METHOD AND APPARATUS FOR SUSTAINING A CATHODIC PROTECTION AGAINST CORROSION

Abstract: 1. A method of maintaining cathodic corrosion protection for metal surface which are in contact with an electrolyte, with external current, using an inert electrode as the external current anode and a potentiostat, characterised in that periodically the protective current is switched off and a measurement is taken of the potential (Eist ) directly between the external current anode which in this phase operates as a reference electrode, and the surface to be protected, and the potential (Eist ) is compared to the protective potential (E soll ) which is set at the potentiostat, and the difference (E ist - E soll ) is used directly as a control value in respect of the protective current.

Description: Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Aufrechterhaltung eines kathodischen Korrosionsschutzes für metallische, mit einem Elektrolyten in Berührung stehende Flächen mit Fremdstrom, unter Verwendung einer inerten Elektrode als Fremdstromanode und eines Potentiostaten. Um einen optimalen Korrosionsschutz zu erreichen, sind schon eine Vielzahl von Möglichkeiten bekannt, wobei die einfachste und seit langem bekannte Möglichkeit in der Verwendung von sogenannten Opferanoden besteht, die aus einem gegenüber dem zu schützenden Metall sehr viel unedleren Metall bestehen und mit diesem zusammen kurzgeschlossen sind, so dass in Verbindung mit dem Elektrolyten ein galvanisches Element entsteht, von dem ein gewisser Schutzstrom erzeugbar ist. Ein verbesserter Korrosionsschutz lässt sich durch das Anlegen eines Fremdstromes erreichen. Um hierbei hnderungen am zu schützenden Gegenstand miterfassen zu können, ist es iRannt, das Schutzpotential mittels einer Bezugselektrode zu messen und mit Hilfe eines Potentiostaten konstant zu halten. Bei derartigen Messungen wird aber aufgrund des elektrischen Feldes und eines endlichen Abstandes der Bezugselektrode von der zu schützenden Wand ein Anteil, die sogenannte Widerstandspolarisation bzw. der IR-Anteil, mit gemessen, was zu Verfälschungen führen kann, die die Wirksamkeit des kathodischen Korrosionsschutzes, je nach Einsatzbereich, in Frage stellen können. Um diese Widerstandspolarisation zu unterdrücken ist vorn Erfinder in einer noch nicht veröffentlichten Anmeldung vorgeschlagen worden, die Bezugselektrode, vereinfacht ausgedrückt, mit einer Art Faraday'schen Käfig abzuschirmen, so dass eine kontinuierliche IR-freie Messung möglich ist. Diese bekannte Art der Messung mit einer abgeschirmten Bezugselektrode und Regelung mit einem Potentiostaten ermöglicht einen sehr guten Korrosionsschutz, jedoch wird dabei nach wie vor eine Bezugselektrode angewandt dle irl Gesamtsystem das empfindlichste Bauteil darstell, mit der geringsten Lebensdauer und der grössten Störanfälligkeit Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Lösung, mitder eine sehr gute Messung des Schutzpotentiales einerseits und andererseits eine optimale Regelung des Schutzstromes möglich ist, wobei eine störanScllige Bezugselek- trode gänzlich vermieden wird. Diese Aufgabe wird mit einern Verfahren der eingangs bereich neten Art gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass periodisch der Schutzstrom abschaltet und das vorhandene Poten- tial direkt zwischen der in dieser Phase als Bezugselek trode wirkenden Fremdstromanode und der zu schützenden Oberfläche gemessen und mit dem am Potentiostaten eingestellten Schutzpotential verglichen wird und die Differenz direkt als Regelgrösse für den Schutzstrom herangezogen wird. Durch die erfindungsgemässe Verfahrensweise wird eine Bezugselektrode vollständig vermieden. Dies ist dadurch möglich , da die hier Verwendung findenden inerten Elektroden durch die Entwicklung von Sauerstoff während der Polarisation, der die Oberfläche belegt, wobei diese Sauerstoffbelegung nach Abschalten des Schutzstromes noch eine gewisse Zeit erhalten bleibt, in diesem Zustand ein charakteristisches Potential aufweisen. Dieses Potential entspricht demjenigen einer Sauerstoffelektrode, so dass mit HiLf-e dieses definierten Potentiales eine exakte Messung möglich ist. Auch ergibt sich durch diese Abschaltmessung, dass durch sofortiges Verschwinden des störenden ohm'schen Spannungsabfalles nach dem Abschalten das IRfreie Potential gemessen wird. Für den Korrosionsschutz selbst ist die intervallartige Abschaltung des Schutzstromes unschädlich, weil hier an den zu schützenden Flächen durch Vorpolarisation das Schutzpotential ebenfalls eine gewisse Zeit-nach dem Abschalten bestehen bleibt, da die für die Korrosion verantwortlichen Vorgänge vergleichsweise träge ablaufen. In Ausgestaltung sieht die Erfindung vor, dass während der Schutzstromabschaltphase eine Regelabweichung mehrfach aufintegriert und die integrierte Spannung den Schutzstrom während der folgenden Schutzstromphase steuert. Durch die se Ausgestaltung wird es möglich, den Schutzstrom sehr genau einzustellen und konstant zu halten, wobei aufgrund eines weiteren Merkmales der ERfindung, welches darin besteht, dass die Schutzstromabschaltphase um ein vielfaches kleiner als die Schutzstromphase gehalten wird, erreichbar ist, daR die Vorteile einer praktisch stetigen Schutzstrombeaufschlagung auf der zu schützenden Oberfläche beibehalten werden. In weiterer Ausgestaltung ist erf-ndungsgemaS vorgesehen, dass die Schutzstromphase im Bereich etwa einer halben X lisekunde liegt, was für die hier in Reae stehenden elektrochemischen Mrgänge bedeutet, dass das Schutzpotential immer aufrechterhalten bleibt. Durch die erfindungsgemässe Verfahrensweise sind Zustands änderungen im System sehr rasch kompensierbar, so dass ein optimaler Korrosionsschutz erreich-bar ist. Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens zeichnet sich nach der Erfindung durch engen Netzteil mit Transformator und Gleichrichter, einen Sollspannungsgeber zur Einstellung des Schutzpotentiales 3 ei nen Trennverstärker und elektronischen Doppelschalter mit Steueiement sowie einen Integrator und einen Stromverstärker aus, wobei die Elemente in schaltungsmässiger Verbindung mit der zu schützenden Oberfläche und einer die Doppelfunktion als Fremdstromanode und Bezugselektrode ausübenden Elektrode stehen. Diese Vorrichtung stellt eine besonders zweckmässige Art dar, das erfindungsgemässe Verfahren zu verwirklichen, jedoch ist die Erfindung nicht auf diese spezielle Vorrichtung beschränkt. Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Diese zeigt in Fig. 1 ein Schaltbild einer Vorrichtung, Fig. 2 ein Spannungs/Zeitdiagramm und in Fig. 3 ein Strom/Zeit diagramm. Wie sich aus Fig. 1 ergibt, steht die zu schützende Oberfläche 1 in Kontakt mit einem Elektrolyten 2, beispielsweise Meerwasser bei einem Schiffsrumpf oder Haushaltswasser bei einem Warmwasserboiler o. dgl. Die zu schützende Oberfläche 1 ist mit einem Sollspannungsgeber 3 verbunden, mit dem das Schutpotential Esoll eingestellt werden kann. über die Leitung 4 ist der Sollspannungsgeber 3 mit einem Trennverstärker 5 verbunden, dessen einer Ausgang 6 den einen Teil 7 eines Doppelschalters 8 beaufschlagt. Der andere Teil des Doppelschalters 8 ist mit 9 bezeichnet Zwischen den beiden Teilen 7 und 9 des Doppelschalters 8 liegt ein Integrator 10. Der Doppelschalter 8 wird, wie sich aus Fig. 1 ergibt, von einem Steuerelement 11 betätigt, welches einmal einen Zeitgeber umfasst und die Funktionen "Ein/Aus" ausübt. Hinter den Teil 9 des Doppelschalters 8 ist ein Stromverstärker 12 geschaltet, dessen einer Ausgang über die Leitung 13 mit einer im Elektrolyten 2 eintauchenden Elektrode 14 ver bunde ist. Die Elektrode 14 ihrerseits ist auch huber eine Leitung 15 mit dem Trennverstarker 5 verbunde Die zur Regelung und zur Aufrechterhaltung des Schutzpo tentiales notwendige Energie erhält das Syst lurch ein andeutungsweise wiedergegebenes Netzteil 16, dessen ein und Ausgänge mit den entsprechenden Spannungsbezeichnungen, die denen der Ein- und Ausgänge des Schutzsystemes entsprechen, bezeichnet sind. Die Wirkungsweise der Vorrichtung nach der Ertindurig ist die folgende: Während des vom Steuerelement 11 bestimmten Potentialintervalles wird durch den Schalter 8 der alb Stromverstärker dienende Transistor 7 abgekoppelt und das Potential EiSt zwischen der in diesem Schaltzustand als Bezugselektrode wirkenden Elektrode 14 und der zu schützenden Oberfläche 1 verglichen, wobei die zu schützende Oberfläche auf Masse liegt. Eine ggf. vorhandene Regel abweichung (Eist - Esoll) wird vom Integrator 10 im Poten- tialintervall mehrfach aufintegriert und zwar jeweils in einer Zeitspanne, die noch wesentlich kleiner ist, als das Potentialintervall selbst. Diese integrierte Spannung steuert im vom Steuerelement 11 bestimmten Stromintervall den Schutzstrom, der zwischen der in dieser Phase als Fremdstromanode wirkenden Elektrode 14 und der zu schützenden Oberfläche 1 fliesst. Dieser Vorgang wird periodisch wiederholt. Im Falle einer Regelabweichung wird der Schutzstrom entsprechend verändert, ist die Regelabweichung null, so bleibt der Schutzstrom konstant. In den Fig. 2 und 3 sind Ergebnisse eines Versuches mit einer erfindungsgemässen Vorrichtung aufgetragen. Zum Versuch wurde eine Elektrode aus platiniertem Titan benutzt, die zu schützende Oberfläche war die eines Eisengegenstandes. Als Elektrolyt wurde Wasser mit einer Leitfähigkeit von 110 S cm 1 verwendet. Bei diesem Versuch wurde eine Sollspannung ESoll-= 2300 mV zwischen der Elektrode und dem Eisen eingestellt. Das Potentialintervall dauerte beim Versuch ca. 40 sss. Das Stromintervall dauerte 400 us. Die sich aus den Figuren ergebende Differenz zwischen den Potentialwerten im Strom- und Potentialintervall entspricht dem ohm'schen Spannungsabfall, der im Falle des Versuches = = 200 mV ergab. Das beim Versuch benutzte Eisenstück wies auch nach län- gerer Versuchsdauer keine Spuren von Korrosion auf. Natürlich ist das beschriebene Ausführungsbeispiel in vielfacher Hinsicht abzuandern, ohne den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen. So können statt der dargestellten Schaltung und der dort funktional verbundenen Bauelemente auch andere Teile verwendet werden. Als zu schützende Oberfläche kommen alle der Korrosion unterworfenen Oberflächen in Frage, die ggf. auch nur zeitweise einem Elektrolyten ausgesetzt sind, beispielsweise Metalldächer bei Regen oder Schnee, Leitungsrohre, die dem Meerwasser, dem Grundwasser oder anderen Wässern ausgesetzt sind, Warmwasserboiler, Vorratskessel o. dgl.

Claims: Patentansprüche : 1. Verfahren zur Aufrechterhaltung eines kathodischen Kor rosionsschutzes für metallische, mit einem Elektrolyten in Berührung stehende Flächen, mit Fremdstrom unter Ver wendung einer inerten Elektrode als Fremdstromanode und eines Potentiostaten, dadurch gekennzeichnet, dass perio disch der Schutzstrom abschaltet und das vorhandene Po tential (Eist) direkt zwischen der in dieser Phase als Bezugselektrode wirkenden Fremdstromanode und der zu schützenden Oberfläche gemessen und mit dem am Potentio staten eingestellten Schutzpotential (soll) verglichen wird und die Differenz (EiSt - ESO11) direkt als Regel grösse für den Schutzstrom herangezogen wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während der Schutzstromabschaltphase eine Regelabweichung mehrfach aufintegriert und die integrierte Spannung den Schutzstrom während der folgenden Schutzstromphase steuert. 3. Verfahren nach den Ansprüchen -1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, dass die Schutzstromabschaltphase um ein viel faches kleiner als die Schutzstromphase gehalten wird. 4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzstromphase im Bereich etwa einer halben Millisekunde liegt. 5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Netzteil (16) mit Transfor mator und Gleichrichter5 einen Sollspannungsgeber (3) zur Einstellung des Schutzpotentials (E5011), einen Trennver stärker (5) und elektronischen Doppelschalter (8) mit Steuer element (11) sowie einen Integrator (10) und einen Strom verstärker (12), wobei die Elemente in schaltungsmässiger Verbindung mit der zu schützenden Oberfläche (1) und einer die Doppelfunktion als Fremdstromanode und Bezugs elektrode ausübenden Elektrode (14) stehen.

Inventors: HOLZAPFEL, GUNTHER, DR., RICKERT, HANS, PROF. DR., SASKOVIC, MILAN, Holzäpfel, Günther, Dr.
Applicants: VEREINIGTE ELEKTRIZITATSWERKE WESTFALEN AG
Application year: 1980
Main classification: C23F13
IPC codes: C23F13