NO813220L

NO813220L - Anordning og fremgangsmaate til katodisk beskyttelse

Info

Publication number: NO813220L
Application number: NO813220A
Authority: NO
Inventors: Ludmila Hybler
Original assignee: Phillips Petroleum Co
Priority date: 1980-09-23
Filing date: 1981-09-22
Publication date: 1982-03-24
Also published as: US4370211A; GB2084194A; DE3136928A1; GB2084194B

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår en offeranode til beskyttelse av en metalloverflate som er utsatt for korroderende omgivelser, hvor anoden omfatter elementer som strekker seg i offeranodens tykkelsesretning og er i det minste delvis innesluttet i offeranodematerialet, samt består av et materiale som er mindre korroderende enn offeranodematerialet.

Katodiske beskyttelsessystemer anvendes for å forhindre korrosjon på metallkonstruksjoner som er utsatt for et elektrolytisk miljø. Katodisk beskyttelse kan benyttes for korroderbare sjøkonstruksjoner eller nedgravde konstruksjoner ved at den korroderbare konstruksjon forbindes elektrisk med offeranoder som er utført av et metall som ligger høyere i den elektromotoriske rekke enn den beskyttede konstruksjon, dvs. et metall som er anodisk i forhold til-materialet i den beskyttede konstruksjon. Når den beskyttede konstruksjon og den elektrisk forbundne offeranode begge utsettes for det samme elektrolytiske miljø (f.eks. jord eller vann inne-holdende frie positive ioner), dannes der en galvanisk celle hvor den beskyttede konstruksjon er katoden.

Metallatomer på den frie overflate av offeranoden ioniseres av den omgivende elektrolytt og går i oppløsning med elektrolytten, hvorved offeranoden korroderer. Som følge av forskjellen i elektrisk potensiale mellom det katodisk beskyttede metall og offeranoden strømmer elektroner frembragt ved den elektrokjemiske korrosjonsreaksjon av anoden som en elektrisk strøm gjennom den elektriske forbindelse mellom offeranoden og den beskyttede konstruksjon. Når elektronene når den beskyttede konstruksjon, forener

de seg med positive ioner i elektrolytten ved overflaten av den beskyttede konstruksjon. Den beskyttede konstruksjon korroderer ikke, idet de positive ioner knytter seg til de frie elektroner som er lett tilgjengelige på overflaten av den beskyttede konstruksjon. Disse positive ioner ville ellers starte en korrosjonsreaksjon på overflaten av den beskyttede konstruksjon.

Funksjonen av et katodisk beskyttelsessystem blir ofte supplert ved påføring av et beskyttende belegg på yttersiden av de katodisk beskyttede konstruksjoner for å redusere disses eksponering for det elektrolytiske miljø. Et beskyttende belegg på yttersiden av den katodisk beskyttede konstruksjon vil imidlertid ikke fullstendig isolere konstruksjonen fra elektrolytten, idet små sprekker eller diskontinuiteter i belegget oppstår når belegget elder, hvorved den del av konstruksjonen som er tilgjengelig gjennom slike sprekker,

vil korrodere. Videre er et slikt belegg ute av stand til fullstendig å isolere den korroderbare konstruksjon fra positive ioner i den omgivende elektrolytt, idet en del av de positive ioner er istand til å diffundere eller vandre gjennom selve det beskyttende belegg.

Katodiske beskyttelsessystemer er istand til å beskytte den korroderbare konstruksjon mot korrosjon så lenge der er tilbake tilstrekkelig mengde offeranodemetall til å tilføre elektroner til den beskyttede konstruksjon. Når en anode er nesten fullstendig nedkorrodert, må den skiftes ut for at det katodiske beskyttelsessystem fortsatt skal virke. Korrosjons-hastigheten av offeranoden og dermed det tidspunkt når anoden må skiftes ut, er vanskelig å forutsi, da den er påvirket av en rekke variable faktorer som f.eks. sammensetningen av det omgivende jordsmonn eller vann og lokale variasjoner i denne sammensetning.

Skjønt der tidligere er utviklet en rekke planer for

å fastlegge tilstanden til et katodisk beskyttelsessystem for å fastslå om systemet funksjonerer og/eller for å fastlegge når offeranodene bør skiftes ut, kan disse systemer ikke effektivt benyttes om hverandre for operasjon i både underjordisk miljø og sjømiljø. For katodisk å beskytte en betydelig lengde nedgravd rørledning, er det f.eks. nødvendig å ha en rekke anoder som er elektrisk forbundet med ledningen og er anordnet på avstand fra hverandre over rørets lengde. Tilstanden av et nedgravd katodisk beskyttelsessystem overvåkes vanligvis ved fastleggelse av polariteten og/eller størrelsen av det elektriske potensiale av offeranoden og/eller det elektriske potensiale av den beskyttede ledning i forhold til en referansehalvcelle som er anordnet i den elektrolytt som omgir ledningen. Disse bestemmelser må utføres på en lang rekke steder langs lengden av røret for å bestemme tilstanden

av hele systemet. For å lette disse overvåkningsprøver blir der på forskjellige steder langs ledningens lengde, f.eks. ved hvert forbindelsessted mellom en offeranode og den katodisk beskyttede ledning, anordnet elektriske forbindelser i form av en isolert elektrisk leder som er elektrisk forbundet med offeranoden og/eller den katodisk beskyttede konstruksjon og dirigert til overflaten av den elektrolytt som systemet er anordnet i. Fordi det er kostbart og fysisk ugjennomførlig å stabilisere slike overvåkningsplaner på vannoverflater, kan slike tidligere kjente overvåknings-systemer, f.eks. det som er beskrevet ovenfor, være tilfreds-stillende for nedgravde katodiske systemer, mens derimot den vanlige måte å overvåke sjøsystemer på fortsatt er en fysisk inspeksjon ved hjelp av dykkere.

Til tross for at undervannsinspeksjon er vel akseptert og anvendt i utstrakt grad, har den iboende mangler som påvirker de oppnådde data. Siktbarheten for dykkeren synes å være den mest kritiske av en rekke faktorer som påvirker gyldigheten av de data som oppnås ved undervannsinspeksjon.

I grunne farvann og nær sjøbunnen, hvor de fleste katodiske beskyttelsessystemer befinner seg, er f.eks. ofte sedimenter suspendert i et skikt av mørkt vann. Dykkerens sikt kan derfor reduseres vesentlig selv ved bruk av ekstra belysning. Fordi sikten på inspeksjonsstedet ofte er vanskeliggjort

av ustabile vannforhold, medfører en dykkers bruk av vanlig utstyr som må avleses visuelt, f.eks. et potensiometer, meget upålitelige resultater, da forholdene må være nærmest ideelle for at slikt utstyr effektivt skal kunne benyttes. Disse uunngåelige vannforhold utgjør et kontinuerlig problem i den forstand at skikkelig katodisk beskyttelse av ledninger utenfor kysten er avhengig av at der oppnås pålitelige data som beslutninger om utskiftning av ikke funksjonerende systemer kan baseres på.

Det er en hensikt med oppfinnelsen å skaffe en offeranode som avhjelper disse ulemper.

I henhold til den foreliggende oppfinnelse har elementene, som tillater en visuell og/eller avfølende bestemmelse av graden av korrosjon av offeranoden, enten konisk form med spissen av konusen vendende bort fra den metalloverflate som skal beskyttes, eller de omfatter på jevn avstand fra hverandre stående kammer.

Ytterligere trekk ved oppfinnelsen fremgår av under-kravene. Fig. 1 er et aksonometrisk riss av et parti av en undervannsledning med offeranoder i henhold til en utførelsesform for oppfinnelsen. Fig. 2 er et aksonometrisk riss av det samme parti av undervannsledningen på fig. 1, slik det kan se ut etter en bestemt driftstid. Fig. 3 er et utsnitt av et snitt gjennom offeranoden på fig. 1 langs linjen 3-3 på fig. 5. Fig. 4 er et utsnitt av et snitt gjennom offeranoden på fig. 2 og viser tilstanden av offeranoden etter at korrosjon har funnet sted.

Fig. 5 er et grunnriss av offeranoden på fig. 1.

Fig. 6-10 er tverrsnitt gjennom ytterligere utførelses-former for den foreliggende oppfinnelse. Fig. 11 viser enda en utførelsesform for oppfinnelsen hvor elementene er staver med jevnt fordelte, på avstand fra hverandre stående kammer. Fig. 12 er et aksonometrisk riss av et parti av en undervannsledning slik den ser ut før korrosjon og belyser en annen utførelsesform for den foreliggende oppfinnelse.

Offeranoden ifølge oppfinnelsen vil nå bli nærmere

beskrevet under henvisning til fig. 1. En rørledning 10 som er fremstilt åv et materiale som f.eks. stål, er belagt med et bituminøst belegg 12 og dekket av et tyngende betongskikt 14 for å hindre at ledningen flyter opp i sjøen. På avstand

fra hverandre langs ledningen 10 og elektrisk forbundet med denne foreligger der offeranoder 16 som omgir ledningen som et armbånd og består av et første segment 18

og et annet segment 20.

Som vist påfiig. 3 er begge segmenter 18 og 20 av offeranodene 16 forbundet ved en sveiseskjøt 44 for å

omgi rørledningen 10, og rommet mellom segmentene er fylt med betongmørtel 42 til samme nivå som betongmantelen 14. Segmentene 18 og 20 er hovedsakelig like, og skjønt oppfinnelsen vil bli beskrevet under henvisning til segmentet 18, vil det forstås at segmentet 20 omfatter de samme deler som segmentet 18. Anodesegmentet 18 er fremstilt av et egnet metall 17 eller en legering som er slik valgt i den elektromotoriske serie at metallet i anoden av seg selv er anodisk i forhold til metallet i den beskyttede konstruksjon i en bestemt elektrolytt. Aluminium er det foretrukne offeranodemetall 17 som følge av dets høye aktivitet, lave pris og gode tilgjengelighet. Hvert av anodesegmentene 18 og 20

har form av en bue med en første radius som ender ved en første overflate 24, og en annen radius som ender ved en annen overflate 26, idet den annen radius er større enn den første, og en metallkjerne 40 har en overflate 50 som ender ved en tredje radius som er større enn den første radius og mindre enn den annen radius av offeranodemetallet 17. En elektrisk forbindelse 32 benyttes til å forbinde offeranodemetallet 17

i segmentet 18 med rørledningen 10 og strekker seg mellom et tilkoblingspunkt 41 på metallkjernen 40 og et tilkoblingspunkt 43 på rørledningen 10, og en elektrisk forbindelse 34 benyttes til å forbinde offeranodemetallet 17 i segmentet 20 med rørledningen 10 ved forbindelse mellom et tilkoblingspunkt 41 på metallkjernen 40 og et forbindelsespunkt 43 på rørledningen 10. Anodeseksjonene omfatter også en rekke korrosjonsindikator-elementer 30 fremstilt av et annet materiale enn offeranodemetallet 17, idet elementene 30 er i det minste delvis innesluttet i offeranodemetallet 17 og strekker seg stort sett radialt utover.

I henhold til den foreliggende oppfinnelse kan elementene 30 være fremstilt av ikke-korroderende materiale valgt blant plast, gummi og keramisk materiale. Skjønt nesten et hvilket som helst keramisk materiale er egnet, kan det passende velges blant leire, teglsten og porselen. Elementene 30 kan også være fremstilt av stål eller en legering eller rent metall som f.eks. jern, tinn, bly eller kobber. Stål er det foretrukne materiale i elementene 30 fordi det

er lett å forme, og elementene har vanligvis form av stål-pigger.

Fig. 6 viser en utførelsesform hvor et anodesegment 118 har form av en bue med en første radius som ender ved en første overflate 124, og en annen radius som ender ved en annen overflate 126 av offeranodemetallet 117. En rekke elementer 118 rager radialt ut fra den første overflate 124, idet hvert element 130 har en første ende 136 og en annen ende 138. Den første ende 136 av hvert element 130

er innleiret i offeranodemetallet 117, og den annen ende 138 av hvert element 130 rager radialt ut fra den første overflate 124 av offeranodemetallet 117 et stykke som er større enn avstanden mellom den første overflate 124 og den annen overflate 126 av offeranodemetallet 117.

Fig. 7 anskueliggjør en annen utførelsesform f or den foreliggende oppfinnelse, hvor anodesegmentet 118a har form av en bue med første radius som ender ved en første overflate 124a,og en annen radius som ender ved en annen overflate 126a av offeranodemetallet 117a. En rekke elementer 130a rager radialt ut fra den første overflate 124a, idet hvert element 130a har en første ende 136a og en annen ende 138a. Den første ende 136a av hvert element 130a er innleiret i offeranodemetallet 117, mens den annen ende 138a av hvert element 130a rager radialt ut fra den første overflate 124a av offeranodemetallet 117a et stykke som er hovedsakelig lik avstanden mellom den første overflate 124a og den annen overflate 126a av offeranodemetallet 117a. Fig. 8 viser enda en alternativ utførelsesform for oppfinnelsen, hvor anodesegmentet 118a har form av en bue med en første radius som ender ved en første overflate 124b, og en annen radius som ender ved en annen overflate 126b av offeranodemetallet 117b. En rekke elementer 130b rager radialt ut fra den første overflate 124b, idet hvert element 130b har en,første ende 136b og en annen ende 138b. Den første ende 136b av hvert element 130b er innleiret i offeranodemetallet 117b, og den annen ende 138b av hvert element 130b rager radialt utover fra den første overflate 124b av offeranodemetallet 117b et stykke som er mindre enn avstanden mellom den første overflate 124b av offeranodemetallet 117b og den annen overflate 126b av offeranodemetallet 117b. Fig. 9 viser en alternativ foretrukket utførelsesform for den foreliggende oppfinnelse, hvor anodesegmentet 218 har form av en bue med en første radius som ender ved en første overflate 224, og en annen radius som ender ved en annen overflate 226 av offeranodemetallet 217. En rekke elementer har en første ende 236 og en annen ende 238. Den første ende 236 av hvert element 230 er forbundet med en metallkjerne 240. Metallkjernen 240 er hovedsakelig innesluttet i offeranodemetallet 217 og har en overflate 241 som ender ved en tredje radius som er større enn den første radius, men mindre enn den annen radius av offeranodemetallet 217. Den annen ende 238 av hvert element 230 rager radialt ut fra overflaten 241 av metallkjernen 240 et stykke forbi den annen overflate 226 av offeranodemetallet 217. Fig. 10 viser enda en foretrukket utførelsesform for oppfinnelsen, hvor anoden 218a har form av en bue med en første radius som ender ved en første overflate 224a, og en annen radius som ender ved en annen overflate 226a av offeranodemetallet 217a. En rekke elementer 230a har en første ende 236a og en annen ende 238a. Den første ende 236a av hvert element 230a er forbundet med en metallkjerne 240a. Metallkjernen 240a er hovedsakelig innesluttet av offeranodemetallet 217a og har en overflate 241a som ender ved en tredje radius som er større enn den første radius, men mindre enn den annen radius av offeranodemetallet 217a. Den annen ende 238a av hvert element 230a rager radialt ut fra overflaten 241a av metallkjernen 240a, et stykke som er mindre enn avstanden mellom overflaten 241a og den annen overflate 226a av offeranodemetallet 217a. Fig. 11 viser en alternativ, utf ørelsesf orm for den

foreliggende oppfinnelse, hvor hvert korrosjonsindikerende element 46 har jevnt fordelte, på avstand fra hverandre stående kammer 48. I henhold til en videreutvikling av denne utfø-relsesform kan hver kam 4 8 ha en bestemt farge valgt blant rødt, orange, gult, grønt, blått, indigo og fiolett eller andre farger som er lett synlige under reduserte lysforhold. Kammene 48 på elementet 46 kan også inneholde fluidiserende materiale.

Fig. 12 viser enda en utførelsesform for oppfinnelsen, som er maken til utførelsesformen på fig. 1, bortsett fra at anoden 16 er stavformet.

Også i de andre utførelsesformer av oppfinnelsen kan indikatorelementene, f.eks. elementene 30 på fig. 2-4, være farget som angitt ovenfor. Hvert element kan også omfatte et materiale som oppviser fluorescens.

Fig. 2 og 4 viser anoder som anvendes ved utførelse av den foreliggende oppfinnelse, slik de vil se ut i et elektrolytisk miljø etter at det er gått tilstrekkelig tid til at noe av offeranodemetallet 17 er gått i oppløsning som følge av korrosjon. Etter at offeranodemetallet 17 er oppløst, er hvert element 30 fortsatt hovedsakelig intakt, og de rager radialt ut fra den korroderte overflate av offeranodemetallet 17. I et katodisk beskyttelsessystem under vann kan en dykker visuelt bestemme det stykke av hvert element 30 som rager utenfor offeranodemetallet 17, eller fysisk måle lengden av det parti av elementet 30 som rager utenfor offeranodemetallet 17, ved anvendelse av vanlig utstyr. I henhold til en annen utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse, slik den er belyst på fig. 11, kan en dykker måle lengden av elementet 46 rett og slett ved visuell betraktning, men i tillegg er denne utførelsesform særlig anvendelig under"mørke vannforhold,

hvor visuell observasjon er betydelig hindret eller umulig-gjort. Utførelsesformen på fig. 11 gjør det mulig å angi et på forhånd fastlagt antall kammer 48 som representativt for korrosjonstilstanden av offeranodemetallet 17. Selv om en undervannsdykker ikke kan se noe som følge av ugunstige vannforhold på prøvestedet, kan han føle de radialt utragende elementer 46 med kammene 48 og telle antall kammer 48 for å

fastlegge tilstanden av anodemetallet 17.

Ved anvendelse av det katodiske beskyttelsessystem ifølge den foreliggende oppfinnelse har dykkeren økt mulighet for å frembringe pålitelige data som en avgjørelse om utskifting av det katodiske beskyttelsessystem kan baseres på, idet gyldigheten av dataene ikke lenger avhenger av at dykkeren finner ideelle vannforhold på prøvestedet. Videre gjør det katodiske beskyttelsessystem ifølge oppfinnelsen det unødvendig for dykkeren å bære og anvende prøveutstyr, f.eks. et voltmeter eller et potensiometer.

Skjønt oppfinnelsen er beskrevet i forbindelse med

et marint miljø, er den også nyttig ved fastlegging av nød-vendigheten for utskiftning av anoder ved anvendelser under jorden.

Claims

1. Offeranode (16) til beskyttelse av en metalloverflate som er utsatt for korroderende omgivelser, hvor anoden omfatter elementer (30, 130, 130a, 130b, 230, 230a, 46) som strekker seg i offeranodens tykkelsesretning og er i det minste delvis innesluttet i offeranodematerialet, samt består av et materiale som er mindre korroderende enn offeranodematerialet, karakterisert ved at elementene ('30, 130, 130a, 130b, 230, 230a, 46), som tillater en visuell og/eller avfølende bestemmelse av graden av korrosjon av offeranoden (16), enten har konisk form med spissen av konusen vendende bort fra den metalloverflate som skal beskyttes, eller omfatter på jevn avstand fra hverandre stående kammer (48).

2. Anode som angitt i krav 1, karakterisert ved at den omfatter elementer av ikke-korroderende materiale.

3. Anode som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at den omfatter elementer av stål.

4. Anode som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at den omfatter fargede elementer.

5. Anode som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at den omfatter fluorescerende elementer eller kammer.

6. Anode som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at den omfatter kammer som har hver sin farge.