EP0598429A1 - Korrosionsschutzanlage - Google Patents
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Classifications
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
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- C23F13/00—Inhibiting corrosion of metals by anodic or cathodic protection
- C23F13/02—Inhibiting corrosion of metals by anodic or cathodic protection cathodic; Selection of conditions, parameters or procedures for cathodic protection, e.g. of electrical conditions
- C23F13/06—Constructional parts, or assemblies of cathodic-protection apparatus
Definitions
- the invention relates to a corrosion protection system for surfaces of metallic components or entire systems that collide with gaps to form ion-conducting liquid corrosion media, consisting of anodes arranged in the gaps in an electrically insulated manner from the metal surfaces.
- Corrosion processes are based on phase interface reactions between the metal surface and in particular ion-conducting liquid corrosion media. These trigger a variety of damage mechanisms through electrochemical processes, which can lead to both uniform and non-uniform material removal and selective changes in properties of the metallic material; in particular, this leads to the formation of local elements. So-called crevice corrosion is one of the most important types of electrochemical damage. This is due to the formation of corrosion elements, which are caused by differences in concentration in the corrosion medium and cause considerable problems in practice. Crevice corrosion is particularly dangerous because it causes very high rates of corrosion that lead to breakthroughs in the metal.
- the gap is sealed or designed so large that no concentration differences can arise in the corrosion medium as a result of flow or exchange, or weld seams generated without remaining root gap.
- the electrical direct current flowing in the corrosion element mainly causes the metallic material to dissolve in the anodic areas.
- DE-A-25 20 376 describes a cathode protection system for the inner surface of a metallic pipeline provided with an electrically insulating inner coating.
- an inner, electrically insulating piece of pipe is provided between the joints of adjacent pipe sections.
- Insoluble anodes, which are electrically insulating from the pipe sections, are arranged between the connecting sleeves of the pipe sections and are connected in an electrically conductive manner to metallic cathodes which are laid in the ground area outside the pipe sections.
- This cathode protection system is intended to provide corrosion protection on the joints of the pipe sections free of the insulating inner lining.
- the object of the present invention is to design the corrosion protection system of the type described at the outset in such a way that crevice corrosion does not occur on the colliding surfaces of metallic components.
- the solution to this problem consists in the fact that the anode, which is electrically connected to the components, is embedded in a body which has an open porosity and has an electrically insulating effect.
- the anode is electrically insulated from the metallic surfaces of the components to be protected, but penetration of the ion-conducting liquid corrosion medium into the porous solid and thus the flow of a direct electrical current from the anode to the metallic surfaces to be protected, which act as the cathode Components enabled. Corrosion depends, among other things, on the individual normal metal potentials specified in the electrochemical series and the conductivity of the ion-conducting liquid corrosion medium.
- the protective current In order to protect the metal surface of the components from crevice corrosion, it is necessary to impart a more negative potential than the free corrosion potential in the gap to the metal of the components, as a result of which the components are polarized and protected from crevice corrosion. In order to install a cathodic corrosion protection, the protective current must correspond approximately to the corrosion current with the opposite sign.
- the direct current flowing from the anode to the cathodically made component must be so large that the potential of the metal surface to be protected must at least reach the protective potentials specified in DIN 30 676, the potential measurement in the gap being difficult.
- anodes made of corrosion-resistant materials, such as titanium or nickel-based alloys, which is controlled by a control device. It is important that the anodes make good electrical contact with the component to be protected, in order to ensure that the required protective current is fully incorporated into the metal surface.
- cathodic corrosion protection system is the use of sacrificial anodes made of reactive metals, such as zinc, aluminum or magnesium alloys, the potential of which is more negative than that of the metal surfaces to be protected, so that the latter are polarized and protected against corrosion.
- the freely selectable potential of the component acting as a cathode is kept constant by means of a potential-controlled current source, preferably a rectifier, via a commercially available reference electrode, for example known as a calomel or silver / silver chloride electrode.
- Fig. 1 shows in a longitudinal section the schematic representation of a cathodic corrosion protection system for the colliding surfaces of the flanges (1, 2) of steel pipes (3, 4).
- annular anode (6) embedded in a porous solid, formed by a mineral fiber seal (5), which is connected via lines (7, 8) to the steel tubes (3 , 4) is connected in an electrically conductive manner.
- the lines (7, 8) are connected to a controllable external power source (9).
- Fig. 2 shows a longitudinal section in a schematic representation of the end sections of two steel tubes (10, 11), between their opposite flanges (12, 13) an annular anode (14) made of zinc and arranged in a solid body (15) made of porous material is embedded.
- the anode (14) is connected in an electrically conductive manner to the steel tubes (10, 11) made as cathode via lines (16, 17).
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft eine Korrosionsschutzanlage für unter Bildung von Spalten zusammenstoßenden Oberflächen metallischer Bauteile oder ganzer Systeme gegenüber ionenleitenden flüssigen Korrosionsmedien, bestehend aus in den Spalten gegenüber den Metalloberflächen elektrisch isoliert angeordneten Anoden.
- Korrosionsvorgänge beruhen auf Phasengrenzflächenreaktionen zwischen Metalloberfläche und insbesondere ionenleitenden flüssigen Korrosionsmedien. Diese lösen vielfältige Schädigungsmechanismen durch elektrochemische Vorgänge aus, die sowohl zu gleichmäßigem als auch ungleichmäßigem Werkstoffabtrag und selektiven Eigenschaftsveränderungen des metallischen Werkstoffs führen können; insbesondere kommt es hierdurch zur Ausbildung von Lokalelementen. Zu den wichtigsten Arten elektrochemischer Schäden zählt die sogenannte Spaltkorrosion. Diese ist auf die Bildung von Korrosionselementen zurückzuführen, die durch Konzentrationsunterschiede im Korrosionsmedium verursacht sind und beträchtliche Probleme in der Praxis auslösen. Die Spaltkorrosion ist besonders gefährlich, weil sie sehr hohe Korrosionsgeschwindigkeiten, die zu Durchbrüchen im Metall führen, verursacht. Um Spaltkorrosion zu vermeiden, werden glatte spaltlose Oberflächen auch an Übergangsstellen hergestellt, der Spalt abgedichtet oder so groß ausgelegt, daß infolge Durchströmen oder Austausch keine Konzentrationsunterschiede im Korrosionsmedium entstehen können, oder schweißnähte ohne verbleibenden Wurzelspalt erzeugt. Der im Korrosionselement fließende elektrische Gleichstrom bewirkt überwiegend an den anodischen Bezirken eine Auflösung des metallischen Werkstoffs.
- In der DE-A-25 20 376 ist ein Kathodenschutzsystem für die mit einem elektrisch isolierenden Innenbelag versehene Innenoberfläche einer metallischen Rohrleitung beschrieben. Dabei ist zwischen den Stößen aneinandergrenzender Rohrabschnitte jeweils ein inneres, elektrisch isolierendes Rohrstück vorgesehen. Zwischen den Verbindungsmuffen der Rohrabschnitte sind unlösliche, gegenüber den Rohrabschnitten elektrisch isolierende Anoden angeordnet und mit metallischen, im Erdbereich außerhalb der Rohrabschnitte verlegten Kathoden elektrisch leitend verbunden. Mit diesem Kathodenschutzsystem soll ein Korrosionsschutz an den vom isolierenden Innenbelag freien Stößen der Rohrabschnitte erzielt werden.
- Aus der JP-A-60 114 582 ist eine Kathodenschutzanlage für mechanisch miteinander verbundene metallische Bauteile, beispielsweise Rohre, bekannt. Dabei wird eine Dichtung aus Aluminium zwischen den Flanschen eines Rohres aus Kohlenstoffstahl und eines Rohres aus rostfreiem Stahl angeordnet, um als Opferanode zu dienen und deren Korrosion zu unterbinden.
- Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Korrosionsschutzanlage der eingangs beschriebenen Art so auszugestalten, daß das Auftreten von Spaltkorrosion an zusammenstoßenden Oberflächen metallischer Bauteile unterbleibt.
- Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß die elektrisch leitend mit den Bauteilen verbundene Anode in einen eine offene Porosität aufweisenden, elektrisch isolierend wirkenden Körper eingebettet ist. Durch diese Maßnahme ist zwar die Anode von den zu schützenden metallischen Oberflächen der Bauteile elektrisch isoliert, jedoch wird ein Eindringen des ionenleitenden flüssigen Korrosionsmedium in den porösen Festkörper und damit das Fließen eines elektrischen Gleichstroms von der Anode zu den zu schützenden metallischen Oberflächen der als Kathode wirkenden Bauteile ermöglicht. Die Korrosion ist neben einigen anderen Faktoren abhängig von den in der elektrochemischen Spannungsreihe angegebenen einzelnen Metall-Normalpotentialen und der Leitfähigkeit des ionenleitenden flüssigen Korrosionsmediums. Um die Metalloberfläche der Bauteile vor Spaltkorrosion zu schützen, ist es erforderlich, ein negativeres Potential als das freie Korrosionspotential im Spalt dem Metall der Bauteile aufzuprägen, wodurch die Bauteile polarisiert und vor Spaltkorrosion geschützt sind. Um einen kathodischen Korrosionsschutz zu installieren, muß der Schutzstrom etwa dem Korrosionsstrom mit umgekehrtem Vorzeichen entsprechen.
- Als Richtlinie gilt, daß der von der Anode zum kathodisch gemachten Bauteil fließende Gleichstrom so groß sein muß, daß das Potential der zu schützenden Metalloberfläche die in DIN 30 676 vorgegebenen Schutzpotentiale mindestens erreichen muß, wobei sich die Potentialmessung im Spalt schwierig gestaltet.
- Um einen Gleichstrom konstanter Stromstärke zu erzeugen, ist es nach einem weiteren Erfindungsmerkmal angebracht, die aus korrosionsbeständigen Werkstoffen, wie Titan- oder Nickelbasislegierungen, bestehenden Anoden mit einem konstanten Strom zu beaufschlagen, der durch ein Kontrollgerät gesteuert wird. Wichtig ist, daß die Anoden mit dem zu schützenden Bauteil einen guten elektrischen Kontakt bilden, um zu gewährleisten, daß der benötigte Schutzstrom voll in die Metalloberfläche eingeht.
- Eine weitere Ausgestaltung der kathodischen Korrosionsschutzanlage besteht in der Verwendung von Opferanoden aus reaktiven Metallen, wie Zink-, Aluminium- oder Magnesiumlegierungen, deren Potential negativer als das der zu schützenden Metalloberflächen ist, so daß letztere polarisiert und vor Korrosion geschützt sind.
- Nach einer besonderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen kathodischen Korrosionsschutzanlage wird das frei wählbare Potential des als Kathode wirkenden Bauteils mittels potentialgeregelter Stromquelle, vorzugsweise einem Gleichrichter, über eine handelsübliche Bezugselektrode, beispielsweise bekannt als Kalomel- oder Silber/Silberchlorid-Elektrode, konstant gehalten.
- Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielhaft erläutert.
- Fig. 1 zeigt in einem Längsschnitt die schematische Darstellung einer kathodischen Korrosionsschutzanlage für die zusammenstoßenden Oberflächen der Flansche (1, 2) von Stahlrohren (3, 4). Dabei ist zwischen den Flanschen (1, 2) eine in einen porösen Festkörper, gebildet durch eine Mineralfaser-Dichtung (5), eingebettete kreisringförmige Anode (6) angeordnet, die über Leitungen (7, 8) mit den als Kathode geschalteten Stahlrohren (3, 4) elektrisch leitend verbunden ist. Die Leitungen (7, 8) sind mit einer regelbaren Fremdstromquelle (9) verbunden.
- Fig. 2 zeigt in einem Längsschnitt in schematischer Darstellung die Endabschnitte von zwei Stahlrohren (10, 11), zwischen deren gegenüberliegenden Flanschen (12, 13) eine kreisringförmige Anode (14) aus Zink angeordnet und in einem aus porösem Werkstoff bestehenden Festkörper (15) eingebettet ist. Die Anode (14) ist über Leitungen (16, 17) elektrisch leitend mit den als Kathode gemachten Stahlrohren (10, 11) verbunden.
Claims (5)
- Korrosionsschutzanlage für unter Bildung von Spalten zusammenstoßenden Oberflächen metallischer Bauteile oder ganzer Systeme gegenüber ionenleitenden flüssigen Korrosionsmedien, bestehend aus in den Spalten gegenüber den Metalloberflächen elektrisch isoliert angeordneten Anoden, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den als Kathode geschalteten Bauteilen (3, 4, 10, 11) verbundene Anode (6, 14) in einen eine offene Porosität aufweisenden, elektrisch isolierend wirkenden Festkörper (5, 15) eingebettet ist.
- Kathodische Korrosionsschutzanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anoden (6, 14) mit einer Fremdstromquelle (9) verbunden sind.
- Kathodischer Korrosionsschutz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anoden (6, 14) aus einem korrosionsbeständigen Metall, insbesondere aus Titan- oder Nickelbasislegierungen, bestehen.
- Kathodischer Korrosionsschutz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anoden (6, 14) insbesondere aus Zink-, Aluminium- oder Magnesiumlegierungen bestehen.
- Kathodische Korrosionsschutzanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Potential der als Kathode geschalteten Bauteile (3, 4, 10, 11) mittels potentialgeregeltem Gleichrichter über eine Bezugselektrode konstant gehalten ist.
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