Hva er katodisk beskyttelse?

Katodisk beskyttelse er en metode for å beskytte metallkonstruksjoner mot korrosjon. Metallene som disse strukturene er laget av - vanligvis stål - er utsatt for korrosjon gjennom en oksidasjonsreaksjon når de er i hyppig kontakt med vann. Reaksjonen involverer at metall gir opp elektroner og fremmes av spor av salter oppløst i vannet, noe som får vannet til å fungere som en elektrolytt. Korrosjon kan dermed sees på som en elektrokjemisk prosess. Katodisk beskyttelse gjør metallstrukturen om til en katode - en positivt ladet elektrode - ved å sette opp en elektrokjemisk celle som bruker et mer elektropositivt metall som anoden, slik at strukturen ikke mister elektroner til omgivelsene.

Denne beskyttelsesmetoden kan brukes på underjordiske rør og tanker; over bakken strukturer, for eksempel elektriske pyloner; og delvis nedsenkede strukturer, for eksempel skip og borerigger. Det kan også brukes til å beskytte stålstengene i armert betong. Metaller som er mer motstandsdyktige mot korrosjon har en tendens til å være dyrere enn stål og kan mangle den nødvendige styrke, så korrosjonsbeskyttet stål er vanligvis det beste alternativet, selv om andre metaller som kan korrodere også kan beskyttes på denne måten.

Stål består hovedsakelig av jern, som har et redokspotensial på -0,41 volt. Dette betyr at det vil ha en tendens til å miste elektroner i et miljø som har et mindre negativt redokspotensial, for eksempel vann, som kan komme i kontakt med dette metallet i form av regn, kondens eller fuktig, omkringliggende jord. Vanndråper i kontakt med jern danner en elektrokjemisk celle hvor jern oksideres ved reaksjonen Fe -> Fe ²⁺ + 2e ^- . Jern II (Fe ²⁺ ) -ionene går i løsning i vannet, mens elektronene strømmer gjennom metallet, og ved kanten av vannet, produserer en interaksjon av elektronene, oksygen og vann hydroksyd (OH ^- ) -ioner av reaksjon: O ₂ + 2H ₂ O + 4e ^- -> 4OH ^- . De negative hydroksydionene reagerer med de positive jern II-ionene i vannet, og danner uoppløselig jern II-hydroksyd (Fe (OH) ₂ ), som deretter oksideres til jern III-oksyd (Fe203), bedre kjent som rust.

Det er to hovedmetoder for katodisk beskyttelse som søker å forhindre denne korrosjonen ved å tilveiebringe en alternativ kilde til elektroner. Ved galvanisk beskyttelse kobles et metall med et mer negativt redokspotensial enn metallet som skal beskyttes til strukturen av en isolert ledning, og danner en anode. Magnesium, med et redokspotensial på -2,38 volt, blir ofte brukt til dette formålet - andre ofte brukte metaller er aluminium og sink. Denne prosedyren setter opp en elektrisk celle med en strøm som strømmer fra anoden til strukturen, som fungerer som katoden. Anoden mister elektroner og er korrodert; av denne grunn er det kjent som en "offeranode."

Et problem med galvanisk katodisk beskyttelse er at anoden til slutt vil være korrodert til det punktet der den ikke lenger gir beskyttelse og trenger å skiftes ut. Et alternativt katodisk beskyttelsessystem er Impressed Current Cathodic Protection (ICCP). Dette ligner på den galvaniske metoden, bortsett fra at en strømforsyning brukes til å generere en elektrisk strøm fra anoden til strukturen som skal beskyttes. En likestrøm (DC), i motsetning til vekselstrøm (AC), er nødvendig, så en likeretter brukes til å konvertere vekselstrøm til likestrøm. Denne metoden gir mye mer varig beskyttelse ettersom strømmen tilføres eksternt i stedet for å genereres av reaksjonen fra anoden med omgivelsene, slik at levetiden til anoden økes kraftig.