NO130830B - - Google Patents

Description

Katodisk beskyttelseskrets for metaller neddykket i en elektrolytt.

Ved katodiskebeskyttelsessystemer blir det potensial som registreres av en referanseelektrode ved overflaten av en katode ned-

dykket i en elektrolytt, anvendt som inngangssignal for en styrt kraft-tilforselskilde. Inngangssignalet bevirker at den styrte krafttil-forselskilde regulerer den til en anode tilforte strom eller spenning slik at den av referanseelektroden registrerte referansespenning nærmer seg det bnskede potensial som er blitt fastslått å være det optimale referansepotensial. Det elektriske potensial som foreligger mellom en anode og en katode,oppretter■imidlertid et felt inne i selve elektrolytten. Med mindre referanseelektroden på en eller annen måte avskjermes mot dette dannede felt, vil det potensial som referanseelektroden registrerer, ikke representere det virkelige referansepotensial for katoden på grunn av den potensialgradient som bevirkes av anodestrommen.

Denne avviks- eller feilspenning kommer i tillegg til eller som fra-trekk fra katodeoverflatens virkelige referansepotensial i overens-stemmelse med referanseelektrodens polaritet. Virkningen av feil-potensialet på et katodisk beskyttelsessystem er en i forhold til anodestrommen proporsjonal minskning av den katodiske polarisasjon og en degenererende eller negativ tilbakeforingseffekt som minsker den strommengde som tilfores av systemet og oker den nodvendige tid for polarisasjonen av katoden.

Innen området katodisk beskyttelse med påtrykket elektrisk strom er automatisk regulering blitt vidstrakt anvendt på grunn av de arbeidsfordeler som fåes ved anvendelse av automatiserte systemer.

Et manuelt styrt katodisk beskyttelsessystem med påtrykket elektrisk strom må noye overvåkes og avpasses for oppnåelse av den optimale grad av katodisk polarisasjon for derved å sikre at det ikke vil forekomme hverken en overbeskyttelse eller underbeskyttelse. En overbeskyttelse eller-polarisasjon kan fore til beskadigelse av beskyttende belegg, som malingfilmer, og en underbeskyttelse vil selv-følgelig fore til en uonsket korrosjon.

I praksis blir graden av katodisk polarisasjon for et katodisk beskyttelsessystem med påtrykket elektrisk strom overvåket av en referanseelektrode eller "halvcelle", som kobber-kobbersulfat eller solv-solvklorid. Denne halvcelle gir et likestromspotensial med en storrelse som utgjores av den elektrokjemiske potensialforskjell mellom halvcellen og den overflate som overvåkes. Når det katodiske beskyttelsessystem med påtrykket elektrisk strom forandrer den tilsynelatende halvcelle og katodepotensiålet i negativ retning, virker den overvåkede overflate som katode og overflaten er katodi sk be-skyttet. Storrelsen av potensialforandringen for en optimal beskyttelse mot korrosjon kan variere for de forskjellige materialer. Imidlertid er i praksis en forandring av ca. 200 mV betraktet som tilstrekkelig.

I et automatisk styrt katodisk beskyttelsessystem med påtrykket elektrisk strom.anvendes det potensial som registreres av referansehalvcellen som styringssignal for regulering av utgangen for anode-krafttilfor selen for derved automatisk å opprettholde den onskede grad av katodisk polarisasjon på den beskyttede overflate.

Det potensial som forekommer på referanseelektroden, representerer dessverre ikke alltid noyaktig det virkelige katodepolarisa-s jonspoteiisiai. Det tilsynelatende refaransepotensial bestå'av

fire hovedkomponenter:

I. Det virkelige katodepolarisasjonspotensial.

II. På grunn av anodestrom bevirket IR-fall i elektrolytten.

III. IR-fall over grenseflaten katode-elektrolytt.

IV. Lagret ladning i det dielektriske katodebelegg.

Komponentene II, III.og IV er uonskede og har en slik polaritet at de bidrar til at det virkelige katodepolarisasjonspotensial an-tyder en hoyere polarisasjonsgrad enn den som virkelig forekommer. Under visse betingelser er storrelsen av disse potensialer tilstrekkelig hoy til på alvorlig måte å innvirke på effektiviteten av et automatisk styrt katodisk beskyttelsessystem med påtrykket elektrisk strom. Disse på grunn av anodestrom bevirkede feil er ikke konstante. De varierer som en funksjon av anodestrommen, elektro-lyttens ledningsevne, referanseelektrodens plassering og tilstanden av det beskyttende belegg på katodeoverflaten.

Resultatet kan forbedres ved optimal plassering av referansehalvcellen. Dette gjores for båter og skip som regel ved at det anvendes en spesiell avskjermet referanseelektrodemontasje som er anordnet i skipsskrogets plan for derved å gjore et IR-fall

over elektrolytten så lite som mulig. En dårlig ledningsevne i elektrolytten gjor situasjonen verre på grunn av et oket IR-fall i hovedmengden av elektrolytten. På grunn av disse som folge av anodestrom bevirkede feil i de tilsynelatende referansehalvcellepoten-sialer er^^v og til vanskelig å foreta noyaktige avlesninger av det katodiske polarisasjonspotensial. ' Ved bestemmelsen av katodepotensiåler gjor korrosjonsingeniorer ofte bruk av en fremgangsmåte hvorved de på grunn av anodestrom gjennom elektrolytten forårsakede feil gjbres så små som mulige. Denne fremgangsmåte betegnes som "Instant Off"-metoden fordi ingenioren foretar av-lesningen av referansehalvcellepotensialet straks efter at han har

avbrutt strommen av anodestrom gjennom systemet. De på grunn av det anodiske IR-fall bevirkede feilkomponenter (II og III) faller straks til null, den lagrede ladning (IV) i det dielektriske katodebelegg utlades eksponensielt til katoden og noen depolarisasjon av katoden forekommer ved det tidspunkt overvåknihgsapparåtets bal-listiske bevegelse er avdempet, men måleapparatindikasjonen er meget nærmere den virkelige katodiske polarisasjonsverdi enn da anodestrommen var påcProvestystemet virker automatisk til å kontrol-lere målingen ved anvendelse av "Instant-Off" prinsippet ved syklisk eller periodevis å avbryte systemets anodestrom i kort tid hvorunder systemets

referansehalvcellepotensial måles eller provetas og lagres i en hukommelseskrets. Denne lagrede referansepotensialinformasjon anvendes derefter som et feilsignal for tilveiebringelse av et korrek-sjonssignal til anodestromstyringskretsen.

Det tas ved oppfinnelsen sikte på å unngå virkningene av av-vikspotensialet slik at katodereferansepotensialet under bruk av systemet noyaktig kan bestemmes ut fra en praktisk referansecelle og en noyaktig regulering av den katodiske polarisasjon kan oppnås ved anvendelse av et automatisk styrt system.

Det tilveiebringes ifolge oppfinnelsen en katodisk beskyttelseskrets som angitt i patentkrav l's overbegrep, og som er sær-preget ved de i patentkrav l's karakteriserende del angitte trekk.

Den katodiske beskyttelseskrets ifolge oppfinnelsen omfatter en anordning for automatisk måling av den katodiske polarisasjon, idet målingene er frie for feilspenning bevirket.av anodestrommen og anvendes for regulering av systemets anodestromutgang, en anordning for periodevis å bryte anodestrommen og en anordning for syklisk og periodevis å måle katodereferansepotensialet når anodestrommen er brutt. Med den foreliggende beskyttelseskrets kan feilspenning eller avviksspenning unngås ved å eliminere eller stenge av den kilde som er ansvarlig for at den dannes, dvs. systemets anodestrom. Dette gjores gjentatte ganger på syklisk måte i korte tidsintervall hvorunder katodepolariasjonspotensialet bestemmes.

Det således målte potensial lagres, og dets amplitude sammenlignes med et standardpotensial som representerer det onskede katodiske overflatepolarisasjonspotensial. Forskjellen mellom disse to potensialer representerer et feilsignal som tilfores et styre-system for regulering av anodestrommens gjennomsnittsverdi i den nodvendige retning for derved å redusere feilsignalet, hvorved det virkelige katodiske polarisasjonspotensial tvinges til å nærme seg den onskede verdi.

Oppfinnelsen vil bli nærmere beskrevet under henvisning til tegningene hvor Fig. 1 skjematisk viser beskyttelseskretsen ifolge oppfinnelsen og .Fig. 2 er en grafisk fremstilling av en typisk tidssyklus for måling og regulering.

Ifolge Fig. 1 omfatter beskyttelseskretsen ifolge oppfinnelsen en anode 1, en referanseelektrode 2 og en overflate som skal beskyttes katodisk, i form av on katode 3 som ar helt neddykket i en elektrolytt<*>f. Systemet omfatter dessuten en likestromskilde 5 med en positiv ledning 6 elektrisk koblet mellom stromkilden og anoden 1, og en negativ ledning 7 elektrisk koblet mellom stromkilden og katoden 3. Referanseelektroden 2 er elektrisk forbundet med, f.eks. elektrisk koblet til, et sammenligningsapparat 8 via en elektrisk krets omfattende en bryter 9 og en hukommelsesinnretning 10 for referansepotensial. I hukommelsesinnretningen lagres det på grunn av referanseelektroden 2 sammen med katodeoverflaten 3 dannede potensial. Ledningen 11 forbinder referanseelektroden 2 med målebryteren 9, og ledningen 12 forbinder målebryteren med hukommelsesinnretningen mens ledningen 13 forer fra hukommelsesinnretningen 10 til sammenligningsapparatet 8. Hukommelsesinnretningen er av kondensatortypen og er.

via en ledning 15 koblet til en jordledning lh mellom sammenligningsapparatet og katoden 3.

Et på forhånd fastslått potensial for optimal katodisk beskyttelse (f.eks. et potensial av 0,85 V) mates inn i sammenligningsapparatet 8. Det på forhånd bestemte potensial tilveiebringes ved hjelp av en spenningsdeler 16 som er koblet til en likestromskildes 17 poler og via en ledning 18 jordet til jordledningen lh. Det av referanseh&hcellen 2 registrerte potensial sammenlignes med det på forhånd fastslåtte standardreferansepotensial og danner derved et " ~-'feilsignal som er representativt for forskjellen mellom den fore-kommende katodiske polarisasjon som fåes fra hukommelsesinnretningen 10, og det onskede- på forhånd fastslåtte potensial som mates inn i sammenligningsapparatet 8 ved hjelp av kretskomponentene 16 og 17. Feilsignalet anvendes som styresignal for automatisk å regulere like-strømmen som tilfores systemets anode. Feilsignalet mates fra sammenligningsapparatet 8 til kraftkilden 5 via en anordning 19 for overforing av elektrisk signal. Et syklisk tidsmåleapparat 20, f.eks.

en klokke, er koblet til likestrbmskilden 5 og dessuten til målebryteren 9. Når systemet er i drift, styrer tidsmåleapparatet 20 kraftkildens 5 funksjon og bryteren 9 i en slik rekkefolge som vist på Fig. 2 og slik at målebryteren aldri er stengt når anoden 1 tilfores energi fra kilden 5.

Fig. 2 viser grafisk en typisk måle- og reguleringstidssyklus som representerer de periodevise måle- og reguleringsfunksjoner. Syklusen begynner ved Tq. På dette tidspunkt brytes anodestrommen ved hjelp av tidsmåleapparatet 20. Tiden A (Tq-T-^) representerer en forsinkelsesperiode for måleperioden B (T^-<T>2). Denne forsinkelsesperiode kan variere mellom null og 0,2 s. Formålet med denne er å gjore det mulig for den på grunn av anodestrom bevirkede ladning i det di-

elektriske katodebelegg å avta (feilkomponent IV). Tiden B (T-^T^ representerer den måleperiode for referansepotensiålet hvorunder referansehalvcellen 2 ved hjelp av målebryteren 9 er elektrisk koblet til hukommelsesinnretningen 10 for referansepotensiålet. Det bor be-

merkes at det ikke strbmmer noen anodestrom i tidene A eller B.

Tiden B er tilstrekkelig lang til at potensialet ved referanseelek-

troden 2 kan bli lik ladningen i hukommelsesinnretningen 10. En typisk måleperiode kan variere fra ca. 1,0 til ca. 10,0 ms. Perioden C (T2~To'^ er reguleringsperioden eller "anode på"-perioden. Det er

under denne periode at den elektriske strom tilfores systemets anode 1 idet den elektriske strbm styres av reguleringsapparatet som angitt ovenfor. Ved slutten av perioden C, ved TQ', brytes igjen anode-

strommen, og hele måletidssyklusen gjentas. Denne rekkefolge gjentas kontinuerlig når beskyttelseskretsen er i drift.

Claims (3)

1. Katodisk beskyttelseskrets for metaller neddykket i en elektro-

lytt og som muliggjor måling og regulering av den katodiske beskyttelse, omfattende en anode (1), et metall i form av en katode (3) som skal beskyttes katodisk, en referanseelektrode (2) og en regulerbar elektrisk kraftkilde (5) for regulerbar tilfbrsel av elektrisk energi til anoden,karakterisert vedet spennings sammen-iigningsapparat (8) som er koblet til metallkatoden (3), en kilde (17) for en på forhånd bestemt katodisk heskyttelsesreferanse spenning og koblet til spenningssammenligningsapparatet, en elektrisk kretsanordning (9,10) koblet til referanseelektroden (2), og et syklisk tidsmåleapparat (20) koblet til den regulerbare elektriske kraftkilde (5), spenningssammenligningsapparatet (8) og den elektriske kretsanordning (9,10) for alternativt å tilveiebringe en forste tilstand hvor det-fra den regulerbare elektriske kraftkilde (5) tilfores energi, til anode-katodekretsen mens den elektriske kretsanordning (9,10) er elektrisk isolert fra spenningssammenligningsapparatet (8), og en annen tilstand hvor den regulerbare elektriske kraftkilde ikke er inn-koblet mens den elektriske kretsanordning er elektrisk koblet til spenningssammenligningsapparatet for tilveiebringelse av et sammen- lignings signal som indikerer sammenligningstilstanden mellom katode-referanseelektrodespenhingen og den på forhånd bestemte katodiske beskyttelsesreferansespenning, og en anordning (l^) for overforing av sammenligningssignalet fra spenningssammenligningsapparatet til den regulerbare elektriske kraftkilde for å regulere den elektriske energitilfbr sel til anode-katodekretsen.

2. Beskyttelseskrets ifolge krav 1,karakterisertved at den elektriske kretsanordning utgjbres av en bryter (9) og en i serie med denne koblet hukommelsesinnretning (10) for referansepotensiålet.

3. Beskyttelseskrets ifolge krav 2,karakterisertved at bryteren (9) virker i respons til tidsmåleapparatet (20). k-, Beskyttelseskrets ifolge krav 1-3karakterisertved at sammenligningsapparatet (8] er elektrisk jordet (1!0 til katoden (3).