DE4314924A1 - Method and device for controlling corrosion protection systems - Google Patents

Method and device for controlling corrosion protection systems

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Karl Lang
Johan S Meijer
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    • C23F2213/20—Constructional parts or assemblies of the anodic or cathodic protection apparatus
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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.The invention relates to a method and a device to control systems for the cathodic Corrosion protection of metal surfaces, consisting of several electrically connected Sacrificial anodes and at least one electroless Reference electrode opposite the metal surface are electrically isolated and in the adjacent Immerse the electrolyte.

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. If steel, iron, cast iron and other metals as well Alloys in soil, fresh water, sea water and brought into contact with other aqueous electrolytes corrosion occurs, which is smaller in training galvanic corrosion elements on the metal surface is justified. So during the corrosion flow in the Inside of the metal from the anodic zone to the one with its short-circuited cathodic zone of the individual galvanic corrosion currents. The Corrosion is associated with material removal if for example the electrolytes contain salts what synonymous with the decrease in electrolyte resistance and the increase in conductivity is the temperature of the Electrolytes rise, the sheets with unevenly Roll skin and / or paint are covered, the rolling structure e.g. B. was changed by welding, mechanical There are stresses and inhomogeneities in the metal. The flowing in the individual galvanic corrosion element electrical direct current causes at the anodic zones a dissolution of the metal with the associated negative consequences.  

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.Direct currents causing such corrosion avoid the cathodic corrosion protection galvanic anodes applied by the one to be protected Metal with one in the electrochemical series more negative metal is conductively connected. In the on thus created galvanic element flows electrical direct current to act as cathode more negative metal.

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.In order to protect the steel of oil tanks from corrosion, for example, it is necessary to assign a comparatively more negative potential to the steel. Zinc, which has a potential of -1100 mV compared to a Cu / Cuso 4 measuring cell, has proven particularly useful here. It is therefore more negative than the steel with a potential of -600 mV and acts as an anode, polarizes the steel and thereby protects it from corrosion. Experience has shown that if the potential is reduced by about -200 mV compared to the resting potential, the corrosion is stopped. Steel is protected when the potential is set to around -800 to -850 mV. The zinc anodes are gradually consumed in the cathodic corrosion protection of steel.

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.It is the object of the present invention that to improve the method described above so that continuous monitoring cathodic Corrosion protection systems for metal surfaces is possible and the life of the sacrificial anodes is significantly increased.

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. The solution to this problem is that Potential between the metal surface and the reference electrode continuously recorded by measuring and in case of deviations from desired value of the potential the sacrificial anodes External power is automatically supplied until one Alignment of the potential reduction to the desired one Potential (setpoint) is reached.  

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.This method has the advantage that the Condition of the cathodic corrosion protection system can be observed and the removal of the sacrificial anodes a minimum is limited. Otherwise goes in uncontrolled operation of the material of the anode metal according to the natural potential difference between anode and cathode and the resulting one Corrosion current in solution.

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.The device for performing the method exists in that the reference electrode, the output of the Sacrificial anodes and the metal surface with a PI controller connected and the sacrificial anodes in their power delivery are adjustable.

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.The reference electrode is on a PI controller Actual value switched. The one set on the PI controller The setpoint controls one in comparison to the actual value Power source connected to the sacrificial anodes.

Als Opferanoden kommen insbesondere solche aus Zink, Magnesium, Aluminium oder Eisen-Silizium-Legierungen zur Anwendung.In particular, zinc is used as sacrificial anode, Magnesium, aluminum or iron-silicon alloys Application.

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. A preferred embodiment of the invention The procedure is that instead of External power supply of the output from the sacrificial anodes Current is continuously limited automatically until one Alignment of the potential reduction to the desired one Potential (setpoint) is reached.  

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.To carry out this procedure, the Darlington circuit proved to be particularly suitable at of the two to three transistors connected in cascade are that the emitter current of the previous one is equal to that Base current of the next transistor is. Thereby the current gain and thus the Input resistance significantly increased.

Die Erfindung ist nachfolgend mittels den in der Zeichnung dargestellten Figuren näher und beispielhaft erläutert. Es zeigen:The invention is subsequently by means of the Drawing shown figures closer and exemplary explained. Show it:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Rohöltanks, Fig. 1 is a side view of a crude oil tank,

Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Rohöltank ohne Dach, Fig. 2 is a plan view of a crude oil tank without a roof,

Fig. 3 einen Ausbruch eines Längsschnitts durch den Rohöltank entlang der Linie I-I der Fig. 2. Fig. 3 a section of a longitudinal section through the crude oil tank along the line II of 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.In the crude oil tank ( 2 ) filled with crude oil ( 1 ) there is a water layer ( 4 ) between the cone-shaped tank bottom ( 3 ) and the crude oil ( 1 ), into which a flat iron profile ( 5 ) is attached at a short distance above the tank bottom. Immersed from the tank surface electrically insulated, flat screw-shaped sacrificial anode ( 6 ) made of zinc. Electrical insulation is provided by plastic parts ( 7 ) surrounding the sacrificial anode ( 6 ). In the vicinity of the tank bottom ( 3 ) there is also a reference electrode ( 8 ), which is made of steel and is electrically insulated from the tank surface and also plunges into the water layer ( 4 ). An electrically insulated cable ( 9 , 10 ) is liquid-tight from the sacrificial anode ( 6 ) and the reference electrode ( 8 ) through the wall ( 11 ) of the crude oil tank ( 2 ) to a PI controller ( 13 ) connected to an external power source ( 12 ). , which is electrically connected to the wall ( 11 ) of the crude oil tank ( 2 ) via the cable ( 14 ). In order to achieve optimal cathodic corrosion protection with the lowest possible consumption of sacrificial anodes, the potential difference between the reference electrode ( 8 ) and the crude oil tank ( 2 ) is continuously measured regardless of the composition of the water layer ( 4 ) and the desired value is supplied by external power supply to the sacrificial anodes the potential difference of approx. -850 mV for steel was kept constant.

Claims (6)

1. 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.1. A method for controlling systems for the cathodic protection of metal surfaces, consisting of several electrically conductive interconnected sacrificial anodes and at least one electroless reference electrode, which are electrically insulated from the metal surface and immerse in the adjacent electrolyte, characterized in that the potential between the Metal surface and the reference electrode are continuously recorded by measurement and, in the event of deviations from the desired value of the potential, external current is automatically supplied to the sacrificial anodes until the potential reduction is brought into line with the desired potential (target value). 2. 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.2. Device for performing the method according to claim 1, characterized in that the reference electrode ( 8 ), the output of the sacrificial anodes ( 6 ) and the metal surface ( 2 ) connected to a PI controller ( 13 ) and the sacrificial anodes in their current output adjustable are. 3. 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.3. Application of the method according to claim 1 to oil tanks ( 2 ) made of sheet steel, in which the sacrificial anodes ( 6 ) and the reference electrode ( 8 ) are arranged at a short distance above the oil tank bottom ( 3 ) and into the water layer ( 4 ) immerse. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch flachschneckenförmig mit Abstand über dem Öltankboden (3) aufgelegte Opferanoden (6). 4. The device according to claim 3, characterized by flat screw-shaped sacrificial anodes ( 6 ) placed at a distance above the oil tank bottom ( 3 ). 5. 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.5. Procedure for the regulation of plants for the cathodic corrosion protection of metal surfaces, consisting of several electrically conductive with each other connected sacrificial anodes and at least one currentless reference electrode that is opposite the Metal surfaces are electrically insulated and in the immerse adjacent electrolyte, thereby characterized in that the potential between the Metal surface and the reference electrode continuously recorded by measuring and in the event of deviations from desired value of the potential of the Sacrificial anodes are continuously and automatically supplied is limited until an approximation of the Lowering the potential to the desired potential (Setpoint) is reached. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Darlington-Schaltung.6. The device according to claim 5, characterized by the Using a Darlington circuit.
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