01/06/1995 Vlarem II
Besluit van de Vlaamse regering van 1 juni 1995 houdende algemene en sectorale bepalingen inzake milieuhygiëne (titel II van het VLAREM)
3.3 Ontwerp en uitvoering van het kathodisch beschermingssysteem
3.3.1 Algemeen
Artikel
Algemeen kunnen twee courante soorten kathodische beschermingssystemen worden onderscheiden:
- –
- kathodische bescherming door galvanische anoden (zie 3.3.2);
- –
- kathodische bescherming met een uitwendige stroombron (zie 3.3.3).
De keuze tussen beide typen wordt onder andere bepaald door economische overwegingen, onderhoud, aanwezigheid van zwerfstromen, benodigde beschermstroom, aanwezigheid van meer dan één te beschermen ondergrondse constructie, geometrie van de situatie, etc. Algemeen is kathodische bescherming met behulp van galvanische anoden normaliter slechts aangewezen: bij gronden met een resistiviteit lager dan 3000 ohm.cm (soms 5000 ohm.cm); indien slechts relatief kleine beschermingsstromen moeten geleverd worden; en bij afwezigheid van zwerfstromen. In andere gevallen is een kathodische bescherming met opgedrukte stroom (uitwendige stroombron) veelal aangewezen.
Naast bovenstaande KB technieken is het in bijzondere gevallen soms mogelijk een afdoende kathodische bescherming te bekomen door een derde techniek, nl. het zgn. draineren van zwerfstromen.
Het ontwerp en de dimensionering van gelijk welk kost-effectief en degelijk functionerend KB systeem is een vrij specialistische aangelegenheid die de gepaste ervaring en opleiding vereist. Het ontwerp van het KB systeem zal o.m. gebaseerd zijn op volgende gegevens:
- –
- bodemcorrosiviteit (o.m. resistiviteit, pH, anaëroob milieu);
- –
- aard en toestand van de uitwendige tankbekleding;
- –
- eventuele zwerfstroominvloed;
- –
- beschermstroom nodig voor het bereiken van de gestelde potentiaalwaarden.
De benodigde beschermingsstroom variëert eveneens als functie van diverse van de hierboven genoemde parameters, o.m. de aard en toestand van de uitwendige tankbekleding. Enkele bruikbare richtwaarden voor typische beschermingsstroom-dichtheden bij diverse types bekleding zijn:
|
|
|
10 à 100 microampere / m2( < 1 mA/m2)
|
|
|
|
1 à 10 microampere / m2( < 0,1 mA/m2)
|
|
|
|
50 à 100 microampere / m2
|
|
|
|
variabel, doch meestal hoger dan de bovenstaande waarden
|
Voornoemde waarden zijn benaderend en sterk afhankelijk van allerlei andere factoren, met name o.m. van de eventuele aanwezigheid van beschadigingen ontstaan bij het leggen, de bodemsoort, enz. Voor een beschadigde bekleding bedraagt de dichtheid van de nodige beschermingsstroom vaak meer dan 10 mA/m2(voor onbeklede metalen is dit vaak in de buurt van 30 à 50 mA/m2).
3.3.2 Galvanische anoden
Artikel
Een galvanische anode (ook “opofferende anode” genoemd) bestaat uit een sterk onedel metaal, dat bij koppeling met de te beschermen structuur preferentieel door de corrosiereactie wordt aangetast. Door dergelijke koppeling met een onedel of elektro-negatief materiaal, wordt de potentiaal van de te beschermen structuur verlaagd, waardoor zijn corrosie vertraagt. Bij voldoend lage potentiaal (zie 3.4.1) is vrijwel algehele corrosiebescherming mogelijk. Bij deze configuratie creëert men dus een galvanische cel, waarbij het onedele metaal fungeert als anode en de te beschermen structuur als kathode (vandaar de naam “kathodische bescherming”) – zie Figuur 2.
Figuur 2: Schematische voorstelling van een kathodische beschermingsinstallatie m.b.v. galvanische anode.
Als galvanische anoden voor de bescherming van ondergrondse structuren kunnen magnesium- of zink-legeringen worden gebruikt.
De stroomafgifte door een galvanische anode wordt bepaald door de potentiaal t.o.v. de te beschermen constructie en de weerstand in de stroomkring (cf. o.m. toestand van de bekleding en resistiviteit van de bodem). De levensduur van en anode bij een bepaalde stroomafgifte hangt af van het anodemateriaal en de anodemassa. Een typische levensduur voor een magnesiumanode van 10 kg is 15 jaar. De stroomafgifte van een dergelijke anode kan 15 à 200 mA bedragen, afhankelijk van de resistiviteit van de bodem. Het theoretische verbruik bedraagt voor magnesium 8 kg/A.jaar en voor zink 11,3 kg/A.jaar.
De stroomafgifte van galvanische anoden kan in de meeste grondsoorten worden verhoogd door een speciaal materiaal rond de anode te storten (“backfill”). Vaak worden galvanische anodes volledig geassembleerd verkocht, inclusief de vereiste aansluitingskabel en omringd met een geschikt backfill materiaal, aangebracht in een textiel zak rond de galvanische anode.
Galvanische anoden die met backfill en al worden geplaatst, worden ingebed met oorspronkelijke grond, die goed wordt aangestampt, zodat de overgangsweerstand laag blijft.
Indien de anode en het backfill materiaal afzonderlijk worden geleverd, moet de anode goed in dit materiaal worden gecentreerd en opgesloten. Tijdens het aanvullen dient er nauwkeurig op te worden gelet dat de draden van de anoden en de verbindingen met de constructie niet worden beschadigd.
3.3.3 Opgedrukte stroom
Artikel
Bij opgedrukte-stroom technieken wordt de potentiaal van de te beschermen ondergrondse structuur artificieel verlaagd door een koppeling van de structuur met de negatieve (−) pool van een uitwendige gelijkstroombron. De positieve (+) pool van de gelijkstroombron wordt gekoppeld aan een (inerte) hulpelektrode.
Men creëert hierbij een elektrolytische cel, waarbij de te beschermen structuur fungeert als kathode en de hulpelektrode als anode; zie Figuur 3. Bij voldoend lage potentiaal (zie 3.4.1) is vrijwel algehele corrosiebescherming mogelijk.
Figuur 3: Schematische voorstelling van een kathodische beschermingsinstallatie m.b.v. opgedrukte stroom
Teneinde een lange levensduur, met een minimum aan onderhoud, te bekomen, moeten de anodematerialen voor een KB installatie met opgedrukte stroom een zeer hoge corrosieresistentie hebben.
Traditioneel gebruikte men grafiet of siliciumgietijzer. Nieuwere materialen omvatten (geactiveerd) titanium of geleidende polymeren. De laatste materialen worden vaak in draad- of kabelvorm aangewend en kunnen daarbij als horizontale anode optimaal omheen de te beschermen structuur worden geplaatst. Dit geeft normaliter een verbeterde stroomverdeling en een meer optimale bescherming.
De levensduur van de anoden kan worden verlengd (en de stroomverdeling -verder- verbeterd) door er speciaal -elektrisch geleidend- materiaal omheen te storten (“grondbed” of “anodebed”). Cokes en grafiet worden hiervoor het meest gebruikt. Kant-en-klare systemen zijn beschikbaar, waarbij bv. anodekabels vervaardigd uit geleidend polymeer reeds omhuld zijn met het koolstofmateriaal en het geheel verpakt is in een doorlatende nylon hoes.
Omdat de opgedrukte-stroom anode elektrische stroom van een uitwendige bron afgeeft aan de te beschermen ondergrondse structuur, kan de stroomafgifte in principe vele malen groter zijn dan die van een galvanische anode (tot enkele ampères).
Anoden bestemd voor KB systemen met opgedrukte stroom kunnen verticaal of horizontaal worden geplaatst. Steeds moet de grond zodanig worden aangevuld, dat geen lucht bij de anoden wordt ingesloten. Waar ten gevolge van een anodische reactie gasontwikkeling kan worden verwacht (bv. zuurstofontwikkeling, of vorming van chloor bij hoge chloride- concentraties), moeten passende maatregelen worden genomen om dit gas te laten ontwijken. Er moet worden op gelet dat de grond omheen de anoden vochtig is en blijft. In droge gronden kiest men zo nodig meer dan één anode, of een horizontale anode die een lagere anodestroomdichtheid geeft.
De gelijkrichterinstallaties moeten aan alle toepasselijke elektrische voorschriften voldoen. De uitgangsspanning van de gelijkrichter moet regelbaar zijn. De uitgaande stroom en spanning moeten gemakkelijk afleesbaar zijn met een meetfout van maximaal 2,5 %. Het is aan te bevelen dat de wisselspanningscomponent (rimpel) van de secundaire spanning bij de ongunstigste belasting niet meer zou bedragen dan 10 % van de afgegeven gelijkspanning; dit met het oog op storingen en beperking van de behoefte aan beschermstroom. Treden desondanks nog storingen op, bijvoorbeeld in communicatiesystemen, dan moeten deze worden geëlimineerd.
Voordat de stroom wordt ingeschakeld moet worden nagegaan of inderdaad de geleider naar de te beschermen ondergrondse opslagtank met de minpool (−) en de geleider naar het anodebed met de pluspool (+) is verbonden. Klemmen en draden moeten dienovereenkomstig duidelijk worden gemerkt.
3.3.4 Voedingskabels
Artikel
Verbindingen in de voedingskabels moeten mechanisch voldoende sterk zijn, een goede elektrische geleiding waarborgen en bij voorkeur bovengronds worden aangebracht. Als zij toch moeten worden ingegraven, moeten zij zo worden afgedicht, dat onmogelijk vocht kan binnendringen en de elektrische isolatie intact blijft.
De ondergrondse kabels naar de anoden (positieve geleiders) moeten met bijzondere zorg worden geïnstalleerd, teneinde beschadiging van de isolatie te voorkomen, omdat aan deze elektrode snelle corrosie kan (zal) optreden.
Voor het aansluiten van voedingskabels op de kathodisch te beschermen tank, geldt verder hetzelfde als voor het aansluiten van meetdraden (cf. 3.2.3.).
