Hãy hỏi bất kỳ ai đã từng quan sát bức tường cọc thép giữa dòng sông thủy triều suốt một thập kỷ và bạn sẽ nghe được câu chuyện tương tự. Cấu trúc trông vẫn ổn trong nhiều năm và sau đó sự mất mát phần xuất hiện ngay dưới mực nước thấp, chính xác là nơi không ai có thể nhìn thấy. Sự bảo vệ catốt và cực dương hy sinh tồn tại để làm gián đoạn câu chuyện đó. Chúng không phải là công nghệ mới và chúng không phức tạp một khi bạn loại bỏ các thuật ngữ, nhưng chúng cũng rất dễ bị xác định sai. Hướng dẫn này trình bày cách thức hoạt động của hai phương pháp, kích thước của hệ thống cực dương trong thực tế và toàn bộ cuộc trò chuyện sẽ thay đổi khi bức tường được làm bằng polyme chứ không phải bằng thép.

Bảo vệ Cathodic thực sự làm gì

Thép bị ăn mòn vì nó tạo thành một tế bào điện hóa với môi trường xung quanh. Một phần bề mặt hoạt động như cực dương và giải phóng các ion sắt vào nước hoặc đất, giải phóng các electron. Một phần khác hoạt động như cực âm, nơi các electron đó được tiêu thụ. Chất điện phân (nước biển, nước lợ, đất ướt) mang dòng ion và bản thân thép mang dòng điện tử. Loại bỏ bất kỳ một trong ba yếu tố đó và sự ăn mòn sẽ dừng lại.

Bảo vệ catốt giải quyết vấn đề từ phía điện. Thay vì để thép tự cung cấp điện tử tại các vị trí anốt, bạn cung cấp điện tử từ nguồn bên ngoài. Các vùng hoạt động bị đẩy vào trạng thái catốt, thụ động. Trên thực tế, bạn không ngăn chặn phản ứng ăn mòn mà để nó xảy ra ở một nơi khác.

Chỉ có hai cách để cung cấp những electron đó. Hoặc bạn kết nối thép với một kim loại dễ phản ứng hơn sẽ bị ăn mòn ở vị trí của nó (cực dương hy sinh hoặc điện cực) hoặc bạn truyền dòng điện vào cấu trúc từ nguồn điện thông qua cực dương trơ ​​(bảo vệ catốt bằng dòng điện cưỡng bức, thường được rút ngắn thành ICCP).

Anode hy sinh hoạt động như thế nào

Cực dương hy sinh chỉ đơn giản là một khối kim loại kém quý hơn thép mà nó bảo vệ. Nối cả hai về điện, cho cả hai vào cùng một chất điện phân, cực dương sẽ trở thành bề mặt bị ăn mòn. Cọc thép trong cầu cảng thường được lắp các vòng hợp kim kẽm hoặc nhôm được bắt vít vào bản bụng hoặc các giá đỡ được hàn trên dây chắn bùn. Cực dương hòa tan từ từ; đống vẫn còn nguyên.

Bởi vì điện áp điều khiển xuất phát từ sự chênh lệch điện thế giữa hai kim loại nên không cần nguồn điện bên ngoài. Đó chính là sức mạnh to lớn của hệ thống mạ điện cũng như trần nhà của chúng. Điện áp nhỏ nên dòng điện chạm tới bề mặt ở xa hoặc được phủ tốt bị hạn chế và cực dương có khối lượng hữu hạn được tiêu thụ trong suốt thời gian sử dụng thiết kế. Khi hết cực dương, khả năng bảo vệ cũng không còn, đó là lý do tại sao quyền truy cập thay thế cũng quan trọng như tính toán ban đầu.

Kết hợp kim loại Anode với nước

Lựa chọn cực dương chủ yếu là về chất điện phân. Điện trở suất, độ mặn, nhiệt độ và oxy hòa tan đều làm thay đổi sự lựa chọn, và việc chọn sai thường có nghĩa là lãng phí khối lượng hoặc tệ hơn là bảo vệ quá mức làm hỏng lớp phủ mà lẽ ra nó phải trợ giúp.

Magiê được cố tình loại bỏ khỏi hàng nước biển. Điện áp truyền động cao hơn của nó rất hữu ích trong đất khô, có điện trở, nhưng trong nước muối, nó có thể đẩy thế điện cực âm của thép đến mức tạo ra hydro trên bề mặt và làm phồng rộp lớp phủ. Nó cũng được tiêu thụ nhanh hơn những gì toán học gợi ý. Hợp kim kẽm và nhôm là vật liệu đặc biệt của thế giới hàng hải vì chính lý do này.

Cực dương hy sinh hay dòng điện cưỡng bức?

Đối với một bức tường cọc ván ngắn có khả năng tiếp cận hợp lý cho thợ lặn hoặc thuyền nhỏ, cực dương điện rất khó bị đánh bại. Không có bộ chỉnh lưu máy biến áp trong nhà, không có hệ thống cáp để bảo vệ, không có nguồn điện bị hỏng và hệ thống về cơ bản không cần bảo trì cho đến khi cần thay thế cực dương.

ICCP thắng trên các cấu trúc lớn hơn. Một cầu tàu dài với hàng trăm cọc, hoặc một cấu trúc nơi cực dương nằm trong những chiếc xe trượt từ xa dưới đáy biển, cần nhiều dòng điện hơn mức mà hệ thống điện có thể cung cấp. Cực dương dòng điện cưỡng bức, thường là titan hoặc than chì được phủ oxit kim loại hỗn hợp, có thể được điều khiển ở điện áp cao hơn nhiều và đầu ra có thể được điều chỉnh khi lớp phủ xuống cấp hoặc môi trường thay đổi. Đổi lại, bạn chấp nhận chi phí vốn cao hơn, yêu cầu nguồn điện thường xuyên, thiết bị giám sát và hệ thống mà người vận hành có năng lực phải chăm sóc.

Một nguyên tắc nhỏ hợp lý: nếu nhu cầu hiện tại khiêm tốn và cấu trúc nhỏ gọn, hãy duy trì hoạt động điện. Nếu bạn đang bảo vệ hàng nghìn mét vuông thép và muốn có một bảng điều khiển thay vì vài tấn nhôm, hãy xem xét dòng điện ấn tượng.

Định cỡ hệ thống: Hiện tại, Diện tích và Thời gian

Mọi thiết kế đều bắt đầu từ nhu cầu hiện tại và nhu cầu hiện tại bắt đầu từ diện tích bị ướt:

• Tính diện tích bề mặt ngâm và chôn của thép cần bảo vệ.
• Nhân với mật độ dòng điện thiết kế cho môi trường đó, thường được biểu thị bằng miliampe trên mét vuông.
• Áp dụng hệ số phá hủy lớp phủ nếu thép được sơn, bởi vì lớp phủ nguyên vẹn 95% ngày nay sẽ không còn nguyên vẹn trong 15 năm nữa.

Một minh họa nhanh chóng. Sáu trăm mét vuông thép trần trong nước biển ở tốc độ 25 mA/m2 cần khoảng 15 A. Để duy trì điều đó trong 20 năm, bạn cần khoảng 2,6 triệu amp-giờ sạc, tức là ở mức 2.000 Ah/kg tương đương với khoảng 1,3 tấn vật liệu cực dương hợp kim nhôm trước khi áp dụng bất kỳ hệ số sử dụng nào. Đó là con số gây ngạc nhiên cho những người cho rằng cực dương chỉ là một phụ kiện nhỏ.

Hai chiều kiểm soát hai thứ khác nhau. Chiều dài cực dương và do đó diện tích bề mặt xác định mức độ dòng điện mà cực dương có thể đẩy ra bất kỳ lúc nào. Tiết diện của cực dương, và do đó, khối lượng, xác định thời gian nó có thể tiếp tục hoạt động như vậy. Cực dương mỏng dài cho dòng điện cao nhưng có tuổi thọ ngắn; một người béo ngắn thì ngược lại. Những thiết kế tốt cân bằng được cả khoảng thời gian thay thế mà chủ sở hữu thực sự có thể chấp nhận được.

Những giới hạn đáng biết trước khi bạn chỉ định

Bảo vệ catốt chỉ hoạt động ở nơi có chất điện phân liên tục và đường dẫn điện rõ ràng. Điều đó tạo ra một số ranh giới thực tế:

• Vùng bắn nước và mọi thứ phía trên nó không thể được bảo vệ vì không có nước để mang dòng điện. Dải đó cần độ dày lớp phủ, mức cho phép ăn mòn hoặc hoàn toàn là một vật liệu khác.
• Các bề mặt được che chắn, chẳng hạn như thép ẩn sau tấm chắn bùn chật hẹp hoặc bị kẹt trong kẽ hở, nhận được rất ít hoặc không có dòng điện cho dù bạn có lắp bao nhiêu cực dương ở gần đó.
• Dòng điện đi lạc từ các bộ hàn gần đó, hệ thống xe điện hoặc các thiết bị CP khác có thể làm tăng tốc độ ăn mòn trên thép không được bảo vệ hơn là ngăn chặn nó.
• Bảo vệ quá mức là một chế độ thất bại thực sự. Dòng điện quá lớn sẽ làm hỏng lớp phủ, lãng phí khối lượng cực dương và đối với thép cường độ cao, làm tăng mối lo ngại về hiện tượng giòn do hydro.

Điều này có ý nghĩa gì đối với cọc tấm polyme

Đây là phần của cuộc trò chuyện thường bị bỏ qua. Bảo vệ catốt bảo vệ thép. Tường cọc tấm nhựa vinyl hoặc PVC là vật liệu điện môi: không có sắt để loại bỏ các ion, không có tế bào điện hóa nào bị gián đoạn và không có cực dương nào có thể làm bất cứ điều gì hữu ích ngay cả khi bạn bắt vít một cái vào bảng điều khiển. Khi một dự án chuyển từ cọc thép sang cọc tấm polyme, gói bảo vệ catốt thường biến mất hoàn toàn cùng với bộ chỉnh lưu, khảo sát hàng năm và chương trình thay thế cực dương.

Điều đó không làm cho polymer trở thành câu trả lời cho mọi vấn đề. Nó phải được chọn với tải trọng phù hợp, loại đất phù hợp, độ phơi sáng phù hợp và bức tường vẫn cần được thiết kế hợp lý. Nhưng trong đó động lực bảo vệ là sự tấn công của clorua, nước lợ hoặc thời gian bảo trì rất dài, tính kinh tế của Cọc ván PVC chống ăn mòn thường trông rất khác so với một bức tường thép cộng thêm hai mươi năm thay thế cực dương.

Một cảnh báo từ xưởng: nhiều cái gọi là tường polyme vẫn chứa thép. Các thanh giằng, tấm neo, khung và giá đỡ kết nối thường được làm bằng thép mạ kẽm hoặc tráng và vẫn tiếp xúc hoàn toàn với cùng chất điện hóa được mô tả ở trên. Những thành phần đó có thể vẫn cần được làm cực dương hoặc thay đổi vật liệu, ngay cả khi bản thân tấm ván trơ. Chúng tôi thấy điều này thường xuyên nhất trên Tường cọc tấm vinyl trong công trình biển , trong đó các tấm là polyme nhưng phần neo phía sau bức tường thì không.

Giám sát và bảo trì theo điều khoản đơn giản

Hệ thống điện có thể được kiểm tra bằng điện cực tham chiếu và vôn kế có trở kháng cao. Đối với thép trong nước biển, tiêu chí chấp nhận chung là điện thế khoảng -0,80 V so với tham chiếu bạc/bạc clorua hoặc độ lệch 100 mV so với điện thế ăn mòn tự do được đo trước khi lắp đặt. Dù thiết kế áp dụng tiêu chí nào, hãy ghi lại các số đọc ban đầu vì chúng là đường cơ sở duy nhất tồn tại.

Các cuộc khảo sát thường được thực hiện hàng năm hoặc hai lần một năm. Các kết quả đầu ra hữu ích là khả năng bảo vệ dọc theo tường, mức tiêu thụ cực dương so với tốc độ dự đoán và bất kỳ dấu hiệu nào cho thấy lớp phủ đã bị hỏng nhanh hơn giả định. Nếu cực dương bị ăn mòn nhanh hơn dự kiến ​​thì nhu cầu hiện tại đã bị đánh giá thấp và việc trang bị thêm cần phải được thực hiện trước khi lớp bảo vệ mất đi.

Câu hỏi chúng tôi nghe được từ các nhóm dự án

Tôi có thể thêm cực dương vào bức tường hiện có không?

Có, và nó là phổ biến. Các thợ lặn có thể lắp vòng đeo tay và cực dương dự phòng, đồng thời hệ thống cực dương từ xa có thể được đặt dưới đáy biển gần đó. Hạn chế thường là khả năng tiếp cận và tình trạng của thép hiện có chứ không phải lý thuyết.

Tôi có cần bảo vệ cathode nếu thép được phủ tốt không?

Một lớp phủ tốt làm giảm đáng kể nhu cầu dòng điện, nhưng nó không loại bỏ nhu cầu bảo vệ ở mọi khuyết tật, cạnh và mối hàn. Các mã thiết kế giả định hệ số hư hỏng lớp phủ chính là vì lý do này.

Một bức tường polymer có cần bất kỳ biện pháp chống ăn mòn nào không?

Các tấm thì không, nhưng mọi thành phần thép trong hệ thống vẫn có. Kiểm tra các neo, các kết nối và bất cứ thứ gì còn ướt.

Mười năm xây tường cọc ván đã dạy chúng ta rằng các quyết định về ăn mòn thường được đưa ra sớm, với thông tin không đầy đủ và sau đó tồn tại trong nhiều thập kỷ. Nếu dự án của bạn đang hướng tới gói bảo vệ cathode, hãy xác định kích thước phù hợp và lập ngân sách để thay thế ngay từ ngày đầu tiên. Nếu nó hướng tới một bức tường không có thép, hãy đảm bảo rằng toàn bộ hệ thống không có thép chứ không chỉ phần bạn có thể nhìn thấy từ mặt nước. Dù bằng cách nào, chúng tôi rất sẵn lòng trao đổi về khía cạnh vật chất của quyết định đó với các kỹ sư của bạn.