ถามใครก็ตามที่เคยดูกำแพงเหล็กในแม่น้ำขึ้นน้ำลงมาเป็นเวลาสิบปีแล้วคุณจะได้ยินเรื่องเดียวกัน โครงสร้างดูดีเป็นเวลาหลายปี และการสูญเสียส่วนต่างๆ จะปรากฏขึ้นใต้ระดับน้ำต่ำ ซึ่งเป็นจุดที่ไม่มีใครมองเห็น การป้องกันแบบแคโทดและแอโนดแบบบูชายัญมีอยู่เพื่อขัดขวางเรื่องราวนั้น สิ่งเหล่านี้ไม่ใช่เทคโนโลยีใหม่และไม่ซับซ้อนเมื่อคุณตัดศัพท์เฉพาะออกไป แต่ก็ระบุได้ง่ายเช่นกัน คู่มือนี้จะอธิบายวิธีการทำงานของทั้งสองวิธี ขนาดของระบบแอโนดในทางปฏิบัติ และการเปลี่ยนแปลงของบทสนทนาเมื่อผนังทำจากโพลีเมอร์แทนที่จะเป็นเหล็ก

การป้องกัน Cathodic ทำอะไรได้บ้าง

เหล็กกัดกร่อนเพราะมันก่อตัวเป็นเซลล์ไฟฟ้าเคมีที่ล้อมรอบ ส่วนหนึ่งของพื้นผิวทำหน้าที่เป็นขั้วบวกและให้ไอออนของเหล็กลงไปในน้ำหรือดิน และปล่อยอิเล็กตรอนออกมา อีกส่วนหนึ่งทำหน้าที่เป็นแคโทดซึ่งอิเล็กตรอนเหล่านั้นถูกใช้ไป อิเล็กโทรไลต์ (น้ำทะเล น้ำกร่อย ดินเปียก) เป็นตัวนำกระแสไฟฟ้าไอออนิก และตัวเหล็กเองก็เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์ กำจัดองค์ประกอบใดองค์ประกอบหนึ่งจากสามองค์ประกอบดังกล่าวและหยุดการกัดกร่อน

การป้องกัน Cathodic ช่วยแก้ปัญหาจากด้านไฟฟ้า แทนที่จะปล่อยให้เหล็กจ่ายอิเล็กตรอนของตัวเองที่บริเวณขั้วบวก คุณจะป้อนอิเล็กตรอนจากแหล่งภายนอก พื้นที่แอคทีฟถูกผลักเข้าสู่สถานะแคโทดและพาสซีฟ คุณจะไม่หยุดยั้งปฏิกิริยาการกัดกร่อนได้มากเท่ากับปล่อยให้มันเกิดขึ้นที่อื่น

มีเพียงสองวิธีในการจ่ายอิเล็กตรอนเหล่านั้น ไม่ว่าคุณจะเชื่อมต่อเหล็กกับโลหะที่มีปฏิกิริยามากกว่าซึ่งจะกัดกร่อนในตำแหน่งนั้น (ขั้วบวกแบบบูชายัญหรือขั้วไฟฟ้า) หรือคุณขับกระแสเข้าไปในโครงสร้างจากแหล่งจ่ายไฟผ่านขั้วบวกเฉื่อย (การป้องกันแคโทดในปัจจุบันที่น่าประทับใจ ซึ่งมักจะสั้นลงเหลือ ICCP)

แอโนดบูชายัญทำงานอย่างไร

แอโนดบูชายัญเป็นเพียงก้อนโลหะที่มีค่าน้อยกว่าเหล็กที่ปกป้อง เชื่อมต่อทั้งสองแบบด้วยไฟฟ้า ใส่ทั้งสองอย่างในอิเล็กโทรไลต์เดียวกัน และขั้วบวกจะกลายเป็นพื้นผิวที่สึกกร่อน เสาเข็มเหล็กในท่าเทียบเรือมักจะติดตั้งด้วยกำไลโลหะผสมสังกะสีหรืออลูมิเนียมที่ยึดติดกับราง หรือโครงยึดแบบเชื่อมบนแนวบังโคลน ขั้วบวกจะละลายอย่างช้าๆ กองยังคงไม่บุบสลาย

เนื่องจากแรงดันไฟขับมาจากความต่างศักย์ระหว่างโลหะทั้งสอง จึงไม่จำเป็นต้องใช้พลังงานจากภายนอก นั่นคือจุดแข็งอันยิ่งใหญ่ของระบบกัลวานิกและเพดานด้วย แรงดันไฟฟ้ามีขนาดเล็ก ดังนั้นกระแสที่ไปถึงพื้นผิวที่ห่างไกลหรือเคลือบอย่างดีจึงมีจำกัด และขั้วบวกมีมวลจำกัดซึ่งถูกใช้ไปตลอดอายุการออกแบบ เมื่อขั้วบวกหมด การป้องกันก็หายไป ซึ่งเป็นสาเหตุที่การเข้าถึงการทดแทนมีความสำคัญพอๆ กับการคำนวณเบื้องต้น

จับคู่โลหะแอโนดกับน้ำ

การเลือกขั้วบวกส่วนใหญ่จะเกี่ยวกับอิเล็กโทรไลต์ ความต้านทาน ความเค็ม อุณหภูมิ และออกซิเจนละลายน้ำล้วนเปลี่ยนตัวเลือก และการทำผิดมักจะหมายถึงการสูญเสียมวลหรือที่แย่กว่านั้นคือการปกป้องมากเกินไปจนสร้างความเสียหายให้กับสารเคลือบที่ต้องการช่วยเหลือ

แมกนีเซียมถูกจงใจปล่อยออกจากแถวน้ำทะเล แรงดันไฟฟ้าในการขับเคลื่อนที่สูงขึ้นนั้นมีประโยชน์ในดินที่แห้งและมีความต้านทาน แต่ในน้ำเค็ม มันสามารถดันศักยภาพของเหล็กไปเป็นลบจนสร้างไฮโดรเจนที่พื้นผิวและทำให้สารเคลือบพองได้ มันยังถูกใช้เร็วกว่าที่คณิตศาสตร์แนะนำอีกด้วย โลหะผสมสังกะสีและอลูมิเนียมเป็นปัจจัยหลักของโลกใต้ท้องทะเลด้วยเหตุผลนี้เอง

Anodes เสียสละหรือกระแสประทับใจ?

สำหรับผนังเสาเข็มสั้นแผ่นเดียวที่นักดำน้ำหรือเรือเล็กเข้าถึงได้พอสมควร ขั้วบวกกัลวานิกนั้นยากจะเอาชนะได้ ไม่มีวงจรเรียงกระแสของหม้อแปลงไฟฟ้าในบ้าน ไม่มีสายเคเบิลที่ต้องป้องกัน ไม่มีแหล่งจ่ายไฟขัดข้อง และระบบไม่จำเป็นต้องบำรุงรักษาจนกว่าขั้วบวกจะต้องเปลี่ยน

ICCP ชนะในโครงสร้างที่ใหญ่กว่า ท่าเทียบเรือยาวที่มีเสาเข็มหลายร้อยกอง หรือโครงสร้างที่ขั้วบวกนั่งอยู่บนเลื่อนระยะไกลบนพื้นทะเล ต้องการกระแสไฟมากกว่าที่ระบบกัลวานิกจะจ่ายได้ แอโนดกระแสประทับใจ ซึ่งโดยทั่วไปแล้วเป็นไททาเนียมหรือกราไฟต์เคลือบโลหะออกไซด์ผสม สามารถขับเคลื่อนด้วยแรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่ามากและสามารถปรับเอาท์พุตได้เมื่อการเคลือบเสื่อมลงหรือสภาพแวดล้อมเปลี่ยนแปลง ในการแลกเปลี่ยน คุณจะยอมรับต้นทุนเงินทุนที่สูงขึ้น ข้อกำหนดด้านพลังงานถาวร อุปกรณ์ตรวจสอบ และระบบที่ผู้ปฏิบัติงานที่มีความสามารถต้องดูแล

หลักปฏิบัติที่สมเหตุสมผล: หากความต้องการในปัจจุบันอยู่ในระดับปานกลางและมีโครงสร้างที่กะทัดรัด ให้คงความเป็นไฟฟ้าเอาไว้ หากคุณกำลังปกป้องเหล็กหลายพันตารางเมตร และต้องการแผงควบคุมเพียงอันเดียว แทนที่จะใช้อะลูมิเนียมหลายตัน ให้ดูที่กระแสประทับใจ

การกำหนดขนาดระบบ: ปัจจุบัน พื้นที่ และเวลา

ทุกการออกแบบเริ่มต้นด้วยความต้องการในปัจจุบัน และความต้องการในปัจจุบันเริ่มต้นด้วยพื้นที่เปียก:

• คำนวณพื้นที่ผิวที่ฝังและฝังของเหล็กที่จะป้องกัน
• คูณด้วยความหนาแน่นกระแสการออกแบบสำหรับสภาพแวดล้อมนั้น โดยปกติจะแสดงเป็นมิลลิแอมป์ต่อตารางเมตร
• ใช้ปัจจัยการแยกส่วนการเคลือบหากเหล็กถูกทาสี เพราะการเคลือบที่ยังคงสภาพอยู่ 95 เปอร์เซ็นต์ในปัจจุบันจะยังอยู่ไม่ถึงสิบห้าปี

ภาพประกอบอย่างรวดเร็ว เหล็กเปลือยหกร้อยตารางเมตรในน้ำทะเลที่ 25 mA/m² ต้องการพลังงานประมาณ 15 A เพื่อคงไว้ซึ่งเป็นเวลายี่สิบปี คุณต้องมีประจุประมาณ 2.6 ล้านแอมป์-ชั่วโมง ซึ่งที่ 2,000 Ah/กก. ใช้งานได้กับวัสดุแอโนดโลหะผสมอลูมิเนียมประมาณ 1.3 ตันก่อนที่จะใช้ปัจจัยการใช้งานใดๆ นั่นคือตัวเลขที่ทำให้ผู้คนที่คิดว่าแอโนดเป็นอุปกรณ์เสริมขนาดเล็กที่น่าประหลาดใจ

สองมิติควบคุมสองสิ่งที่แตกต่างกัน ความยาวของขั้วบวกและพื้นที่ผิว กำหนดปริมาณกระแสที่ขั้วบวกสามารถดันออกมาได้ตลอดเวลา หน้าตัดของขั้วบวกและมวล เป็นตัวกำหนดระยะเวลาที่มันจะสามารถทำได้ต่อไป แอโนดบางยาวให้กระแสสูงสำหรับอายุการใช้งานสั้น ไขมันสั้นให้ผลตรงกันข้าม การออกแบบที่ดีมีความสมดุลทั้งกับระยะเวลาในการเปลี่ยนที่เจ้าของสามารถทำได้จริง

ขีดจำกัดที่ควรทราบก่อนที่คุณจะระบุ

การป้องกันแคโทดจะทำงานเมื่อมีอิเล็กโทรไลต์ต่อเนื่องและมีเส้นทางไฟฟ้าที่ชัดเจนเท่านั้น นั่นทำให้เกิดขอบเขตในทางปฏิบัติบางประการ:

• โซนน้ำกระเซ็นและทุกสิ่งที่อยู่ด้านบนไม่สามารถป้องกันได้ เนื่องจากไม่มีน้ำที่จะพากระแสน้ำ สายนั้นต้องการความหนาของชั้นเคลือบ ค่าเผื่อการกัดกร่อน หรือวัสดุอื่นโดยสิ้นเชิง
• พื้นผิวที่มีฉนวนป้องกัน เช่น เหล็กที่ซ่อนอยู่หลังบังโคลนที่แน่นหนาหรือติดอยู่ในรอยแยก จะได้รับกระแสไฟฟ้าเพียงเล็กน้อยหรือไม่มีเลยไม่ว่าคุณจะติดตั้งแอโนดไว้ใกล้ๆ จำนวนเท่าใดก็ตาม
• กระแสน้ำที่ไหลจากชุดเชื่อม ระบบราง หรือการติดตั้ง CP อื่นๆ ในบริเวณใกล้เคียงสามารถเร่งการกัดกร่อนบนเหล็กที่ไม่มีการป้องกัน แทนที่จะป้องกัน
• การป้องกันมากเกินไปถือเป็นโหมดความล้มเหลวที่แท้จริง กระแสไฟฟ้าที่มากเกินไปจะสร้างความเสียหายให้กับสารเคลือบ สูญเสียมวลแอโนด และบนเหล็กที่มีความแข็งแรงสูง ทำให้เกิดข้อกังวลเรื่องการเปราะของไฮโดรเจน

สิ่งนี้หมายถึงอะไรสำหรับเสาเข็มโพลีเมอร์

นี่คือส่วนหนึ่งของบทสนทนาที่มักถูกข้ามไป การป้องกัน Cathodic ช่วยปกป้องเหล็ก ผนังกองแผ่นไวนิลหรือพีวีซีเป็นวัสดุอิเล็กทริก: ไม่มีเหล็กที่จะปล่อยไอออน ไม่มีเซลล์ไฟฟ้าเคมีมารบกวน และไม่มีขั้วบวกที่สามารถทำอะไรที่เป็นประโยชน์ได้แม้ว่าคุณจะขันสกรูเข้ากับแผงก็ตาม เมื่อโครงการเปลี่ยนจากเหล็กไปเป็นเสาเข็มแผ่นโพลีเมอร์ แพคเกจการป้องกันแคโทดมักจะหายไปโดยสิ้นเชิง พร้อมด้วยวงจรเรียงกระแส การสำรวจประจำปี และโปรแกรมการเปลี่ยนแอโนด

นั่นไม่ได้ทำให้โพลีเมอร์เป็นคำตอบของทุกปัญหา จะต้องเลือกสำหรับน้ำหนักที่เหมาะสม ดินที่เหมาะสม และการสัมผัสที่ถูกต้อง และผนังยังคงต้องการการออกแบบที่สมเหตุสมผล แต่ที่ตัวขับเคลื่อนการป้องกันคือ คลอไรด์โจมตี น้ำกร่อย หรือขอบฟ้าการบำรุงรักษาที่ยาวนานมาก เศรษฐศาสตร์ของ กองแผ่นพีวีซีทนต่อการกัดกร่อน มักจะดูแตกต่างอย่างมากจากผนังเหล็กบวกกับการเปลี่ยนขั้วบวกอีกยี่สิบปี

ข้อแม้ประการหนึ่งจากการประชุมเชิงปฏิบัติการ: ผนังโพลีเมอร์จำนวนมากยังคงมีเหล็กอยู่ แท่งผูก แผ่นพุก วอลเลอร์ และฉากยึดเชื่อมต่อมักเป็นเหล็กชุบสังกะสีหรือเคลือบ และยังคงสัมผัสกับเคมีไฟฟ้าแบบเดียวกับที่อธิบายไว้ข้างต้น ส่วนประกอบเหล่านั้นอาจยังสมควรได้รับขั้วบวกหรือการเปลี่ยนแปลงวัสดุ แม้ว่าตัวชีทไพล์จะเฉื่อยก็ตาม เราเห็นสิ่งนี้บ่อยที่สุด ผนังกองแผ่นไวนิลในงานเดินเรือ โดยที่แผ่นเป็นโพลีเมอร์แต่ไม่มีจุดยึดด้านหลังผนัง

การตรวจสอบและบำรุงรักษาตามเงื่อนไขธรรมดา

สามารถตรวจสอบระบบกัลวานิกได้ด้วยอิเล็กโทรดอ้างอิงและโวลต์มิเตอร์ความต้านทานสูง สำหรับเหล็กในน้ำทะเล เกณฑ์การยอมรับทั่วไปคือศักยภาพประมาณ -0.80 V เทียบกับการอ้างอิงซิลเวอร์/ซิลเวอร์คลอไรด์ หรือความเบี่ยงเบน 100 mV จากศักยภาพในการกัดกร่อนอิสระที่วัดก่อนการติดตั้ง ไม่ว่าการออกแบบจะใช้เกณฑ์ใดก็ตาม ให้บันทึกการอ่านค่าเบื้องต้น เนื่องจากเป็นสิ่งพื้นฐานเดียวที่จะมีอยู่

การสำรวจมักจะเป็นประจำทุกปีหรือปีละสองครั้ง ผลลัพธ์ที่เป็นประโยชน์ ได้แก่ ศักยภาพในการป้องกันตามแนวผนัง การใช้ขั้วบวกเทียบกับอัตราที่คาดการณ์ไว้ และสัญญาณใดๆ ที่แสดงว่าสารเคลือบพังเร็วกว่าที่คิด หากขั้วบวกถูกกินเร็วกว่าที่คาดไว้ ความต้องการในปัจจุบันจะถูกประเมินต่ำเกินไป และการติดตั้งเพิ่มเติมจำเป็นต้องเกิดขึ้นก่อนที่การป้องกันจะหมดไป

คำถามที่เราได้ยินจากทีมงานโครงการ

ฉันสามารถเพิ่มขั้วบวกให้กับผนังที่มีอยู่ได้หรือไม่?

ใช่ และมันเป็นเรื่องธรรมดา นักดำน้ำสามารถติดตั้งสร้อยข้อมือและแอโนดแบบแยกได้ และระบบแอโนดระยะไกลสามารถวางไว้บนพื้นทะเลในบริเวณใกล้เคียงได้ ข้อจำกัดมักจะอยู่ที่การเข้าถึงและสภาพของเหล็กที่มีอยู่ ไม่ใช่ทฤษฎี

ฉันจำเป็นต้องป้องกัน cathodic หรือไม่หากเหล็กเคลือบอย่างดี?

การเคลือบที่ดีจะช่วยลดความต้องการกระแสไฟฟ้าได้อย่างมาก แต่ไม่ได้ขจัดความจำเป็นในการป้องกันทุกข้อบกพร่อง คมตัด และรอยเชื่อม รหัสการออกแบบถือเป็นปัจจัยการสลายการเคลือบด้วยเหตุผลนี้

ผนังโพลีเมอร์จำเป็นต้องมีการป้องกันการกัดกร่อนเลยหรือไม่?

แผงไม่ได้ แต่ส่วนประกอบเหล็กทุกชิ้นในระบบยังคงมีอยู่ ตรวจสอบพุก ข้อต่อ และสิ่งใดก็ตามที่เปียก

สิบปีของการสร้างกำแพงชีทไพล์สอนเราว่าการตัดสินใจเกี่ยวกับการกัดกร่อนมักเกิดขึ้นตั้งแต่เนิ่นๆ โดยมีข้อมูลที่ไม่สมบูรณ์ และใช้ชีวิตอยู่กับมันมานานหลายทศวรรษ หากโครงการของคุณมุ่งสู่แพ็คเกจการป้องกัน cathodic ให้ปรับขนาดให้เหมาะสมและตั้งงบประมาณสำหรับการเปลี่ยนตั้งแต่วันแรก หากมุ่งหน้าไปยังผนังไร้เหล็ก ตรวจสอบให้แน่ใจว่าทั้งระบบปราศจากเหล็ก ไม่ใช่แค่ส่วนที่มองเห็นได้จากน้ำ ไม่ว่าจะด้วยวิธีใดก็ตาม เรายินดีที่จะพูดคุยถึงประเด็นสำคัญของการตัดสินใจนั้นกับวิศวกรของคุณ