Kathodische Bescherming
advertisement
Even voorstellen Jan Kamphuis MBO-college voor metaal, elektrotechniek, installatietechniek en ICT Afdeling Werktuigbouwkunde 2 dagen cursus 1e dag Theorie + demonstraties (proeven) Afwisseling: ik: behandeling theorie u : maken studievragen "Huiswerk" Bestuderen behandelde Doorlezen "rest“ 2e dag Theorie "afmaken" Praktijk Meebrengen: Multimeter + draden Kopersulfaatcel Hier practicum Tankstation Theorie-examen Praktijkexamen Downloaden diashow Pdf-bestand Adobe Acrobat Reader www.jkamphuis.tk Klikken op VTI Downloaden diashow opleveringsmeting Cursus Opleveringsmeting Kathodische Bescherming Bescherming tegen Corrosie Elektrochemische corrosie Chemie (Scheikunde) Chemie Wetenschap van elementen Voorbeeld IJzer Eigenschappen Reacties O.a. met zuurstof Corrosie of roesten Verbindingen Nieuwe eigenschappen Soms betere Soms slechtere (roest) Energie Elementen Elementen Zuivere stoffen Voorbeelden Waterstof Zuurstof Stikstof Chloor Natrium Magnesium Koper Zwavel (H) (O) (N) (Cl) (Na) (Mg) (Cu) (S) Onderverdeling de metalen ongeveer 80 en de niet-metalen ongeveer 20 Metalen en niet-metalen Metalen Aluminium Chroom Goud Koper Kwik Magnesium Natrium Nikkel Tin Titaan Wolfraam IJzer Zilver Zink Al Cr Au Cu Hg Mg Na Ni Sn Ti W Fe Ag Zn Niet-metalen Argon Broom Chloor Fluor Fosfor Helium Jodium Koolstof Neon Silicium Stikstof Waterstof Zuurstof Zwavel Ar Br Cl F P He J C Ne Si N H O S Elementen en verbindingen Zuivere elementen Komen weinig voor in de natuur Alleen de zeer edele metalen (Goud, platina) Meestal verbindingen IJzererts (roest) Fe2O3 Zuurstof Niet als O, maar als O2 Natrium + Chloor Keukenzout Maken van verbindingen Soms energie toevoeren Er kan ook energie vrijkomen vuurwerk Indeling van metalen naar edelheid Zeer onedele metalen: K, Ca, Na, Mg en Al Onedele metalen : Ti, Mn, Cr, Fe, Ni, Sn en Pb Halfedele metalen : Cu en Hg Edele metalen : Ag, Pt en Au Verschil: Manier van reageren halogenen (P, Cl) edele halfedele onedele Zeer onedele zuurstof verdunde zuren water Natrium en water Elektrische lading en elektronen Er zijn positieve en negatieve ladingen Voorwerp of element ongeladen: evenveel positieve als negatieve lading neutraal Voorwerp geladen: Veel materialen (o.a. kunststoffen) zijn elektrisch geladen te maken door wrijven Teveel aan positieve (+) of negatieve (-) lading Statische elektriciteit Mogelijk vonken Mogelijk ontploffing Aarding tankauto’s Potentiaalvereffening Twee dezelfde ladingen stoten elkaar af Twee verschillende ladingen trekken elkaar aan Nieuwe stoffen Mogelijk ongewenst Corrosie! Elektrochemisch proces Element Positief geladen kern + Protonen Daaromheen “banen” met: Negatief geladen elektronen 1e baan (K-schil) 2 elektronen 2e baan (L-schil) 8 elektronen 3e baan (M-schil) 8 of 18 elektronen Buitenste baan niet altijd vol! Indien toch vol: Edelgasconfiguratie “Streven” van andere elementen Natrium-atoom positieve kern (11+) •daaromheen 3 (denkbeeldige)“banen” met totaal 11 (negatief geladen) elektronen •1e baan 2 elektronen •2e baan 8 elektronen •3e baan 1 elektron •Totaal dus +11 - 11 = 0 ofwel •neutraal e- e- ee- e- Na 11p e- e- ee- e- Natrium-ion positieve kern (11+) •daaromheen 2 (denkbeeldige)“banen” met totaal 10 (negatief geladen) elektronen •1e baan 2 elektronen •2e baan 8 elektronen •Totaal dus +11 - 10 = +1 ofwel •positief geladen •Na+ - ion e- ee- ee- e- Na 11p e- e- ee- e- Keukenzout NaCl Na e- ee- Cl e- e- e- Na 11p e- e- ee- e- e- e- e- Cl 17p ee- e- e- e- ee- e- e- e- e- e- e- Na+ e- e- ee- e- e- Na 11p ee- ee- e- Cl- e- e- Beiden elektrisch geladen! Zorgen (opgelost in water) dus voor elektrische geleiding! ee- Cl 17p e- ee- Zouten zorgen voor betere elektrische geleiding Alleen als ze oplosbaar zijn Kunstmest Ammoniumnitraat, kaliumnitraat en natriumnitraat Soda Natriumcarbonaat Kopersulfaat In kopersulfaatcel • Meten in-potentiaal Bijzonder gedrag! • • Oplossen in gedestilleerd water Te veel, dan isolerende laag e- ee- e- e- Zouten e- e- e- e- e- e- 15 Zuren en basen Oplossingen Zuur Citroensap, appelsap, azijn Zoutzuur, zwavelzuur, salpeterzuur Basisch Toiletzeep, soda en ammoniak Neutraal Oplossingen van zuren en basen Zeer goede elektrische geleiding! Worden daarom elektrolyt genoemd Gevaarlijk m.b.t. corrosie Zuren en basen Zuren zijn oplossingen met H+ - ionen vb.zoutzuur is een oplossing van waterstofchloride in water. In water is waterstofchloride gesplitst in ionen HCl → H+ + Cl- Basen zijn oplossingen met OH- - ionen vb. natronloog is een oplossing van natriumhydroxide in water. In water is natriumhydroxide gesplitst in ionen: NaOH → Na+ + OH- Zuurgraad De zuurgraad van een oplossing wordt aangegeven met het pH-getal een neutrale oplossing pH = 7 een zure oplossing pH < 7 een basische oplossing pH > 7 Bepaling zuurgraad pH-meter lakmoespapier blauw rood zuur base blauw lakmoespapier rood rood lakmoespapier blauw neutrale oplossing geen verkleuring pH Galvanisch element elektronen stroom (bescherm)stroom Staal Zink water + zuur Kathodische Bescherming Meetkastje grondwater met zouten Mg-anode tank •Zuren en basen •Elektrische geleiding •Kopersulfaat Vragen blz. 7 maken Antwoorden vragen blz. 7 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. Roesten Mg magnesium S zwavel Cu koper Fe ijzer Een atoom dat elektronen heeft afgestaan of opgenomen. Is dus elektrisch geladen Antwoord a Trekken elkaar aan Antwoord a 2 elektronen afstaan Antwoord c Kleiner dan 7 Antwoord b 7 Antwoord c Zuur Antwoord b Zorgen voor betere el. geleiding Antwoord c De elektrische weerstand wordt kleiner Antwoord b Bij een lage SEW Corrosie is de ongewenste aantasting van een materiaal ten gevolge van chemische of elektrochemische reacties met componenten uit de omgeving Corrosiebestrijding voorkomen van aantasting bestrijden van de gevolgen gevolgen: extra kosten onder te verdelen in directe kosten indirecte kosten Directe kosten Kosten van: aanbrengen van deklagen (verf, kunststof) vervanging van onderdelen onderhoud en reparatie toevoegen “inhibitoren” productverlies/ bodemverontreiniging kathodische bescherming Indirecte kosten Productie verlies Verlaging rendement door slechtere warmteoverdracht Verontreiniging van producten Overdesign: Gebruik van dikker en duurder materiaal dan nodig Verdere ernstige zaken (niet/moeilijk in geld uit te drukken) Verlies aan gezondheid Verlies van leven door falen van apparaten (explosies) of voertuigen (vliegtuigen) ten gevolge van aantasting door corrosie verlies aan grondstoffen en energie Materiaalkeuze Afhankelijk van: sterkte bewerkbaarheid beschikbaarheid uiterlijk kosten corrosiebestendigheid Corrosiebestendigheid Afhankelijk van verschillende factoren, zoals: mechanische elektrochemische thermodynamische (of een reactie wil gaan “lopen”) kinetische (hoe snel de reactie zal verlopen) gebruiksdoel Conclusie: Corrosiebestendigheid is geen echte materiaaleigenschap zoals bijv. sterkte Corrosie is onder te verdelen in: Chemische corrosie hierbij gaat een metaal een verbinding aan met zuurstof bijvoorbeeld: 2 Fe + O22 FeO Elektrochemische corrosie hierbij hebben we te maken met stroom en een chemisch proces Bij beide vormen is de edelheid van het materiaal van belang! Spanningsreeks (edelheidsreeks der elementen) Element Na Mg Al Zn Cr Fe Ni Pb H2 Cu Ag Pt Au onedeler edeler Elektrochemie (begrippen) element kleinste deeltje stof dat nog de eigenschappen van die stof bezit atoom kleinste deeltje van een element. Bestaat uit positieve kern met daaromheen negatieve elektronen in banen 1e schil: 2 elektronen 2e schil: 8 elektronen Moleculen Verbinding tussen elementen vb.: 1 molecuul water bestaat uit een atoom zuurstof en 2 atomen waterstof Edelgasconfiguratie Edelgassen zijn elektrisch neutraal. De buitenste elektronenschil is vol Elementen, atomen en moleculen H-atoom + Watermolecuul _ + _ _ O-atoom _ _ _ _ + _ _ _ + _ _ _ _ _ Oxidatie en reductie Oxidatie = afstaan van elektronen Fe Mg _ _ _ Fe2+ + 2 eMg2+ + 2 e- Reductie = opnemen van elektronen Fe2+ + 2 e Fe 3 O2 + 6 H2O + 12 e 12 OH- _ + Metaal Elektrolyt Potentiaal Metaal + water gaat over in ionen metaal atoom metaalion + elektronen Fe Fe2+ + 2 ePotentiaal van metaal t.o.v. vloeistof daalt Dit gaat door tot evenwicht is bereikt Meer atomen in oplossing → groter potentiaalverschil Fe Zn Fe2+ + 2 e Zn2+ + 2 e- - 440 mV - 760 mV Spanningsreeks t.o.v. waterstofelektrode Element • • • • • • • • • • • • • Na Mg Al Zn Cr Fe Ni Pb H2 Cu Ag Pt Au pot.verschil in mV -2700 -2400 -1700 - 760 - 740 - 440 - 230 - 120 0 + 340 + 800 +1180 +1500 onedeler edeler H2 elektrode is niet praktisch gebruik maken van werkelektrodes Veel gebruikte werkelektrodes Verzadigde calomel - elektrode (SCE-elektrode) normaalpotentiaal = + 242 mV Zilver/Zilverchloride - elektrode (Ag/AgCl - elektrode) normaalpotentiaal = + 250 mV Koper/Kopersulfaat - elektrode (Cu/CuSO4 of CSE-elektrode) normaalpotentiaal = + 320 mV Normaalpotentiaal t.o.v. H2-elektrode Spanningsreeks van Zeerleder Gebaseerd op potentiaal van een metaal in water met een oplossing van 2 % keukenzout bij 20 oC t.o.v. de Cu-CuSO4electrode Metaal • • • • • • • • • • • • • • Magnesium Mg-anode Zink Aluminium Staal Lood Tin Messing (50 % Zn) Nikkel Messing (30% Zn) Koper Zilver Goud Platina Potentiaal in mV -1670 -1500 -1120 - 810 - 500 .. - 770 - 550 - 530 - 420 - 340 - 320 - 300 - 70 + 150 + 280 onedeler edeler Meten van potentiaalverschillen van enkele metalen t.o.v. de Cu-CuSO4 - elektrode Magnesium 44 Zink 45 Aluminium 46 Staal 47 Koper 48 Galvanisch element elektronen stroom (bescherm)stroom Staal Zink water + zuur reductie + 2 e- → Fe oxidatie Zn → Zn2+ + 2 eZink is onedeler dan staal Fe2+ → wordt de anode (gaat in oplossing) → gaat eraan + _ Batterij Koolstaaf (positieve pool) Zinkcilinder (negatieve pool) bruinsteen in linnen buidel salmiakoplossing (elektrolyt Corrosie van ijzer 4 Fe + 12 OH- → Fe2O3 + 6 H2O + 12 e- 3 O2 + 6 H2O + 12 e- → 12 OH- Kringloop van OH- - ionen en elektronen Elektrische stroom !! Sterkere stroom Grotere corrosiesnelheid Corrosie-element Metalen bevatten vaak onzuiverheden Deze onzuiverheden kunnen edelere (vb. Cu) of onedelere (Al of Mg) metalen zijn Bij aanwezigheid van een elektrolyt ontstaat een corrosie-element. Door het verschil in potentiaal van de metalen zal een elektrische stroom gaan lopen Het onedelere metaal gaat in oplossing! Het proces gaat door totdat de anode geheel verdwenen is en het potentiaalverschil gelijk geworden is (evenwicht) Pourbaix-diagram +2000 +1600 +1200 beschermende oxidelagen + 800 E [mv] + 400 0 Corrosie - 400 Corrosie - 800 -1200 immuniteit -1600 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 pH Soorten aantasting oxidelaag Algemene of gelijkmatige corrosie materiaalstructuur beschermlaag oxide Putvormige corrosie oxide Spleetcorrosie Elektrochemische of contactcorrosie of galvanische corrosie Al-klinknagel Cu-plaat water (elektrolyt oxide Voor elektrochemische corrosie is nodig: Een anode en een kathode 2 verschillende metalen dus er is een potentiaalverschil Een elektrische verbinding tussen anode en kathode Een elektrolyt waarin zich anode en kathode bevinden Vragen 1 t/m 11 blz. 42, 43 maken Vragen 1 t/m 11 blz 42/43 1 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Chemisch proces waarbij stroom loopt. Oxidatie en reductie Kleinste deeltje van een stof dat nog de stofeigenschappen bezit Kleinste deeltje van een element positieve kern met daaromheen negatief geladen elektronen Verbinding van elementen Gassen die elektrisch neutraal zijn + buitenste elektronenschil is vol Oxidatie afstaan van elektronen Reductie opnemen van elektronen Afhankelijk van het (soort) element Vragen 1 t/m 11 blz 42/43 2 8. 9. Vergelijkingselektrode Calomel-, zilver/zilverchloride- en kopersulfaat-elektrode Zowel oxidatie als reductie Minst edele element staat elektronen af Edelste element neemt elektronen op 10. 11. Wordt geoxideerd Wordt de anode Wordt gereduceerd Wordt de kathode Er loopt een elektronenstroom door de “draad” van de anode naar de kathode Er loopt een elektrische stroom door het elektrolyt (grondwater) van de anode naar de kathode Door onzuiverheden (andere metalen) Drie voorwaarden! 1. 2. 3. 2 verschillende metalen In het zelfde elektrolyt Door een draad “buitenom” verbonden Corrosiewering of corrosiebestrijding kan geschieden door: Een scheiding aanbrengen tussen metaal en elektrolyt (isolerende bekleding/coating) Dit is de primaire of passieve bescherming vaak in combinatie met Het “sturen” van de elektronenstroom door een juiste combinatie van metalen. Het te beschermen onderdeel wordt elektrisch verbonden met een onedeler metaal (anode) en daardoor tot kathode gemaakt. Dit is kathodische bescherming, de secundaire of actieve bescherming Het elektrisch isoleren van verschillende metalen bij combinaties van bijv. stalen en koperen leiding Coatingtypen (1) Polyetheen (NEN 6902) voor isolatie van leidingen wordt om de buis geëxtrudeerd met lijmlaag vastgezet Butylrubber (NEN 6909) wikkelbanden (butylrubber op PE-drager) vnl. voor herstellen van fitverbindingen en beschadigingen aan leidingwerk wordt met de hand of wikkelmachine aangebracht eerst hechtlaag (vloeibaar butylrubber) aanbrengen vooraf ondergrond goed schuren, drogen en ontvetten!! verv. Epoxyverf Coatingtypen vnl. voor coaten van tanks combinatie van hars en harder (uitharden) laagdiktes van 500 tot 1000 m wordt vnl. fabrieksmatig aangebracht ook gebruikt voor reparaties van kleine beschadigingen (N.B. voorbehandeling!!) Bitumen voor tankbekleding en pijpwikkelband bekleding wordt in de fabriek aangebracht bij pijpwikkelband is een wapening van glasweefsel aanwezig mag niet meer worden gebruikt i.v.m. gevoeligheid voor wortel-ingroei en relatief mindere kwaliteit!! NEN 6910, 6907 en NPR 6911 Controle van coating Poriëndichtheid afvonken met een op de coatingdikte afgestemde hoogspanning waar porie of beschadiging zit zal een vonk overslaan geeft geen indicatie over de hechting Isolatiewaarde maat voor de poriëndichtheid Polyetheen 100 M.m2 NEN6902 Epoxy 100 M.m2 NEN6905 Bitumen 1 M.m2 NEN6907 / NEN6910 BRL: Epoxycoating: 1 M.m2 PUR-coating : 100 M.m2 Bekleding Hechting en stroomdichtheid Hechting alleen te controleren door de coating eraf te trekken wordt alleen met steekproeven gecontroleerd Stroomdichtheid na ingraven van de tank en aansluiten van het KB-systeem de stroom meten stroom hoger kwaliteit bekleding slechter Wanneer kathodische bescherming? NPR 6912 Als de specifieke elektrische weerstand (SEW) van de bodem lager is dan 100 Ohm.meter Als de pH van de bodem lager is dan 6 Bij anaërobe (niet beluchte) bodem Als er zwerfstromen zijn geconstateerd N.B. bij anaërobe bodem is de SEW altijd lager dan 100 Ohm.meter Praktijk: •als de SEW < 100 Ohm.meter •bij aanwezigheid van zwerfstromen SEW bodem SEW Agressiviteit [in Ohm.meter] < 10 10 … 30 30 … 50 50 … 100 100 … 250 > 250 zeer sterk agressief sterk agressief agressief matig agressief licht agressief nauwelijks agressief Kathodische bescherming Uitvoeringrichtlijn: NPR 6912 Nederlandse praktijkrichtlijn Kathodische bescherming meetkastje maaiveld beschermstroom Tank (kathode) voorzien van geschikte bekleding anode Noodzakelijke voorzieningen elektrische isolatie Het te beschermen object (tank) elektrisch isoleren van andere objecten en aardingen. Anders stroomt de stroom van de KB naar alle verbonden objecten! Alle geaarde delen elektrisch isoleren door isolatieflenzen of isolatiestukken. De betrouwbaarheid van een isolatiestuk is hoger dan die van de isolatieflens! Een isolatiestuk of isolatieflens moet een isolatiewaarde hebben van minimaal 1 MΩ Isolatiestuk Epoxy-hars bekleding Afdichtingsring Staal Isolatie Staal N.B. Niet andersom monteren! Isolatiestuk fout gemonteerd Isolatieflens Stalen ring Isolatiehuls Isolatiering Isolatieflens Stalen ring Isolatiering Aansluiting KB-installatie Bovengronds verbindings- of meetpunt Tankdraad Anodedraad bevestigen d.m.v. thermietlassen bevestiging isoleren! •eisen m.b.t. draden: •geïsoleerd •sterk •soepele kern •draadoppervlak min. 2,5 mm2 •voorzien van merktekens ! Anodemateriaal Meestal magnesium anodepotentiaal van -1500 mV Ook zgn. HP-anodes anodepotentiaal van - 1700 mV Deze kunnen overbescherming tot gevolg hebben! Soms wordt zink toegepast Uitwendige bekleding Het is mogelijk kaal staal kathodisch te beschermen. Met een gewone anode is dit niet mogelijk. Er moet dan gebruik worden gemaakt van een gelijkrichtinstallatie De beschermstroom moet dan hoog zijn Dit leidt tot hoge energiekosten Bovendien tot interferentie op andere metalen objecten en daardoor tot ongewenste corrosie Op deze manier is de kathodische bescherming niet meer de secundaire, maar de primaire bescherming geworden! Potentiaalverschuiving (Criteria voor een goede kathodische bescherming) Op alle delen van de installatie moet het potentiaal verlaagd zijn tot minimaal -850 mV (CSE) Bij anaërobe (zuurstofarme) bodem moet het potentiaal verlaagd zijn tot minimaal -950 mV (CSE) (zie Pourbaix-diagram) Het potentiaalverschil tussen object (tank) en elektrolyt (bodem) kan met een meetelektrode worden vastgesteld. Potentiaalverschuiving (1) 75 Potentiaalverschuiving (2) 76 Polarisatie Fe “Richten van watermoleculen” H+ OH+ H+ H+ H+ O- OH+ H+ H+ OH+ H+ Snelheid ontstaan is afhankelijk van de bodemkwaliteit Kan soms “dagen” duren H+ O- Geeft extra “buffer” Bufferlaag blijft na loskoppelen van anode nog “even” in stand H+ H+ H+ OO- Ontstaat na uitschakelen bronbemaling t.g.v. potentiaalverschil. H+ H+ Dit “even” is weer afhankelijk van de kwaliteit van de bodem Meting Uit-Potentiaal alleen bij jaarlijkse KB-controle Meting Uit-Potentiaal niet bij opleveringsmeting! Jaarlijkse KB-controle (AP 08) Meting Uit-Potentiaal Na 2 sec Of met registrerende meter 78 Het meten van het Beschermpotentiaal Met meetelektrode (kopersulfaatcel) zo dicht mogelijk bij de tank. op het maaiveld, direct boven de tank Indien niet, dan meetfouten doordat de beschermstroom een spanningsval in de bodem veroorzaakt (de zgn. IR-drop). Magnesium-anode verbindingskabel bitumen bentoniet met gips magnesium ijzeren staaf linnen zak Overige anodes HP-anode Wordt alleen toegepast bij een hoge SEW van de bodem. Indien toegepast bij lage SEW, wordt meer stroom geleverd dan nodig is (overbescherming). Hierdoor ontstaan H+-ionen (extra verzuring) en H2 (gas) !!!! Dit gas komt tussen de coating en het staal en kan de coating losdrukken! Zn-anode Alleen in uitzonderingsgevallen Als een te negatief potentiaal een probleem is ten aanzien van de coating Vaak is de coating onderzocht op KB-geschiktheid Gelijkrichter-installatie Wordt voornamelijk gebruikt bij pijpleidingsystemen Bescherming door opgedrukte stroom Principe: bodem A - + elektronen beschermstroom beklede stalen buis 1,5 - 2 m N.B. + en - niet verwisselen anders geforceerde corrosie! ijzer-silicium anode Zwerfstromen Oorzaken: elektrische trein of tram Stroom moet "rondlopen" van onderstation via bovenleiding, trein en rails terug naar onderstation Bij contact van rails met grond of defecte doorslagveiligheid kan een deel van de stroom (tot 1600 A) via de bodem retour gaan naar het onderstation Deze stroom kiest de weg van de minste weerstand (door stalen objecten) De uittredende stromen kunnen ernstige corrosie veroorzaken Vragen 12 t/m 27 blz. 44 - 46 maken Vragen 12 t/m 27 blz. 44 – 46 1 12. 13. 14. 15. 16. 17. Primaire Coating Secundaire KB Bitumen, epoxy(verf), butylrubber, polyetheen Afvonken SEW<100 Ohm.meter, pH<6, zwerfstromen Zie tabel blz. 18 Zowel als installatie zonder of met KB is uitgevoerd! Zonder KB Corrosiegevaar door aanwezigheid van andere elementen Staal is meestal het minst edele element! Met KB Installatie isoleren van “de rest” (onder- en bovengronds) Anders loopt de beschermstroom ook naar niet te beschermen delen Vragen 12 t/m 27 blz. 44 – 46 2 18. Controleren 1. 2. 3. 4. 5. 19. 20. Aansluitingen juist, bereikbaar en losneembaar Geen contact met aarde Labels aan draden In-Potentiaal overal < - 850 mV Beschermstroom niet te hoog Met multimeter (Volt-meter) en referentiecel Reductiereacties en bij te hoge stroom: 1. Ontstaan van H+-ionen 1. Verzuring! 2. Vorming van waterstofgas 1. Drukt bekleding los! Vragen 12 t/m 27 blz. 44 – 46 3 21. Polarisatie 22. 23. 24. 25. 26. Zo dicht mogelijk erbij Mg-, Zn- en HP-anodes Levensduur ~ 15 jaar “Losblazen” van de bekleding door waterstof(gas)ontwikkeling Gelijkrichterinstallaties bij: 27. Het “richten” van de watermoleculen naar het oppervlak van de kathode (tank) Veroorzaakt extra elektrische weerstand! Pijpleidingsystemen (gasuni) Zeer grote installaties Zwerfstromen door: Elektrische trein/tram hoogspanningsleidingen Meetapparatuur Cu - CuSO4 meetelektrode (referentiecel) ofwel Vergelijkingscel Waterstof niet bruikbaar! Sterk en gemakkelijk te onderhouden Voor het meten van het metaal-elektrolyt-potentiaal Anode-potentiaal Tank-potentiaal In-potentiaal potentiaal moet constant en bekend zijn (normaal)potentiaal van +320 mV t.o.v. H2- elektrode Cu/CuSO4-elektrode Klem Schroefdop Kunststofpijp diam. 25 mm Koperstaaf Kopersulfaat Hout of Keramiek Cu/CuSO4-meetcel Weerstand < 2000 Ohm Bij een nieuwe elektrode wordt vaak een te hoge weerstand gemeten. Elektrode eerst vullen met een CuSO4-oplossing Elektrode niet laten uitdrogen Dit komt omdat deze nog te droog is. deze moet eerst "intrekken" Verticaal en in afgesloten koker bewaren! Inwendige weerstand: met houten prop ~ 500 Ohm met keramische prop ~ 1200 Ohm Voor gebruik eerst controleren: Meten van MEP van Mg-lint Indien weerstand te hoog Koperen staaf opschuren CuSO4-oplossing vervangen 2 cellen tegen elkaar houden en spanningsverschil meten. Als > 20 mV dan is een cel defect. Laten kalibreren in gebruikstoestand verv. Meetapparatuur Potentiaalmeter voltmeter met meetbereik van ca. 3 Volt inwendige weerstand minimaal 10 MOhm nauwkeurigheid ca. 0,5 % Stroommeter Meetprincipe: Met behulp van een extra weerstand (shunt) wordt stroom omgezet naar spanning. Deze spanning wordt "vertaald" naar stroom N.B. De meetshunt neemt energie op. Bij KB-systemen is de hoeveelheid energie beperkt! Een te hoge shuntweerstand geeft een grote meetfout! NPR 6912: Spanningsval over stroommetingen < 10 mV Standaardmeters zijn dan ook vaak niet geschikt! Meten van het In-Potentiaal (MEP) Benodigdheden: Kopersulfaatcel Voltmeter Aansluiting: Tankdraad en anodedraad verbonden in meetpaal - van de meter aan de tank/anodedraad + van de meter aan de kopersulfaatcel Resultaat: In-Potentiaal van de tank N.B. Het In-Potentiaal is afhankelijk van de plaats van de kopersulfaatcel in de bodem! Dit wordt veroorzaakt door de beschermstroom. Deze veroorzaakt een spanningsval in de bodem! Meten van tankpotentiaal bij ingeschakelde KB (In-Potentiaal) KB-paal maaiveld Anode-draad Tankdraad anode Meetfout bij het bepalen van het MEP Bij een potentiaal van 1 Volt en een meter met een inwendige weerstand van 1 MOhm vloeit er door de meter een stroom van: U 1V Imeter = ---- = ----= 10-6 A = 1 A 6 Rinw 10 Ohm Deze stroom loopt ook door de CSE-cel. Als de CSE-cel een inwendige weerstand heeft van 1 kOhm dan is het spanningsverlies gelijk aan: 1 A x 1 kOhm = 1 mV Als de inwendige weerstand van de CSE-cel 50 kOhm is, dan is het spanningsverlies gelijk aan: 1 A x 50 kOhm = 50 mV Bij een gemeten waarde van 1 Volt (1000 mV) is dit een meetfout van 5 % !! In de praktijk komt hierbij ook nog de weerstand van de grond rond de CSE-cel bij en zal de meetfout nog groter zijn !! “Omrekenen” M = Mega = 1.000.000 = 106 k = kilo = 1.000 = 10+3 = 103 1 m = milli = 0,001 = 10-3 µ = micro = 0,000001 = 10-6 Van milli [m] naar micro [µ] ? x 1000 Komma 3 plaatsen naar rechts 0,25 mA is dus . . . µA? Van micro [µ] naar milli [m] ? : 1000 Komma 3 plaatsen naar links 35 µA is dus . . . mA? 250 µA 0,035 mA Beschermstroomdichtheid Maximale beschermstroomdichtheid Tank met epoxy bekleding: 1 µA/m2. Tank met bitumen bekleding: 2 µA/m2. Beschermstroom wordt gemeten in mA Omrekenen naar µA en vervolgens Delen door aantal m2 in bescherming Voorbeeld berekening: Meetresultaat stroommeting “epoxytank”: 0,043 mA Totaal opp tank + leidingen: 45 m2. Van mA naar µA betekent: x 1000, dus 0,043 mA = 43 µA (komma 3 plaatsen naar rechts!) Beschermstroomdichtheid is dan: 43 µA 45 m2 Ofwel: = 0,96 / µA/ 2. m < 1 µA m2 , tank goedgekeurd! 96 Meten van de beschermstroom Benodigd: Ampère-meter Aansluiting: In het meetpunt tussen anodedraad en tankdraad Meetbereik Ampèremeter: zodanig dat een afleesbare waarde wordt aangegeven Bij AVO meter 30 mA bereik “meer cijfers” betekent niet dat nauwkeuriger wordt gemeten! Meten van stroombehoefte Meetpunt KB tank-draad anode-draad Fouten bij meten beschermstroom Bij een spanningsval van 100 mV over de meetshunt bij een MEP van -1500 mV en een beschermstroom van 3 mA is de meetfout: in het 30 mA meetbereik 3 mA is 1/10 van 30 mA de spanningsval veroorzaakt door de meetshunt is dan 1/10 van 100 mV = 10 mV Het MEP daalt van -1500 naar -1490 mV Deze fout is te verwaarlozen in het 3 mA meetbereik de spanningsval veroorzaakt door de meetshunt is nu de volledige 100 mV Het MEP daalt nu van -1500 naar -1400 mV De beschermstroom daalt hierdoor van 3 mA ca. 2,4 mA. Een meetfout dus van 20 % Kalibratie van de meetinstrumenten Alle meetinstrumenten (Ampère/Voltmeter en CSE-cel) jaarlijks door externe instantie (laten) kalibreren! Hierbij wordt de apparatuur getoetst aan de gestelde normen en kan worden beoordeeld of de metingen wel goed zijn geweest. De instrumenten moeten zijn voorzien van een sticker of pasje met de datum van de volgende controle! De kalibratiewaarden registreren! Controle meetinstrumenten vóór gebruik CSE-cel: voldoende gevuld verschilpotentiaal t.o.v. een 2e elektrode potentiaal van Mg-lint Voltmeter: batterij vol ingeschakeld op gelijkspanning potentiaal van Mg-lint Ampère-meter batterij vol zekering in orde juiste meetbereik Controle van de bekleding Controle op poriëndichtheid Afvonken: vonklengte volgens NENnormen en BRL bij porie of beschadiging zal vonk overslaan Stroomsterkte KB-systeem direct na ingraven tank en aanvullen van de tankput de anode met de tank verbinden en de stroom meten (1e referentiepunt) er voor zorgen dat er geen onbeklede delen (mangat/hijsogen) in aanraking zijn met de bodem tijdens aanvullen de stroom bewaken een toename van de stroom kan betekenen dat de bekleding niet in orde is uit de gemeten stroom kan de weerstand als volgt worden berekend: Anodepotentiaal: -1500 mV Potentiaal staal: - 500 mV Spanning is dan: 1000 mV Bij een beschermstroom van 1 A/m2 is de weerstand: U 1V 1 R= -- = ----= ----- = 1 Mm A/m2 10-6 Stroomopdrukproef Ter controle van de bekleding Isolatiewaarde (weerstand) Uitvoering (door bijv. KIWA) Met gelijkspanningsbron een in-potentiaal van -1500 mV tov CuCuSO4-elektrode inregelen Tank aansluiten op de – van de regelbare voeding Tegenpen van rvs aansluiten op + van de voeding Minimaal 10 m van installatie af CuCuSO4-elektrode zo dicht mogelijk bij/boven de tank Meten van stroombehoefte Berekening isolatiewaarde met: Opleveringsmeting Checklist gebruiken (hierna) Meten van het anodepotentiaal (minimaal -1450 mV t.o.v. de CSE-cel) Meten van MEP (in-potentiaal) op peilleiding op vulleiding in meetpunt afwijking meetwaarden: max. 100 mV ! Meten van de beschermstroom en het berekenen van de stroomdichtheid epoxytank: Imax= 1 A/m2 bitumentank: Imax= 2 A/m2 Installatie zonder KB (geen anode ingegraven) controle van de staat van de bekleding tijdelijke anode (Mg-lint) in sloot plaatsen of in een gat plaatsen en met water aanvullen vervolgens stroom meten Checklist oplevering Te controleren resultaat Opmerking TIJDENS AANLEG controle V- en A- meter installatie voorzien van KB anode-potentiaal potentiaal tank (anode aangesloten) oppervlak tank beschermstroom (tanklichaam aangevuld) beschermstroom (leidingwerk aangevuld) beschermstroom (bovenzijde tank aangevuld) beschermstroom (mangat ingewaterd) OPLEVERINGSMETING Meetpunt ingericht en labels op de draden In-potentiaal in meetpunt In-potentiaal op peilleiding In-potentiaal op vulleiding gemeten stroom berekende stroom/m2 < 1 A INDIEN STROOM TE HOOG isolatiekoppelingen in orde peilkranzen vrij van de bodem vulpuntenbak vrij van leiding "vreemde" elektr. aansluitingen ok verv. Opleveringsmeting Opsporen van fouten bij te hoge stroom Anodepotentiaal is meer dan ~500 mV gedaald installatie maakt waarschijnlijk contact met aarding Eerst isolatiestukken controleren! alle aardingen stuk voor stuk losnemen en beschermstromen controleren als stroom terugloopt "bingo" indien geen resultaat, dan ook ontluchting en andere voorzieningen (niveaumeting) losnemen tot stroom terugloopt Anodepotentiaal is minder dan 500 mV gedaald waarschijnlijk bekledingsfout potentiaalmetingen uitvoeren om de bekledingsfout te lokaliseren verv. Opleveringsmeting Meten van potentialen controle van mangaten en hijsogen max. 30 cm zand boven tank zandpakket bevochtigen KB in werking stellen Voltmeter aansluiten op peilleiding en de CSE-elektrode Eerst CSE elektrode buiten de tankput plaatsen. Dan CSE-elektrode boven tank plaatsen potentiaal meten en noteren iedere 10 cm (in lengterichting van de tank) het potentiaal meten en noteren ook potentialen meten boven mangatdeksel(s) Plaatsen met de minst negatieve potentiaal zijn verdacht ! daar eerst de beschermstroom meten dan de locatie vrijgraven controleren of dan de stroom goed is Vragen 28 t/m 37 blz. 46, 47 maken Vragen 28 t/m 37 blz. 46/47 28. 1 Vergelijkingscel 1. Meestal kopersulfaatcel 29. Ampère-meter tussen tankdraad en anodedraad 1. Juiste meetbereik! 1. 30 mA 30. Benodigdheden 1. Multimeter 2. Kopersulfaatcel 31. 32. 33. Ampère-meter tussen tankdraad en anodedraad Controle en evt. afregelen van meetinstrumenten Beschermstroom delen door aantal m2 oppervlak van alles wat in bescherming wordt meegenomen Vragen 28 t/m 37 blz. 46/47 34. Stuk magnesium van ca. 30 cm lang 1. te gebruiken bij controle van bekleding bij installaties zonder KB 35. Fouten 1. Verkeerde aansluiting meter 1. Verkeerde meetbereik 2. Bij meerdere tanks 1. Alle apart meten 36. Bij controle hijsogen en mangaten 1. Inwateren 37. Zie blaadje 2 Bepaling inwendige weerstand van de Cu/CuSO4-meetcel Principe van de meting Ri V A Spanningsbron, gevormd door Mg-strip en Cu/CuSO4-meetcel in bak met water Ri = inwendige weerstand (in hoofdzaak bepaald door) de meetcel Extra weerstand om kortsluiting te voorkomen Bepaling inwendige weerstand Cu/CuSO4-cel R=U/I= = 211mV / 0,2mA= = 1055 Extra weerstand 1k Mg-strip Bak met water 112 Meten van tankpotentiaal bij ingeschakelde KB (In-Potentiaal) KB-paal maaiveld Anode-draad Tankdraad anode Meten van stroombehoefte Meetpunt KB tank-draad anode-draad
