음극 보호

Cathodic protection
스틸재킷 구조물에 장착된 알루미늄 희생 양극(연색 직사각형 막대)
소형 보트의 선체 하부에 나사로 고정된 아연 희생 양극(둥근 물체)

음극 보호(CP; /k æˈθɒd ɪk/)는 금속 표면을 전기화학 셀의 음극으로 만들어 부식을 제어하는 기술입니다.보호 대상 금속을 보다 쉽게 부식된 "희생 금속"에 연결하여 양극 역할을 수행할 수 있습니다.그러면 보호된 금속 대신 희생된 금속이 부식됩니다.수동 갈바닉 음극 보호가 적절하지 않은 긴 파이프라인과 같은 구조물의 경우, 충분한 전류를 제공하기 위해 외부 DC 전기 전원을 사용합니다.

음극 보호 시스템은 다양한 환경에서 다양한 금속 구조물을 보호합니다.일반적인 용도는 강수 또는 연료 파이프라인 및 가정용 온수기와 같은 강 저장 탱크; 강 교각 말뚝; 선박 및 보트 선체; 해상 오일 플랫폼 및 육상 오일 우물 케이싱; 해상 풍력 발전소 기초 및 콘크리트 구조물의 금속 보강 바를 포함합니다.아연도금강에서 또 다른 일반적인 용도로 사용되는데, 아연을 강철 부품에 희생 코팅하면 녹으로부터 아연을 보호합니다.

음극 방식은 경우에 따라 응력 부식 균열을 방지할 수 있습니다.

역사

음극 보호는 험프리 데이비 경이 1824년 런던 왕립학회에[2] 발표한 일련의 논문에서 처음 기술했습니다.1824년에 HMS 사마랑에[3] 처음 적용되었습니다.수관 아래 선체의 구리 피복에 부착된 철로 만든 희생 양극은 구리의 부식률을 크게 감소시켰습니다.그러나 음극 방식의 부작용은 해양 성장의 증가였습니다.일반적으로 부식될 때 구리는 오염 방지 효과가 있는 구리 이온을 방출합니다.과도한 해양 성장은 배의 성능에 영향을 미쳤기 때문에, 영국 해군은 구리가 부식되고 해양 성장이 감소하는 이점을 갖는 것이 좋다고 결정하여 음극 방식은 더 이상 사용되지 않았습니다.

데이비는 그의 제자 마이클 패러데이의 실험을 도왔고, 그는 데이비가 죽은 후에도 연구를 계속했습니다.1834년, 패러데이는 부식 무게 감소와 전류 사이의 정량적인 연관성을 발견했고 따라서 음극 보호의 미래 적용을 위한 기초를 마련했습니다.[4]

토마스 에디슨은 1890년에 배에서 인상적인 전류 음극 보호 장치를 실험했지만 적절한 전류 공급원과 양극 재료가 부족했기 때문에 성공하지 못했습니다.음극[5] 방식이 미국의 송유관에 널리 사용되기 전에 Davy의 실험으로부터 100년이 지난 후일 것입니다. 1928년부터[6] 시작하여 1930년대에 더욱 광범위하게 음극 방식이 강철 가스관입니다.[7]

종류들

부식을 보이는 선박 선체에 부착된 갈바닉 희생 양극

갈바닉

수동 음극 보호를 적용할 때, 전기화학적으로 "활성" 금속(음극 전위)의 한 조각인 갈바닉 양극이 전해액에 노출되는 취약한 금속 표면에 부착됩니다.갈바닉 양극은 대상 구조물(일반적으로 강철)의 금속보다 더 "활성"인 전압을 갖기 때문에 선택됩니다.

콘크리트의 pH는 13 정도입니다.이러한 환경에서 강철 보강재는 패시브 보호층을 가지고 있으며 대체로 안정적으로 유지됩니다.갈바닉 시스템은 수동성을 회복하기 위해 높은 초기 전류를 제공함으로써 콘크리트의 자연 보호 환경을 회복하는 것을 목표로 하는 "상시 전위" 시스템입니다.그러면 더 낮은 희생 전류로 되돌아가고 해로운 염화 음이온은 강철에서 떨어져 양극 쪽으로 이동합니다.양극은 수명(일반적으로 10-20년) 동안 반응성을 유지하며 강우, 온도 상승 또는 홍수와 같은 부식 위험으로 인해 저항률이 감소하면 전류가 증가합니다.이러한 양극의 반응성은 효율적인 선택을 가능하게 합니다.

인상적인 전류 음극 보호(ICCP) 시스템과 달리 강철의 일정한 편광은 목표가 아니라 환경의 복원입니다.타겟 구조의 분극은 양극에서 음극으로의 전자 흐름에 의해 발생하므로, 두 금속은 전기 전도성 접촉이 양호해야 합니다.음극 보호 전류의 원동력은 양극과 음극 사이의 전극 전위 차이입니다.[8]고전류 초기에는 강재 표면의 전위가 보다 부정적으로 변하여 강재 표면의 수산화 이온 발생 및 이온 이동으로 콘크리트 환경이 복원되는 강재를 보호합니다.

갈바닉 양극은 시간이 지남에 따라 계속 부식되어 결국 교체해야 할 때까지 양극 재료를 소비합니다.

아연, 마그네슘 및 알루미늄의 합금을 사용하여 갈바닉 또는 희생 양극은 다양한 모양과 크기로 제조됩니다.ASTM International은 갈바닉 양극의 구성 및 제조에 관한 표준을 발표하고 있습니다.[9][10][11]

갈바닉 음극 보호가 작동하려면 양극이 음극(보호 대상 구조물)보다 전극 전위가 낮아야 합니다.아래 표는 양극 금속을 선택하는 데 사용되는 단순화된 갈바닉 시리즈를 보여줍니다.[12]양극은 보호 대상 물질보다 목록에서 낮은 물질에서 선택해야 합니다.

메탈 Cu에 대한 전위4:CuSO

중성 pH 환경에서 기준 전극(볼트)

탄소, 흑연, 코크스 +0.3
플래티넘 0 ~ -0.1
강철의 밀스케일 −0.2
고실리콘 주철 −0.2
구리, 황동, 동 −0.2
콘크리트내 연강 −0.2
이끌다 −0.5
주철(흑연화되지 않음) −0.5
연강(녹슨) -0.2 ~ -0.5
연강(청결) -0.5 ~ -0.8
상업용 순수 알루미늄 −0.8
알루미늄 합금(아연 5%) −1.05
아연 −1.1
마그네슘 합금(6% Al, 3% Zn, 0.15% Mn) −1.6
상업용 순수 마그네슘 −1.75

향상된 전류 음극 방식(ICCP)

단순하게 인상적인 현재 음극 보호 시스템.보호 전기화학 반응을 구동하기 위해 DC 전류의 공급원이 사용됩니다.

일부 경우에는 인상적인 전류 음극 보호(ICCP) 시스템이 사용됩니다.이들은 DC 전원에 연결된 양극, 종종 AC 전원에 연결된 변압기 정류기로 구성됩니다.AC 전원이 없을 경우 태양광 패널, 풍력 또는 가스 열전 발전기와 같은 대체 전원을 사용할 수 있습니다.[13][14]

ICCP 시스템용 양극은 다양한 모양과 크기로 제공됩니다.일반적인 애노드는 튜브형 및 솔리드 로드 형상 또는 다양한 재료의 연속적인 리본입니다.여기에는 고실리콘, 주철, 흑연, MMO(Mixed Metal Oxide), 백금 및 니오븀 코팅 와이어 및 기타 재료가 포함됩니다.

파이프라인의 경우 양극은 전류 분배 요구사항을 포함한 여러 설계 및 현장 조건 요인에 따라 접지 베드에 분산되거나 깊은 수직 구멍에 배치됩니다.

음극 보호 변압기 정류기 장치는 종종 맞춤형으로 제조되며 원격 모니터링 및 제어, 일체형 전류 차단기 및 다양한 유형의 전기 인클로저를 포함한 다양한 기능을 갖추고 있습니다.출력 DC 음극 단자는 음극 보호 시스템에 의해 보호될 구조물에 연결됩니다.[15]정류기 출력 DC 양극 케이블은 양극에 연결됩니다.AC 전원 케이블은 정류기 입력 단자에 연결됩니다.

ICCP 시스템의 출력은 대상 구조물에 보호를 제공하기에 충분한 전류를 제공하도록 최적화되어야 합니다.일부 음극 보호 변압기 정류기 장치는 변압기 권선 및 점퍼 단자에 탭을 설치하여 ICCP 시스템의 전압 출력을 선택하도록 설계되어 있습니다.다른 용도로 사용되는 수조용 음극 보호 변압기 정류기 장치는 고체 회로로 만들어져 작동 전압을 자동으로 조정하여 최적의 전류 출력 또는 구조 대 전해질 전위를 유지합니다.[16]작동 전압(DC 및 때로는 AC)과 전류 출력을 표시하기 위해 아날로그 또는 디지털 미터가 설치되는 경우가 많습니다.호안 구조물 및 기타 대규모 복합 대상 구조물의 경우, ICCP 시스템은 별도의 음극 보호 변압기-정류기 회로가 있는 다수의 독립된 양극 구역으로 설계되는 경우가 많습니다.

하이브리드 시스템

하이브리드 시스템은 10년 이상 사용되어 왔으며,[when?] ICCP 시스템의 조정, 모니터링 및 높은 복원 전류 흐름과 반응성, 저비용, 유지보수가 용이한 갈바닉 양극을 통합했습니다.

이 시스템은 일반적으로 400 밀리미터(16인치) 간격으로 배열된 유선 갈바닉 양극으로 구성되어 있으며, 이후 초기에 짧은 시간 동안 전력을 공급하여 콘크리트를 복원하고 이온 이동을 촉진합니다.그러면 전원 공급 장치가 제거되고 양극이 갈바닉 시스템으로 강철에 간단히 부착됩니다.필요한 경우 보다 강력한 단계를 관리할 수 있습니다.갈바닉 시스템과 마찬가지로 분극 테스트 및 반전지 전위 매핑을 통한 부식 속도 모니터링을 사용하여 부식을 측정할 수 있습니다.양극화는 체제 수명의 목표가 아닙니다.[citation needed]

적용들

온수탱크 / 온수기

이 기술은 또한 온수기를 보호하는데 사용됩니다.실제로 인가된 전류 양극(티타늄으로 구성되고 MMO로 덮임)에 의해 보내진 전자는 탱크 내부가 녹슬지 않도록 합니다.

효과적인 것으로 인정되기 위해서는 이러한 양극은 특정 기준을 준수해야 합니다. 음극 보호 시스템은 그 잠재력이 음극 보호 기준에[further explanation needed] 의해 설정된 한계에 도달하거나 초과할 때 효율적인 것으로 간주됩니다.사용된 음극 보호 기준은 NACE 국가 부식 기술자 협회의 표준 NACE SP0388-2007(이전 RP0388-2001)에서 가져온 것입니다.[17]

파이프라인

파이프라인에 연결된 공랭식 음극 보호 정류기
영국 웨스트요크셔주 리즈에 있는 가스관 위에 음극 방식으로 표시된 표식.

위험한 제품 파이프라인은 음극 보호 기능이 추가된 코팅을 통해 일상적으로 보호됩니다.파이프라인을 위한 인상적인 전류 음극 보호 시스템(ICCP)은 DC 전원, 종종 AC 전원 변압기 정류기 및 양극 또는 접지(양극 접지층)에 매립된 양극 배열로 구성됩니다.

DC 전원은 일반적으로 최대 50암페어 및 50볼트의 DC 출력을 갖지만, 이는 파이프라인의 크기 및 코팅 품질과 같은 여러 요소에 따라 달라집니다.양극 DC 출력 단자는 케이블을 통해 양극 어레이에 연결되고, 다른 케이블은 정류기의 음극 단자를 파이프라인에 연결하며, 가급적이면 정션 박스를 통해 측정할 수 있습니다.[18]

양극은 전도성 코크스(양극의 성능 및 수명을 향상시키는 재료)로 백필(backfill)된 수직 홀로 구성된 접지 베드에 설치되거나 준비된 트렌치에 레이드되고 전도성 코크스로 둘러싸여 백필(backfill)될 수 있습니다.접지 베드 유형과 크기의 선택은 용도, 위치 및 토양 저항률에 따라 달라집니다.[19]

그런 다음 DC 음극 보호 전류는 파이프 대 흙 전위 또는 전극 전위 측정을 포함한 다양한 테스트를 수행한 후 최적 수준으로 조정됩니다.

갈바닉(희생) 양극을 사용하여 파이프라인을 보호하는 것이 경제적으로 더 가능할 때도 있습니다.이는 종종 길이가 제한된 더 작은 직경의 파이프라인에서 발생합니다.[20]갈바닉 양극은 금속의 갈바닉 직렬 전위에 의존하여 양극에서 보호되는 구조물로 음극 보호 전류를 구동합니다.

다양한 파이프 재료의 수도 파이프라인에도 음극 보호가 제공되는데, 소유자는 음극 보호의 적용으로 인해 예상되는 파이프라인 수명 연장에 대해 비용이 합리적이라고 판단합니다.

배와 배

선박 선체에 보이는 흰색 패치는 아연 블록 희생 양극입니다.

선박의 음극 보호는 종종 선체에 부착된 갈바닉 양극과 더 큰 선박을 위한 ICCP에 의해 구현됩니다.선박을 정기적으로 물에서 빼내어 검사 및 유지보수를 하기 때문에 갈바닉 양극을 교체하는 것은 간단한 작업입니다.[21]

갈바닉 양극은 일반적으로 물의 드래그를 줄이기 위해 모양을 갖추고 선체에 수평으로 장착되어 드래그를 최소화합니다.[22]

요트와 같은 비금속 선체를 가진 더 작은 선박에는 선외기 모터와 같은 영역을 보호하기 위한 갈바닉 양극이 장착되어 있습니다.모든 갈바닉 음극 보호와 마찬가지로, 이 용도는 양극과 보호 대상 물품 사이의 견고한 전기 연결에 의존합니다.

선박의 ICCP의 경우, 양극은 일반적으로 백금 처리된 티타늄과 같은 상대적으로 비활성인 재료로 구성됩니다.DC 전원 공급 장치는 선박 내에 제공되며 선체 외부에 장착된 연료극이 제공됩니다.양극 케이블은 압축 씰 피팅을 통해 선박에 유입되어 DC 전원으로 라우팅됩니다.전원 공급 장치의 음극 케이블은 단순히 선체에 부착되어 회로를 완성합니다.선박 ICCP 양극은 플러시 마운트 방식으로 선박의 항력에 의한 영향을 최소화하며, 기계적 손상을 방지하기 위해 경부하 라인보다[23] 최소 5피트 아래에 위치합니다.보호에 필요한 전류 밀도는 속도의 함수이며 선체에 설치된 연료극의 현재 용량과 위치를 선택할 때 고려됩니다.

일부 선박은 전문적인 처리가 필요할 수 있습니다. 예를 들어 강철 고정 장치가 있는 알루미늄 선체는 전기 화학 셀을 생성하여 알루미늄 선체가 갈바닉 양극으로 작용하여 부식이 개선됩니다.이와 같은 경우 알루미늄 또는 아연 갈바닉 양극을 사용하여 알루미늄 선체와 강철 고정체 사이의 전위차를 상쇄할 수 있습니다.[24]강철 고정 장치가 큰 경우 여러 개의 갈바닉 양극 또는 작은 ICCP 시스템이 필요할 수도 있습니다.

마린

해상 음극 보호 장치는 많은 지역, 제트기류, 항구, 해상 구조물에 적용됩니다.다양한 유형의 구조는 보호를 제공하는 다양한 시스템으로 이어집니다.갈바닉 양극이 선호되지만,[25] 종종 ICCP를 사용할 수도 있습니다.구조 형상, 구성 및 아키텍처가 매우 다양하기 때문에 전문 기업은 종종 구조별 음극 보호 시스템을 설계해야 합니다.때때로 해양 구조물은 효과적으로 보호되기 위해 소급 수정이 필요합니다.

콘크리트내강

콘크리트 보강에 대한 적용은 양극과 기준전극이 콘크리트를 타설할 때 보통 콘크리트에 매립된다는 점에서 약간 다릅니다.콘크리트 건물, 교량 및 이와 유사한 구조물에 대한 일반적인 기술은 ICCP를 사용하는 [27]것이지만 갈바닉 음극 보호 원리를 사용하는 시스템도 있지만 적어도 영국에서는 대기 노출 철근 콘크리트 구조물에 갈바닉 양극을 사용하는 것이 실험적인 것으로 간주됩니다.[28][29][30][31]

ICCP의 경우 원칙은 다른 ICCP 시스템과 동일합니다.그러나 교량과 같은 전형적인 대기 노출 콘크리트 구조물에서는 파이프라인에 사용되는 양극 배열보다 구조물을 통해 더 많은 양극이 분포될 것입니다.이로 인해 시스템이 더욱 복잡해지고, 일반적으로 자동으로 제어되는 DC 전원이 사용되며, 원격 모니터링 및 작동을 위한 옵션도 포함될 수 있습니다.[32]매몰되거나 침수된 구조물의 경우 다른 매몰되거나 침수된 구조물과 유사합니다.

갈바닉 시스템은 ICCP처럼 개조가 쉽고 제어 시스템이 필요 없다는 장점을 제공합니다.

프리스트레싱 콘크리트 실린더 파이프(PCCP)로 제작된 파이프라인의 경우, 프리스트레싱 와이어의 손상을 방지하기 위해 인가되는 전위가 제한되어야 한다는 점을 제외하고, 음극 보호를 위해 사용되는 기술은 일반적으로 강철 파이프라인과 동일합니다.[33]

PCCP 파이프라인의 강철 와이어는 와이어가 부식되면 고장이 발생할 수 있습니다.추가적인 문제는 과도하게 음의 전위로 인한 과도한 수소 이온은 와이어의 수소 취화를 유발하여 고장을 초래할 수 있다는 것입니다.너무 많은 와이어의 고장은 PCCP의 치명적인 고장을 초래합니다.[34]따라서 ICCP를 구현하려면 만족스러운 보호를 보장하기 위해 매우 신중한 제어가 필요합니다.더 간단한 옵션은 자가 제한적이고 제어가 필요 없는 갈바닉 양극을 사용하는 것입니다.[35]

내부 음극 보호 장치

액체를 저장하거나 운반하는 데 사용되는 선박, 파이프라인 및 탱크(밸러스트 탱크 포함)도 음극 방식을 사용하여 내부 표면의 부식으로부터 보호할 수 있습니다.[36][37]ICCP 및 갈바닉 시스템을 사용할 수 있습니다.[38]내부 음극 보호의 일반적인 적용은 물 저장 탱크와 발전소 쉘 및 튜브 열교환기입니다.

아연도금강

아연도금은 일반적으로 금속 아연 또는 주석 층으로 강철을 코팅하는 방법인 용융 아연도금을 말합니다.납 또는 안티몬은 종종 용융 아연조에 첨가되며 다른 금속들도 연구되어 왔습니다.[40]아연도금 코팅은 코팅의 장벽 특성과 음극 보호의 일부 이점을 결합하기 때문에 대부분의 환경에서 상당히 내구성이 좋습니다.[41]아연 코팅이 긁히거나 다른 방식으로 국부적으로 손상되어 강철이 노출된 경우 아연 코팅의 주변 영역은 노출된 강철과 갈바닉 셀을 형성하고 부식으로부터 보호합니다.[42]이것은 국부적인 음극 보호의 한 형태입니다. 아연은 희생 양극 역할을 합니다.[43]

전기화학적 원리인 음극 보호를 사용하는 동안 아연도금은 실제로 음극이 아니라 희생적인 보호입니다.아연도금의 경우 아연과 매우 가까운 부분만 보호됩니다.따라서 더 넓은 면적의 베어 스틸은 가장자리 주변에서만 보호됩니다.

자동차

몇몇 회사들은 자동차와 트럭의 부식을 완화할 것을 주장하는 전자 기기들을 시장에 내놓습니다.[44]부식 관리 전문가는 작동하지 않는 것을 발견합니다.[45]장치 사용을 지원하는 동료 검토 과학적 시험 및 검증은 없습니다.1996년 FTC는 자동차를 부식으로부터 보호한다고 주장하는 장치를 판매한 사람인 데이비드 맥크리디에게 배상금을 지불하라고 명령하고 "러스트 버스터"와 "러스트 에베이더"라는 이름을 금지했습니다.[46]

캐나다 경쟁법 제74.01(1)(b)조에 따라, 제품 또는 제품의 유효성에 대한 성능 주장은 그것들이 적절하고 적절한 테스트에 기초한다는 것을 증명할 수 없는 한 이루어질 수 없습니다.[47]캐나다 경쟁국은 캐나다에서 전자 부식 장치를 판매하는 여러 회사를 조사했습니다.일부는 자신들의 주장을 과학적으로 뒷받침할 수 없어 어쩔 수 없이 시장에서 제품을 철수했습니다.그러나 조사를 받는 최소 2개의 회사는 경쟁법 제74.01(1)(b)조에 따라 부식으로부터 차량을 보호한다는 주장이 적절하고 적절한 시험에 근거한다는 점을 경쟁국에 만족시킬 수 있었습니다.

캐나다 시장에서 Impected Current Cathode Protection 모듈을 배포한 것에 대한 경쟁국의 조사에 대해 Auto Saver Systems, Inc.[48]는 ISO 인증을 받은 실험실의 실험실 테스트에 모듈을 제출했습니다.테스트 방법론은 ASTM B117 솔트 스프레이(안개) 장치[49] 작동을 위한 표준 관행으로 구성되었으며, 부식 전문가가 자동차의 작동 환경을 복제하기 위해 경쟁국에 보관되어 있습니다.아연도금된 자동차 강 패널이 염분무에 완전히 노출되지 않는 한 테스트는 ASTM B117과 다릅니다.대신 패널 한쪽 끝 12인치 스크래치로 노출된 맨강만 소금 스프레이에 노출됐고 나머지 부분은 완전히 건조한 상태로 유지됐습니다.[50]

경쟁국에 보고되고 검증된 테스트 결과는 테스트 중인 Auto Saver 모듈이 강철 패널에 있는 철의 전기 화학적 부식 전위에 음의 방향으로 변화를 일으킬 수 있음을 보여주었습니다.[51]음극 보호의 달성과 이로 인한 철의 산화 과정의 감속(녹 형성)을 증명합니다.[52]아연도금 및 비 아연도금 테스트 패널 모두에 대한 육안 검사에서 테스트 중 패널에서 얻은 전기화학적 전위 측정치에서 관찰된 음극 이동과 일치하여 제어 패널(보호 모듈에 연결되지 않음)에 비해 녹이 발생하는 외관이 크게 감소한 것으로 나타났습니다.[53]

두 번째 회사인 Canadian Auto Preservation Inc.도 EICCT(Electromagnetic Induced Corrosion Control Technology)의 테스트가 적절하고 적절했음을 입증하는 경쟁국을 만족시킬 수 있었습니다.[54]Auto Saver에서 사용하는 방법론과 매우 유사한 방법론에 의존한 이 모듈의 테스트는 음극 보호의[55][56] 달성과 일치하는 철 아연도금 자동차 강철 패널의 전기화학적 부식 전위에 음의 방향으로 변화를 일으켰습니다.2017년에는 자동차 부식 방지를 위한 Final Coat 기술의 효과를 시사하는 동료 평가 논문이 발표되었습니다.[57]

이러한 전자식 부식 억제 장치에 의해 달성된 결과는 이러한 장치가 전기적인 원을 폐쇄하는 데 필요한 연속적인 전해 경로가 없는 경우 금속 패널의 전위의 변화, 즉 음극 효과를 어떻게 발생시킬 수 있는지를 더 잘 이해하기 위해 추가적인 연구 및 테스트의 필요성을 나타냅니다.양극과 음극 사이의 회로(circuit), 음극 보호(cathode protection)의 허용된 원칙에 따라.

테스트

전극 전위는 기준 전극으로 측정합니다.구리-황산염 전극은 토양 또는 담수와 접촉하는 구조물에 사용됩니다.은/염화은/해수 전극 또는 순수 아연 전극은 해수 응용에 사용됩니다.이 방법은 EN 13509:2003 및 NACE TM0497에 미터 표시에 나타나는 전압의 오류[58] 원인과 함께 설명되어 있습니다.부식 셀의 양극과 전해질 사이의 계면에서 전위를 결정하기 위한 전극 전위 측정의 해석은 훈련이[59] 필요하며 실험실 작업에서 수행된 측정의 정확도와 일치할 것으로 기대할 수 없습니다.

문제

수소생산

부적절하게 적용된 음극 보호의 부작용은 원자 수소의 생성이며,[60] 이는 보호된 금속에서 수소가 흡수되어 용접부와 재료가 고경도로 취해지는 결과를 초래합니다.정상적인 조건에서, 원자 수소는 금속 표면에서 결합하여 수소 가스를 생성할 것이고, 수소 가스는 금속을 관통할 수 없습니다.그러나 수소 원자는 결정질 강철 구조를 통과할 만큼 충분히 작으며 경우에 따라 수소 취화로 이어질 수 있습니다.

음극 결합 해제

이는 보호 물질(캐소드)의 표면 위에 수소 이온이 형성되어 보호 구조물(캐소드)로부터 보호 코팅이 분리되는 과정입니다.[61]결합 해제는 알칼리 이온의 증가와 음극 분극의 증가로 인해 악화될 수 있습니다.[62]결합 해제 정도도 코팅의 종류에 따라 달라지는데, 어떤 코팅은 다른 코팅보다 영향을 더 많이 받습니다.[63]음극 보호 시스템은 구조가 지나치게 양극화되지 않도록 작동해야 합니다.[64] 이는 또한 과도하게 부정적인 전위로 인한 결합 해제를 촉진하기 때문입니다.열 흐름에 의해 공정이 가속화되기 때문에 뜨거운 유체가 포함된 파이프라인에서 음극 분리가 빠르게 발생합니다.[citation needed]

음극 차폐

강철 파이프라인에 대한 음극 보호(CP) 시스템의 효과는 폴리에틸렌 테이프, 수축 가능한 파이프라인 슬리브, 공장에서 적용된 단일 또는 다중 고체 필름 코팅과 같은 고체 필름 백업 유전체 코팅을 사용함으로써 손상될 수 있습니다.이러한 현상은 이러한 필름 배경의 높은 전기 저항률 때문에 발생합니다.[65]음극 보호 시스템의 보호 전류는 고저항 필름 백킹에 의해 기본 금속에 도달하지 못하도록 차단되거나 차폐됩니다.음극 차폐는 1980년대에 처음으로 문제로 정의되었으며, 그 이후로 이 주제에 대한 기술 논문이 정기적으로 발표되고 있습니다.

서스캐처원 원유 라인에서 20,600 bbl(3,280 m3) 유출에 대한 1999년 보고서는[66] 음극 차폐 문제에 대한 훌륭한 정의를 담고 있습니다.

"(부식) 코팅의 박리라는 삼중의 상황, 코팅의 유전성, 전기적 CP 전류의 차폐 역할을 하는 외부 코팅 아래에 구축된 고유한 전기화학적 환경을 CP 차폐라고 합니다.텐팅(tenting)과 디졸브(displ착)의 결합으로 파이프 외부 주위의 부식 환경이 외부 코팅과 파이프 표면 사이의 공극으로 들어갈 수 있습니다.이러한 CP 차폐 현상의 발달로 CP 시스템의 인상 전류는 외부 코팅 아래에서 노출된 금속에 접근할 수 없어 공격적인 부식 환경의 결과로부터 파이프 표면을 보호합니다.CP 차폐 현상은 외부 코팅에 걸쳐 CP 시스템의 잠재적 구배의 변화를 유도하며, 이는 파이프라인의 CP 시스템에서 나오는 불충분한 또는 표준 이하의 CP 전류 영역에서 더욱 두드러집니다.이로 인해 외부 부식 환경에 의해 악화되는 금속 손실에 대한 CP 방어가 불충분한 파이프라인 영역이 발생합니다."

음극 차폐는 아래에 나열된 여러 표준에서 참조됩니다.새로 발행된 USDOT 규정 제목 49 CFR 192.112, 대체 최대 허용 작동 압력을 사용하는 강관에 대한 추가 설계 요구 사항 섹션에서 "파이프는 비차폐 코팅에 의해 외부 부식으로부터 보호되어야 합니다"(표준에 대한 코팅 섹션 참조).또한 NACE SP0169:2007 표준은 섹션 2의 차폐를 정의하고, 섹션 4.2.3의 전기 차폐를 생성하는 재료 사용에 대한 주의, 섹션 5.1.2.3의 전기 차폐를 생성하는 외부 코팅 사용에 대한 주의 및 c의 전기 차폐의 영향이 발생할 경우 '적절한 조치'를 취하도록 독자에게 지시하고 있습니다.섹션 10.9의 작동 파이프라인에서 양극 보호 전류가 검출됩니다.

기준

  • 49 CFR 192.451 - 부식 제어 요건 - 파이프라인에 의한 천연 가스 및 기타 가스 운송:미국 연방 최저 안전 기준
  • 49 CFR 195.551 - 부식 제어 요구사항 - 파이프라인에 의한 위험 액체 운송:미국 연방 최저 안전 기준
  • AS 2832 - 음극 보호를 위한 호주 표준
  • ASME B31Q 0001-0191
  • ASTM G8, G42 - 코팅의 음극 분리 저항성 평가
  • DNV-RP-B401 - 음극방식 설계 - Det Norske Veritas
  • EN 12068:1999 - 음극 보호.음극 방식과 함께 사용되는 매립 또는 침지된 강관의 부식 방지를 위한 외부 유기 코팅.테이프 및 수축 가능한 재료
  • EN 12473:2000 - 해수 내 음극 방식 보호의 일반 원칙
  • EN 12474:2001 - 해저 파이프라인에 대한 음극 방식 보호
  • EN 12495:2000 - 고정 강 해상 구조물에 대한 음극 방식 보호
  • EN 12499:2003 - 금속 구조물의 내부 음극 보호
  • EN 12696:2012 - 콘크리트 내 강철 음극 보호
  • EN 12954:2001 - 매립 또는 침지된 금속 구조물의 음극 방식 보호.파이프라인에 대한 일반 원칙 및 적용
  • EN 13173:2001 - 강철 해상 부유 구조물에 대한 음극 방식 보호
  • EN 13174:2001 - "하버 설치"를 위한 음극 보호.
  • EN 13509:2003 - 음극 보호 측정 기술
  • EN 13636:2004 - 매립 금속 탱크 및 관련 배관의 음극 보호
  • EN 14505:2005 - 복잡한 구조의 음극 방식 보호
  • EN 15112:2006 - 웰 케이스의 외부 음극 보호
  • EN 15280-2013 - 매설 파이프라인의 교류 부식 가능성 평가
  • EN 50162:2004 - 직류 시스템의 편류에 의한 부식 방지
  • BS 7361-1:1991 - 음극 보호
  • NACE SP0169:2013 - 지하 또는 수중 금속 배관 시스템의 외부 부식 제어
  • NACE TM 0497 - 지하 또는 수중 금속 배관 시스템의 음극 보호 기준과 관련된 측정 기술

참고 항목

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참고문헌

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간행물 및 추가열람

  • A.W. 피바디, 피바디의 파이프라인 부식 제어, 제2판, 2001, NACE International.ISBN 1-57590-092-0
  • 데이비, H. 필.트랜스.로이 Soc., 114,151,242,328 (1824)
  • Ashworth V., Corrosion Vol. 2, 3판, 1994, ISBN 0-7506-1077-8
  • Baeckmann, Schwengck & Prinz, 음극 부식 방지 핸드북, 제3판 1997.ISBN 0-88415-056-9
  • 셰러, L. F., Oil and Gas Journal, (1939)
  • ASTM B843 - 07 음극 보호용 마그네슘 합금 양극 표준 규격
  • ASTM B418 - 09 주조 및 연질 갈바닉 아연 양극 표준 규격
  • Roberge, Pierre R, 1999 ISBN 0-07-076516-2 부식공학 핸드북
  • 음극 보호와 함께 사용되는 NACE 국제 문서 09043 코팅 - 차폐 코팅 대 비차폐 코팅
  • NACE International TM0497-2002, 지하 또는 수중 금속 배관 시스템의 음극 보호 기준과 관련된 측정 기술
  • 캐나다 교통안전위원회, 보고서 번호 P99H0021, 1999 [2]
  • Covino, Bernard S 등, Oregon 교통부 및 연방도로관리국, 2002년 3월, 철근콘크리트 교량의 음극보호를 위한 아연양극재의 성능
  • 영국 고속도로청 BA 83/02; 도로 및 교량 설계 매뉴얼, Vol.3, 섹션3, 파트3, 철근 콘크리트 고속도로 구조물에 사용하기 위한 음극 방식[3]Wayback Machine에서 2015-09-24 보관(검색된 2011-01-04)
  • Daily, Steven F, 해양 환경에서 철근 콘크리트 구조물의 부식을 제어하기 위한 음극 방식 사용(Port Technology International 발행)
  • RA Gummow, 음극방식을 이용한 도시기반시설의 부식제어NACE 컨퍼런스 1999년 10월, NACE 재료 실적 2000년 2월
  • EN 12473:2000 - 해수 내 음극 방식 보호의 일반 원칙
  • EN 12499:2003 - 금속 구조물의 내부 음극 보호
  • NACE RP0100-2000 프리스트레스트 콘크리트 실린더 파이프라인의 음극방식
  • BS 7361-1:1991 - 음극 보호
  • SAE 국제 논문 No. 912270 Robert Baboian, 최첨단 자동차 음극 보호, 제5차 자동차 부식 방지 회의 진행, P-250, Warrendale, PA, 1991년 8월
  • 미 육군 공병대, 공병 매뉴얼 1110-2-2704, 2004년 7월 12일

외부 링크

  • NACE International(구 전미 부식 기술자 협회) - 음극방식 도입
  • 부식연구소 - 영국에 기반을 둔 기술학회
  • 용어집 - 음극 보호 및 부식 용어에 대한 포괄적인 용어집
  • 음극 보호 101 - 음극 보호 101, 초보자 가이드
  • 국립 물리학 연구소 - 음극 보호에 관한 짧은 소개 논문
  • USDOT CFR 192.112 - USDOT 규정 CFR 192.112는 대체 최대 허용 작동 압력을 사용하는 강관의 비차폐 부식 코팅 시스템에 사용을 요구합니다.