen hergerichtet und auf eine Trommel aufgewickelt werden, um den Transport und die Handhabung am Einsatzort auf See zu erleichtern.

Gut geeignet ist ein Polyester- oder Polypropylenseil, um welches drei mit Kupferkern versehene platinisierte Titandrähte von beispielsweise 4 mm Durchmesser ge­ wickelt sind, welche spiralförmig so um das Seil ge­ wickelt sind, daß sie mit der Schlaglänge des Seiles selbst übereinstimmen. Das Seil kann vor Degradations­ produkten, die elektrolytisch an der Anodenoberfläche erzeugt werden, durch Abdecken des Seiles mit einer Schutzschicht, zum Beispiel einem Heißschrumpfschlauch aus einem Polyvinylidenfluorid-Kunstharz geschützt werden. Das gleiche Material kann auch dazu verwendet werden, die Elektroden in periodischen Abständen an dem Seil anzu­ bringen, indem eine Reihe beabstandeter äußerer Schläuche um den genannten Kunstharz um die Elektrodenwicklungen herum entlang der gesamten Seilkonstruktion vorgesehen wird.

Bei der oben beschriebenen Konstruktion können Energie­ anschlüsse mittels flexibler isolierter Leiter ähnlich einem Schweißkabel bewirkt werden. Ein elektrischer Kabelanschluß kann an einem Ende der Anode derart aus­ geführt werden, daß Seewasserauflösungsprodukte den Anschluß nicht verunreinigen. Ferner können die Befesti­ gungsanordnungen (die von dem Aufbau ab­ hängen, der geschützt werden soll) an jedem Ende des Seiles aus nichtmetallischem Material hergestellt werden, außer wo Schrauben benötigt werden.

Es ist wichtig, daß die Länge des Seiles und der Aufhängungsanordnungen für den gesamten Aufbau unabhängig sind von der Länge der Elek­ troden und so konstruiert sein können, daß sie für die betreffende Anwendung geeignet sind. Ein Gitterwerk kann für eine Anzahl solcher Konstruktionen entworfen werden, um einen Schutz für einen geeigneten Aufbau zu schaffen.

Es ist berechnet worden, daß bei Verwendung der oben beschriebenen Seilanodenanordnung auf Titanbasis der maximale wirtschaftliche Strom 250 Ampere je Anode beträgt. Wenn bei dieser Konstruktion der ano­ dische Bereich auf dem Seil länger als 10 m ist, wird ein verminderter Strom pro Längeneinheit erhalten, und es tritt ein großer Spannungsabfall auf, der solche längeren anodischen Bereiche unerwünscht macht. Es ist ebenfalls unerwünscht (aus dem oben beschriebenen Grund), daß der anodische Bereich näher an dem zu schützenden Stahlaufbau liegt als 10 m. Die Ganghöhe der Ano­ denwicklung hängt günstigerweise ab von der Ganghöhe des Schlages des Seils. In der Praxis ist eine Länge des platinisierten Titandrahts von 12 bis 18 m erwünscht, um (in gewickelter Form) den ano­ dischen Bereich von 10 m Länge zu schaffen, wobei einer Länge des platinisierten Titandrahtes von 12 bis 14 m eher der Vorzug zu geben ist. In der Praxis werden 5 bis 15 Volt an die Anoden angelegt.

Oben ist auf die Verwendung von Polyvinylidenfluorid-Kunstharz als Material für den Heißschrumpfschlauch zum Schützen des Seiles und zum Halten der Elektrodenwicklungen auf dem Seil Bezug genommen worden. Dieses Material ist sehr er­ wünscht wegen seiner extremen chemischen Trägheit. Es ist aber zu beachten, daß jeder der Anodendrähte, dort wo sie an den Enden des beispielsweise 10 m langen anodischen Bereichs herauskommen, durch Heißschrumpfum­ hüllung geschützt werden kann oder die Enden der Anodendrähte mit Titan abgedichtet werden können.

Die Aufhängung der Anodenanordnung kann erzielt werden unter Verwendung von Ösen an jedem Ende des Seiles und Benutzung normaler Seil- und Gurt­ schlingen an Verankerungspunkten. Eine Vorspannung kann der Anordnung während der Installation erteilt werden, um eine übermäßige Bewegung bei Stürmen zu beschränken (besonders wichtig bei Offshore-Aufbauten).

Eine Bezugselektrode kann an die Anordnung angefügt oder in die Konstruktion aufge­ nommen werden, um eine Messung des Potentials des Aufbaus zu ermöglichen, welcher zu schützen ist. So kann eine Bezugselektrode mit einer oder beiden (oder jeder) der Seilverlängerungen nahe deren Enden verbunden werden, so daß das Potential des geschützten Aufbaus in der unmittel­ baren Nachbarschaft der Bezugselektrode oder -elektroden erfaßt werden kann. Eine geeignete Form einer Bezugs­ elektrode umfaßt einen zylindrischen Block aus Zink, der einen verzinkten Stahldrahtkern enthält, wobei verzinkte Stahldrähte aus dem Kern zu elektrischen Verbindungszwecken führen. Wegen ihrer Zylinderform kann solch eine Elektrode an den Seilverlängerungen der Anodenanordnungen positioniert werden, indem sie einfach entlang dem gewünschten Seil geschoben wird. Die Elektrode kann an der gewünschten Stelle positio­ niert werden durch die Verwendung von Heißschrumpf­ schläuchen, wie oben erläutert, und zugeordneter Kabel und elektrischer Verbindungen, die ähnlich unter Ver­ wendung von Heißschrumpfschläuchen geschützt werden. Auf diese Weise kann das Potential an erwünschten Punk­ ten in dem zu schützenden Aufbau überwacht werden, und, falls erwünscht, kann eine Rückkopplung dieses über­ wachten Potentials zu einem automatischen Gleichrichter eingerichtet werden, um sicherzustellen, daß der Strom, der durch den anodischen Bereich der zum Schutz des zu schützenden Aufbaus angewandten Anodenanordnung oder -anordnungen geliefert wird, angemessen ist, Potential­ pegel in dem Aufbau aufrechtzuerhalten, die zum kathodischen Schutz geeignet sind.

Als Alternative zum Positionieren der Bezugselektrode an dem Seil einer Anodenanordnung können ein oder mehrere solcher Bezugselek­ troden an einem vorgespannten Seil völlig getrennt von der Anodenanordnung positioniert werden. Wenn eine Vielzahl von Bezugselektroden so eingesetzt wird, können diese in einem vorbestimmten Raster entlang einem Seil beabstandet sein, um das Potential eines untergetauchten Aufbaus an erwünschten Stellen zu messen, wenn die re­ sultierende Bezugselektrodenanordnung benachbart dem untergetauchten Aufbau (geeignet beschwert) aufgehängt wird. Diese Art von Anordnung kann wie die Anodenanord­ nung auf eine Trommel aufgewickelt werden. Die vorliegende Bezugselektrodenanordnung kann natürlich völlig getrennt von der vorliegenden Anodenanordnung ver­ wendet werden und kann in Situationen angewandt werden, wo es entweder nicht möglich oder nicht notwendig ist, die Anodenanordnung zu verwenden.

Es leuchtet ein, daß bei Vorgabe eines bestimmten Auf­ baus, für den das Vorsehen eines kathodischen Schutzes erwünscht ist, der Fachmann im voraus den erforderlichen Strombedarf für verschiedene Punkte an dem Aufbau be­ rechnen kann und daher für den Gesamtaufbau etwas vor­ sehen kann, was als "Kathodenschutz-Lastmittelpunkt" bezeichnet werden kann, in gewisser Analogie zu dem Schwerpunkt (um eine mechanische Analogie zu verwenden). Unter Verwendung der Anodenanordnungen kann dann ein kathodisches Schutzsystem konstruiert werden, das diese Information berücksichtigt. Es ist bereits angedeutet worden, daß die Anodenanordnungen es gestatten, ihren anodischen Bereich entfernt von dem zu schützenden Aufbau zu positionieren und so eine bessere Stromverteilung um den Aufbau herum zu gestatten und die Verwendung von Systemspannungen oberhalb der Durchbruchsspannung zu ermöglichen.

Eine Anodenanordnung kann durch ein Rohr hindurch aufgehängt werden, das zwischen den Gliedern eines Aufbaus positioniert ist, der geschützt werden soll, beispielsweise ein Ölbohrturm, wobei eine Seilverlängerung der Anodenanordnung durch das Rohr hindurch positioniert und an dem Aufbau an einem Ende des Rohres befestigt wird, während der anodische Be­ reich der Anodenanordnung außerhalb des Rohres an dessen anderem Ende ist und eine zweite Seilverlängerung an einem anderen Abschnitt des Aufbaus befestigt wird. Bei solch einer Konstruktion können Kabel, die benötigt werden, zu oberen Niveaus des zu schützenden Aufbaus durch das Rohr geführt werden. Das Rohr kann an seinem dem anodischen Bereich der Anodenanordnung benachbarten Ende mit einer glockenförmigen Muffe versehen sein, um das Hindurchführen der Anodenanordnung zu erleichtern. Geeignete Rohre, welche bei den vorgenannten Anodenanordnungen verwendet werden können, finden sich manchmal bei kathodisch geschützten Aufbauten, die mehr herkömm­ lich befestigte Anoden als die flexiblen Anoden der vorgenannten Anordnung anwenden.

Diese Anordnung ist gut geeignet für den kathodischen Schutz von Ölbohrtür­ men.

Auch können eine Vielzahl von Anodenanordnungen zu einem Gitterwerk ver­ bunden werden. Eine geeignete Zahl von Anodenanordnungen zur Einbringung in ein Gitterwerk beträgt 3 bis 10, zum Beispiel 5 oder 6.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Gesamtansicht einer Anoden­ anordnung;

Fig. 2 die Einzelheit des Endes der Elektrodenwick­ lungen in der Anodenanordnung von Fig. 1;

Fig. 3 die Einzelheit eines Mittelbereichs der Elek­ trodenwicklungen der Anodenanordnung von Fig. 1;

Fig. 4a und 4b die Einzelheit der elektrischen Kabelverbindung mit den Elektrodenwicklungen der Anodenanordnung von Fig. 1;

Fig. 5 einen Querschnitt bei der Linie A-A in Fig. 4a;

Fig. 6 eine Seitenansicht eines Ölbohrturmaufbaus, bei welchem in einem Niveau ein kathodischer Schutz durch das Einbringen von Anodenanord­ nungen vorgesehen ist;

Fig. 7 eine Draufsicht auf einen Schnitt durch Fig. 6, von Linie 7-7 nach unten gesehen;

Fig. 8 einen Schnitt längs der Linie 8-8 von Fig. 7, welcher nur die Anodenanordnungen in der Ebene des Schnitts zeigt; und

Fig. 9 eine Schnittansicht einer Bezugselektrode, die an dem Seil einer Anodenanordnung posi­ tioniert ist.

Wie aus Fig. 1 zu erkennen, umfaßt die gezeigte spe­ zielle Anodenanordnung ein Seil 5, das aus Polyester­ faser besteht und durch einen Polyvinylidenfluorid-Kunstharz-Heißschrumpfschlauch geschützt ist. Für das Seil eignet sich ein Durchmesser von 20 mm. Um das Seil 5 herum gewickelt sind Elektro­ denwicklungen 6 (Fig. 2 und 3), die aus platini­ sierten Titandrähten von 4 mm Durchmesser mit Kupferker­ nen bestehen. Drei solcher platinisierten Titandrähte sind schraubenförmig um das Seil 5 herumgewickelt.

In periodischen Abständen ist das Seil 5 mit einem Schrumpfsitzschlauch 7 aus Polyvinylidenfluorid-Kunstharz versehen, um die Elektrodenwicklungen 6 an dem Seil 5 zu befestigen. Ein weiterer Polyvinylidenfluorid-Kunstharz-Schlauch ist an einem Ende 2 und im Mittelbereich 3 des gesam­ ten Elektrodenbereichs (Anodenbereichs) (allgemein durch das Bezugszeichen 8 bezeichnet) vorgesehen, wel­ ches von dem elektrischen Kabelanschluß an den Elektro­ denbereich (der selbst allgemein durch das Bezugszei­ chen 4 bezeichnet ist) entfernt ist.

Zur Befestigung der Anodenanordnung an dem Aufbau, welchen sie schützen soll, sind an den Enden des Seiles 5 Ösen 9 vorgesehen. Wie zu sehen, ist eine zusätzliche Öse an dem Seil 5 angebracht an seinem Ende, das von dem elektrischen Kabelanschluß 4 entfernt ist, um ein Spannen und eine Taucherinstallation der Anodenanord­ nung zu erleichtern. Das Seil wird günstigerweise bei der Installation mit einer Vorspannung von einer halben bis zu einer ganzen Tonne versehen, um seine übermäßige Bewegung nach der Installation und bei Stürmen zu ver­ hindern.

Fig. 2 zeigt, wie bereits angedeutet, das Ende des Elektrodenbereichs, das in Fig. 2 mit dem Bezugszeichen 2 bezeichnet ist. Es ist zu sehen, daß das Seil 5 durch einen Polyvinylidenfluorid-Kunstharz-Schlauch 10 gegen die Elektrodenwicklungen 6 geschützt ist. Die Enden 11 der Elektroden sind in einem Heißschrumpfschlauch 12 abgedichtet, obwohl auch eine Titanabdichtung alternativ verwendet werden kann. Die Enden 11 sind durch einen weiteren Polyvinylidenfluorid-Kunstharz-Schlauch 13 bedeckt.

In Fig. 3 ist zu erkennen, daß drei Elektrodenwicklun­ gen durch einen weiteren Polyvinylidenfluorid-Kunstharz-Schlauch 7 bedeckt sind und dadurch auf dem Polyvinylidenfluorid-Kunstharz-Schlauch 10, welcher das Seil 5 bedeckt, an ihrem Platz gehalten werden.

Wie aus den Fig. 4a, 4b und 5 zu ersehen, sind die Elektrodenwicklungen 6 an dem Ende zum elektrischen Kabelanschluß 4 der Anodenanordnung mit Überzügen aus einem Heißschrumpfschlauch 14 versehen. Die Überzüge 14 erstrecken sich bis unter einen Polyvinylidenfluorid-Kunstharz-Schlauch 15, der die Elektrodenwicklungen 6 an ihrer Stelle auf dem Polyvinylidenfluorid-Kunstharz-Schlauch 10 hält, der das Seil 5 schützt. Die Elektrodenwicklungen 6 verlaufen in eine Kabel/Elektro­ den-Verbindungsanordnung, welche allgemein durch das Bezugszeichen 19 bezeichnet ist, und welche an dem Seil 5 durch einen weiteren Heißschrumpfschlauch 16 be­ festigt ist. Die Anordnung 19 umfaßt ein Polythenrohr 17, das eine Epoxydfüllung 18 aufweist, wobei die Wicklun­ gen 6 (die je aus einem platinisiertem Titandraht, wie oben beschrieben, in einem Heißschrumpfschlauch be­ stehen) darin eingebettet sind. Ein einadriges Kabel 20 führt von einer Kabelmuffe 21 zu einer Kabelquetschver­ bindung 22, um dadurch den elektrischen Anschluß an die Wicklungen 16 zu schaffen. Die Verbindung 22 ist mit einem Heißschrumpfschlauch 23 versehen. Das einadrige Kabel 20 hat günstigerweise einen Querschnitt von 50 mm², und eine günstige Größe für das Polythenrohr 17 sind ein Innendurchmesser von 50 mm und eine Länge von 300 mm.

Der Bereich der Anordnung von dem Polyvinylidenfluorid-Kunstharz-Schlauch 15 bis knapp unterhalb des oberen Endes des Rohres 17 ist günstigerweise in Gummiband eingebunden, um die Anordnung beim Transport zu schützen.

Unter nochmaliger Bezugnahme auf Fig. 2 kann ein Bereich von unterhalb des Polyvinylidenfluorid-Kunstharz-Schlauchs 13 bis weiter oberhalb desselben mittels einer oder mehrerer (zum Beispiel drei) Lagen von halb überlapptem Isolierband geschützt werden, das insge­ samt durch einen Heißschrumpfschlauch geeigneter Größe bedeckt ist. Der Schlauch 13 hat eine größere Länge als die verschiedenen Schläuche 7 und der Schlauch 15, günstigerweise die doppelte Länge der Schläuche 7 und 15. Der Schlauch 13 kann beispielsweise 150 mm lang sein, und die Schläuche 7 und 15 können beispiels­ weise 75 mm lang sein.

Es ist zu beachten, daß der schützende Polyvinylidenfluorid-Kunstharz-Schlauch 10 sich von oberhalb dem oberen Ende des Rohres 17 (Fig. 4b) bis über den Schlauch 13 am anderen Ende des Elektrodenbereichs 8 hinaus erstreckt. Der Elektrodenbereich 8 hat günstig eine Länge von 10 m, und derPolyvinylidenfluorid-Kunstharz-Schlauch 10 kann zum Beispiel eine Länge von 11,5 m haben, um dadurch den Elek­ trodenbereich 8 völlig zu überdecken. Unter Bezugnahme auf Fig. 4b ist das Kabel 20 gewöhnlich flexibel und kann unarmiert, mit Ethylen-Propylen-Gummi isoliert und mit chlorsulfoniertem Polyethylen ummantelt sein. Es ist auch einzusehen, daß eine elektrische Kabelverbindung des in Fig. 4b gezeigten Typs ersetzt werden kann durch eine einfache Kabel- Elektrodenverbindung, bei welcher ein Schutzüberzug (zum Beispiel vulkanisierter Gummi) über der Verbindung aufgebracht wird. So kann beispielsweise eine äußere Schutzhülle um das elektrische Kabel herum über das Ende der Elektrode hinaus verlängert werden, um die Verbindung abzudecken.

Die anhand der Zeichnungen oben genau beschriebene Anodenanordnung hat die folgenden wünschenswerten Merk­ male für den kathodischen Schutz metallischer Meeresauf­ bauten (obwohl sie natürlich auch zum Schutz anderer untergetauchter Aufbauten verwendet werden kann):
(a) die Elektrode selbst ist lang und dünn, was nicht nur die erforderliche Antriebsspannung vermindert, sondern auch zu einer Materialersparnis führt;
(b) die Anordnung ist flexibel und kann aufgespult wer­ den, (z. B eine Vielzahl von Anoden­ anordnungen, die auf eine Trommel aufgewickelt sind);
(c) vorausgesetzt, daß geeignete Verankerungsanordnungen getroffen sind, leidet die Anodenanordnung nicht an Verschleiß oder Ermüdung bei Betrieb und ist ein natürlicher Wirbelabweiser;
(d) die Anodenanordnung hat typisch eine Stromkapazität von bis zu 250 Ampere und kann in einem Gitter angeordnet werden, um ein Gesamtsystem für eine bestimm­ te Installation mit einer Kapazität von beispielsweise 1500 Ampere (das heißt, 6 Anodenanordnungen) vorzusehen;
(e) die theoretische Mindestlebensdauer einer Platin­ schicht beträgt 3 Jahre und kann nach Bedarf verlängert werden;
(f) die Montage der Anodenanordnung an einem Aufbau, der geschützt werden soll, kann sehr leicht erzielt werden, und die Aufhängerichtung der Anodenanordnung kann auf besondere Anforderungen eingerichtet werden.

Anstelle der Verwendung eines Heißschrumpfschlauches kann ein alternatives Mittel zur Anfügung der Elektroden an dem Seil angewandt werden. Der Heißschrumpfschlauch ist aber ein einfaches und wirksames Mittel zur Erzielung dieses Zwecks.

Nun werden die Fig. 6, 7 und 8 betrachtet; Fig. 6 zeigt eine Seitenansicht eines Ölbohrturmaufbaus mit Anodenanordnungen, die mit dem Bezugszeichen A bezeich­ net und bei einem bestimmten Niveau in dem Bohrturm angeordnet sind, wobei jede Anodenanordnung A mit einem Verbindungsglied M in der Mitte des Bohrturms verbun­ den ist.

Aus Fig. 7 ist ersichtlich, daß fünf Anodenanordnungen in einer Halbkegelform angeordnet sind, und Fig. 8 zeigt die Befestigungseinrichtung für die zwei Anord­ nungen in der Ebene des Schnitts, der durch die Linie 8-8 in Fig. 7 angedeutet ist.

Beim Installieren von Anodenanordnungen, beispielsweise in einem Ölbohrturmaufbau, können Komponenten wie zum Beispiel Beilagscheiben zum Beispiel aus einer ange­ messenen Qualität bestehen, und Bolzen können aus Titan bestehen, das durch Wasser oder Elek­ trolytwirkung nicht beeinträchtigt wird.

Im allgemeinen können beim kathodischem Schutz für einen Ölbohrturmaufbau alle Kabel für eine Gruppe von Anodenanordnungen (zum Beispiel die in den Fig. 6, 7 und 8 dargestellten) zu dem Kellerdeckniveau innerhalb eines nichtmetallischen Schlauches heraufgeführt sein. Der Schlauch kann aus Polyvinylchlorid mit Nylonverstärkung bestehen und kann an einem geeigneten Vertikalglied in dem Öl­ bohrturmaufbau angeschnallt sein. Ferner können alle Glieder einer Gruppe von Anodenanordnungen, wenn sie sämtlich die gleichen Kabel- und Elektrodenlängen haben, leicht parallel an einen Gleichrichter angeschlossen werden. Einrichtungen an einem geeigneten Verbindungskasten sollten die Verwendung eines Anklemm-Amperemeters ge­ statten zur Kontrolle, daß sämtliche Anoden den selben Strom abgeben.

Es leuchtet ein, daß die Anordnung einer Gruppe von Anodenanordnungen innerhalb eines bestimmten Niveaus des Aufbaus, beispielsweise eines Ölbohrturms, in star­ kem Ausmaß durch die Anordnung der Glieder bestimmt wird, welche den Ölbohrturmaufbau bilden. Innerhalb dieser Beschränkung können die Anodenanordnungen so angeordnet werden, daß sie das Erfordernis für Kathoden­ schutz-Belastungs- und -stromverteilung erfüllen, um einen angemessenen Korrosionswiderstand des Aufbaus zu erzielen, der geschützt werden soll.

In Fig. 9 kann eine allgemein mit 30 bezeichnete Be­ zugselektrode über dem Seil 5 angeordnet sein. Eine derartige Elektrode ermöglicht die Messung des Poten­ tials des geschützten Aufbaus innerhalb eines kleinen Umkreises, z. B. eines Umkreises von 0,5 bis 1 m. Die Elektrode 30 kann unter Verwendung einer Standardelek­ trode vor der Verwendung geeicht sein, und ein Rück­ kopplungssystem kann dazu ausersehen sein, Information von der Elektrode 30 zu einem automatischen Gleich­ richter weiterzugeben, der dann den Strom, welcher durch den Elektrodenbereich 8 der Anodenanordnung geliefert wird, verstellt entsprechend Änderungen des Potentials in dem geschützten Aufbau, das durch die Bezugselektrode 30 überwacht wird. Die Elektrode 30 um­ faßt ein zylindrisches Glied 26, das aus Zink gebildet ist und einen durch dieses hindurchlaufenden Kern 25 aus verzinktem Stahldraht aufweist. Ein durch einen Heißschrumpf­ schlauch geschützter verzinkter Stahldraht 27 führt von der Elektrode 30 zu einer geeigneten Klemmverbin­ dung 28 für elektrische Kabel. Die Elektrode 30 wird an ihrer Stelle auf dem Seil 5 gehalten mittels Heiß­ schrumpfschläuchen 24 und 29. Der Heißschrumpfschlauch 29 hat eine ausreichende Länge, um ein Ende der Elek­ trode 30 und den Draht 27 zusätzlich zu der Quetschver­ bindung 28 zu überdecken.

Es leuchtet ein, daß die Elektrode 30 von Fig. 9 an jedem gewünschten Punkt auf dem Seil 5 der Anodenanord­ nung positioniert werden kann. Es ist natürlich günstig, die Bezugselektrode so nahe wie möglich an dem Abschnitt des zu schützenden Aufbaus zu plazieren, dessen Potential gemessen werden soll. Es können Bezugselektroden an einem oder beiden Enden einer Anodenanordnung (oder, falls mehr als zwei Seilverlängerungen in der Anodenan­ ordnung vorhanden sind, an jedem Ende eingesetzt werden. Auf diese Weise wird ein äußerst flexibles System zum kathodischen Schutz eines Aufbaus, welcher untergetaucht ist, erhalten.

Es ist bereits Bezug genommen worden auf eine Bezugs­ elektrodenanordnung, bei welcher eine oder mehrere, günstigerweise viele solcher Bezugselektroden an einem Seil positioniert sind (das nicht das Seil einer Anodenanord­ nung ist). Es ist ersichtlich, daß die oben beschriebene Bezugselektrode (Fig. 9) und ihr zuge­ ordnetes elektrisches Kabel, das Heißschrumpfschläuche zu Schutz-, Befestigungs- und Positionierzwecken ver­ wendet, sich direkt zur Einarbeitung in solch einer Anordnung eignet. Solch eine Anordnung kann zum Beispiel von einem Ölbohrturm bei einem Punkt ausreichend weit unterhalb der Meeresoberfläche geschlungen sein, um Schlechtwetterzustände zu vermeiden (15 bis 30 m, zum Beispiel 20 m unter der Oberfläche), und kann so lang sein wie gewünscht (zum Beispiel 100 bis 200 m, günstigerweise 150 m). Die Anordnung kann annähernd die gleiche Lebensdauer wie die vorgenannte Anodenanordnung haben (zum Beispiel 5 Jahre) und kann auf diese Weise nütz­ liche kurzfristige bis mittelfristige Hinweise geben auf das Potential eines Aufbaus, welchem kathodischer Schutz erteilt wird, bis eine Form eines "permanenten" Bezuges installiert werden kann.

Claims (6)

1. Anodenanordnung für kathodischen Schutz durch eingepräg­ ten Strom eines untertauchbaren Aufbaus, mit
einem länglichen Träger, der eine längliche Elektrode in Längsausdehnung des Trägers trägt, dadurch gekennzeichnet, daß der längliche Träger ein Seil (5) ist und daß die längliche Elektrode (6) wendelförmig um das Seil (5) in Übereinstimmung mit der Schlaglänge des Seils (5) gewickelt ist und von dem Seil (5) mittels einer Isolier­ schicht (10) isoliert ist zur Bildung eines anodischen Bereiches (8), von dem das Seil (5) in zwei Richtungen so wegragt, daß die Anodenanordnung an einem untertauchbaren Aufbau derart befestigbar ist, daß der anodische Bereich (8) vom Metall des kathodisch zu schützenden Auf­ baus beabstandet ist.

2. Anodenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (6) ein Titansubstrat aufweist, das einen anodisch aktiven Überzug umfaßt, wobei die Anord­ nung so an dem Aufbau befestigt ist, daß der anodische Bereich (8) vom Metall des schützenden Aufbaus entfernt ist.

3. Anodenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (6) die Form eines Drahtes hat.

4. Anodenanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht ein platinisierter Titan-Kupferkern-Draht ist.

5. Anodenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Seil (5) elektrisch nichtleitend ist.

6. Anodenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Seil (5) aus Polypropylen oder Polyester besteht.