NO127598B - - Google Patents

Description

Anode for katodisk beskyttelse av jernkonstruksjoner.

Denne oppfinnelse angår en beskyttelsesanode for katodisk beskyttelse av jernkonstruksjoner, og mere spesielt en beskyttelsesanode for katodisk beskyttelse av skipsrom som holder en av sjøvann bestående ballast.

Ved katodisk beskyttelse av jernkonstruksjoner med beskyttelsesanoder er det mulig å beskytte konstruksjonen med magnesiumanoder i så stor utstrekning at kor-rosjonshastigheten synker til null når konstruksjonen kontinuerlig er neddyppet i en i det vesentlige ubevegelig elektrolytt, såsom sjøvann. I praksis oppviser de således beskyttede konstruksjoner et kalkaktig belegg på deres beskyttede overflater og det ble derfor antatt at et slik belegg er nødvendig for beskyttelsen. Ved forsøk som førte til foreliggende oppfinnelse ble det imidlertid funnet at praktisk talt intet kalkaktig belegg blir dannet på konstruksjonen før denne er polarisert av strøm-men fra anodene. Det ble også funnet at der til å begynne med fåes en høy strøm-styrke fra anodene, men at denne strøm-styrke gradvis avtar inntil, etter en forholdsvis kort tid, konstruksjonen er helt polarisert. Deretter forblir strømmen til den polariserte konstruksjon i det vesentlige konstant, så lenge anodene brukes, og der dannes uavbrudt på den polariserte konstruksjon et kalkaktig belegg med forskjellige hastigheter på de forskjellige overflatepartier av konstruksjonen, avhengig av den strømmengde som de en-kelte konstruksjonsdeler, avhengig av deres beliggenhet i forhold til anoden, får i til-legg til den for polarisasjonen nødvendige strømmengde. Konstruksjonen blir tilslutt dekket med et belegg av kalkaktig materiale og dette belegg hefter mindre sterkt til konstruksjonen når dets tykkelse øker.

Det ble videre funnet at når strøm-men fra anodene er utilstrekkelig for fullstendig å polarisere de beskyttede områder, dannes det ikke noe kalkaktig belegg og det er ikke mulig å beskytte området skikkelig. Det ble også funnet at hvis begynnelses-strømstyrken er tilstrekkelig høy til å polarisere konstruksjonen og til å danne på den et kalkaktig belegg, men er deretter ikke tilstrekkelig til å holde konstruksjonen passende polarisert, øker korrosjons-hastigheten av den ufullstendig polariserte konstruksjon når konstruksjonen blir mindre polarisert. Det er videre funnet at når jernkonstruksjonen har en slik utformning at den samme strømmengde kan leveres til alle overflater som skal beskyttes av anodene, er det mulig å bringe korrosjons-hastigheten til null og å holde den i det vesentlige ved null uten at et kalkaktig belegg er tilstede. Dette skjer hvis strøm-styrken fra anodene til alle deler av konstruksjonen holdes, etter at konstruksjonen er blitt polarisert, ved en verdi som er tilstrekkelig til å holde konstruksjonen i en polarisert tilstand, men ikke tilstrekkelig til å danne på den et kalkaktig belegg. I motsetning til det som tidligere ble antatt, viser det seg således at det heller er polarisasjonen av konstruksjonen enn dannelse av et kalkaktig belegg som er vesentlig for galvanisk beskyttelse av konstruksjonen. Som det nærmere vil fremgå av det etterfølgende er imidlertid nærvær av et kalkaktig belegg på konstruksjonen ønskelig og fordelaktig hvis den polariserte konstruksjon av en eller annen grunn skulle bli depolarisert.

Således installeres beskyttelsesanoder i skip som trenger ballast og særlig i tankbåter som brukes i oljeindustrien i de skip som holder ballasten, for å hindre alvorlig galvanisk korrosjon som ellers ville opptre. Generelt ved ballast-operasjoner, og særlig i tankbåter, holdes etter at lasten er losset ut, så mange som mulig av lasterommene tomme inntil båten er på sjøen og deretter renses så snart som mulig alle lasterom ved vasking med strømmer av varmt eller koldt vann eller sjøvann. Vaske-vannet pumpes deretter fra skipsrommet og det inneholder bortsett fra resterende last alle tidligere kalkaktige belegg som ikke var fast bundet til romoverflatene. De ren-sede skipsrom fylles så med sjøvann som ballast for reisen. Når båten er kommet til bestemmelsesstedet tømmes alle tanker for sjøvann før båten lastes påny.

Det er videre funnet at et tilstrekkelig polarisert skipsrom blir depolarisert når det er vasket eller når det står tomt selv i en forholdsvis kort tid, likegyldig om et kalkaktig belegg er tilstede eller ikke. Det er imidlertid funnet at begynnelses-strøm-styrken fra anodene som er nødvendig for å repolarisere det depolariserte rom avtar fra reise til reise under de følgende bal-lastreiser når større overflater av skips-rommene blir belagt med kalkaktig materiale. Det er også funnet at når skips-rommene er forsynt med anoder som leverer en forholdsvis konstant strøm, f. eks. når de i lasterommene installerte anoder er av en slik art at de under senere bal-lastreiser leverer en begynnelses-strøm som er like stor eller i det vesentlig like stor som strømmene levert under den første ballastreise, forbrukes store mengder av metallet i anodene helt overflødig og uten å gi noen effekt, for å bygge opp tykkelsen av de kalkaktige belegg. På den annen side, når anodenes strømkapasitet synker på en overdreven måte, nåes under en senere ballastreise et punkt hvor anodene ikke lengre er istand til å levere tilstrekkelig strøm for å tilveiebringe og opprettholde en passende polarisasjon av rommene, slik at disse rom blir utsatt for galvanisk korrosjon. Oppfinnelsen tilveiebringer anoder som, mens de virker galvanisk beskyttende, unngår eller bringer til et minimum den første og eliminerer den annen av de to ovenfor nevnte ulemper.

Oppfinnelsen omfatter en beskyttelses-

anode bestående av et langstrakt metall-legeme forsynt med midler som elektrisk forbinder legemet med den galvanisk beskyttede konstruksjon. Nevnte metallegeme har en midtre del som er anbrakt mellom to avsmalnende endepartier og dets maksimale tykkelse og største tverrsnittsoverflate ligger i denne midtre del. Utformningen av metallegemet er slik at vinkelen mellom legemets lengdeakse og en linje som skjærer nevnte akse og er tangential til et punkt på overflaten av legemet, ikke avtar når nevnte overflatepunkt forflyttes til endene av legemet fra et punkt på overflaten av legemet som ligger i et transversalplan som passerer gjennom metallegemets tykkeste parti.

Anodene i henhold til oppfinnelsen kan fremstilles på hvilken som helst egnet måte, f. eks. ved hjelp av smiing eller støping. Vanligvis fremstilles imidlertid anodene på mest økonomisk måte ved støping på passende måte i en egnet støpeform. Hvilket som helst forbrukbart metall eller legering f. eks. sink, aluminium eller magnesium, eller deres legeringer kan brukes til frem-stilling av anoder, men mest fordelaktig anvendes ved oppfinnelsen magnesium eller legeringer på magnesiumbasis for å beskytte jernkonstruksjoner mot korrosjon i sjøvann. Anodenes lengde er større, og for å få beste resultater betydelig større, enn deres største bredde. Lengden av anoden skulle generelt utgjøre mere enn ca. 1.5 ganger av anodens maksimale bredde, og fortrinnsvis 2—10 ganger av dens maksimale bredde. For å oppnå beste resultater er en større del av anodens lengde og fortrinnsvis minst 2/3 av dens lengde omgitt av de avsmalnende endepartier.

Anodene kan ha hvilken som helst transversal tverrsnittsform. Således kan de transversale tverrsnitt gjennom hele anodens lengde ha den samme form eller forskjellige former, som kan være runde, ovale, flerkantete, eller en kombinasjon av disse former. Formen av det transversale tverrsnitt i anodenes endepartier kan f. eks. være den samme eller forskjellig fra tverr-snittsformen i det midtre parti, eller hvert av disse tre partier kan ha en forskjellig tverrsnittsform. Fortrinnsvis har legemet av det forbrukbare metall i hele dets lengde en firkantet transversal tverrsnittsform.

Avsmalningen av endepartier kan være rett, dvs. at den ovenfor nevnte vinkel kan være konstant, eller kan avsmalningen av disse partier være konveks, dvs. at vinkelen kan øke når overnevnte overflatepunkt beveges til endene av anoden. Det midtre parti av anoden kan være uten avsmalning eller det kan være forsynt med en rett eller konveks avsmalning. Avsmalningen i alle disse tre partier kan være den samme eller den kan være forskjellig. Fortrinnsvis har i det minste endepartiene den samme avsmalning. I en foretrukken utførelsesform har alle tre partier den samme avsmalnings-type som fortrinnsvis er konveks. I den mest foretrukne utførelsesform omfatter den konvekse avsmalning av de tre partier en sirkelbue. De foretrukne anodeformer har også fortrinnsvis to motsatte sider som er flate, mens en eller begge de to andre sider har en avsmalning. I den mest foretrukne utførelsesform av anoden er et par motsatte sider flate, mens det andre par av motsatte sider er konvekse i forhold til hverandre.

Utformningen av anodene ifølge oppfinnelsen er basert på den oppdagelse at

strømmen av en beskyttelsesanode, i motsetning til hva man trodde tidligere, ikke er direkte proporsjonal til anodenes over-flatestørrelse og at lengden utgjør en vik-tig faktor som influerer på strømstyrken. Hvilken innflytelse lengden har på strøm-styrken kan best sees av de følgende tall som er fått ved måling av strømstyrken fra to anoder som var neddyppet under samme betingelser i sjøvann og var elektrisk forbundet med et stort stål-skott. Deres størrelser, overflater og strømstyrker er angitt i følgende tabell. Metall-legemet i hver anode hadde langs hele dens lengde et kvadratisk transversalt tverrsnitt og et rektangulært lengdetverrsnitt og bestod av en kommersiell magnesiumlegering inne-holdende 6 vektprosent aluminium, 3 vektsprosent sink, 0.15 vektsprosent mangan og resten magnesium.

Det kan sees fra disse tall at hos anodene med samme overflatestørrelse vari-erer strømstyrken med anodenes lengde og at desto større lengden av anodene er desto større er strømstyrken.

Det ovenfor nevnte fenomen utnyttes ved foreliggende oppfinnelse idet anodene på grunn av deres koniske utformning avtar i lengden med minskende hastighet når beskyttelsesanodene forbrukes med økende neddypningstider i elektrolytten. En slik minsking av anodelengden resulte-rer i en tilsvarende minsking av strømstyr-ken fra anodene. På grunn av dette karakteristiske trekk får man ved bruk av anoder ifølge oppfinnelsen en tilstrekkelig polariserende strømstyrke, når konstruksjonen som skal beskyttes galvanisk kre-ver dette. Ved dette karakteristiske trekk oppnår man også, at når et tilstrekkelig antall anoder ifølge oppfinnelsen installeres opprinnelig i lasterom på båter som må holde ballast, for å levere en total strømstyrke som under den første ballastreise er tilstrekkelig til fullstendig å polarisere overflatene i rommene og å avsette på disse overflater et kalkaktig belegg, vil anodene under senere reiser i deres levetid levere en strømstyrke som overstiger, men svarer mere nøyaktig enn dette inntil nå var mulig til den minskende strømstyrke som fra reise til reise er nødvendig under de senere reiser for fullstendig å repolarisere de depolariserte rom. Som følge derav forbrukes mindre eller minimale mengder av det forbrukbare metall i anodene for å øke tykkelsen av det kalkaktige belegg, med det resultat at metallet brukes på en mere effektiv måte for å sikre katodisk beskyttelse av rommene. På grunn av en slik øk-ning av effektiviteten er det også mulig ved anvendelse av anoder ifølge oppfinnelsen opprinnelig å installere en mindre eller minimal mengde av forbrukbart metall i rommene uten at den katodiske beskyttelse derved minskes. Disse og andre fordeler vil fremgå av den følgende mere detaljerte be-skrivelse under henvisning til vedlagte tegninger. Det vil forstås at disse tegninger bare skal illustrere oppfinnelsen og ikke begrenser den på noen måte.

Fig. 1 er et perspektivriss av den mest foretrukne beskyttelsesanode ifølge oppfinnelsen. Fig. 2 er et oppriss av anodene ifølge fig. 1 og viser anoden montert på romkon-struksjonen i en tankbåt. Fig. 3 er et frontriss av anoden ifølge

fig. 1.

Fig. 4 er et grunnriss av anoden ifølge

fig. 3.

Fig. 5 er et lengdesnitt etter linje 5—5 av fig. 2 i pilretningen som ytterligere viser den konusformede utformning av anoden i fig. 1. Fig. 6 er et perspektivriss av en modifikasjon av anoden ifølge oppfinnelsen. Fig. 7 er et grunnriss av anoden i fig. 6. Fig. 8 er et perspektivriss av en annen modifikasjon ifølge oppfinnelsen. Fig. 9 er et frontriss av anoden i fig. 8. Fig. 10 er et grunnriss av anoden i fig. 8. Fig. 11 er et perspektivriss av en annen modifikasjon av anoden ifølge oppfinnelsen. Fig. 12 er et frontriss av anoden i fig. 11. Fig. 13 er et perspektivriss av en annen modifikasjon av anoden ifølge oppfinnelsen. Fig. 14 er et oppriss av den modifiserte anode. Fig. 15 er et perspektivriss av en annen modifikasjon av anoden ifølge oppfinnelsen. Fig. 16 er et frontriss av anoden i fig. 15. Fig. 17 er et perspektivriss av en annen modifikasjon av anoden ifølge oppfinnelsen. Fig. 18 er et frontriss av anoden i fig. 17. Fig. 19—21 viser forskjellige alternative tverrsnittsformer av anoder ifølge oppfinnelsen. Fig. 22 er et transversalt tverrsnitt av en tankbåt og viser rom som er galvanisk beskyttet ved hjelp av beskyttelsesanoder ifølge oppfinnelsen.

På fig. 1—5 av tegningene, som viser den mest foretrukne utførelsesform av anoden ifølge oppfinnelsen, betyr 1 et langstrakt legeme av et forbrukbart metall som er forsynt med passende midler, f. eks. et vinkeljern 2, for elektrisk å forbinde og å montere anoden på den beskyttede konstruksjon. Som vist på fig. 2—4 er den fremstikkende ende av vinkelen 2 boltet ved hjelp av bolter 3 til en del 4 som bæres av deler 5, idet disse to deler inngår i konstruksjonen av et rom i en tankbåt, som vist på fig. 22. Som vist på fig. 2 er en ende av vinkeljernet 2 innlagret i legemet av beskyttelsesmetallet og kan være på passende måte, f. eks. ved sveising, festet til den innlagrede del 6 for ytterligere å un-derstøtte beskyttelsesmetall-legemet på vinkeljernet 2.

Det kan videre sees av fig. 1—5 at såvel det midtre parti a som endepartiene b og c er avsmalnende, idet de to motsatte sider 7 og 8 er flate mens de to andre motstående sider 9 og 10 er konvekse. Som særlig vist i fig. 5 er de konvekse sider således krummet at på den midtre del av anoden og vesentlig på alle dens endepartier dannes der på begge konvekse sider 9 og 10 en sirkelbue med samme radius, mens endene 11 og 12 av anoden danner en bue med en større krumning. Når således et overflatepunkt på beskyttelsesmetall-legemet som ligger i et transversalplan loddrett på metallegemets lengdeakse og passerende gjennom den tykkeste del av legemet beveges på overflaten av metallegemet i retning av dets ender i et vertikalt lengde-plan som er loddrett på transversalplanet, vil vinkelen mellom lengdeaksen og en linje som er tangential til punktet som skjærer lengdeaksen ikke avta, mens vinkelen på de krummede overflater 9 og 10 vil øke når overflatepunktet beveges fra den tykkeste del av anoden til dens ender. Dette er vist på fig. 5 som viser linjer som er tangentiale til punktene d, e, f og g. Tangentiallinjen til overflatepunktet d som ligger i transversalplanet av anodens tykkeste del er parallell med og skjærer ikke lengdeaksen h av anoden. Når imidlertid punktet beveges på overflaten 9 eller 10 til anodens ende vil tangentiallinjen til dette punkt skjære lengdeaksen og danne med aksen en vinkel som øker, som dette er vist ved tangentiallinjer til punktene e, f og g.

Anoden vist på fig. 1 har i hele dens lengde en firkantet, vanligvis en rektangu-lær tverrsnittsform, idet den største tverr-snittsdimensjon befinner seg ved midten av anoden. Når man således begynner ved midten og beveger seg i retning av endene, er anodens transversale tverrsnitt en firkant eller et kvadrat som går over i en firkant med gradvis avtagende bredde. Når imidlertid anodene fremstilles på foretrukken måte ved støpning i en støpeform er det transversale tverrsnitt av anoden fortrinnsvis trapesoidalt, idet sidene 9 og 10, som vist på fig. 3, har en svak innoverhel-ling som hjelper til å fjerne støpestykket fra formen. Under støpningen av anoden danner den flate side 7 bunnen av støpe-stykket i formen, mens den flate side 8 danner dets topp. Delene 2 og 6 holdes også fortrinnsvis i stilling i fordypningen av formen under støpningen. Det smeltede beskyttelsesmetall helles deretter i formen og man lar det størkne i formen for å omslutte delene 2 og 6 av metallegemet i den i fig. 2 viste stilling.

Alternative utførelsesformer av anoden ifølge oppfinnelsen er vist på fig. 6—21. Den på fig. 6 og 7 viste anode ligner den som er vist på fig. 1, idet legemet av anoden 15 på fig. 6 og 7 har to flate overfor hverandre liggende sider 16 og 17, mens sidedelene 18—21 er sirkelbuer med samme radius. De tre midtre partier 229dg.' 23 er imidlertid plane overflater som er parallelle med anodens lengdeakse og endene 24 og 25 er også plane overflater.

Anoden som er vist på fig. 8—10 ligner likeledes anoden som er vist på fig. 1, dog er alle overflatene av anoden flate. Således er de overfor hverandre liggende overflater 30 og 31 av anoden 32 flate og parallelle med anodens lengdeakse. Sidene 33—36 er også flate men de danner en fast vinkel med anodens lengdeakse. Endene 37 og 38 er også flate og har fortrinnsvis, når anoden er fremstilt ved støpning i en form, krummede hjørner 39—42 der hvor endene møter sidene 33—36 for å lette fjernelse av anoden fra støpeformen. For ytterligere å lette fjernelse av anoden fra støpeformen er også sidene 33—36 og endene 37 og 38 innoverhellende.

På fig. 11 og 12 har anoden 45 tre plane overflater 46—48 og flate ender 49 og 50. Disse ender er krummet ved deres topp-partier 51 og 52 hvor de går opp i en konveks overflate 53 som danner en sirkelbue. Anoden vist på fig. 13 er identisk med anoden vist på fig. 11, unntatt at i fig. 13 er midtre del 55 av anodens 56 øvre overflate flat, mens de to endepartier 57 og 58 av denne overflate danner separate buer av den samme sirkel. Anoden 60 på fig. 14 er også identisk med anoden vist på fig. 11, unntatt at dens øvre overflate 61 danner en ellipsebue. Anoden 65 i fig. 15 og 16 er også identisk med anoden som er vist på fig. 11, unntatt at anodens øvre overflate består av to plane overflater 66 og 67, som begge to er anordnet i en fast vinkel med anodens lengdeakse. På fig. 17 og 18 er de konvekse overflater 70—73 av anoden 74 sirkelbuer, av hvilke hver har den samme radius, og endene 75 og 76 er flate, således at den transversale tverrsnittsform, som vist på fig. 18, er kvadratisk langs hele lengden av anoden.

Istedenfor å ha den rektangulære form som vist på fig. 1—18, kan anodene ha en hvilken som helst annen transversal tverrsnittsform. Når dette ønskes kan anodene således ha f. eks. et sirkelformet, ovalt eller triangulært tverrsnitt, som vist på fig. 19—21. Det forbrukbare metall i anoden kan bestå av hvilket som helst passende forbrukbart metall eller legering. Befestigelsesmidlene, såsom vinkeljernet 2 på fig. 1 kan fremstilles av hvilket som helst passende metall, men mest økonomisk er det å lage disse midler av et jernmetall, f. eks. stål, som om ønskes kan galvani-seres. Når befestigelsesmidlene er dannet av et jernmetall, kan bortsett derfra, et hjelpelegeme av forbrukbart metall støpes på befestigelsesmidlene for å hindre lokal tæring av anoden der hvor midlene rager ut fra anoden. Dette vises på fig. 14 og henholdsvis 16, hvor hjelpelegemer av forbrukbart metall 80 og 81 er støpt på vin-keljernene 82 og 83.

Anvendelsen av anodene til beskyttelse av rom i tankbåter er vist på fig. 22, som viser et snitt gjennom en olje-tankbåt dannet av stål og forsynt med tre rom 85, 86 og 87 tverrskips, hvor 88 betegner skipsskroget og 89 er en transversal konstruksjonsdel. Hvert rom er forsynt med flere magnesiumanoder 1 (se også fig. 1) som på passende måte er fordelt og anbrakt i rommet, som vist. Montering av anodene på konstruksjonsdelen 89 og på den transversale konstruksjonsdel 5 er vist mere detaljert på fig. 2—4.

Antallet av anoder som opprinnelig installeres i hvert rom er tilstrekkelig til fullstendig å polarisere de romoverflater som er neddyppet i sjøvann når rommet holder ballast og til å avsette et kalkaktig belegg på de neddykkede overflater. Beskyttelse av romoverflater mot galvanisk korrosjon som ellers ville finne sted skjer på den måte at anodene og ikke jernover-flatene i rommene korroderes i første rekke. På grunn av den mere effektive bruk av anodemetallet som er forårsaket av den nye utformningsmåte av anoder, beskytter anodene i deres levetid alle neddyppede romoverflater. Dette oppnåes, som nevnt ovenfor, ved installering av en minimal mengde av beskyttelsesmetall i rommene og under dannelse av en minsket mengde av kalkaktig materiale på metallet.

Claims (8)

1. Offeranode for katodisk korrosjons-beskyttelse, særlig for beskyttelse av sjø-vannsfylte skipstanker, bestående av et langstrakt legeme av forbrukbart metall forsynt med organer til elektrisk å forbinde nevnte legeme med den konstruksjon som skal beskyttes, karakterisert ved at nevnte metallegeme har dets maksimale tykkelse og den største transversale tverrsnittsoverflate i dets midtre parti (a) som er anordnet mellom to avsmalnende endepartier (b, c), idet nevnte metallegeme er slik utformet at vinkelen mellom legemets lengdeakse og en linje som skjærer nevnte akse og er tangent til et punkt på overflaten av legemet, ikke avtar når nevnte overflatepunkt beveges til endene av legemet fra et punkt på overflaten av legemet som ligger i et transversalplan som passerer gjennom metallegemets tykkeste parti.

2. Offeranode som angitt i påstand 1, karakterisert ved at anodelegemet i hele dets lengde har en firkantet transversal tverrsnittsform.

3. Offeranode som angitt i påstand 2, karakterisert ved at to overfor hverandre liggende sider er flate og parallelle med legemets lengdeakse.

4. Offeranode som angitt i påstand 3, karakterisert ved at de øvrige to overfor hverandre liggende sider (9, 10) er konvekse.

5. Offeranode som angitt i påstand 3, karakterisert ved at de øvrige to overfor hverandre liggende sider er konvekse på deres endepartier (18—21) og flate på deres midtre partier (22, 23).

6. Offeranode som angitt i påstand 3, karakterisert ved at en av de øvrige to sider er flat (47) og den annen er konveks (53).

7. Offeranode som angitt i påstand 3, karakterisert ved at en av de øvrige to sider er flat og den annen side er konveks i dens endepartier (57, 58) og flat i dens midtre parti (55).

8. Offeranode som angitt i påstand 2, karakterisert ved at to overfor hverandre liggende sider og en tredje side er flate og parallelle med legemets lengdeakse og den øvrige side omfatter to møtende plane overflater (66, 67) som er anordnet i en vinkel til hverandre.