OK 05 PROTIKOROZNÍ OCHRANA KOVOVÝCH ÚLOŽNÝCH ZA ÍZENÍ SBORNÍK KONFERENCE. Znojmo

ATEKO – Ostrava, s.r.o.

OK 05

PROTIKOROZNÍ OCHRANA KOVOVÝCH ÚLOŽNÝCH ZA ÍZENÍ

SBORNÍK KONFERENCE

Znojmo 11. –12. 10. 2005

709 00 OSTRAVA-MARIÁNSKÉ HORY EMYSLOVC 29

TEL./FAX.: +420 596 625 171

O: 25821997 DI : CZ25821997

SOB OSTRAVA .ú. 373721193/0300

Obsah Dálkové p enosy ze za ízení aktivní protikorozní ochrany Severomoravské plynárenské, a.s. .........................................3 Opis i konfiguracja sterownika AVR-200 w zastosowaniu do systemów zdalnego nadzoru skuteczno ci ochrony katodowej.......................................................................................................................................................................8 Specyfika monitorowanych obiektów i wybrane aspekty komunikacji modu ów AVR-200 w systemach zdalnego nadzoru skuteczno ci ochrony katodowej .......................................................................................................................11 Mechanizmus p sobení katodické protikorozní ochrany.................................................................................................14 Katodická ochrana pro obloukový most v Bechyni..........................................................................................................19 Katodická ochrana železobetonových konstrukcí - ochrana proti bludným proud m, most v Srbsku ...............................28 Do wiadczenia w zakresie wdra ania ochrony katodowej na sieciach gazowych w miastach ..........................................44 Ochrona katodowa ruroci gów wodnych od strony wewn trznej.....................................................................................50 Automatizace m ení v katodické ochran .....................................................................................................................57 Napájení elektroniky drenáží..........................................................................................................................................63 Hodnocení aluminotermického nava ování kabelových koncovek katodové ochrany úložných za ízení...........................68 Provoz, údržba a revize protikorozní ochrany kovových úložných za ízení. ....................................................................73

2

Dálkové p enosy ze za ízení aktivní protikorozní ochrany Severomoravské plynárenské, a.s.

TomášD dina, Lubomír Herman –Severomoravská plynárenská, a.s.

Hlavní d vody realizace Podmínkou bezpe nosti a spolehlivosti provozu plynovod je zajišt ní kontinuálního provozu za ízení stanic katodické ochrany (SKAO). Každý výpadek SKAO znamená zvýšení nebezpe í korozního narušení potrubí, které lze navíc v oblastech s bludnými proudy považovat za velmi akutní. Realizací dálkových enos dochází k minimalizaci výpadk provozu stanic katodické ochrany a tím ke zvýšení provozní bezpe nosti plynovod . Dále je nutno zohlednit fakt, že SKAO jsou umís ovány ve volném terénu a zejména v letním období dochází k astým výpadk m vlivem atmosférických p ep tí, po kterých je provozovatel povinen ve smyslu SN 03 8379 provád t rovn žkontroly za ízení. Dálkovým sledováním provozu se minimalizuje po et t chto kontrol jen na nezbytn nutné a opodstatn né množství.

Základní požadavky na dálkové p enosy § § § § §

Hlavní obrazovka se schématickým znázorn ním VTL plynovodního systému a na n m umíst ní jednotlivých SKAO se signalizací funk nosti p enosu (zelené resp. ervené podbarvení SKAO). Kliknutím na p íslušnou SKAO lze p ejít do jejího menu. Obrazovka abecedního p ehledu stanic, ze kterých je realizován p enos se signalizací funk nosti p enosu a možnosti otev ení jednotlivé SKAO. Obrazovka signalizující poruchu na jednotlivých SKAO, SKAO azeny abecedn , podmínky poruchového hlášení jsou nastaveny na zdroji SKAO (porucha ochran proti p ep tí, je-li dálková signalizace, nulový ochranný proud, maximální výstupní nap tí, hodnota ochranného potenciálu apod.). Obrazovka jednotlivé stanice-obsahuje jednotlivé archívy vy tené z p íslušné SKAO, možnost zadání technického vybavení a specifikace provedených oprav pop . rekonstrukcí SKAO a fotodokumentace SKAO, dále seznam poruch za uplynulé období. Možnost dálkového ízení SKAO.

Z jednotlivých SKAO jsou v pravidelných intervalech p enášeny archívy se zaznamenanými hodnotami výstupního proudu, výstupního nap tí, velikosti ochranného potenciálu, poruchových hlášení, stavu ep ových ochran, stavu elektrom ru (pokud umož uje p enos), signalizace vstupu do objektu. Jako optimální se jeví vy tení jednou týdn vždy v ned li, ale s možností vy tení kterékoliv SKAO na p íkaz z ídícího PC. Archívy jsou azeny do tabulky s ozna ením datem, ke kterému se vztahují. Program musí umož ovat tabulkové a grafické vyhodnocení výstupního proudu, nap tí a ochranného potenciálu v závislosti na ase s možností azení jednotlivých archívu za sebe. V p ípad , že se p i pravidelném vy tení zjistí porucha na n které SKAO bude po zapnutí ídícího PC a íslušného programu prioritn zobrazena obrazovka s poruchovým hlášením viz. 3.

3

Základní konfigurace SKAO GSM modem Komunika ní modul SW pro komunikaci Uzlová stanice Rám Telepat Procesorová karta Komunika ní karta SW pro vy ítání dat Software ídící systém pro dálkové p enosy ze SKAO je založen na architektu e klient/server. Ob pracovišt jsou spojena po íta ovou sítí. Na serveru ídícího systému jsou uložena všechna data systému, tj. defini ní databáze m ených signál , grafická schémata, definice k ivkových diagram , výstupních sestav, systémové archívy a periodické archívy m ených veli in. Server zárove zajišuje komunikaci s uzlovou stanicí. Na druhém pracovišti je spušt n klient ídícího systému, který je se serverem spojen pomocí po íta ové sít . Klient umož uje uživateli stejné uživatelské rozhraní a všechny uživatelské funkce jako server. Klient b ží pod opera ním systémem Windows XP, nevyžaduje vyhrazený po íta a umož uje tedy používat sou asn i jiné aplikace. Na klientu jsou z d vodu rychlejší odezvy rovn žuložena lokáln grafická schémata.

Zabezpe ení p ístupu ístup k jednotlivým funkcím ídícího systému je zabezpe en pomocí uživatelských ú a hesel. Tyto ú ty vytvá í a spravuje správce systému. Každý uživatelský ú et obsahuje seznam povolených inností. Ov ení uživatelského ú tu pomocí hesla je požadováno i p i p ihlášení se do systému z jiné pracovní stanice (klient). Jsou vytvo eny tyto skupiny uživatel : § admin –správce systému s neomezeným p ístupem § operator –pracovište s možností nastavování technologických mezí § provoz –pracovišt s p ístupem k aktuálním a archivovaným dat m

Signalizace p ekro ení nebo podkro ení mezí Stanice Telemat kontrolují úrovn nastavených technologických limit . Jejich podkro ení nebo p ekro ení je hlášeno do ídícího systému jako alarm. Alarmy jsou signalizovány na všech pracovištích (klient), kde je spušt n SW vizualizace. Nastavitelné limitní úrovn : Ochranný potenciál minimum/maximum Výstupní proud minimum/maximum Výstupní nap tí minimum/maximum

4

enášené veli iny § § § § § § §

Stav spojení Stav p ep ových ochran Stav elektrom ru Výstupní proud zdroje Výstupní nap tí zdroje Ochranný potenciál Vstup do objektu

Záv r Postupným aplikováním dálkových p enos na SKAO je zajišt na kontinuita provozu t chto za ízení, která jednozna vede k výraznému zvýšení provozní bezpe nosti provozovaných plynovod . Rovn žservisní zásahy a kontroly jsou na SKAO provád ny na základ vyhodnocení p enesených dat. Tímto opat ením dochází ke zvýšení efektivity a úspo e finan ních prost edk .

ehled SKAO s dálkovým p enosem v RC Šumperk

5

Detail SKAO Stará ervená Voda

Výstupní proud SKAO v závislosti na ase

6

Výstupní nap tí SKAO v závislosti na ase

Hodnota ochranného potenciálu v závislosti na ase

7

Juliusz Radoli ski PPiURE POLDE Strumie , ul. Kolejowa 21 Tel. 0048601890085 Mail: [email protected]

Opis i konfiguracja sterownika AVR-200 w zastosowaniu do systemów zdalnego nadzoru skuteczno ci ochrony katodowej

8

Opis diagramu Konfiguracja Sterownika AVR200 AVR200 jest wyspecjalizowanym sterownikiem cz cym w sobie funkcje steruj ce, reguluj ce i pomiarowe. Posiada równie rozbudowany aparat matematyczny umo liwiaj cy wst pn obróbk i analiz danych pomiarowych. Komunikacja Komunikacja ze wiatem zewn trznym odbywa si przez porty #1 i #2, do których do czone s urz dzenia we/wy wyst puj ce jako opcje. Podstawowa konfiguracja zaznaczona jest na diagramie szarym kolorem. Pozosta e porty i magistrale przeznaczone do odbierania danych pomiarowych i parametrów wspomagaj cych interpretacj wyników. W wersji proponowanej do nadzoru skuteczno ci dzia ania ochrony katodowej do portu #1 do czony jest modem SMS/GPRS a do portu #2 z cze RS232 umo liwiaj ce bezpo rednie po czenie sterownika z komputerem. Wszystkie czynno ci zwi zane z zaprogramowaniem parametrów pracy sterownika i pobieraniem danych pomiarowych dost pne s za po rednictwem tych nie urz dze . Z punktu widzenia u ytkownika ich funkcje s identyczne z tym, e z cze RS232 jest nadrz dne i procesor przekierowuje na nie dane w momencie gdy rozpozna do czony do niego komputer. Rozwi zanie to wyklucza kolizj sprzecznych danych. Platforma JAVA W zastosowanym modemie TC45 firmy Siemens wykorzystana zosta a równie swobodnie programowalna platforma JAVA. Zaimplementowane oprogramowanie cz ciowo urzeczywistnia redundancyjny model sterownika, w którym –w razie awarii – inne podzespo y potrafi przej najwa niejsze funkcje yciowe. W naszym rozwi zaniu jednostka centralna CPU i niezale ny proces uruchomiony na platformie JAVA wzajemnie si nadzoruj i monitoruj podstawowe parametry pracy takie jak zasilanie, przebieg g ównej p tli programu czy stan zabezpiecze i, w razie konieczno ci, podejmuj przewidziane wewn trznymi procedurami dzia ania naprawcze. Sprowadzaj si one do podtrzymania, w pierwszej kolejno ci, komunikacji z odleg ym serwerem w celu powiadomienia o zaistnia ej awarii. W przypadku zaniku zasilania z alternatywnych i odnawialnych róde energii dzia anie naprawcze mo e si sprowadza do u pienia energoch onnych funkcji sterownika. System automatycznie powróci do normalnego trybu pracy po zregenerowaniu si ród a. Ponadto program na podstawie sekwencji wysy anych i odbieranych SMS-ów koryguje okresowo zegar czasu rzeczywistego. Opcje WLAN i WIFI Zamiast modemu mo liwe jest zastosowanie modu ów WIFI lub WLAN. Rozwi zanie to umo liwia prac sterownika w komputerowych sieciach przewodowych i bezprzewodowych. Zastosowanie –wi ksza ilo monitorowanych punktów ochrony skupionych na ma ym obszarze lub w stacjach ochrony katodowej znajduj cych si w zasi gu dowolnego operatora WIFI lub ISP. Modu GPS Opcjonalny modu GPS pe ni funkcj precyzyjnego synchronizatora wewn trznego zegara czasu rzeczywistego i programowalnego urz dzenia taktuj cego. Modu ten mo e by zainstalowany na sta e w obudowie sterownika lub, w wersji kompaktowej - jako niezale ne urz dzenie, do czane do sterownika w celu wykonania okresowych pomiarów. Wersja kompaktowa wyposa ona jest dodatkowo w procesor z odpowiednim oprogramowaniem, z cze RS232 umo liwiaj ce wprowadzanie nastaw i cznik pr du sta ego. Zdalny pomiar Dodatkowy kana odbieraj cy przez cze radiowe wyniki pomiarów z oddalonego s upka pomiarowego umieszczonego w miejscu do czenia do ruroci gu przewodu wiod cego pr d ze stacji SOK. Zdalny pomiar jest synchronizowany z za czaniem i wy czaniem pr du. Wej cia pomiarowe Sterownik wyposa ony jest w cztery uniwersalne, izolowane galwanicznie wej cia pomiarowe. Ka dy uk ad wej ciowy obs ugiwany jest przez indywidualny procesor, który na bie co koryguje mierzone warto ci na podstawie tablicy poprawek. Wysoka cz stotliwo próbkowania (ok. 2000 próbek na sekund ) umo liwia przeprowadzenie analizy spektralnej mierzonego sygna u i wyliczenie zawartych w nim sk adowych harmonicznych. Obliczenia przeprowadza jednostka centralna pos uguj c si algorytmem FFT (Fast Fourier Transform z zastosowaniem korekcji okienkowej). Dodatkowo sygna wej ciowy jest normalizowany przy pomocy odpowiednich filtrów cyfrowych w celu wyeliminowania sporadycznych zak óce nie nosz cych cech powtarzalnego zjawiska. Zjawiska powtarzalne wychwytywane s specjalnym algorytmem i przekazywane do serwera w formie histogramów. Ka dy z kana ów pomiarowych mo e pracowa w czterech trybach: FFT, MEAN, FAST(10 pomiarów na sekund ) i FREE (1000 pomiarów na sekund ). Tryb FFT najbardziej nadaje si do pomiaru i analizy potencja u za czeniowego i wy czeniowego gdy niesie w sobie kompleksowa informacj o mierzonym sygnale. Informacja ta zawiera poziom sk adowej sta ej, warto ci

9

poszczególnych harmonicznych (33Hz, 50Hz, 100Hz itd.), warto skuteczn sygna u mierzon w konwencji Thrue RMS i warto skuteczn sk adowej zmiennej. W trybie MEAN uzyskujemy u rednion warto sygna u i wyeliminowanie wp ywu sk adowej zmiennej –wynik, cho uzyskiwany inn metod , odpowiada zerowej sk adowej szeregu Fouriera. Tryby FAST i FREE mog s do uzyskania oscylogramów stanów nieustalonych w trakcie za czania i wy czania pr du. W trybie FREE mo liwe jest równie przes anie do serwera oscylogramu sygna u wej ciowego trwaj cego 60ms. Pami FLASH W pami ci FLASH 32MB zosta y wydzielone cztery obszary: - podstawowy, w którym gromadzone s wyniki pomiarów w zadanych odst pach czasowych, - dwa pomocnicze zamkni te w p tle zbieraj ce na przemian pomiary w odst pach 1 minutowych z mo liwo ci „zatrza ni cia”w momencie awarii, - obszar logu, w którym zapisywane s zmiany w nastawach i awarie. Dost p do danych umo liwia z cze RS232 lub modem pracuj cy w trybie GPRS bez sta ego IP. Transmisja inicjowana jest przes aniem SMS-a zawieraj cego odpowiedni kod. Wej cia logiczne Cztery wej cia logiczne monitoruj ce np. zamkni cie i otwarcie drzwi stacji lub stany innych uk adów zabezpieczaj cych. Wyj cia logiczne Cztery wyj cia steruj ce np. za czaniem i wy czaniem stacji itp. Wyj cie analogowe Wyj cie analogowego sygna u steruj cego stacj pracuj

w trybie potencjostatu lub galwanostatu.

Kody steruj ce Sterownik rozró nia oko o 50 rozkazów steruj cych w postaci 00X do FFX wraz z towarzysz cymi im parametrami. Kody te generowane s przez odpowiednie oprogramowanie komunikacyjne i mog by przesy ane w postaci sekwencji bezpo rednio z klawiatury komputera lub za pomoc SMS-ów. Dostarczany z urz dzeniami program komunikacyjny umo liwia dialogowe tworzenie sekwencji kodów steruj cych. Mo liwe jest równie prze czenie sterownika w tryb ograniczonej listy rozkazów „verbose”, w którym pytania i odpowiedzi przekazywane s w standardzie ASCII umo liwiaj cym bezpo redni dialog np. sterownik –telefon komórkowy (tak zosta y zaprogramowane egzemplarze pokazowe). Odpowiedzi sterownika w trybie „non verbose”s szyfrowane kluczem 8-mio bitowym.

Juliusz Radoli ski, W Strumieniu, 4. pa dziernika 2005 roku

10

Juliusz Radoli ski PPiURE POLDE Strumie , ul. Kolejowa 21 Tel. 0048601890085 Mail: [email protected]

Specyfika monitorowanych obiektów i wybrane aspekty komunikacji modu ów AVR-200 w systemach zdalnego nadzoru skuteczno ci ochrony katodowej Poni ej opisane zosta y specyficzne cechy proponowanego systemu, wyró niaj ce go w ród innych systemów akwizycji. Jest to, po pierwsze - system wyspecjalizowany do obs ugi ochrony katodowej, po drugie –modu y AVR200 przystosowano do zainstalowania w istniej cych, klasycznych stacjach ochrony katodowej lub drena ach. Oczywi cie nie stanowi te problemu zainstalowanie tych urz dze w stacjach nowego typu. 1.Specyfika monitorowanych obiektów. Zjawiska zachodz ce w trakcie dzia ania aktywnej ochrony katodowej maj charakter wolnozmienny. Oznacza to tyle, e je eli ochrona przebiega prawid owo to nie ma potrzeby ci ego przekazywania chwilowych warto ci ledzonych parametrów do centrum dyspozytorskiego. Operatorowi mo e zale natomiast na zaobserwowaniu d ugoczasowych trendów wynikaj cych z naturalnego procesu starzenia si izolacji ruroci gu. Nawet relatywnie krótkotrwa e trendy spowodowane np. zmianami warunków zewn trznych (pogoda) mo na wystarczaj co precyzyjnie odwzorowa na podstawie np. cogodzinnych pomiarów –lecz, w tym przypadku, mówimy jedynie o przeprowadzeniu wyrywkowego i niezbyt cz sto wykonywanego badania - a nie o nieustannej transmisji potoku danych. Z naszych do wiadcze wynika, e pomiar wykonywany raz na dob jest w przypadku wi kszo ci obiektów wystarczaj cy. Powy sze stwierdzenie dotyczy - jak wspomniano - prawid owych i oczekiwanych zachowa monitorowanego obiektu. Jedynie zachowania nieoczekiwane –awarie, musz by wychwycone i przekazane do centrum w jaknajkrótszym czasie. Maj c to na uwadze przyj li my jednominutowy cykl pomiarowy oraz 24godzinny cykl przesy ania zbiorczej informacji opisuj cej prawid ow prac obiektu w minionej dobie. Dzi ki temu informacja o awarii mo e by przekazana niemal natychmiast, a informacja zbiorcza, do celów statystycznych - raz na dob . 2.Bardzo ma a obj to danych pomiarowych. Wst pne przetwarzanie danych pomiarowych i rozbudowany aparat matematyczny zaimplementowane w module AVR200 sprawiaj , e czna obj to przesy anych danych w ci gu doby nie przekracza kilkuset bajtów. W zale no ci od potrzeb klienta sprowadza si to do przes ania dobowego sprawozdania przy pomocy kilku SMS-sów. Sprawozdanie mo e zawiera warto ci rednie, minima i maksima, histogram oraz potencja y wy czeniowe zarejestrowane w ka dej godzinie minionej doby. 3.Odporno na okresowe zanikanie sygna u radiowego. Stacje ochrony katodowej cz sto znajduj si z dala od szlaków komunikacyjnych i zabudowanych obszarów. S to rejony s abego lub zanikaj cego sygna u GSM i wr cz braku mo liwo ci nawi zania czno ci GPRS. Modu y AVR200 potrafi wykorzystywa okresy lepszej propagacji sygna u radiowego do przesy ania danych. 4.Mo liwo korzystania z telefonu komórkowego. ytkownik mo e, korzystaj c z telefonu komórkowego, przes do wybranej stacji polecenia za czenia i wy czenia pr du, pliki konfiguracyjne a tak e pobra dane pomiarowe. Jest to istotn zalet podczas pomiarów w terenie (np. pomiar zasi gu dzia ania stacji). Wybrany telefon komórkowy mo e te by jednym z adresatów komunikatów alarmowych.

11

W powy szym diagramie przedstawi em ogólny schemat komunikacji pomi dzy modu ami pomiarowo-rejestruj cymi AVR200 a reszt wiata. Pokazane jest tak e cze z Pa stwa serwerem. cze to mo e wykorzystywa dowolny, ustalony wspólnie protokó –na przyk ad GAZMODEMII. Opcjonalnie umie ci em mo liwo obej cia naszego serwera –tak na wszelki wypadek. Wszelkie dane (kody steruj ce) dotycz ce sposobów komunikacji z modu ami AVR200 zostan oczywi cie udost pnione Pa stwu w momencie uruchomienia pierwszej instalacji.

12

W powy szym diagramie przedstawi em ogólny schemat komunikacji pomi dzy modu ami pomiarowo-rejestruj cymi AVR200 a reszt wiata. W wersji pilota owej Klient uzyskuje pe ny, uwierzytelniany indywidualnym has em, dost p do danych z dowolnego terminala do czonego do Internetu. Przesy ane dane s kodowane.

W podstawowej ofercie - Pakiet AVR200COM - proponujemy dobowy cykl od wie ania bazy danych znajduj cej si w serwerze POLDE. W ramach od wie ania uzupe niane s warto ci rednie, minima i maksima oraz potencja y wy czeniowe z ka dej godziny minionej doby. Ponadto w ka dym urz dzeniu generowany jest histogram dobowy, który równie umieszczany jest w serwerze. Wraz z baz danych udost pniamy Pa stwu narz dzia do wizualizacji i obróbki matematycznej gromadzonych danych. Oprogramowanie umo liwi równie generowanie okresowych raportów w uzgodnionym formacie.

Juliusz Radoli ski W Strumieniu, 4. pa dziernika 2005 roku

13

Mechanizmus p sobení katodické protikorozní ochrany Novák P. Vysoká škola chemicko-technologická v Praze, Ústav kovových materiál a korozního inženýrství

Katodická ochrana estože je katodická ochrana (KO) b žná metoda protikorozní ochrany ocelových konstrukcí v dostate

vodivém a mírn agresivním neutrálním vodném prost edí (p dy, vody) selhává specializovaná

literatura ve vysv tlení p

iny snížení korozní rychlosti i po mnoha letech od prvých praktických aplikací. Je

to imunita, potla ená aktivita nebo pasivita? Nej ast ji lze nalézt [1-3] a to i v nejnov jší specializované literatu e [4 -10] že se jedná o dosažení podmínek termodynamické rovnováhy kovu, nebo že je potla ena rychlost anodického rozpoušt ní kovu v aktivním stavu. P evládající zp sob vysv tlení je znázorn n na (obr.1), a je totožný s prvým teoretickým vysv tlením z roku 1938, které nezávisle podal Hoar a Mears s Brownem, tak jak je uvedeno v monografiích Evanse [1] (obr.2).

Obr.1 P evládající zp sob vysv tlení Obr.2 Prvé teoretické vysv tlení mechanizmu principu katodické ochrany.

sobení katodické ochrany

JižDavy [podle 11], si byl v roce 1824 v dom, že p i katodické polarizaci chrán ného povrchu dochází v jeho blízkosti ke koncentra ním zm nám, což se projevovalo v mo ské vod

p ítomností vrstvy

nerozpustných slou enin. P esto v il, že v p ípad , kdy je potenciál elektrody posunut záporným sm rem je kov chrán n v d sledku jeho stability v daném prost edí, v sou asné terminologii díky dosažení stavu termodynamické imunity. V tšina literatury, monografií a u ebnic dosud lpí na tomto vysv tlení a ignoruje žn známý poznatek, že p i alkalizaci prost edí dochází k významné zm

anodické k ivky železa. To, že

i katodické ochran dochází k alkalizaci v míst vady povlaku je všeobecn známé, ale d sledky této zm ny jsou posuzovány tém

výhradn ve vztahu k ú ink m na povlak.

14

Prvými, kdo poukázali na to, že p i katodické ochran m že v d sledku silné alkalizace docházet k pasivaci byl Freiman [27] a Leeds [12] (obr. 3). Také výzkum v oblasti aplikace katodické ochrany na železobetonové konstrukce [13, 20] a výzkum elektrochemických technik pro extrakci chlorid z betonu a jeho realkalizaci [19], velmi pomohly modifikovat názory na mechanizmus ochranných ú ink katodické ochrany. V p ípad betonu bylo totiž logické, že pórový roztok betonu, který ztratil vlivem karbonatace vodní alkalitu, ji práv katodickou polarizací získá zp t a katodickou ochranou je tak dosahován výchozí stav pasivity oceli v relativn siln alkalickém prost edí [13] (obr.4). S názorem, že klasické vysv tlení ú inku katodické ochrany oceli v p

posunem potenciálu do imunity neobstojí se lze také setkat v pracích o

disbondingu u Perdoma [22,23], který konstatuje: „Ukazuje se, že primární efekt katodické ochrany je spíše modifikace p dního elektrolytu, který je v kontaktu s ocelí, než zjednodušené vysv tlení, že ocel je polarizována za daného ochranného potenciálu do oblasti imunity“.

Obr. 3 Princip KO pasivací (A → C) dle Obr. 4 Princip KO v betonu pasivací dle Bertoliniho [13] z roku 2003. Leedse [12] z roku 1992. To, že pasiva ní potenciál železa v alkalickém prost edí se stává záporn jší, než je b žný ochranný potenciál podle Khuna lze nalézt jižmezi výsledky, které uve ejnil Pourbaix [15 ] i Suchotin [25]. Pasivní vrstva na železe tak m že vznikat i p i relativn velmi záporných potenciálech [11-14, 25]. V alkalickém prost edí (pH > 11), jsou pasiva ní potenciály železa záporn jší nežvýše zmín ný ochranný potenciál -850 mV(CSE) o p ibližn 150 mV [15, 25]. Zm na zp sobená katodickou polarizací není tedy spojená pouze s posunem korozního potenciálu záporným sm rem (obvykle pouze 100 až300mV) ale také s dramatickým vzr stem hodnoty pH (koncentrace OH- iont vzr stá o 3 až6 ád ) [12-14, 16-23, 26]. Kdyžje ocelový povrch katodicky polarizován za omezené konvekce na obvyklý ochranný potenciál, m ní se p vodní exponenciální potenciálová závislost rychlosti anodické oxidace kovu v aktivním stavu na závislost obvyklou pro pasivitu.

15

S použitím Suchotinových dat [25] prokázal Freiman [26], že katodická ochrana vede v modelovém uspo ádání bez konvektivního p enosu hmoty ke katodické pasivaci železa již p i obvyklém ochranném potenciálu. Pro mechanizmus ochranného p sobení katodické ochrany je také d ležité, že chloridy a sírany, které stimulují anodické rozpoušt ní železa a zp sobují tak jeho malou korozní odolnost v nechrán ném stavu, jsou z elektrolytu v blízkosti chrán ného povrchu odstra ovány migrací [19]. Migrace také odstra uje OH- ionty, ale ty jsou na katod ješt rychleji produkovány. Povrchová koncentrace OH- iont

stále vzr stá a je

-

vyrovnávána až difúzí p i dosažení vysokého koncentra ního gradientu OH iont , nebo neutraliza ním inkem p dního oxidu uhli itého a hydrogenuhli itan . V p ípad , že je znemožn na konvekce, vzniká na katodicky chrán ném povrchu roztok hydroxidu sodného nebo draselného. V blízkosti chrán ného povrchu precipitují migrující vápenaté a ho

naté kationty v d sledku zvýšené alkality, jako málo rozpustné

slou eniny (Mg(OH)2 a CaCO3) [17, 24] a jílovitá zemina vlivem zvýšené alkality ztvrdne vlivem vzniku geopolymer . Tvorba t chto látek stále pokra uje a tak se dále potla uje jak možnost konvekce, tak difúze. To, že se p i katodické ochran v p vodn kovov

jedná o vznik pasivní vrstvy potvrzuje také okolnost, že na

istém povrchu, který byl dlouhodob katodicky chrán n vzniká p i ochranném potenciálu -

850 mV/CSE vrstva magnetitu, na cožpoukázal jižLeeds [12]. Vysoká alkalita roztok

v blízkosti katodicky polarizovaného povrchu byly námi experimentáln

potvrzeny jak p i modelových pokusech, tak p i m eních a odb ru vzork na místech výkop u vad povlaku ocelového potrubí, které bylo chrán ného více jak 40 let. V provozních podmínkách byl také v blízkosti zjišt né vady pozorován vznik tlusté kompaktní vrstvy siln alkalických nerozpustných tuhých produkt . Složení t chto produkt je blízké neovlivn né zemin v okolí vady, což potvrzuje, že ke ztvrdnutí dochází edevším vlivem p em n zeminy za zvýšené alkality a nikoli vlivem precipitace nerozpustných slou enin vápníku a ho íku. Záv ry Katodická ochrana uhlíkové oceli je v p dním elektrolytu elektrochemická úprava prost edí, která vede k silné alkalizaci a vznikají tak podmínky pro katodickou pasivaci ocelového povrchu.

16

Literatura 1. Evans U.E.: Metallic Corrosion, Passivity and Protection, Fig. 114, p. 531., The Corrosion and Oxidation of Metals, p.891. Edward Arnold, London 1946, 1960 2. Wranglén G.: An introduction to corrosion and protection of metals, p.167 Institut för Metallskydd, Stockholm 1972 3. Shreir L.L.: Corrosion, Vol. 2, p. 11.6. George Newnes, London 1965 4. Shreir L.L., Jarman R.A., Burstein G.T (Eds.): Corrosion, Vol. 2, Cathodic and Anodic Protection, p. 10.7. Butterworth –Heinmann, London 1994

(Active Library on Corrosion)

5. Jones D.A.: Principles and Prevention of Corrosion, p.444. Prentice Hall, Upper Saddle River 1996 6. Baeckmann W., Schwenk W., Prinz W. (Eds.): Handbook of Cathodic Corrosion Protection, 3rd Ed., Gulf Professional Publishing, Elsevier, Houston 1997 7. Wendler-Kalsh E., Gräfen H.: Korrosions-schadenkunde, p. 26. Springer, Berlin 1998 8. Baeckmann W., Schwenk W. (Eds.): Handbuch des kathodischen Korrosionsschutzes, 4. Auflage. Wiley –VCH, Weinheim 1999 9. Juchniewicz R. et al.: Cathodic and Anodic Protection, Fig. 8-5, p.393 in: Corrosion and Environmental Degradation, Vol. I (Ed. Schütze M.). Wiley-VCH, Weinheim 2000 10. Stansbury E.E., Buchanan R.A.: Fundamentals of Electrochemical Corrosion, p.173. ASM International, Materials Park 2000 11. Scantlebury D.: Cathodic protection „What we know, and what we think we know“, Proceedings of 15th International Corrosion Congress, 9p. Granada, Spain (2002) 12. Leeds J.M.: Cathodic-generated film protects pipe surface. Pipeline Industry, 37-41, September (1992) 13. Bertolini L., Padeferri P., Redaeli E., Pastore T.: Repassivation of steel in carbonated concrete induced by cathodic protection. Materials and Corrosion 54, 163-175 (2003) 14. Tkalenko M.D., Tkalenko D.A., Kublanovskyi V.S.: Change in the pH of solutions and the cathodic passivation of metals under the conditions of electrochem. protection in aqueous media. Materials Science 38, 394-398 (2002) 15. Pourbaix M.: Atlas of electrochemical equilibria in aqueous solutions. p.315, NACE Houston 1974 16. West J.M.: Basic corrosion and oxidation, Sec. 11., p.135. Ellis Horwood, Chichester 1980 17. Wolfson S.L., Hartt W.H.: An initial investigation of calcareous deposits upon cathodic steel surfaces in sea water. Corrosion 37, 70-76 (1981) 18. Mattsson E.: Basic Corrosion Technology for Scientists and Engineers, p.96. IOM, London 1996 19. Mietz J. (Ed.): Electrochemical rehabilitation methods for reinforced concrete structures. European Federation on Corrosion Publication No. 24, IOM Comm., London 1998 20. Glass G.K., Hassanein A.M.: Surprisingly effective cathodic protection. The Journal of Corrosion Science and Engineering, Vol. 4, Preprint 7; 9p., Conference "Cathodic Protection", UMIST Manchester 2003 21. Glass G.K., Chadwick J.R.: An investigation into the mechanisms of protection afforded by cathodic current and implications for advances in the field of cathodic protection. Corrosion Science 36, 21932209 (1994)

17

22. Perdomo J.J., Song I.: Chemical and electrochemical conditions on steel under disbonded coatings: the effect of applied potential, solution resistivity, crevice thickness and holiday size. Corrosion Science 42, 1389-1415 (2000) 23. Perdomo J.J., Chabica M.E., Song I.: Chemical and electrochemical conditions on steel under disbonded coatings: the effect of previously corroded surfaces and wet and dry cycles. Corrosion Science 43, 515532 (2001) 24. Alakamine K., Kashiki I.: Corrosion protection of steel by calcareous electrodeposition in seawater. Part I, IHI Engineering Review 36, 141-147 (2003). Part II, Zairyo to Kankyo 51, 401-407 (2003) 25. Suchotin A.M., Parpuc I.V.: Vlijanie pH na passivaciju železa, Zašita metallov 20, 73 (1984) 26. Freiman L.I., Kuznetsova E.G.: Model investigation of the peculiarities of the corrosion and cathodic protection of steel in the insulation defects on underground steel pipelines, Protection of Metals 37 (5) 537 (2001) 27. Frejman L.I., Striževskij I.V., Junovi M.Ju.: Passivacija železa v grunte pri katodnoj zaš ite. Zaš ita metallov 26 (1) 104 (1988)

18

Katodická ochrana proti chemickým vliv m –Most Bechyn

JEKU

Katodická ochrana pro obloukový most v Bechyni. 3.1. Úvod Možnost aktivní ochrany výztuže v betonu je diskutována již od konce padesátých let. Rešerše z celého sv ta, ale i z našich odborných pracoviš poukazovaly na možné pozitivní výsledky z hlediska rychlosti korozních proces železa v betonu aplikací vnuceného proudu do uzav eného systému anoda – beton – výztuž(katoda). Práv konec padesátých let je ozna ován jako doba, kdy v USA byl ohlášen objev realkalizace betonu elektrickým proudem. Teprve v r.1970 se poda ilo vyrobit odolnou anodu a po té mohla být zahájena i pr myslová výroba katodické ochrany. V Evrop jsou získávány zkušenosti s tímto systémem od konce sedmdesátých let. V devadesátých letech poznatky dostaly reálnou podobu v podob návrhu standard . Mezi prvními standardy pro tuto problematiku byly americké p edpisy NACE RP0187-87 a RP0290-90, na tyto texty navazoval p edpis britský, který se pozd ji zm nil v návrh normy PREN 12696-1. Tento p edpis získal i v R definitivní podobu v roce 2000, jako standard SN EN 12696 (038440). Je nutno poznamenat, že diskutovaný systém nelze slu ovat s aplikacemi aktivních ochran liniových za ízení. Stru si uve me základní princip funkce popisovaného za ízení. Jedná se o systém, jehožcílem je výrazné zpomalení korozních proces výztuže v betonu zjednodušen eno „vy išt ním“ napadených krycích vrstev výztuže od agresivních látek, kterými jsou p evážn chloridy, pomocí vnuceného proudu a ob tované anody p iložené na nebo do krycí vrstvy betonu. Obr.1 Principiální schema katodické ochrany

V betonu je ocelová výztužschopna plnit svoji funkci celá desetiletí; výztužje chrán na proti korozi pasivní oxida ní vrstvou, pokud se výztužnachází v alkalickém betonu bez chlorid (pH<=12). Trhlinami a póry mohou pronikat chloridy do betonu nap . dešovou vodou, obsahující posypovou l. P ekro ením kritického obsahu chlorid v betonu dochází k porušení pasivní oxida ní vrstvy. P i tomto procesu, který se dá ozna it jako ztráta pasivity (depasivace), m že dojít ke vzniku makroelement i galvanických lánk mezi aktivní - korodující ástí a pasivní - dosud nekorodující ástí výztuže. Následkem je koroze a s ní spojené zeslabování pr ezu výztuže v betonu. Pasivní vrstva m že být také narušena poklesem hodnoty pH p i karbonataci betonu, ke které dochází pr nikem kysli níku uhli itého ze vzduchu se stejnými kone nými d sledky. Obrázky 2 a 3 tuto situaci zobrazují.

19


Obr.2. P sobení rozdílných podmínek, vody a kyslíku na výztuž v betonu, vznik makro lánku

JEKU

Obr.3. P sobení chlorid na výztuž

Pokud jsou jižpoškozeny krycí vrstvy výztuže a korozní procesy intenzivn probíhají, tj. jsou etelné a mohou být jižpatrné p i vizuální prohlídce, nezbývá, nežprovést diagnostiku stavu výztuže a stanovit rozsah poškození výztuže, po té je nutno provést v nezbytném rozsahu opravu odbouráním poškozených krycích vrstev a obnovením poškozených ástí výztuže. Následuje obnovení krycích vrstev výztuže a následn lze aplikovat katodickou ochranu. sobením katodické ochrany se dosáhne zamezení áste né anodické reakce Fe −−> Fe++ + 2 e- opa orientovaným stejnosm rným proudem v oblastech d íve vystavených korozi. Protikorozního p sobení m že být dosaženo zapojením chrán ného kovu (u železobetonu výztuž) jako katody, která je polarizována malým vnuceným stejnosm rným proudem p es odolnou anodu. Dochází k alkalizaci výztuže a k okyselení anody. P ítomné chloridy budou putovat v elektrickém poli k anod , kationty putují sm rem k výztuži. Škodlivé vedlejší ú inky t chto reakcí se p i prakticky uplatn né proudové hustot cca od 5 do 20 mA/m2 povrchu výztuže o ekávají. Nevhodné koncentraci ochranného proudu (nap ové úchylky) je nutno p edejít správným ízením ochrany.

20


JEKU

Na obr.4 je znázorn no praktické ešení katodické ochrany železobetonu v p vodní podob na zkoušeném vzorku. Ve vtahu k obr. 1 je z ejmý elektrický obvod tvo ený anodovou sítí, elektrolytem je beton a výztužje chrán nou katodou. Obr.4. Praktické ešení katodické ochrany

V praxi je ochrana realizována tak, že anoda z ušlechtilého kovu (nap . titanu) je iložena na povrch krycí vrstvy betonu a je sama betononem obalena. Beton tvo í elektrolyt i druhé elektrod – katod , kterou tvo í výztuž. Podmínkou funkce bylo elektricky definované propojení výztuže, aby mohlo dojít k uzav ení funk ního elektrického obvodu. První praktické aplikace katodické ochrany byly provedeny na poškozených mostních objektech, pozd ji bylo p ikro eno i k aplikacím preventivním. Ty byly realizovány v p ípadech, kdy stavba byla uvažována nap . v alpských podmínkách a bylo z ejmé, že komunikace bude dlouhé zimní období korozn namáhána posypovými solemi. Takové stavby byly realizovány v Rakousku i dalších alpských zemích. O n kterých realizací bylo na této konferenci referováno jižv devadesátých letech. Obr. 5. Mostní stavby s aplikací katodové ochrany: Brennerský most a Heinrichhofbrücke

21


JEKU

Obr. 6. ešení ídících jednotek a jejich uložení pro katodickou ochranu v Rakousku.

Návrh katodické ochrany v podmínkách R Již v roce 1996 byl p ipravován projekt, jehož cílem bylo poprvé v podmínkách R takovou katodickou ochranu realizovat. P íprava probíhala velmi pe liv ; tém deset let (cca od roku 1985) byly shromaž ovány materiály o ešení takové ochrany. ešení bylo respektováno na všech úrovních zadání, tj. od projektanta až po investora a jeho cílem byl návrh první aplikace této ochrany v praxi v R. Jednalo se o rekonstrukci obloukového mostu v Bechyni. V této dob se ešení opíralo o praktické zkušenosti z cca p tiletého provozu katodické ochrany stejného typu na most v Brenneru v Rakousku. V podmínkách R nebyly v té dob pro podobná díla zavedeny žádné standardy a cílem práce bylo aplikovat zavedený systém a získat dostatek informací práv pro specifikaci podmínek pro návrh podobných za ízení. Jednalo se o dlouhodobou práci, jejížpoznatky byly pozd ji podkladem pro formulaci ásti kapitoly 8 technických podmínek MD R TP 124 „Základní ochranná opat ení pro omezení vlivu bludných proud na mostní objekty a ostatní betonové konstrukce pozemních komunikací“které nabyly ú innosti do praxe ažo ty i roky pozd ji, v roce 2000. Volba mostního objektu. Pro volbu obloukového mostu v Bechyni byla vzata v úvahu tato hlediska: edn bylo ujasn no, že nep ipadá v úvahu, aby byla ochrana aplikována na most s p edpjatou výztuží. D vodem byla a dodnes je zna ná obava o nehomogenní rozložení elektrolytu (cementového mléka) kolem p edpjaté výztuže zejména v oblasti zakon ení kanálk a rozpletení pramenc p edpjatých kabel , jejížd sledkem by bylo lze o ekávat i nehomogenní distribuci ochranného proudu a riziko lokálního p echrán ní výztuže s d sledkem zk ehnutí edpjatého prvku, anižby bylo možno takový stav monitorovat. Z hlediska ekonomického vyhodnocení bylo již v té dob zcela jasné, že aplikace katodické ochrany je efektivní z hlediska finan ních náklad jen na velkých mostních konstrukcích; z ekonomických rozvah vyplynulo, že u malých mostních objekt je levn jší konstrukci zlikvidovat, nežji vybavovat katodickou ochranou.

22


JEKU

Dalším kritériem, které bylo vzato v úvahu je rozsah katodické ochrany. Kritérium vychází z m rných náklad na metr tvere ní na instalaci katodické ochrany i, a to zde edevším, z pohledu životnosti funkce katodické ochrany. Dle podklad získaných bylo patrné, že instalace pouze na poškozených místech (tj. nap . ásti pilí , apod.) dlouhodob nep ináší efekt a ochranu je nutno cca do deseti až dvaceti let obnovit, nehled k ur itému riziku vzniku korozních lánk mezi novou a starou výztuží a chrán nou výztuží a nechrán nou výztuží. Volba místa je velmi p íznivá i z hlediska výskytu bludných proud , nebo elektrizovaná tra D vede po mostním objektu a zárove se most nenachází v pr myslovém centru s velmi hustým výskytem elektrických polí v zemi. Navržená katodická ochrana by tak nejen splnila sv j úkol, ale byla by i zárove referen ním bodem pro kontrolu, srovnávání, vyhodnocování a další stanovování zásad pro navrhování aktivních ochran na mostních objektech v R. Tedy stávající již osv ený systém katodické ochrany by byl dopln n zkušeností odpovídající b žným provozním podmínkám na území R. Všem t mto kritériím vyhovoval práv most v Bechyni, který je velkých rozm , bez edpjaté výztuže, ale s mohutnou m kkou výztuží. Jedná se o železobetonový obloukový most stá í ádov padesáti let, u n hož nebudou všechny zkorodované výztuže v rámci rekonstrukce m ny. Korozní stav výztuže oblouk byl šet en postupn n kolika diagnostickými m eními a byl stanoven požadavek provést mapování korozního stavu polo lánkovou metodou ve smyslu o mnoho let pozd ji zavedeným standard m, když bylo ejmé že korozní napadení výztuže je zna né. Krom t chto p edností bylo velmi výhodné ešení konstrukce op ry mostní stavby pro uložení zdroje a ídící jednotky tak, aby za ízení nebylo lehce odcizitelné (cožje v podmínkách R zásadní otázka). Návrh ešení ochrany. Je nutno poznamenat, že od prvního návrhu ešení po zahájení rekonstrukce mostní stavby ub hlo dev t let. Vlastní návrh katodické ochrany pro obloukový most v Bechyni byl proveden ve spolupráci s firmou provád jící diagnostiku mostu a projektantem rekonstrukce mostu (PONTEX s.r.o.) a dále s firmou CMS GmbH a pozd ji s firmou Protector AS. Rozsah a volba varianty ochrany byly voleny na základ p edb žných finan ních možností investora ( editelství silnic a dálnic eské Bud jovice) a rozpo tov bylo se systémem kalkulováno jižod samého po átku projektu. Technické parametry návrhu. i návrhu a dimenzování ochrany byla respektována následující kritéria: - velikost ochranného proudu, který závisí na výztuži a geometrii plochy, jenžmá být chrán na (max. polarizace 2 až20 mA/m2 i nap tí zdroje 2 - 5V), - požadavek na zajišt ní elektrické vodivosti výztuže byl od samého po átku definován jednozna kontrolou a prov ováním prova ení výztuže, - anoda musí být navržena odolná v i prost edí v betonu a musí zajistit p echod proudu v prvním návrhu byly zvoleny titanové sít , - zabudování referen ních elektrod na prov ení ú innosti systému – v prvním návrhu byl zvolen zavedený systém s referen ními elektrodami CMS.

23


JEKU

Pro zajišt ní ú innosti ochrany byla p ijata dosud praktikovaná kritéria ú innosti systému dle vybraných ukazatel . Ukazatelem kvalitní funk nosti za ízení bylo zejména: - potenciál t sn po vypnutí musí být < -0,4V, - pokles b hem prvních 4 hodin musí být > 0,1V. První m ení je možné provád t teprve p ibližn po 14 dnech po nanesení st íkaného betonu. P i m ení po kratší dob mohou být zjišt né potenciály vlivem nerovnom rného vytvrdnutí ješt nevyrovnané. Spot eba energie je dle zkušeností zanedbatelná (0,1W/m2). V p ípad , že za ízení je instalováno v místech, kde není zdroj elektrické energie, lze pro napájení systému využít slune ní kolektory. Krom shora uvád ných technických kritérií byla sm rným ukazatelem pro rozsah návrhu finan ní náro nost ešení. Pro dané podmínky byla navržena v roce 1996 flexibilní titanová anoda. Dispozi ní ešení anody odpovídá nejvíce poškozeným míst m oblouk mostu. Oblouky byly rozd leny na n kolik ástí s definovaným zp sobem napájení a regulace. Stav koroze výztuže byl navržen monitorovacím systémem CMS. Rovnom rnost napájení je zajišt na vhodným rastrem napájecích bod , zásadní požadavek je stanoven na kontrolu spojitosti (prova ení) výztuže. Za ízení je p ipraveno jak na sledování ob asné, tj. pravidelnými návšt vami obsluhy mostu, tak s možností dovybavení za ízení modemem pro dálkové sledování dat. Za ízení se provozuje bez obsluhy. Z hlediska stavebních úprav nevznikají žádné zvláštní nároky na pr h rekonstrukce mostu. Flexibilní sí se instaluje na opravenou vyrovnávací betonovou vrstvu a p ed sana ními torkretovými omítkami. V p íloze je uveden zmenšený ez obloukem mostu s návrhem katodické ochrany mostu. Obr.7. ez nosnou obloukem mostu s uložením anody

24


JEKU

Parametry mostu. délka mostu:

203,3 m

po et polí:

1 oblouk 90 m + 2x 4 pole po 13m

ší ka mostu:

6,6 m komunikace, 3,120 m kolej, celkem 9,72m

ložiska:

nejsou

mostní záv ry:

flexibilní, provedení shodné jako BAKOR s p eklenutím izola ní spáry.

Cenová náro nost katodické ochrany. Základem pro ur ení ceny byla cena titanové sít ; – v té dob cca 2.000,- rakouských šilink za jeden metr tvere ní, cožbyla cena srovnatelná s nabídkou i jiných firem, nap . firmy ELTECH System Corporation z Velké Británie (z roku 1985). Samoz ejm pro celkovou cenu je dále ur ující velikost chrán ných ploch, které byly dány plochou chrán ných ástí oblouk mostu; jednalo se o cca 600m2. Nabídková p edb žná cena inila v té dob s p vodním materiálem v rozsahu 600 m2 celkem cca 2,900.000,-AS. Cena zahrnovala náklady na flexibilní anodu, kompletní elektroniku a náklady spojené s uvedením do provozu. i revizi projektu v roce 2000 byly vyhodnoceny nové praktické poznatky, zejména s ohledem na postup realizace. Ve druhém návrhu byla provedena úprava ešení, které zna usnadnilo postupy a zárove výrazn zefektivnilo celou sanaci oblouk . Titanová sí byla nahrazena systémem s polymerovou vrstvou CAMUR-ZEBRA. Vrstva se nanáší na obnovovací krycí vrstvu výztuže, na kterou nejsou kladeny žádné speciální požadavky. Nové ešení tedy výrazn zefektivnilo celou realizaci rekonstrukce mostních oblouk a nahradilo z ásti sana ní práce na obloucích. Je tak uspo en zna ný rozsah stavebních prací. Nový systém, který je dodávkou norské spole nosti PROTECTOR, byl podroben p i výb ru edevším hodnocení efektivnosti a životnosti systému z pohledu celé stavby. Cílem bylo samoz ejm pokud možno zachovat p vodní rozpo et z roku 1996 až1998. Obr.8. Polymerová anoda v etn sana ního nát ru firmy PROTECTOR

„CAMUR-ZEBRA“je bezplastový dvoukomponentní reaktivní nát rový systém s dobrou vodivostí a dlouhodobými adhezními vlastnostmi. Anoda je chrán na povrchovou úpravou v podob 5 mm vodonepropustné membrány - vrstvy v požadované barv . Ochranná vrstva na anod nahrazuje d íve nezbytné torkrety nanášené na titanové sít . Dochází tak k výraznému zjednodušení i zlevn ní finálních prací. Tato finální elastomerová vrstva je zárove velmi vhodné dopl ující pasivní ochranné opat ení i pro další aktivn nechrán né ásti mostu.

25


JEKU

ídící systém Camur p edstavuje komplexní vybavení idly a vyhodnocovacím systém se zp tnou vazbou a ízením procesu. Systém obsahuje nap ov ízený usm ova , datalogger Camur pro 24 kanál , zejména pro m ení teploty a vlhkosti, pH, korozní rychlosti, množství chlorid , elektrického odporu betonu, a to pomocí instalace refern ních elektrod ERE 20, 2 ks elektrod HygroTemp a instalace 3ks Corrate elektrod. Systém byl p ipraven pro napájení ze slune ních baterií a napojení na GSM modul.

Elektrické parametry katodické ochrany. Pro výpo et se p edpokládá se proudové zatížení cca 5mA/m2, z praxe je jsou dostupné informace, že proud 1 a 5 mA je posta ující. Základním kritériem poklesu nap tí bylo korigováno na 100mV pokles (depolarizace) na více než2/3 plochy elektrod.

Instalace v praxi. Vypsanou sout žvyhrála v roce 2004 spole nost FIRESTA s.r.o. za výrazn nižší cenu (cca o t etinu) než cenu p vodn rozpo tovanou, bohužel s jediným cílem – katodickou ochranu nerealizovat z finan ních d vod od samého po átku, a to i kdyžv rozpo tu investora bylo s cenou na za ízení po ítáno. V pr hu roku 2004 m la být v rámci diagnostiky mostní stavby provedena zbývající diagnostika stavby; mapování polo lánkovou metodou mostních oblouk - nikdy nebylo provedeno. Objevil se další významný argument dodavatele – výztuž nelze obnažovat pro p íliš kvalitní beton, tudížnelze ov it elektrické definování propojení výztuže. Ve skute nosti však stav oblouk vypadal dle obrázku 9: Obr.9. Obnažená výztužoblouku mostu v Bechyni po tryskání tlakovou vodu

i tomto stavu výztuže oblouku dodavatel mostu p ichází s dalším významným argumentem, s nímž se setkáváme p edevším u n meckých dodavatel staveb. Výztuže nelze prova ovat, protože by mohla být oslabena její statická únosnost. Tento argument je však vy ešen jižv osmdesátých letech, kdy byly stanoveny zásady pro ochranu mostních staveb p ed inky bludných proud ; v této dob byl zakotven požadavek na prova ování výztuže z 50%!, nehled na sou asné možnosti techniky p i prova ování výztuže. Je t eba p ipomenout, že prova ení výztuže pro elektricky definované pospojení vodi t ídy I. není prova ení staticky

26


JEKU

únosnými svary, ale pouze bodové svary na výztuži. Prova ování výztuže se provádí pouze v rohovém prvku oblouku. Z obrázku 9 je z ejmé, že se jednalo o silné profily výztuže (cca o pr ru 32mm). Když ani tyto argumenty neobstály, dodavatel obešel celou republiku „i okolí“, aby našel argumenty pro nerealizaci systému. A byl úsp šný. Našel je v podob stavebních specialist z VÚT Brno ov ených tituly p ed i za jménem, kte í však o katodické ochran li jen pramálo a sv j posudek zpracovali porovnáním autora návrhu ochrany s technickými podmínkami TP 124 téhožautora zpracovanými na základ více neždesetileté práce a práv poznatk získaných p i návrhu ochrany mostu v Bechyni. Tém dvacetiletá práce tak p išla vnive lidskou hloupostí, odbornou neznalostí a parciálním zájmem získat v tší efekt z jedné zakázky. V sou asné dob tak máme na území R, p evzatý evropský standard, plno teoretických poznatk , ješt více rádoby odborník na aktivní ochrany a žádné praktické zkušenosti, které by trendy aktivních ochran dokázaly zodpov dn usm rnit, podporovat nebo naopak omezit. V roce 2000 uvedením technických podmínek TP 124 do praxe byly z t chto vod p iv eny dví ka pro jednoduché a bezhlavé aplikace aktivních ochran v praxi – práv do doby, nežbude možné ov it všechny aspekty na konkrétní a k tomu ú elu vhodné stavb . Nestalo se tak. Nezbývá, než znovu od za átku za ít vybírat vhodnou mostní stavbu, která spl ovat všechna pot ebná kritéria pro praktickou aplikaci tohoto systému ochrany.

Záv r. ednáška poukazuje na adu praktických problém , se kterými je nutno se vypo ádat ed návrhem, p i návrhu a následn p i realizaci katodické ochrany na železobetonových konstrukcích. Cílem p ednášky je p edevším upozornit na skute nost, že katodické ochrany na mostních objektech nelze navrhovat systémem typového projektu most od mostu, ale že se jedná o velmi speciální za ízení, které vyžaduje mnoho znalostí a spolupráce s adou dalších odborník v oblasti stavebnictví, koroze, ízení a p enosu dat, atd. Rovn ž je nutno neopomenout, že takový návrh je závažným zásahem do konstrukce stavby a postupu výstavby, vyžaduje velmi úzkou spolupráci s dodavatelem stavby a projektantem stavební ásti, protože v sou asném stupni poznání se návrhy katodických ochran p ímo prolínají se sanací mostních staveb a nelze je od stavebního ešení rekonstrukce nebo nového návrhu stavby odd lit. Praxe ukázala, že ešení je t eba se velmi pe liv v novat již v úvodních stupních projektové dokumentace tak, aby projektant stavby mohl ešení p ímo zakomponovat do stavebního ešení v podob respektování typu sana ních a vrchních vrstev spojených s instalací anodového systému a systému referen ních elektrod i kone instala ních rozvod .

27

Katodická ochrana proti ú ink m bludných proud , most v Srbsku

JEKU s.r.o

Katodická ochrana železobetonových konstrukcí - ochrana proti bludným proud m, most v Srbsku Bohumil Ku era, JEKU s.r.o.11 Anotace V roce 2003 byla realizována aplikace ízené katodické ochrany na mostním objektu u Berouna v Srbsku. Pro aplikaci systému byla vybrána mostní stavba obnovená po povodních v r.2002 s nov navrženými železobetonovými podp rami a ocelovými prvky nosné konstrukce. Jedná se o stavbu, která je v bezprost ední blízkosti elektrizované trat D , ili pod vlivem ú ink bludných proud . P ed vlastním návrhem ochrany byly zmapovány dostupné literární prameny pro stanovení vhodného ochranného potenciálu výztuže v betonu, i vlastní realizaci byla stavba p i návrhu zdroje otestována z hlediska kapacity a po té byl navržen celý systém napájení, ízení a monitorování katodické ochrany. V p ednášce jsou uvedeny vybrané výsledky z dlouhodobých m ení. V záv ru je provedeno hodnocení navrženého systému v etn rizik spojených s provozem podobného za ízení. Zmín n je úkol Katodická ochrana ve vztahu k železobetonovým konstrukcím edn je t eba vymezit, že s katodickou ochranou ve vztahu k železobetonovým konstrukcím se m žeme setkat ve dvojím provedení. Bu se jedná o katodickou ochranu proti ink m korozních proces fyzikálního a fyzikáln -chemického charakteru, zjednodušen pro praxi pro omezení p sobení agresivních látek v betonu, zejména chlorid . Tento druh ochrany proti korozi betonu byl standardizován p edpisem SN EN 12 696. Systém ešení ochrany je jednozna definován, jedná se o aplikaci anody p ímo na povrch železobetonové konstrukce, kdy katodu tvo í výztužs p edepsanými parametry. eská republika pat í k zemím, které standard p evzaly, avšak u nás je na tuto ochranu stále pohlíženo se zna nými obavami a despektem a doposud se ji nepoda ilo realizovat. Druhou variantou katodické ochrany je ochrana vycházející z aplikací p i ochran liniových za ízení (plynovod , vodovod , aj.), s d razem na ochranu konstrukce proti ú ink m bludných proud . ešení principiáln spo ívá v zavedení oddálených anod napájených ízeným zdrojem, které chrání katody – chrán né objekty. Tento systém ochrany není na železobetonových konstrukcích zaveden, roky je o n m diskutováno a pojednáváno, chybí praktické zkušenosti s funkcí podobného systému v terénu. V dalším pojednání této p ednášky se budeme v novat p edevším tomuto druhému systému ochrany. Podle obecných poznatk o vlivu cizích elektrických polí na železobetonové konstrukce že být praktické provedení této ochrany zna komplikované a v n kterých p ípadech i rizikové. Aby nemohlo dojít k nevhodnému zp sobu aplikace, jsou v zavedeném p edpisu Ministerstva dopravy R12 podmínky pro instalaci jakékoliv katodické ochrany zna ztíženy. Zavedená metodika popisuje velmi pe liv , co všechno musí být diagnostikováno p ed rozhodnutím o instalaci katodické ochrany. Jedná se o adu m ení zejména elektrických parametr – tj. p edevším standardní m ení vlivu bludných proud dle platné metodiky DEM. Tato m ení se pak dopl ují dalšími podp rnými m eními provád nými v rámci diagnostiky mostních staveb vypovídajícími o stavu betonu a výztuže. Je jist otázkou, zda m ení vlivu bludných proud poskytuje ideální metodiku pro rozhodování o aplikaci takové ochrany, kdyžvýstupem je informace o okamžitém (a zpravidla trvalém) korozním namáhání cizími elektrickými poli, aniž by ješt mohlo ke zvýšenému 11

Na realizaci díla se spolupodíleli: KPTECH s.r.o. - návrh a realizace stanice, návrh a realizace systému ízení ochrany, Nová Hu a.s. dodavatel mostní stavby 12 TP 124

28


JEKU s.r.o

rozvoji korozních proces docházet, zatímco rozhodující informace z výstupu diagnostiky mostu, tj. standardní m ení a vyhodnocení dle platných metodik13 , se opírá až o projevy koroze. Lze tedy vyjád it domn nku, že zavedená p ísná kritéria do ur ité míry blokují v asnou aplikaci aktivní ochrany. Stejnosm rný bludný proud m že zp sobit i podpo it korozní proces oceli v cementové sm si nebo v betonu. Vzhledem k heterogennímu charakteru betonové hmoty je ejmé, že jednotlivé lokality povrchu výztuže se nenacházejí ve stejných korozních podmínkách. To se navenek projevuje nestejnou korozní rychlostí oceli v jednotlivých lokalitách. Rozdíl v hodnotách korozních rychlostí je tím v tší, ím v tší je rozdíl v korozních podmínkách a ím v tší je pom r ploch sousedících katodicky a anodicky se chovajících lokalit. Podmínky iniciace korozního procesu nelze jednoduchým zp sobem popsat. P i ní se uplat uje mnoho faktor , z nichž n které mohou p sobit protich dn , jiné naopak synergicky. Koroze bludnými proudy závisí na ase, proudové hustot a na procházejícím náboji. Náboj, který je nutno dodat pro iniciaci koroze, vzr stá s klesající proudovou hustotou, pokud beton neobsahuje chloridy nebo pokud proud není stacionární. Bylo zjišt no, že v cementové sm si bez obsahu chlorid nebyla koroze iniciována po dobu 14 m síc trvale aplikované proudové hustoty 1A/m2 a p i dodání náboje 10.000A.h/m2, zatímco pouze 10 dn a náboj 2.200 A.h/m2 sta il pro iniciaci koroze s anodickou proudovou hustotou 10A/m2. Výsledky dosažené na vzorcích s ocelí v betonu byly v souladu s výsledky dosaženými na vzorcích oceli z cementové sm si. P ítomnost malého množství chlorid vedla ke znatelnému poklesu náboje nutného pro iniciaci koroze. Bylo dokázáno, že stejnosm rný bludný proud m že také zvýšit korozní rychlost oceli, která jižkoroduje v prost edí kontaminovaném chloridy, protože bludný proud že podpo it r st korozních d lk i zp sobit zvýšení jejich po tu na korodující ploše oceli. V zahrani í i u nás provád né pokusné analýzy cementové sm si odebrané z blízkosti oceli namáhané bludným proudem zp sobujícím korozi neprokázaly žádné znatelné zm ny pH nebo množství chlorid ve vztahu k iniciaci koroze. Rizika spojená s aplikací katodické ochrany v praxi Z praxe v oblasti instalace a údržby za ízení pro sledování vlivu bludných proud je známa ada rizik, která by p ipadala v úvahu p i instalaci pom rn citlivého systému katodické ochrany. Jedním z možných rizik je iniciace korozních proces vnucenými zdroji, tj. vloženým proudem z katodické ochrany. Je nutno p ipustit, že takový stav m že za ur itých podmínek nastat p i lokálních nehomogenitách uložení kovových prvk v betonu a zejména na edpjatých výztužích. M že tak dojít ke vzniku míst na ploše výztuže, kde bude proud vystupovat koncentrovan z jednoho místa v nep ípustných proudových hustotách. V d sledku tohoto stavu takové místo nejenže pak nemusí být chrán no, ale naopak m že být poškozováno nadm rným anodickým rozpoušt ním.14 Opakem tohoto stavu situace, kdy výztužbude namáhána p ílišvelkým záporným nap tím; v takovém p ípad m že v n kterých ípadech docházet ke zm mechanických vlastností železa, tzv. k ehnutí železa. Tento proces se samoz ejm týká p edevším použití p edpjatých výztuží, jejichžnáchylnost k rozvoji korozních proces 15 je podpo ena stavem nap tí. Pro p ípad výztuže v betonu má polariza ní k ivka tvar odpovídající použitému materiálu (pro výztuže se používají p evážn nízkouhlíkové oceli t .10 i. 1116) v alkalickém prost edí pórového roztoku - viz obrázek .1.17 13

nap . TP 121 nebo návrh TP na predikci životnosti železobetonových konstrukcí Nap . SN EN 50162, p íloha A 15 R zné literární prameny uvád jí aždesetinásobnou citlivost p edpjaté výztuže v i korozi železové výztuže 16 Technické kovy, jejich výroba, vlastnosti a zkoušení, A.Beneš, SNTL, 1958, str.171, Betonové mosty, L.Landa, Z.Kleisner, J.Zvara, SNTL, 1988 14

17

Ochrana konstrukce z p edpjatého betonu p ed ú inky bludných proud na p íkladu viaduktu pro metro v Manile na Filipínách,

29


JEKU s.r.o

Obr.1 Potenciokinetická polariza ní k ivka pro výztuž uloženou v betonu (s dostate vysokým pH).

Všechny potenciály jsou vztaženy k referentní elektrod Cu/CuSO4. K danému grafu zjednodušen : Ocelová elektroda (výztuž) je p i potenciálu od -1,0V v rovnováze. Vzr st potenciálu zp sobuje (jak vyplývá z diagramu) degradaci oceli anodickou reakcí. Anodické rozpoušt ní je ovšem siln potla eno pasiva ními ú inky betonu18. Proto aždo +0,5V je množství rozpušt né oceli prakticky nezávislé na potenciálu; hustota pasiva ního proudu je cca 1 A.cm-2. Kyslíková elektroda je v rovnováze p i potenciálu +0,17V. P i vyšších potenciálech se tvo í kyslík, p i nižších hodnotách potenciálu je p i korozních reakcích kyslík redukován a p sobí jako agresivní initel. i korozním potenciálu Ek (-200mV) je anodická proudová hustota rovna katodické. Zabývejme se nyní otázkou, jaký potenciál pro chrán ní výztuže v betonu je optimální. Úloha vede k optimalizaci provozních náklad p i následném návrhu ochrany. Z praxe víme, že výztuž uložená ve „zdravém“ erstvém betonu dosahuje potenciálu až -650 mV. Shora uvedené poznatky nabízejí pro ochranný potenciál dostate široké pásmo od cca -200 mV do -1V. Pro funk ní katodickou ochranu ve zdravém alkalickém prost edí tedy zbývá interval od -650 do -1000mV. Pro praxi je p i stanovení mezí nutné kalkulovat s ur itou rezervou (nap . 10%) –výsledné rozmezí ochranného potenciálu se tedy pohybuje mezi cca -900 až-700 mV. Touto otázkou se zabýval v šedesátých letech minulého století Hausmann a poté Cigna19. Z práce Cigny plynou následující záv ry: -

ochranný potenciál nižší než-850 mV je plýtváním elektrické energie;

-

hodnota potenciálu, p i nížnemá ješt docházet ke korozi, se m ní v závislosti na obsahu chlorid , ale nikdy není vyšší než -500mV; od této hodnoty níže je výztuž nepochybn chrán na katodicky;

-

z prací Evika a Heriksena, které R.Cigna rovn žvyužil, vyplývá, že potenciál, p i kterém ur it nastává katodická ochrana i za p ítomnosti vysokých koncentrací chlorid , je cca 630 mV;

publikace P edpjatý beton ve Švýcarsku 1982 - 1986, P.Matt, vydáno FIP 1986 potvrzeno i nap . v práci Laboratory simulation of Corrosion in Renforced Concrete, Cindy W.Ramirez a spol., Houston, CORROSION/90 19 Sulla Protezione Catot Ica Dei Ferri Del Calcestruzzo Armato, L´Industria .Italiana.Cemento., .9/1981, str.595-601 ( asopis) 18

30


JEKU s.r.o

-

bylo zjišt no (70.léta, Vrable), že ochrana je ú inná, jestliže je p iložen potenciál o 140mV nižší než potenciál samovolný a byl vysloven záv r, že nejvhodn jší ochranný potenciál pro jakékoliv podmínky se rovná hodnot -770 mV;

-

pokusy R.Cigny bylo potvrzeno, že železobetonové výztuže jsou chrán ny tehdy, je-li potenciál nižší než -680mV (vše vztaženo k Cu/CuSO4). Tento údaj byl shledán jako optimální i s ohledem na rozdílné podmínky v terénu z hlediska agresivních látek v betonu.

Pozn.: všechny shora uvedené teoretické záv ry a práce byly provád ny na vzorcích a mají p esnou vypovídací schopnost a vazbu pro za ízení katodické ochrany instalované p ímo na konstrukci, tj. na systém výztuž– beton. Pro praktickou aplikaci daného typu ochrany, tj. osazení anod mimo železobetonový prvek nebo konstrukci, je nutno analyzovat adu dalších faktor . Zejména je vhodné definovat k emu bude taková ochrana ur ená a co bude jejím cílem: 1. Eliminace anodických pásem stavby, která jsou zp sobena (silnými) cizími elektrickými poli a ve kterých by mohlo z jakýchkoliv d vod docházet ke korozním proces m inkem bludných proud . 2. Nastavení ochranného potenciálu stavby tak, aby vliv bludných proud byl potla en na ijatelné minimum a nedocházelo ke koroznímu namáhání stavby. 3. Zavést ochranný potenciál takovým zp sobem, aby zdroj katodické ochrany byl schopen reagovat na dynamické zm ny trak ních soustav, a to nejen ve smyslu eliminace trak ních zp tných proud , ale p edevším také, aby sám zdroj ochrany p i absenci dynamických složek trak ních proud konstrukci neohrozil. 4. Definovat (alespo pro ú ely ov ení) ochranný potenciál v závislosti na parametrech stavby, zejména s ohledem na p ítomnost chloridových iont , pH betonu konstrukce a zjišt ný vliv bludných proud . 5. Pokud bude chrán ná konstrukce již z ásti napadená korozními procesy, musí být nastavena taková kritéria, která zabrání prohlubování korozních proces , tj. korekce ochranného potenciálu pro zastavení korozních proces a z toho vyplývající požadavky na vhodné omezení možností zdroje. 6. Ochrana musí být schopna kdykoliv a pr žn poskytovat informaci o svoji funkci, tj. stanovují se požadavky na kontrolu stavu ochrany, sb r dat a historii funkce s požadavkem na dálkový p enos dat (bezobslužný provoz). 7. Ochrana m že být uvedena do provozu jen na takové konstrukci, kde je zaru eno elektricky definované pospojení výztuže. Jedná se o st žejní kritérium pro aplikaci jakéhokoliv podobného systému s vnuceným proudem do konstrukce20. Krom stanovených cíl je nutno p i ešení návrhu také najít ešení na adu otázek spojených s její realizací. Jedná se zejména o zjišování pH, volba rozsahu ochrany, rozdílných chemických vliv na konstrukci, atd. Návrh systému katodické ochrany. Princip ochrany je obdobný ešení známému z liniových za ízení, tj. ve vztahu k rozm ru stavby se navrhuje umíst ní anod z vhodného materiálu, vývody z prova ené výztuže chrán né konstrukce jsou vyvedeny do m icích –napájecích bod a odtud napájecími kabely do ízeného zdroje. Rovn žz anod jsou vedeny napájecí kabely do ízeného zdroje. 20

Viz nap

SN EN 12696, l.5.7, aj.

31


JEKU s.r.o

Zdroj vyhodnocuje referen ní nap tí mezi vhodnou referentní elektrodou (nap . gelovou Cu/CuSO4) a vývodem z výztuže konstrukce. Zjišt né nap tí musí spl ovat kriterijní hodnotu, která je zadána jako pevný parametr. Druhým parametrem musí být kontrola proudu tak, aby nebyly p ekro eny povolené meze pro proudovou hustotu, která by mohla iniciovat korozní procesy. Zdroj je ízen v ase a musí být dostate rychlý na zm ny dynamických složek bludných proud a udržovat ochranný potenciál konstantní. Schematicky je ešení uvedeno na p iložených obrázcích. Obr. .2 Schema varianty katodické ochrany pro celou (spodní) mostní stavbu s len ním zdroj podle výsledk dosavadního výzkumu a zkušeností.

Zdroj katodické ochrany. Pro aplikaci katodické ochrany byl vyvinut inteligentní zdroj, který sestává z n kolika postupn upravovaných (kapacitn zmenšovaných) zdroj pro katodickou ochranu liniových staveb. Upraven byl rovn ž celý proces ízení s možností ídit adu jednotlivých zdroj a vyrovnávat tak napájení celé konstrukce po ástech. Zdroj PKO21 je koncipován jako spínaný dvoj inný. Disponuje regulací ochranného potenciálu, jejíž regulátor je nad azen alternativn regula nímu obvodu výstupního nap tí respektive výstupního proudu. Regulátor ochranného potenciálu je realizován íslicov . Zpracovává regula ní algoritmus typu PS (proporcionáln suma ní) s periodou cca 120 msec. Pro ú ely regulace ochranného potenciálu je za ízení opat eno odpovídajícím analogovým diferenciálním vstupem s rozsahem –5… +5V a vstupním odporem 1MΩ. Za ízení je dále vybaveno m ením skute ného výstupního proudu (0… 10A) a výstupního nap tí (0… 30V), jakož i m ením teploty chladi e výkonových spínacích prvk zdroje (35...90°C) a m ením vybraných potenciál na konstrukci. Zdroj je vybaven rozhraním RS232 a modemem GSM, umož ující systém dálkov ovládat i ode ítat data.

21 Výstavba lávky pro p ší v Srbsku, Katodická ochrana proti ú ink m bludných proud , JEKU s.r.o., autor hardware a software KPTECH, práce zahájeny v roce 2003, výstavba a instalace v roce 2003 až2004, zkušební provoz cca 6 m síc .

32


JEKU s.r.o

Obr.3 Grafický výstup softwarové aplikace pro ízení ochrany:

Mostní konstrukce byla navržena tak, že spodní stavba je železobetonová – bez edpjaté výztuže, nosná konstrukce je ocelová zp ažená konstrukce s elektrickým izola ním odd lením od spodní stavby, tj. velké množství železa elektricky definovan propojené, ale elektricky izola odd lené od spodní stavby. Systém je vybaven dv ma referentními elektrodami Cu/CuSO4. Systém je navržen tak, že každou podp ru je možno ídit a napájet nezávisle. Celé za ízení bylo navrženo do malé bu ky o velikosti cca 1,5 x 1,5 x 2,2 m. Na základ zavedených metodik i dostupné literatury a dlouholeté praxe byl p vodn zvolen ochranný potenciál -0,65mV. Vzhledem k tomu, že mostní stavba je nová a k ochran stavby p ispívá p edevším vlastní schopnost pasivace železa v betonu, byl efekt katodické ochrany minimální (výztuž ochranu nepot ebovala) a bylo rozhodnuto o posunu ochranného potenciálu (ze zkušebních d vod ) na -0,8 až-1,0 V. P i této úrovni ochranného potenciálu nehrozí vliv negativních jev z p echrán ní konstrukce a zárove je možné s ochranou provád t r zné zkušební manipulace. U nové stavby lze p edpokládat pH dostate vysoké. Výsledky m ení zjiš ované p ed aplikací ochrany. Po celou dobu výstavby byl sledován základní údaj –elektrické izola ní odd lení nosné konstrukce od spodní stavby. Po dokon ení stavby se poda ilo zajistit hodnotu elektrického izola ního odd lení nosné konstrukce od spodní stavby ve výši 75 ohm . Tuto hodnotu lze považovat za vyhovující z hlediska omezení pr chodu vloženého proudu. Po dokon ení stavby byla pomocným zdrojem 10A zjiš ována citlivost stavby na vložený potenciál a testován skute ný procházející proud nutný k dosažení ochranného potenciálu. M ení na vybraných ástech mostu bylo provedeno nejprve bez vloženého potenciálu a po té pro t i r zná nap tí vnuceného zdroje.

33


JEKU s.r.o

Tab.1 –nap ové pom ry na most p i napájení dvou r zných prvk mostu. tabulka testování mostní stavby z hlediska dimenzování zdroje katodické ochrany parametry zdroje: bez vnuceného zdroje

napájena op ra 1

napájena op ra 1

napájen pilí

Ukao 0V

Ukao 7,1V

Ukao 13,95V

Ukao 7,51V

Ikao=1,067A

Ikao=2A

Ikao=1,072A

ené místo: Ikao = 0 A Uz 1 - op ra

-451 mV

-2129 mV

-3875 mV

-664 mV

Uz 2 –pilí

-706 mV

320 mV

1056 mV

-1093 mV

Uz 3 –pilí

-350 až-660 mV

216 mV

1390 mV

-3870 mV

Uz 5 –op ra

-350 až-660 mV

475 mV

1460 mV

-929 mV

+U1 -U3

386 mV

-2401 mV

-5356 mV

410 mV

+U1 -U5

220 mV

-3030 mV

-5438 mV

1510 mV

+U1 –UNK

222 mV

-1455 mV

-3010 mV

420 mV

+U5 -UNK

87 mV

1120 mV

2430 mV

222 mV

+U3 –UNK

-150 až-160 mV

1008 mV

2370 mV

-276 mV

+U2 –UNK

-113 mV

912 mV

2027 mV

-31 mV

INK–1+

+6 až10mA

-137 mA

-1370 mA

INK–2+

-6,5 mA

123 mA

255 mA

-14 mA

INK–3+

-11 mA

116 mA

266 mA

-713 mA

INK–5+

-1 až+6mA

110 mA

221 mA

34 mA

.3

80 mA

Uz … . Nap tí vývodu z výtuže podp ry mostu proti referentní elektrod Cu/CuSO4 (sm sný potenciál dle DEM) (odpovídá volnému potenciálu výztuže v betonu) +U1-UNK … potenciálová m ení mezi spodní stavbou (op rou 1 a nosnou konstrukcí), plus pól na op e 1, mínus pól na pilí i INK-1+ … P eklenovací!!! (nikoli skute ný) proud mezi nosnou konstrukcí a spodní stavbou (op rou 1), na NK mínus svorka ampérmetru Obr.4 Schema zapojení pro m ení hodnot dle tab.1:

34


JEKU s.r.o

Z m ení vyplynuly tyto záv ry: 1. P i aplikaci ochrany se velmi snadno dosahuje t chto parametr : Nap tí na konstrukci:

-1V

Proud dodávaný do pilí e:

cca 20 až140mA

Energetická náro nost ochrany aplikované na mostní konstrukci je velmi malá (nutno si uv domit, že se jedná o novou konstrukci s nov vytvá enými ochrannými pasiva ními vrstvami na výztužích) 2. Proudové zatížení výztuže je velmi p íznivé. 3. Nesymetrické zat žování mostní konstrukce (napájení jen v jednom bod ) vytvá í adu anodických a katodických pásem na konstrukci; jedná se jednozna o nežádoucí stav. Pozn.: M ení je provedeno na nové konstrukci, pH = 12. Výsledky m ení po uvedení ochrany do provozu. Dále uvedená data jsou záznamem m ení z provozu. Jedná se o dva soubory dat. První edstavuje m ení krátce po uvedení ochrany do provozu (2003) a druhý p edstavuje soubor dat cca po ty ech m sících provozu, tj. z ledna a února 2004. V grafech každé m ené veli iny jsou zaznamenány vždy t i k ivky – maximální údaj, pr rný údaj a minimální údaj. K ivky vychází z principu snímání dat, kdy pro každou enou veli inu probíhá integrace dat v definovaném asovém intervalu. Z tohoto intervalu jsou pak stanoveny zmín né t i údaje. Tento systém hodnocení umož uje sledovat vliv trak ní soustavy a bezprost ední reakce zdroje. Pro stru nost je uveden vždy jen jedna typická hodnota z celého souboru m ených dat.

Výsledky m ení potenciál . Obr. 5. M ení nap tí Uz. Op ra nejblíže trati; vliv blízké trak ní soustavy je nejsiln jší –rok 2003, záznam 34 hodin. SRBSKO - most (op ra 1) 0 21.11.03 4:48

21.11.03 9:36

21.11.03 14:24

21.11.03 19:12

22.11.03 0:00

22.11.03 4:48

22.11.03 9:36

-0,2

-0,4

[V]

-0,6

-0,8

-1

-1,2

-1,4

-1,6 [min] Up - MINIMUM

Up - PRUMER

Up - MAXIMUM

35

22.11.03 14:24

22.11.03 19:12


JEKU s.r.o

Obr. 6. M ení nap tí Uz. Op ra nejblíže trati; rok 2004, záznam 9 dn . SRBSKO - most (op ra 1) 22.1.04 0:00 0

24.1.04 0:00

26.1.04 0:00

28.1.04 0:00

30.1.04 0:00

1.2.04 0:00

3.2.04 0:00

5.2.04 0:00

-0,2

-0,4

-0,6

[V]

-0,8

-1

-1,2

-1,4

-1,6

-1,8

-2 [min] Up - MINIMUM

Up - PRUMER

Obr. 7. M ení nap tí Uz. Pilí 34 hodin

Up - MAXIMUM

.2 (vedle op ry sm rem od trati D) – 2003, záznam

SRBSKO - most (pilí 2) 21.11.03 4:48 0

21.11.03 9:36

21.11.03 14:24

21.11.03 19:12

22.11.03 0:00

22.11.03 4:48

22.11.03 9:36

-0,2

-0,4

[V]

-0,6

-0,8

-1

-1,2

-1,4


Up - PRUM R

Up - MAXIMUM

36

22.11.03 14:24

22.11.03 19:12


Obr. 8. M ení nap tí Uz. Pilí

JEKU s.r.o

.2 –rok 2004, záznam 9 dn

SRBSKO - most (pilí 2) 22.1.04 0:00 0

24.1.04 0:00

26.1.04 0:00

28.1.04 0:00

30.1.04 0:00

1.2.04 0:00

3.2.04 0:00

5.2.04 0:00

-0,2

-0,4

-0,6

[V]

-0,8

-1

-1,2

-1,4

-1,6


Up - PRUM R

Up - MAXIMUM

Obr. 9. M ení nap tí Uz. Op ra vzdálená od trati .5, –rok 2003, záznam 34 hodin SRBSKO - most (op ra 5) 21.11.03 4:48 0

21.11.03 9:36

21.11.03 14:24

21.11.03 19:12

22.11.03 0:00

22.11.03 4:48

22.11.03 9:36

22.11.03 14:24

22.11.03 19:12

-0,2

-0,4

[V]

-0,6

-0,8

-1

-1,2


Up - PRUMER

Up - MAXIMUM

Obr. 10. M ení nap tí mezi op rou u trati a nosnou konstrukcí – 2003, záznam 34 hodin. SRBSKO - most (mostovka - op ra1) 0,25

0,2

0,15

0,1

[V]

0,05

0

-0,05

-0,1

-0,15

-0,2 21.11.03 4:48

21.11.03 9:36

21.11.03 14:24

21.11.03 19:12

22.11.03 0:00

22.11.03 4:48

22.11.03 9:36

[min] Ui - MINIMUM

Ui - PRUMER

Ui - MAXIMUM

37

22.11.03 14:24

22.11.03 19:12


JEKU s.r.o

Obr. 11. M ení nap tí mezi op rou u trati a nosnou konstrukcí –2004, záznam 9 dn . SRBSKO - most (mostovka - op ra1) 0,3

0,2

0,1

[V]

0

-0,1

-0,2

-0,3

-0,4 22.1.04 0:00

24.1.04 0:00

26.1.04 0:00

28.1.04 0:00

30.1.04 0:00

1.2.04 0:00

3.2.04 0:00

5.2.04 0:00

[min] Ui - MINIMUM

Ui - PRUMER

Ui - MAXIMUM

Obr. 12. M ení nap tí mezi op rou vzdálenou od trati a nosnou konstrukcí – 2003, záznam 34 hodin. SRBSKO - most (mostovka-op ra5) 0,2

0,15

0,1

[V]

0,05

0

-0,05

-0,1

-0,15

-0,2 21.11.03 4:48

21.11.03 9:36

21.11.03 14:24

21.11.03 19:12

22.11.03 0:00

22.11.03 4:48

22.11.03 9:36

[min] Ui - MINIMUM

Ui - PRUMER

Ui - MAXIMUM

38

22.11.03 14:24

22.11.03 19:12


JEKU s.r.o

Obr. 13. M ení nap tí mezi op rou vzdálenou od trati a nosnou konstrukcí – 2004, záznam, 9 dn . SRBSKO - most (mostovka-op ra5) 0,5

0,4

0,3

0,2

[V]

0,1

0

-0,1

-0,2

-0,3

-0,4 22.1.04 0:00

24.1.04 0:00

26.1.04 0:00

28.1.04 0:00

30.1.04 0:00

1.2.04 0:00

3.2.04 0:00

5.2.04 0:00

[min] Ui - MINIMUM

Ui - PRUMER

Ui - MAXIMUM

Grafické pr hy na obr. 5 až 9 ukazují, jak pracují zdroje a regulátory katodické ochrany. Zatímco na obrázku 5 – op ra nejblíže trati D - je patrné jak regulátor dorovnává ochranný potenciál s drobnými odchylkami („nestíhá“), na opa né op e mostní stavby vzdálené od trati D (obr. 9) zdroj ochranný potenciál udrží bez zakolísání. Grafy na obr. 5 a 6 a grafy na obr. 7 a 8 jsou data snímaná na shodných podp rách s cca p l ro ním odstupem. Data v roce 2004 jsou snímána jižs menší etností a tedy je monitorován v tší asový úsek. Funkce regulátoru a rychlost regulátoru je patrná z k ivek maxima a minima. Nezávislým (a úsp šným) regulacím pomáhá elektrické izola ní odd lení nosné konstrukce. Popis elektrických vlastností takového systému a zejména hodnocení dopadu jeho inností na mostní konstrukci vyžaduje podrobn jší analýzu a hodnocení elektrických parametr všech ástí mostní konstrukce. Je t eba zobrazit elektrické schema mostu, vyzna it všechny polarity potenciál mezi jednotlivými prvky mostu, využít znalosti o elektrických odporech mezi jednotlivými ástmi mostu, atd.; taková analýza p esahuje rámec tohoto p ísp vku. Pro ilustraci se dopl ují potenciály na obr. 10 až13. Jedná se o potenciály mezi nosnou konstrukcí (elektricky izola uloženou) a vybranými podp rami spodní stavby. Zatímco v roce uvedení do provozu (2003) potenciály vypovídaly o zachovaném odd lení nosné konstrukce v i sledovaným podp rám a o tom, že potenciál nosné konstrukce je vyšší než potenciál jakékoliv podp ry (nosná konstrukce je nabitá podobn jako kapacita), v roce 2004 je z ejmé, že tento stav trvá mezi op rou u trati, zatímco op ra na opa ném konci mostu se potenciálov sblížila s potenciálem nosné konstrukce. Pro stanovení d vod je nutné a nezbytné znovu provést komplexní m ení vlivu bludných proud na mostní konstrukci ve smyslu metodického pokynu DEM. Nelze vylou it možnost, že na stran op ry .5 došlo nap . zne išt ním k propojení nosné konstrukce a op ry (zmenšení elektrického izola ního odporu mezi nosnou konstrukcí a op rou) nebo naopak (i když je to mén pravd podobné v daném ípad ), vlivem v tšího m rného p dy a dob e provedené pasivní ochrany výztuže op ry rovn žk ur itému „nabití“výztuže a sblížení obou potenciál . Data z roku 2005 se zásadn neliší a pro daný ú el p ísp vku je nadbyte né bez hlubší analýzy je uvád t.

39


JEKU s.r.o

Parametry jednotlivými zdroj pracujících do systému ochrany, stav v r.2005 Pro ilustraci se uvádí aktuální stav nastavení a zdroj a informace o spot eb elektrické energie. Spot eba elektrické energie je zjiš ována ode tem impuls z faktura ního elektrom ru. Nastavení zdroj odpovídá provozu od samého za átku roku 2005. Nastavení zdroj bylo upraveno v roce 2005 tak, že zdroj 3 (který vykazoval v rámci sb ru dat zvýšenou teplotu) byl vyjmut a po té bylo rozhodnuto o sledování vlivu nesymetrického napájení na celou stavbu.

Sledovaný údaj:

Zdroj 1

Zdroj 2

Up –ochranný potenciál [V]

-0,95

Uo –výstupní nap tí zdroje [V]

Zdroj 3

Zdroj 4

Zdroj 5

-0,95

-0,92

-0,89

-2,0

-2,7

-2,2

-1,9

Uzad –žádaný ochranný potenciál [V]

-1,0V

-0,9V

-0,9V

-0,9V

Proud zdroje [mA]

5

Stav zdroje

funk n í

753

porucha

159

53

funk ní

porucha

funk ní

funk ní

Spot eba kWh od uvedení do provozu: Ode et spot eby el.energie od uvedení do provozu 2003 do srpna 2005: 522 kWh Tato spot eba odpovídá provozním náklad m na spot ebovanou elektrickou energii ve výši 2200,-K . Pozn.: po adí zdroje odpovídá po adí podp ry. Hodnocení katodické ochrany na mostní stavb v Srbsku u Berouna Shora uvedené výsledky jsou p edevším ilustrativní ukázkou náro nosti systému a nekladou si za cíl prokázat všechny negativní nebo pozitivní vlastnosti funkce katodické ochrany proti ú ink m bludných proud . Shora uvedený popis poukazuje na skute nost, že aplikace aktivní ochrany proti ink m bludných proud není nepoužitelné ochranné opat ení a pokud mostní objekt nebo jiná železobetonová konstrukce je vystavena silnému vlivu bludných proud nebo se bude z jiného d vodu nacházet ta která ást konstrukce z ásti v anodickém pásmu, lze aplikací aktivní ochrany zvrátit korozní namáhání stavby. ešení zdroje prokázalo, že je možné vhodným regulátorem reagovat na dynamické zm ny bludných proud , zejména z trak ních soustav. Proud dodávaný katodickou ochranou do mostní konstrukce po celou dobu provozu dosahuje p ibližn jednoho ampéru. Tento výsledek je nad o ekávání p íznivý. Z m ení vyplývá, že proud, který je nezbytný pro napájení katodické ochrany a posun potenciálu na ochranný potenciál, resp. jeho posunutí o cca 350 mV je malý, dosahuje ádu desítek ažstovek miliampér a lze tedy dovozovat, že nebude docházet k rizik m korozního namáháním konstrukce proudovými zdroji. Relevantnost tohoto tvrzení je však t eba prokázat nejen aplikací katodické ochrany na konstrukcích nových ( ili preventivní aplikací), kde podmínky pro distribuci proudu z plochy výztuže jsou s nejv tší pravd podobností homogenní v celé konstrukci, ale i aplikací katodické ochrany na korozn poškozené stavb , kdy ochranné

40


JEKU s.r.o

pasiva ní vrstvy výztuže budou porušeny, dále nap . budou narušeny krycí vrstvy betonu nad výztuží a m rný elektrický odpor betonu konstrukce bude lokáln snížen pr nikem agresivních látek (chlorid ) k výztuži. Je pak otázkou, zda v takovém p ípad budou dodrženy homogenní podmínky pro distribuci proudu z plochy výztuže a bude p ípustné konstrukci vystavovat riziku lokálních poškození vnuceným proudem p ichrán ním. Této skute nosti napovídá i informace o proudech jednotlivých zdroj z aktuálního ode tu. Na rozdíl od roku 2003 je systém bez jednoho zdroje již rozvážený a proud druhého zdroje p evyšuje výrazn zdroje ostatní; v podstat napájí celou mostní stavbu. ležitým poznatkem z praktické aplikace je také skute nost, že nevhodným ešením i provozem ochrany nebo poškozenou funkcí ochrany m že dojít k „rozvážení“ celého systému a na jednotlivých ástech stavby m že vzniknout ada anodických oblastí s prozatím nedefinovatelným rizikem poškození výztuže. Takový stav je v sou asné zkoumán tím, že zdroj .3 je udržován v poruše (vypnutý). ešení dále ukázalo na skute nost, že lze vybudovat relativn levný, ale komfortní systém ízení ochrany bez nutnosti trvalé obsluhy s možností dálkového ízení ochrany s využitím GSM modulu. Samoz ejm se v plné nahot projevila i otázka servisu za ízení, sb ru dat a jejich vyhodnocení, tj. otázka provozních náklad a kvalifikované osoby pov ené správou za ízení. Tato konkrétní aplikace jednozna potvrdila p edpoklady SD, totiž že o provoz podobného za ízení nemá správce velký zájem; v daném p ípad je most tamní obce, tzn. je pln v režii místního ú adu, který tvo í do asn volený starosta a n kolik len rady. Je samoz ejm nemyslitelná p edstava, že ochranu mostní stavby by provozovala sama obec a servisní organizaci si obec podobného rozsahu m že dovolit jen ve velmi omezené mí e. Zbývá tedy otázka: Jedná se o vhodné za ízení pro praktický provoz? Není správn jším ešením navrhnout jiné vhodné bezúdržbové formy ochrany ochrany koroze výztuže v betonu?

Další diskusi a zkoumání lze vést o tom, zda katodická ochrana spl uje požadavky na „úplnou katodickou ochranu“, i nikoli. V takovém p ípad by bylo nutno definovat kritéria pro vypínací potenciál a jeho asovou odezvu. Jak vyplývá ze shora uvedené teoretické úvodní ásti, není takové kritérium pro železobetonovou konstrukci, resp. ochranu výztuže v betonu adekvátní kritériím aplikovaným u liniových za ízení, není jednoduché a dokonce ani vhodné jej jednozna definovat.. V daném okamžiku se považuje za dostate ný z hlediska funkce ochrany pohyb potenciálu ve stanovených mezích ochranného potenciálu tak, jak byla definice formulována v úvodní ásti této p ednášky, avšak s d razem na kontrolu proudového zat žování jednotlivých ástí mostu. Nap . proud dodávaný druhým a tvrtým zdrojem do systému ve výši n kolika set miliampér jižm že vést k poškození úložných prah pilí , pokud by tento proud protékal v plném rozsahu z pilí e do nosné konstrukce. Tomuto úkolu bude nována další etapa práce na již realizované stavb . Zárove na základ t chto prvních zkušeností se p ipravuje v rámci úkolu „Projekt FT-TA/047 Optimalizace materiálového ešení a aplikace princip protikorozní ochrany technologických za ízení a výrobk “ návrh ešení lokální katodické ochrany, tj. ochrany budované na podobném principu, avšak aplikované pouze na jednu konkrétní ást mostní konstrukce. Ochrana bude aplikována na mostní stavb , která byla realizována v roce 1990 a která p i periodických m eních vlivu bludných proud vykazuje na jedné až dvou podp rách potenciál Uz místo o ekávaných -400 až -650 mV potenciál v blízkosti 0mV.

41


JEKU s.r.o

Záv r Dosažené skute ností:

poznatky s aplikací katodické ochrany poukazují na adu významných

Konstatuje se, že ešení katodické ochrany je proveditelné. Je nepochybné, že na systém fungování katodické ochrany má vliv volba pasivních ochranných opat ení. V plném rozsahu platí pro návrh katodické ochrany proti ú ink m bludných proud požadavky stanovené pro katodické ochrany proti „chemickým“ vliv m železobetonových konstrukcí ohledn elektricky definovaného propojení výztuže. V každém p ípad aktivní ochrana je systém technicky provozn náro ný a vyžaduje provozní náklady a technicky kvalifikovanou obsluhu. V tomto smyslu je nutno i nadále aktivní ochranu železobetonových konstrukcí považovat za krajní ešení nevhodné pro b žnou praxi a aplikovatelné jen v tom p ípad , kdy žádné z pasivních ochranných opat ení nezajistí dostate nou ochranu mostní stavby. Pro b žné aplikace této ochrany je nutno vy ešit adu teoretických i praktických úkol spojených s prokázáním neohrožení mostních konstrukcí zných typ (p edpjaté, nep edpjaté, s odd lenou nosnou konstrukcí, bez odd lení, apod. Praxe ukazuje, že ochranný potenciál u nových staveb vzniká u naprosté v tšiny staveb irozenou cestou a použití katodické ochrany nemá valný smysl. Posuny potenciálu Uz ke kladnému potenciálu jsou registrovány u staveb starších (dlouhodob korozn namáhaných) nebo u staveb, které jsou pod p ímým vlivem bludných proud (nap . mostní stavby s elektrizovanými trak ními soustavami). Je nutno konstatovat, že omezení pro použití katodických ochran železobetonových konstrukcí proti ú ink m bludných proud tak, jak jsou uvedena v technických podmínkách TP 124 jsou prozatím správná.

Seznam Literatury: [1] Koroze ocelové výztuže v železovém a p edpjatém betonu, B.Bažant, SNTL, 1989 [2] Technické kovy, jejich výroba, vlastnosti a zkoušení, A.Beneš, SNTL, 1958, str.171, Betonové mosty, L.Landa, Z.Kleisner, J.Zvara, SNTL, 1988 [3] TP 124 Technické podmínky „Základní ochranná opat ení pro omezení vlivu bludných proud na mostní objekty a ostatní betonové stavby pozemních komunikací“, MD R, SD, Praha, 2000 [4] Metodický pokyn „Dokumentace elektrických a geofyzikálních m ení betonových most pozemních komunikací, MD R, 1995 [5] SR 5/7(S) Služební rukov „Ochrana železni ních mostních objekt proti ink m bludných proud , D s.o., 1997 [6] TP 72, Diagnostický pr zkum most PK, MD R, 1995 [7] Studie užití aktivních ochran most pozemních komunikací“, JEKU, Ing. B. Ku era 1996, MD- R,

42


JEKU s.r.o

[8] Ochrana konstrukce z p edpjatého betonu p ed ú inky bludných proud na p íkladu viaduktu pro metro v Manile na Filipínách, publikace P edpjatý beton ve Švýcarsku 1982 - 1986, P.Matt, vydáno FIP 1986 [9] Laboratory simulation of Corrosion in Renforced Concrete, Cindy W. Ramirez a spol., Houston, CORROSION/90 [10] Stray Current Corrosion in Electrified Rail Systems, T.J.Barlo, A.D.Zdunek, Corrosion95, NACE IAC, 1995, Northwestern University BIRL [11] Catot Ica Dei Ferri Del Calcestruzzo Armato, L´Industria Italiana.Cemento, Sulla Protezione, .9/1981, str.595-601 asopis) [12] Swamy R. N.: Corrosion and Corrosion Protection of Steel in Concrete, R.N.Swamy, sborník p ednášek, The University of Shefield, Velká Británie, 1994 [13] Cathodic protection, DTI Publication 1981, Kean R. L., Davies K. G, internet [14] Ku era B.: Studie užití aktivních ochran most pozemních komunikací“, JEKU 1996, MD- R [15] C3d Richtlinien zum Schutz gegen Korrosion durch Streustr me von Gleichstromanlagen, Korrosionskommission der SGK, Švýcarsko, (1995) [ [16] asová závislost korozního procesu a problematika predikce životnosti železobetonových a p edpjatých konstrukcí, MD R 803 120 107, SVÚOM, Kalabisován, Hrdoušek, Vodi ka, Zahrada, Holický, P evorovský, 2001-2004 [17] Výstavba lávky pro p ší v Srbsku, Katodická ochrana proti ú ink m bludných proud , JEKU s.r.o., KPTECH, 2003

SN EN 50162 Ochrana p ed korozí bludnými proudy ze stejnosm rných proudových soustav, (2004) SN EN 12 696 Katodická ochrana oceli v betonu, (2000)

43

Do wiadczenia w zakresie wdra ania ochrony katodowej na sieciach gazowych w miastach W ci gu ostatnich lat w Polsce obserwuje si znaczny wzrost zainteresowania ochron katodow dystrybucyjnych, które to ze swej natury u

one s w miastach i miejscowo ciach o

du ym zag szczeniu infrastrukturalnym. Zainteresowanie to jest skutkiem kilku wzajemnie nak adaj cych si czynników. Najwa niejsze z nich to post puj cych proces urynkawiania rynku energii, wydzielania dzia alno ci operatorskiej z kontrolowanym urz dowo poziomem cen za us ugi transportowe, zmieniaj ce si prawodawstwo w zakresie ochrony rodowiska, wymagania ubezpieczycieli maj tku sieciowego, utrudnienia w lokalizacji nowych inwestycji oraz wysokie op aty ponoszone za lokalizacj komunikacyjnych. St d wyd

inwestycji liniowych wzd

ci gów

enie okresu u ytkowania istniej cego maj tku sieciowego

dostrzegane jest jako jeden z najwa niejszych czynników. W Polsce przez wiele lat ochrona katodowa wykorzystywana by a wy cznie na przesy owych sieciach wysokiego ci nienia. Do po owy lat 90-tych nie istnia y uregulowania prawne, które wymusi yby budow sieci gazowych wraz z instalacjami ochrony katodowej. Dodatkowo zbieg o si to z ogromnym upowszechnieniem sieci gazowych z tworzyw sztucznych, g ównie z polietylenu. Taki rozwój wydarze

spowodowa ,

e nowe stalowe gazowe sieci

dystrybucyjne buduje si sporadycznie, natomiast istniej ce sieci gazowe w dominuj cej cz ci pozbawione systemu elektrochemicznej ochrony katodowej. Podejmuj c dzia ania zwi zane z wdra aniem ochrony katodowej na istniej cych sieciach gazowych, u

onych w obszarach o du ym zag szczeniu infrastruktury, nale y pami ta

o specyficznych takie zagadnienia. Dotyczy to zw aszcza: − konieczno

poniesienia znacznych nak adów na przygotowanie sieci gazowej do

ochrony katodowej, − istnienie du ej ilo ci trudnych do lokalizacji i usuni cia doziemie , − istnienie znacznej liczby miejsc w których wyst puje brak lub obni one przewodnictwo elektryczne, − znaczne zag szczenie s siaduj cej infrastruktury podziemnej, co mo e powodowa szkodliwe oddzia ywanie budowanej instalacji ochrony katodowej na inne uzbrojenie podziemne, − nak adanie si szkodliwego oddzia ywania pr dów b dz cych. W PSG Sp. z o.o. od wielu lat eksploatuje si ochron katodow sieci gazowych wysokiego ci nienia, oraz

konsekwentnie wdra a si

ochron

gazowych niskiego i redniego ci nienia.

44

katodow

na istniej cych sieciach

Realizacja ochrony katodowej na istniej cych sieciach gazowych Sposób post powania w trakcie realizacji zada zwi zanych z wdra aniem ochrony katodowej na istniej cych sieciach gazowych pokazano na rysunku nr 1.

Rysunek nr 1. Diagram post powania w trakcie realizacji zada zwi zanych z wdra aniem ochrony katodowej na istniej cych sieciach gazowych. Praktycznie stwierdzono, e ten tok post powania pozwala efektywnie zastosowa wdra ochron katodow na istniej cych sieciach gazowych.

45

Wybór zada Wybór fragmentu sieci gazowej poza oczywistymi przes ankami wynikaj cymi z potrzeby aplikacji ochrony katodowej, wi e si

z decyzj

o okre leniu wielko ci i struktury

pojedynczego, galwanicznie wydzielonego odcinka sieci. O ile na sieciach przesy owych i sieciach dystrybucyjnych u

onych poza obszarami silnie zurbanizowanymi, wielko

pojedynczych sekcji nie odgrywa istotnego znaczenia, to w przypadku obszarów o silnie zag szczonej infrastrukturze podziemnej ma to silne znaczenie praktyczne. Od czynników tych istotnie zale

nak ady ponoszone na lokalizacj doziemie , zw aszcza w przypadku du ej

liczby tego typu szkodliwych po cze . Rozwi zanie to znacznie upraszcza równie prowadzenie czynno ci eksploatacyjnych, zw aszcza w przypadku diagnostyki pojawiaj cych si nieprawid owo ci. Najcz ciej zwi kszone nak ady zwi zane z monta em z czy izoluj cych owocuj znacznym skróceniem nak adów potrzebnych na lokalizacj

wyst puj cych doziemie . W praktyce

stosujemy najcz ciej ograniczenie do kilku kilometrów dla obszarów silnie zurbanizowanych

nak ady

i maksymalnie kilkunastu dla terenów o ma ym zag szczeniu infrastruktury.

Rysunek nr 2. Zale no nak adów ponoszonych na lokalizacj zale no ci od d ugo ci odcinka sieci gazowej

Zwi kszona ilo

jednego doziemienia w

przy czy domowych wymaga najcz ciej skrócenia d ugo ci odcinka w celu

uzyskania optymalnego efektu. W przypadku podejmowania decyzji o strukturze sieci gazowej, najbardziej po danym uk adem jest struktura bez wyst puj cych "oczek".

46

Przygotowanie sieci Etap przygotowania sieci polega na doprowadzeniu wybranego fragmentu sieci gazowej do stanu umo liwiaj cego ekonomicznie op acaln aplikacj systemu ochrony katodowej. Sk ada si on z: - monta u z czy izoluj cych na sieci gazowej, - monta u z czy izoluj cych na przy czach gazowych w celu odizolowania od instalacji wewn trz budynków, - monta u niezb dnych punktów pomiarowych, - lokalizacji i usuni ciu wyst puj cych doziemie , - likwidacji ewentualnych punktów nieci

ci elektrycznej.

Najwi ksze problemy techniczne stwarza najcz ciej efektywna lokalizacja i usuni cie doziemie z obcym uzbrojeniem podziemnym. Takie czynniki jak niska kultura techniczna w trakcie wykonawstwa sieci gazowej i jak równie s siaduj cego uzbrojenia podziemnego, utrudniony dost p do sieci gazowej w warunkach miejskich sprawiaj ogromne problemy pomiarowe. W celu rozwi zania tego problemu stosuje si

metody pomiarowe zmienno

i sta opr dowe. Na czasy realizacji tego etapu prac ogromne znaczenie ma dok adno i prawid owo

posiadanym informacji o badanym obiekcie i jego dok adnym po

eniu oraz

do wiadczenie prowadz cego pomiary. Najbardziej kosztotwórczym czynnikiem na tym etapie prac jest monta z czy izoluj cych na czynnej sieci gazowej. Wi e si to zazwyczaj z konieczno ci wy czania dostaw paliwa gazowego do odbiorców i uruchamiania skomplikowanych procedur technicznych. Na sieciach niskiego ci nienia uzyskano ogromne oszcz dno ci przy wykorzystaniu montowanych tylko okresowo (na czas wdro enia systemu ochrony katodowej) lub niekiedy docelowo, izoluj cych po cze

ko nierzowych na wyst puj cych powszechnie na sieci po czeniach typu

ko nierzowego. Rozwi zanie takie znacznie upro ci o tok post powania i ograniczy o koszty monta u. Budowa instalacji ochrony katodowej Realizacja samej instalacji ochrony katodowej nie nastr cza wi kszych problemów technicznych i realizowana jest zgodnie z ogóln wiedz techniczn w tym zakresie. W celu minimalizacji szkodliwego oddzia ywania na s siaduj ce konstrukcje podziemne dominuj rozwi zania z g binowymi uziomami anodowymi. Znacznie powa niejszym zagadnieniem jest optymalizacja

róde polaryzacji przy uwzgl dnieniu wymaga

obiektu, mo liwych do

realizacji lokalizacji i maksymalnego wykorzystania poszczególnych róde pr du ochrony katodowej. Jest to zagadnienie, które w chwili obecnej próbuje si rozwija .

47

Koszty Proces wdra ania ochrony katodowej na istniej cych sieciach gazowych nie mo e odbywa si w oderwaniu od ekonomicznych realiów op acalno ci tego zagadnienia. Na istniej cych sieciach gazowych aplikacja ochrony katodowej jest najcz ciej jedna z metod rehabilitacji lub tylko sko czonego przed

ania czasu ycia obiektu. Przy uwzgl dnieniu faktu, e monta

ochrony katodowej cz sto odbywa si na sieciach eksploatowanych ju kilka, kilkana cie, a czasem nawet kilkadziesi t lat, op acalno

ca ego przedsi wzi cia pozostaje niekiedy

subiektywn ocen podejmuj cego decyzj . W praktyce minimalizacj kosztów uzyskuje si dla sieci o du ych rednicach. W takich przypadkach koszty nie przekraczaj najcz ciej 5-7 % warto ci odtworzeniowej. Na sieciach niskiego ci nienia koszty te osi gaj poziom 13-15% warto ci odtworzeniowej obiektu. Taki poziom nak adów klasyfikuje ochron

katodow

jak

jedn

z najta szych technologii

rehabilitacji sieci gazowej. W ostatnim czasie nasilaj ce si

trudno ci z realizacj

problemów z pozyskiwaniem zgody w

inwestycji liniowych (g ównie

cicieli gruntów) i nowych uregulowa prawnych

obci aj cych dodatkowymi kosztami nowe inwestycje liniowe spowodowa y, zainteresowanie ochron katodow jako jedyn mo liwym rozwi zaniem przed

e wrasta ania okresu

ytkowania danego odcinka sieci gazowej. W takich przypadkach wzgl dy op acalno ci finansowej odgrywaj znacznie mniejsze znaczenie. Eksploatacja W chwili obecnej wi kszo

prac eksploatacyjnych prowadzimy z wykorzystaniem w asnych

b wewn trznych. Spodziewany kierunek zmian to wydzielanie prostych czynno ci eksploatacyjnych do firm zewn trznych i wykorzystanie monitoringu do realizacji procesu eksploatacji. W ten sposób zaoszcz dzone rodki przeznaczone zostan

na zwi kszenie

nak adów na wdra anie ochrony katodowej na nowych odcinkach sieci gazowej. Wielokrotnie z uwagi na szkodliwe oddzia ywanie na s siaduj ochron

katodow

infrastruktur podziemn ,

wiadomie prowadzi si przy parametrach nie zapewniaj cych pe nej

ochrony przed korozj , w celu spowolnienia a nie zatrzymania procesu korozyjnego. Podsumowanie Nie zaobserwowano zwi zków z kosztami lub stopniem trudno ci w trakcie procesu wdra ania, a wiekiem istniej cego fragmentu sieci gazowej. Na sieciach, na których proces wdra ania nie b dzie realizowanych lub realizacja planowana jest w dalszej przysz

ci, wykonuje si zabezpieczenie przed szkodliwym oddzia ywanie

48

pr dów b dz cych - o ile takie wyst puje. Na sieciach przewidzianych do wdro enia ochrony katodowej w najbli szej czynno ci, poziom szkodliwego oddzia ywania okre la si

po

zako czeniu przygotowania sieci do ochrony katodowej i rozruch instalacji ochrony. Najwi ksz wad takiego rozwi zania s trudno ci z oszacowanie koniecznych do poniesienia nak adów. Wynika to z braku przes anek pozwalaj cych oszacowa

koszty zwi zane

z lokalizacj i usuni ciem po cze z obcym uzbrojeniem podziemnych. W dalszym ci gu wykonuje si próby przybli onego szacowania nak adów i okre lania czynników maj cych wp yw na poziom nak adów, jednak w przewa aj cym zakresie szacunki te opieraj si o do wiadczenia p yn cych z ju wykonanych wdro

.

W dalszym ci gu trwaj próby okre lania optymalnej konfiguracji i rozmieszczenia róde polaryzacji,

jednak proces ten ma charakter jedynie do wiadczalny. Wyst puj ce

niewykorzystane moce

róde polaryzacji konsumowane s

poprzez do czanie nowych,

sukcesywnie przygotowywanych odcinków sieci gazowej w okolicach tych róde .

49

Ochrona katodowa ruroci gów wodnych od strony wewn trznej Wojciech Sokólski SPZP CORRPOL Gda sk, Polska [email protected]

1. Wprowadzenie Ochrona katodowa posiada szereg zastosowa przemys owych. Wykorzystywana jest wsz dzie tam, gdzie metale techniczne, g ównie stal, kontaktuje si z odpowiednio grub warstw rodowiska elektrolitycznego. Najwi ksze zastosowania ochrony katodowej dotycz stalowych ruroci gów umieszczonych w ziemi oraz jednostek p ywaj cych i konstrukcji hydrotechnicznych w wodzie morskiej. O ile na podziemnych konstrukcjach nie wida bezpo rednich skutków dzia ania ochrony katodowej, to na statkach i konstrukcjach hydrotechnicznych jest to widoczne go ym okiem. Na fot. 1 pokazany zosta statek wprowadzany do doku na remont kwalifikacyjny w stoczni –bia e osady na kad ubie w cz ci podwodnej statku pokazuj miejsca, w których pr d ochrony katodowej wp ywa do metalowej powierzchni blach okr towych – w miejscach drobnych uszkodze w warstwie pow oki malarskiej na onej w cz ci podwodnej statku.

Fot. 1. Powierzchnia kad uba okr towego pokryta w cz ci podwodnej osadami katodowymi. Pomimo tego, e zastosowania ochrony katodowej do wewn trznej powierzchni aparatów i pojemników zawieraj cych rodowisko elektrolityczne, np. wymienniki ciep a, zbiorniki na wod i cieki, znane s niemal tak samo d ugo jak w odniesieniu do ruroci gów podziemnych, zakres wykorzystania tej technologii w tych urz dzeniach jest znacz co mniejsze, a ilo specjalistów rozumiej cych wyst puj ce tam problemy techniczne – niewielka. Najwi ksze zastosowanie, bo masowe, znalaz a ochrona katodowa wewn trznych powierzchni bojlerów i podgrzewaczy wody, gdzie powszechnie stosuje si magnezowe anody galwaniczne. Podobna technika stosowana jest do powszechnie w energetyce do ochrony wymienników ciep a –skraplaczy w elektrowniach termicznych.

50

Prezentowany referat dotyczy do rzadkiego zastosowania ochrony katodowej do wewn trznej powierzchni podziemnych ruroci gów transportuj cych wod ch odz w elektrowni. Prace nad do wiadczalnym odcinkiem ruroci gu w Elektrowni „ aziska” wykonano wspólnie z Politechnik Gda sk , kolejne ok. 1200 mb ruroci gów SPZP CORRPOL obj ochron katodow w latach 1996-98, a w 1999 r. ok. 2000 mb ruroci gów. Aktualnie rozbudowywana instalacja ochronna jest przedmiotem systematycznej kontroli i nadzoru. Rozwi zanie nagrodzono br zowym medalem na wystawie wynalazków “Brussels Eureka'95”. 2. Chroniony ruroci g wody ch odz cej –zagro enie korozyjne Uk ady ch odz ce w elektrowniach i elektrociep owniach nara one s z regu y na korozyjne oddzia ywanie wody obiegowej. Procesy technologicznego uzdatniania wody opracowywane s w zale no ci od charakteru obiektu (otwarte lub zamkni te) g ównie pod k tem usuwania zanieczyszcze i stabilizacji wody (zapobieganie wytr caniu osadów w glanowych), natomiast zazwyczaj nie uwzgl dniaj parametrów korozyjnych wody i nie jest ona pod tym wzgl dem w jakikolwiek sposób uzdatniana. Ze wzgl du na du e zu ycie wody, pobierana jest ona najcz ciej z dost pnych w pobli u elektrowni otwartych zbiorników wodnych, rzek, kana ów lub wyrobisk kopalnianych. Woda z wyrobisk kopalnianych jest szczególnie agresywna. Jest to przewa nie rodowisko silnie zasolone i natlenione, mog ce wywo ywa bardzo intensywn korozj materia ów konstrukcyjnych, z których wykonane s obiegi ch odz ce. Do przesy ania wody pomi dzy ch odniami kominowymi i skraplaczami turbin parowych stosowane s ruroci gi wielko rednicowe (o rednicach od ok. 1 do 2,5 m), których podstawowym materia em jest stal w glowa zwyk ej jako ci. Problem korozji z du si ujawni si w Elektrowni „ aziska”, w której zaobserwowano rozleg e uszkodzenia korozyjne stalowych ruroci gów wody ch odz cej. Po ok. 20 letniej eksploatacji stwierdzono na ich powierzchni wewn trznej g bokie ubytki korozyjne, w wyniku których grubo cianek z pocz tkowej warto ci 16 ÷ 18 mm, uleg a lokalnie zmniejszeniu do zaledwie 3 ÷ 6 mm, zagra aj c dalszej bezpiecznej eksploatacji obiektu. Ruroci gi zasilane s wod kopalnian o bardzo wysokiej zawarto ci tlenu i jonów agresywnych: chlorków - 500 ÷ 2000 mg/dm3 i siarczanów - 750 ÷ 1100 mg/dm3. Oszacowana szybko korozji stali wynosi a w tych warunkach do 0,5 mm/rok. W niektórych miejscach dosz o do lokalnej perforacji ruroci gów. Ruroci gi wody ch odz cej znajduj si do g boko pod ziemi i dost p do nich jest wy cznie od strony wewn trznej. St d te prace konserwatorskie, polegaj ce na nak adaniu na wewn trzne powierzchnie ruroci gu pow ok malarskich nie mog gwarantowa uzyskanie efektu ochronnego przy jednocze nie wysokiej pracoch onno ci i kosztach tego rodzaju zabezpieczenia przeciwkorozyjnego. W wyniku przeprowadzonych bada opracowano koncepcj zastosowania ochrony katodowej powierzchni wewn trznej ruroci gów w Elektrowni „ aziska” z wykorzystaniem zewn trznego ród a pr du i anod trudnoroztwarzalnych. Metoda ta jako jedna z nielicznych pozwala na d ugotrwa e i efektywne zahamowanie dalszej korozji ruroci gów, pozwalaj c jednocze nie na znaczne przed enie ich niezawodnej eksploatacji. Ze wzgl du na prototypowy charakter przedsi wzi cia, w pierwszym etapie zdecydowano si na obj cie ochron wytypowanego do wiadczalnego odcinka ruroci gu o d ugo ci ok. 40 m i rednicy 1,6 oraz 2,0 m. Wkrótce jednak uzyskane pozytywne wyniki spowodowa y znaczne rozszerzenie zakresu wdro enia.

51

3. Koncepcja ochrony katodowej ruroci gu –rozwi zania techniczne Na podstawie laboratoryjnych bada korozyjnych ustalono, e spolaryzowanie konstrukcji stalowej o ok. 100 mV w kierunku ujemnym w rodowisku wody ch odz cej z Elektrowni aziska”jest wystarczaj ce do ograniczenia jej pr du korozyjnego, a tym samym szybko ci korozji o ok. 90 %. Stwierdzono, e pocz tkowa g sto pr du ochronnego, koniecznego do osi gni cia za onej warto ci potencja u wynosi ok. 2 A/m2, lecz ju po kilkunastu godzinach polaryzacji zmniejsza si do kilkudziesi ciu mA/m2. Po d szym czasie polaryzacja katodowa pog bia si i po kilku dobach wymagana g sto pr du wynosi ok. 30 mA/m2. Bior c pod uwag , e polaryzacja konstrukcji stalowej bez pow oki ochronnej znacznie zwi ksza zapotrzebowanie pr dowe, postanowiono je obni poprzez wytworzenie na jej powierzchni specjalnej warstwy kryj cej, zawieraj cej trudnorozpuszczalne zwi zki wapnia i krzemu. Na podstawie bada modelowych ustalono zasi g oddzia ywania polaryzacji katodowej. Okre lono wspó czynnik rozp ywu pr du i obliczono konduktancj skro , charakteryzuj wytworzon mineraln warstw ochronn na powierzchni polaryzowanej katodowo konstrukcji stalowej. Pos uguj c si modelowaniem matematycznym obliczono wymagane odleg ci mi dzy anodami umieszczonymi wewn trz ruroci gu, aby uzyska po dan zmian potencja u przy za eniu minimalnej i maksymalnej warto ci potencja u ochronnego. Obliczone odleg ci wynios y dla poszczególnych rednic ruroci gu: D1 = 1,6 m l1 = 16,5 m D2 = 2,0 m l2 = 18,7 m W projekcie instalacji ochrony katodowej ruroci gów wody ch odz cej w Elektrowni aziska” przyj to ok. dwukrotnie mniejsze odleg ci mi dzy anodami bior c pod uwag takie niekorzystne czynniki jak: - intensywny przep yw wody przez ruroci g (ponad 2 m/sek), - podwy szona temperatura (do ok. 40oC), - wysokie natlenienie wody (nasycenie), - mniej dok adne w warunkach technicznych pokrycie powierzchni wewn trznej ruroci gu warstewk ochronn . Wykonano instalacj ochrony katodowej z on z nast puj cych uk adów: - anodowego wraz z konstrukcj no , - zasilaj cego ( ród o pr du sta ego), - elementów kontrolno - pomiarowych. Na podstawie wst pnych bada , zaproponowano anody z tytanu pokrytego warstewk aktywnych tlenków. Zastosowano zespo y anodowo-kablowe typu LIDAR wykonane w postaci cylindrycznych anod po czonych mi dzy sob odcinkami kabla i tworz ce w ten sposób rodzaj cucha. Odleg mi dzy anodami wynosi a 7 ÷ 8 m. Zaprojektowano i wykonano konstrukcj anodow , która polega na zawieszeniu zespo u anodowo-kablowego na odpowiednim olinowaniu wzd osi ruroci gu i ogranicza mo liwo jego uszkodze mechanicznych. Podzespo y musia y by tak dobrane, aby wytrzyma y w warunkach eksploatacji nieprzerwan prac ok. 3 lat, poniewa w takich mniej wi cej odst pach czasowych dokonuje si ównych remontów w elektrowni. Schemat instalacji ochrony katodowej od strony wewn trznej ruroci gu zilustrowano na rys. 1. Fotografi fragmentu zamontowanego wewn trz ruroci gu uk adu anodowego przedstawiono na fot. 2.

52

Rys. 1. Schemat instalacji ochrony katodowej ruroci gu od strony wewn trznej.

Fot . 2. Centralnie w ruroci gu umieszczona anoda typu Ti/MMO.

Przewody od anod wyprowadzone zosta y w studzienkach na zewn trz ruroci gu i pod czone do wolnostoj cych w terenie stacji ochrony katodowej. Stacje pod czone zosta y do rozdzielnic potrzeb w asnych elektrowni. 4. Monitorowanie skuteczno ci ochrony katodowej ruroci gu Specjaln uwag po wi cono monitorowaniu skuteczno ci dzia ania zastosowanej ochrony katodowej. Dok adn ocen prawid owo ci pracy instalacji ochronnej umo liwia uk ad elementów kontrolno - pomiarowych zamontowanych w chronionym obiekcie. W instalacji zastosowano: - cynkowe elektrody odniesienia do pomiarów potencja u, - sondy rezystometryczne do pomiaru szybko ci korozji, - kupony do bada grawimetrycznych szybko ci korozji.

53

Sondy rezystometryczne oraz kupony do bada grawimetrycznych umieszczone zosta y na powierzchni wewn trznej ruroci gu naprzeciwko anod, w po owie odleg ci mi dzy anodami oraz w celach porównawczych na s siednim odcinku ruroci gu niechronionego przed korozj . Elektrody odniesienia zamontowano na do wiadczalnym odcinku ruroci gu w 12 punktach. Rozk ad warto ci potencja u na wewn trznej powierzchni ruroci gu podczas jego polaryzacji katodowej umo liwia ocen doboru zastosowanych elementów i parametrów instalacji ochronnej. Pozwala równie na obliczenie rzeczywistych warto ci wspó czynników koniecznych do projektowania ochrony katodowej. W instalacji docelowej ilo elektrod pomiarowych zosta a znacz co zredukowana. Metoda korozymetrii rezystancyjnej jako jedna z nielicznych pozwala ocenia ilo ciowo skuteczno ochrony elektrochemicznej. W celu kontroli skuteczno ci ochrony katodowej konstrukcji przemys owych instaluje si na nich odpowiednie czujniki rezystancyjne, które zwiera si elektrycznie z konstrukcj chronion . Systematycznie dokonywane pomiary rezystancji umo liwiaj ocen stopnia zabezpieczenia konstrukcji przed korozj . 5. Wyniki bada eksploatacyjnych

UBYTEK KOROZYJNY, [ µm ]

Przez ca y okres eksploatacji ochrony katodowej ruroci gu utrzymywano takie warto ci pr du ochronnego, aby potencja chronionej powierzchni stali by obni ony co najmniej o 100 mV w stosunku do jej potencja u korozyjnego. Na rys. 2 przedstawiono wykres zmian ubytków korozyjnych w ci gu dwóch lat na odcinku niechronionym (P0) i odcinku z ochron katodow (P1) okre lone na podstawie wyników korozymetrii rezystancyjnej. 200 Blok 11 P0 (bez OK)

150

P1 (z OK)

100

50

0 0

100

200

300

400

500

600

700

CZAS, [ doba ]

Rys. 2. Ubytki korozyjne w ruroci gu na odcinku chronionym i niechronionym katodowo. Po rocznej polaryzacji katodowej wewn trznej powierzchni ruroci gu g sto ci pr du ochronnego wynosi y 7-10 mA/m2. Przyj to, e s to parametry pr dowe docelowe, przy których kontynuowana b dzie ochrona katodowa ruroci gu (oprócz okresu postoju). Po kilkumiesi cznej polaryzacji katodowej ca a chroniona katodowo powierzchnia osi gn a potencja ochronny, tzn. poni ej 200 mV wzgl. elektrody cynkowej (poni ej -780 mV wzgl. nasyconej elektrody kalomelowej). Wyniki bada grawimetrycznych oraz rezystometrycznych, na podstawie których oszacowano skuteczno ochrony katodowej, przedstawiono w tabeli 1. Na zdj ciach fot. 3 i fot. 4

54

zaprezentowano te same miejsca wewn trz ruroci gu przed zastosowaniem ochrony katodowej oraz po 3 latach eksploatacji systemu ochronnego. Tabela 1. Zestawienie wyników pomiarów rezystancyjnych i grawimetrycznych skuteczno ci ochrony katodowej ruroci gów wody ch odz cej Skuteczno

ochrony katodowej, %

Punkt Po 7 mies. eksploatacji pomiarowy Pomiary Pomiary grawimetryczne rezystometryczne

Pomiary grawimetryczne

Pomiary rezystometryczne

P1

84,4

84,1

90,2

83,8

P2

83,2

82,4

89,9

82,7

Po 12 mies. eksploatacji

Fot. 3. Fot. 4. Wygl d powierzchni wewn trznej ruroci gu wodnego przed zastosowaniem i po trzyletniej eksploatacji ochrony katodowej. 5. Podsumowanie Osi gni ty stopie polaryzacji katodowej wskazuje, e zastosowana metoda ochrony hamuje zgodnie z za eniami korozj wewn trznych cian stalowego ruroci gu wody ch odz cej w Elektrowni „ aziska”. Badania grawimetryczne i rezystancyjne wykaza y wysok skuteczno zastosowanej ochrony w zakresie ok. 82 ÷ 90 %. Oznacza to, e szybko korozji stali uleg a obni eniu z ok. 0,2 ÷ 0,5 mm/rok do dopuszczalnego poziomu 0,020 ÷ 0,035 mm/rok pozwalaj c na dalsz bezpieczn eksploatacj obiektu. Wytworzona mineralna warstewka ochronna wspó pracuje z ochron katodow zapewniaj c korzystniejszy rozk ad pr du oraz zmniejszaj c zapotrzebowanie na pr d ochronny. Ca a instalacja ochronna - w tym konstrukcja no na uk adu anodowego - pracuje dotychczas bezawaryjnie. Instalacja jest serwisowana przez SPZP CORRPOL.

55

Wyniki prac badawczych i eksploatacyjnych opublikowane zosta y wielokrotnie przez ównych wykonawców instalacji - Panów Jana Szukalskiego i Jezmara Jankowskiego z SPZP CORRPOL w Gda sku. Równie informacje dotycz ce zastosowanych technologii mo na znale na stronach Elektrowni „ aziska” po wi conych systemowi ochrony katodowej: http://www.ellaz.pl/polska/kat.htm oraz http://www.ellaz.pl/technologie/6/poz19.htm.

56

Automatizace m ení v katodické ochran Jan íp*, Wojciech Sokólski** *

ATEKO, s.r.o., P emyslovc 29, 709 00 Ostrava 9 SPZP CORRPOL Sp. z o.o., Elbl ska 133a, 80-718 Gda sk

**

Klí ová slova: katodická ochrana, m ení Anotace lánek se zabývá možností automatizace m ení v katodické ochran cestou unifikace rozložení signál na špi kách zvoleného konektoru a použitím specializovaného záznamníku pro ode et nam ených hodnot. V katodické ochran , z hlediska m ení procesních signál , se v sou asnosti používají r zné typy m icích objekt , jako jsou stanice katodické ochrany, elektrické polarizované drenáže, propojovací objekty, kontrolní vývody a podobn . Do m icích objekt jsou m ené signály ivád ny kabely na samostatné svorky. Typ a rozmíst ní svorek v m icím objektu jsou r zné, závislé zejména na druhu m icího objektu (plastový, oceloplechová sk , i jiné provedení), jeho velikosti, nebo zvyklostí provozovatele. Na následujících obrázcích jsou znázorn ny dva typické zp soby zapojení svorek. SMP 300R

VODA 200

ící body

Ž

erná

zelenožlutá

M

zelenožlutá

erná

P

M

57

Horní obrázek se týká plastového válcového sloupku a spodní oceloplechové sk ín .

VODA

CHRÁNI KA

M

zelenožlutá

erná

erná

zelenožlutá

M

H

Podmínkou automatizace m ení je provést alespo u jednoho provozovatele unifikaci rozložení m ených signál na p edem ur ené svorky. Jednou z možností je to, že m ené signály jsou vyvedeny na špi ky jednotného konektoru použitého ve všech typech m icích objekt . Každý z m ených signál je p iveden vždy jen na ur enou špi ku konektoru. Tímto zp sobem provedená unifikace zapojení umožní i nekvalifikované obsluze provést rychle a správn kvalifikované m ení, nebo jednotn zapojený konektor zaru í automatizované provedení m ení za využití k tomu ú elu ur eného m icího p ístroje. Sou ástí konektoru je i trvale umíst né elektromagnetické relé, které lze ovládat místn permanentním magnetem, elektrickým signálem m icího p ístroje podle programu i dálkov , cožumož uje zvolit vhodný zp sob automatizace m ení, jakým je nap íklad m ení potenciálu simula ní elektrody bez IR spádu. Podle [1] a [2] je v polských aplikacích používán šestišpi kový konektor.

A

F

B

E

C

D

58

Rozložení jeho signál je :

A B C D E F

OM1

OM2

OM3

E0 elektroda Cu/CuSO4 R potrubí S1 polarizovaná simula ní elektroda Ovládání relé + Ovládání relé S2 nepolarizovaná simula ní elektroda

E1 elektroda Cu/CuSO4 A galvanická anoda R potrubí (zásobník) Ovládání relé + Ovládání relé E2 elektroda Cu/CuSO4

E elektroda Cu/CuSO4 R potrubí S1 polarizovaná simula ní elektroda 1 cm2 Ovládání relé + Ovládání relé S2 polarizovaná simula ní elektroda 10 cm2

Provedení unifikované svorkovnice je podle [2] :

Zvolený konektor m že být použit s tolika špi kami, kolik je druh m ených a ovládaných signál ve všech m icích objektech. Pokud t chto signál je více, než je špi ek zvoleného konektoru, pak se zvolí zapojení podle typu m icích objekt . V tabulkách je jako p íklad uvedeno n kolik druh zapojení konektoru. Zapojení konektoru pro typy m icích objekt OM1, OM2, OM3, nebo aktivní m icí objekty jako jsou stanice katodické ochrany a elektrické polarizované drenáže a zapojení konektoru pro pasivní m icí objekty, jako jsou ostatní m icí objekty typu propojovacích objekt , kontrolních vývod a podobn . Jako konektor bylo vybráno na celém sv známé militární propojení, celkov hermetické, ur ené pro dlouholetou práci v terénních podmínkách. Ostatní elementy jsou zalité v polyuretanové poloelastické hmot uzp sobené pro dlouholeté zabezpe ení elektronických prvk p ed vlivem prost edí. Zapojení konektoru m že obsahovat také elektromagnetické relé ovládané z vn jšku a svými kontakty propojující vybrané špi ky. Této ásti zapojení se pak dá použít nap íklad pro trvalou polarizaci kovové simula ní elektrody na potenciál katodicky chrán né konstrukce a m it na kovové simula ní elektrod polariza ní potenciál.

59

Užívá se elektromagnetické relé se stále sepnutými hermeticky uzav enými kontakty z ušlechtilého kovu, odizolovaných od vn jších vliv . Unifikovaná svorkovnice lze umístit také do plastových válcových sloupk :

Pro eské podmínky lze použít osmišpi kový konektor.

1

7

2

8 6

3

5

4

S tímto rozložením signál :

60

1 2 3 4 5 6 7 8

Aktivní m icí objekty E elektroda Cu/CuSO4 M potrubí S1 polarizovaná simula ní elektroda Ovládání relé + Ovládání relé S2 nepolarizovaná simula ní elektroda Bo ník Anodové uzemn ní, kolej

Pasivní m icí objekty E elektroda Cu/CuSO4 M potrubí S1 polarizovaná simula ní elektroda Ovládání relé + Ovládání relé S2 nepolarizovaná simula ní elektroda Interferované potrubí Chráni ka

Automatizované m ení lze pak provád t specializovaným osmikanálovým m icím p ístrojem ProMer typu záznamníku, který m í tyto veli iny : Depolariza ní k ivka na simula ní kovové elektrod o ploše S1, z které vypo ítává : Eon Zapínací potenciál Eir free Polariza ní potenciál Eoff Vypínací potenciál En Samovolný korozní potenciál Depolariza ní k ivka na simula ní kovové elektrod o ploše S2, z které vypo ítává : Eon Zapínací potenciál Eir free Polariza ní potenciál Eoff Vypínací potenciál En Samovolný korozní potenciál Stejnosm rný proud tekoucí mezi kovovou simula ní elektrodou o ploše S1 a potrubím. Stejnosm rný proud tekoucí mezi kovovou simula ní elektrodou o ploše S2 a potrubím. St ídavý proud indukovaný na potrubí m ený od kovové simula ní elektrody o ploše S1. St ídavý proud indukovaný na potrubí m ený od kovové simula ní elektrody o ploše S2. Obecné stejnosm rné nap tí, nap íklad z výstupu usm ova e, nebo nap tí potrubí –kolej. Obecný stejnosm rný proud na bo níku, nap íklad proud z usm ova e, nebo drenážní proud.

61

Záznamník ProMer m že být propojen in-line nebo on-line s p enosným osobním po íta em es rozhraní USB i Com, nebo s kapesním po íta em p ípadn s mikropo íta ovou stavebnicí UniMis. Na t chto po íta ích je možné provád t tabulkové a grafické analýzy nam ených hodnot. V pam ti záznamníku mohou být uloženy r zné typy m icích objekt (POB, KVO, … ), které se r zní z pohledu katodické ochrany, r zní se zapojením vodi na svorky konektoru, ale všechny mohou být obsluhovány jedním záznamníkem.

Jako p íklad využití lze uvést naprogramované, tedy automatické m ení polariza ního potenciálu z depolariza ní k ivky. Elektromagnetické relé trvale zajiš uje polarizaci simula ní elektrody na potenciál potrubí a rozepíná se krátce jen na dobu m ení. To ideáln umož uje opakovatelnost m ení. Takové m ení m že provád t i osoba bez odborné zp sobilosti.

Literatura [1] [2] [3] [4]

Olejniczak M., Sokólski W.:Od cznik magnetyczny – krok w kierunku automatyzacji pomiaru potencja u. Jurata 2004. Sokólski W.: Technické informace. E-maily 2005. íp, J. Vzorkova . Uživatelská p íru ka. ATEKO 2005. íp, J. ProMer. Uživatelská p íru ka. ATEKO 2005.

62

Napájení elektroniky drenáží Jan íp ATEKO, s.r.o., P emyslovc 29, 709 00 Ostrava 9 Klí ová slova : katodická ochrana, drenáž

Anotace lánek se zabývá možnostmi napájení elektronických obvod spínaných drenáží.

vodní diodové polarizované elektrické drenáže nebyly vybavovány elektronickými prvky, které vyžadují zdroj elektrického napájení. Po átkem éry, kdy jsou používány spínané elektrické polarizované drenáže, nebo drenáže vybavovány komunika ními p enosovými prost edky GSM pro monitorování jejich innosti, i elektrické polarizované drenáže vybavovány jinými funkcemi realizované elektronickými obvody, nabývá problém jejich napájení na významu. Zdrojem elektrického napájení obvykle bývá : Sí 230 V AC Baterie Slune ní lánek Galvanický lánek Drenážní proud Bludný proud Každý z výše uvedených zp sob má jisté výhody, ale i nevýhody. Sí 230 V AC bývá u elektricky polarizovaných drenáží k dispozici jen výjime . Baterie je nutno po ase vym ovat. Slune ní lánky jsou mechanicky zranitelné. Galvanický lánek tvo ený dv mi elektrodami se zemním elektrolytem, má nízký výkon, zejména pro napájení komunika ních modem . Drenážní proudy i p i stovkách ampér jsou malým zdrojem energie u spínaných drenáží, kde se dbá na tém nulový odpor v sepnutém stavu. Bludné proudy odebírané mezi potrubím a kolejí p i kladné polarit na koleji, využívané k napájení, ohrožují katodicky chrán né úložné za ízení. Velmi pozitivních výsledk bylo dosaženo p i využívání slune ních lánk k napájení elektrických polarizovaných drenáží. Spole nost ATEKO nasadila do užívání mnoho desítek spínaných elektrických polarizovaných drenáží napájených ze slune ního lánku. První aplikace m ly slune ní lánek umíst n v samostatném vod odolném krytu se sklonem zajiš ujícím optimální využití slune ní energie. Pro jeho nápadnost byl slune ní lánek ob as poškozen vandaly. V novém provedení sk íní spínaných polarizovaných drenáží, kdy sk je vysoká v úrovni vyšší lidské postavy a slune ní lánek zvýšeného výkonu je umíst n plošn p ímo na st íšce, již k mechanickému poškozování slune ního lánku nedochází a to p i zachování jeho dostate né funk nosti.

63

64

EPD Hrab tice 10,00

0,00 1

79

157 235 313 391 469 547 625 703 781 859 937 1015 1093 1171 1249 1327 1405 1483 1561 1639 1717 1795

-10,00

-20,00 [V]

Upe-k Up-k -30,00

-40,00

-50,00

-60,00 Sekundy

65

EPD Bohumín P erov 20,000

10,000

0,000 1

30 59 88 117 146 175 204 233 262 291 320 349 378 407 436 465 494 523 552 581 610 639 668 697 726 755 784 813 842

[V]

-10,000

Upe-k Up-k

-20,000

-30,000

-40,000

-50,000

-60,000 Sekundy

66

Zajímavým zdrojem energie se ukázalo využití bludných proud odebíraných mezi kolejí a uzemn ním.

Jak vyplývá z obou graf m ených na zatížených žilách diodové polarizované drenáže nov upraveného koridoru železni ní trat Bohumín P erov, je energie v záv rném sm ru dosta ující pro napájení úsporných elektronických obvod a to p i minimalizaci dodate ných náklad , zejména v p ípadech, kdy uzemn ní je již vybudováno z jiných d vod , nap íklad z d vodu ochrany p ed nebezpe ným dotykem.

Literatura [1] [2]

íp, J.: Užitný vzor . 10204 Spínaná drenáž. íp, J.: Užitný vzor . 15670 Napájení EPD.

67

Hodnocení aluminotermického nava ování kabelových koncovek katodové ochrany úložných za ízení Ing Jaroslav Kubí ek VUT, FSI Brno Úvod V roce 2001 byla zavedena norma SN EN 12732 – ZÁSOBOVÁNÍ PLYNEMSVA OVANÉ OCELOVÉ POTRUBÍ –FUNK NÍ POŽADAVKY. Tím vyvstal požadavek na ov ení aluminotermického nava ování kabelových koncovek katodické ochrany podle ílohy H této normy. Ve spolupráci Jihomoravské plynárenské spole nosti a.s. , TDS Brno a VUT FSI Brno byla vypracována metodika a sva ovací postup p i nava ování kabelových koncovek. JMP stanovila svoje požadavky na provád ní prací a VUT FSI Brno bylo pov eno hodnocením zkušebních svar . V p ísp vku je uveden p íklad zápisu protokolu o výsledku zkoušky a požadavky JMP na zabezpe ení zkoušky.

POŽADAVKY DS NA DODAVATELE ALUMINOTERMICKÉHO PODLE SN EN 12732, P ÍLOHA H

SVA OVÁNÍ

Kvalifikace: Aluminotermické nava ování prvk PKO na povrch plynovodu je innost, která by mohla vážn ohrozit bezpe nost provozu tohoto vyhrazeného plynového za ízení. Pro tuto innost je nutné, aby dodavatel t chto prací, t.j. podnikající fyzická i právnická osoba byla držitelem oprávn ní pro montáž p ísl. vyhrazeného plynového za ízení ve smyslu § 6c odst. 1 písm.b) zákona . 174/1968 Sb. v platném zn ní, resp. § 3 odst. 1 vyhlášky ÚBP a BÚ . 21/1979 Sb. v platném zn ní, potažmo též l. 9.3.1.1 ást II TPG 905 01. Dodavatel musí být držitelem p íslušného oprávn ní (ITI). Kvalifikace svá pro aluminotermické sva ování kabelových p ípojek je stanovena jako zaškolovací kurz dle SN EN 05 0705 - ZP- 71 - 9 WO1. Sva ovací za ízení: ed zahájením svá ských prací budou externím dodavatelem p edloženy svá ecímu dozoru DS ke schválení podrobné údaje o spojovací technice a použitých p ístrojích, které musí být ve shod s doporu ením výrobce. Podmínky JMP a.s. pro registraci: Každá z dodavatelských firem p edloží provozovateli p edb žný postup sva ování dle SN EN 12732 – viz p íloha H. Zástupce externího dodavatele p edkládá p edb žný postup sva ování svá skému dozoru JMP,a.s. Podmínky JMP a.s. p ed zahájením svá ských prací: ed zahájením svá ských prací provede, každý ze svá externího dodavatele provede za asti svá ského dozoru JMP a.s., nebo osoby jím pov ené t i zkušební svary, které musí splnit podmínky dané normou SN EN 12732 p íloha H

68

VYSOKÉ U ENÍ TECHNICKÉ, FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ, ÚSTAV STROJÍRENSKÉ TECHNOLOGIE, ODBOR SVA OVÁNÍ A POVRCHOVÝCH ÚPRAV. Protokol o zkoušce 1/2005 HODNOCENÍ ALUMINOTERMICKÉHO NAVA OVÁNÍ KABELOVÝCH P ÍPOJEK. Zadavatel: FIRMA XXXX Na zkušební kusy trubky DN 85 bylo nava eny celkem 3 kabelové koncovky obr.1. Dozor nad sva ováním provád l: SVÁ SKÝ DOZOR PROVOZOVATELE PLYNOVODU. Hodnocení bylo provedeno dle normy: SN EN 12 732 Zásobování plynem - Sva ované ocelové potrubí –Funk ní požadavky. íloha H.

Obr. 1 Nava ené koncovky na zkušebních vzorcích ení elektrického odporu. Nejprve bylo provedeno m ení elektrického odporu. Na všech koncovkách nebylo prokázáno zvýšení elektrického odporu.

nava ených kabelových

Ur ení mechanické pevnosti nava ovaných koncovek. Mechanická pevnost byla ur ena údery kladiva o hmotnosti 1 kg. Pro zkoušky mechanické pevnosti byly zkoušeny 4 koncovky údery kladivem a jedna byla roz ezána na metalografické hodnocení. Po celkem 15 úderech kladiva na každou koncovku, byly koncovky pouze deformovány bez odd lení od trubky. ení tvrdosti. Pro m ení tvrdosti a hodnocení struktury byl vy íznut a vybroušen vzorek ezu návarem. Tvrdost byla m ena dle normy v jednom mm pod povrchem trubky.

69

Schéma m ení tvrdosti tepeln ovlivn né oblasti (TOO) základního materiálu je na obr.2 .

Návarový kov

Linie m ení tvrdosti 1 pod povrchem ZM TOO

obr. 2 Schéma m ení tvrdosti

Hodnocení tvrdosti bylo provedeno na za ízení Zwick 3212 obr. 3. ístroj slouží pro stanovení tvrdosti podle Vickerse podle DIN 50133, ASTM E 92, BS 427, ISO/R81, ISO/R192, ISO/R399. Postup je vhodný pro m ení tvrdosti b žných ocelí, ale také pro velmi tvrdé materiály nebo vrstvy. Obr. 3 Tvrdom r Zwick 3212

ístrojem lze provád t také zkoušku podle Brinella, p i nížse vtla uje kuli ka o φ1 mm silou 100 N. Zkouška je vhodná pro m ení tvrdosti barevných kov s malou zát ží. Dále je p ístroj vybaven za ízením pro ení mikrotvrdosti. Pro snímání a vyhodnocení vtisk je standardní stroj vybaven sou adnicovým stolem a ipojením na PC, toto vybavení bylo v etn SW zhotoveno u fy. Zwick. ení tvrdosti bylo provedeno metodou dle Vickerse p i zatížení 10 kg. ( dle normy SN EN 12732). Výsledky m ení jsou uvedeny v tabulce 1.

70

Tabulka 1. Vzorek návaru ení tvrdosti TOO Hloubka linie aluminotermického návaru 1mm

Tvrdost HV 10 129,125,151,154,151,150,144,138,13 4

Vyhodnocení zkoušek tvrdosti. Hrani ní hodnoty 325 HV 10 ( p ípustnost dle SN EN 12 732) nebylo dosaženu u žádného m ení tvrdosti a hodnoty tvrdosti jsou hluboko pod uvedenou hrani ní hodnotou. Hodnocení mikrostruktury návaru. Hodnocení mikrostruktury bylo provedeno na mikroskopu OLYMPUS s digitálním fotoaparátem. Rozhraní návar –základní materiál p i zv tšení 50x (obr.4) nevykazuje žádní vady a nespojitosti..Rovnom rná hranice ZM – návar, malý nár st velikosti zrn na rozhranní vlivem tepelného ovlivn ní ZM.a n kolik globulárních mikropór . P i zvetšení 200x (obr. 5) viditelná difúze m di do ZM. Místo s viditelnou difúzí m di do ZM, s jemn rozptýlenými ásticemi ZM v návaru.

obr. 4

ez rozhranním návar –ZM (naho e), 50x

71

Obr. 5 Rozhraní návar –ZM 200x CELKOVÝ ZÁV R Z uvedeného hodnocení návar kabelových koncovek pomocí aluminotermického sva ování byly vyvozeny následující záv ry: • Elektrický odpor nebyl u zkoumaných návar zjišt n. • Návary mají vysokou mechanickou pevnost, bez možnosti odražení kladivem. U návar došlo pouze k mírné deformaci údery kladiva. • U zkoušek tvrdosti TOO a ZM byly zjišt né hodnoty tvrdosti hluboko pod hodnotou 325 HV10, která je uvedena v SN EN 12732 jako hrani ní pro použití metody aluminotermického sva ování. • Difúze Cu do základního materiálu byla p i zv tšení 200x prokázána v centrální oblasti návaru, kde je p edpoklad v tšího p ívodu tepla do svarového spoje. Difúzní oblast je dob e viditelná do hloubky cca 0,045 mm. • Natavení prokázané nabylo. Na základ vyhodnocení zkoušek dle SN EN 12 732 p íloha H je aluminotermické nava ování kabelových koncovek ve FIRM XXX schváleno.

Datum xxxxx -----------------------------------------podpis, razítko

72

Provoz, údržba a revize protikorozní ochrany kovových úložných za ízení. František Mí ko Souhrn ízení provozu, údržba a revize ochrany proti korozi p edstavují velice zodpov dné innosti, které ovliv ují p edevším bezpe nost provozu kovových úložných za ízení epravujících nebezpe né látky, jako jsou ho lavé plyny a kapaliny. Ovliv ují téžjejich životnost a mají i nemalý vliv na životní prost edí (p edevším p i zv tšené poruchovosti rozvodných sítí). St edem zájm ve ejných odborných institucí je zajistit co nejvyšší bezpe nost a provozní spolehlivost s možnosti spole enské kontroly pln ní národních a nadnárodních technických norem. Ne všichni zájemci nabízející služby ve smyslu t chto norem jsou schopni je kvalitativn zajišovat. Nekvalitn zajišované služby z této oblasti innosti by m ly být p edm tem kontrol státních orgán . Jsou porovnány d ív jší a dnešní požadavky periodicity n kterých kvalitativních požadavk plynoucích z t chto norem, v etn norem p ipravovaných v rámci Evropské unie. V diskusi je nazna en zp sob trvalého zajišt ní technické úrovn provozovatel v tších distribu ních sítí.

Úvod Privatizace velkých energetických spole ností sebou p ináší, mimo jiné také zm ny chování t chto spole ností k tomuto nov nabytému majetku. Po vzájemné eufórii spojené s prodejem a nákupem akcií v objemech miliard euro, dochází na obou stranách k postupnému vyst ízliv ní a tedy i k hledání nejr zn jších finan ních rezerv, p edevším na stran nových nabyvatel . Vymýšlejí se nejr zn jší varianty nových zp sob ízení. Rezervy plynoucí z dokonalejší organizace nejr zn jších inností jsou jist na míst , pakliže nejsou na úkor bezpe nosti provozu. Do jaké míry lze však dojít, ukáže as. Jiždnes je však nutné upozornit, že bezpe nost provozu plynovod má své hranice a z protikorozního hlediska i optimáln stanovené technickými normami a sou asnými p edpisy i v rámci evropského spole enství. P esto existuje snaha tato fakta obcházet zdánlivým evád ním zodpov dnosti na dodavatele služeb, který si ji ve v tšin p ípad ani neuv domuje a mimod k p ejímá tak zodpov dnost, kterou majitel plynovod fakticky p edat nem že a ani nesmí. Tuto skute nost si asi oba subjekty ani neuv domují. Organizace provozu a údržby za ízení protikorozní ochrany plynovod v eské republice je spojena p edevším s rozvojem eskoslovenského plynárenství, zejména vysokotlakého rozvodného systému. Ten se za al rozvíjet v padesátých a šedesátých létech minulého století. S rozvojem této výstavby se za ala budovat i katodická ochrana. První stanice katodické ochrany byla vybudována v Bratislav jižv roce 1956. Aplika ní výzkum a vývoj, který zajišoval ÚVP B chovice v rámci celého státu, byl zahájen na vtl.plynovodu DN 300, Jt 10 Ostrava –Olomouc - Prost jov, kde byla v roce 1957 instalovaná stanice katodické ochrany v Rychalticích, jižna základ p edem provedených zkoušek a výpo , sou asn se vzorky, ježm ly prokázat ú innost instalované katodické ochrany a vhodnost materiál pro budoucí uzem ovací anody. Od té doby se soust edila snaha odborných pracovník zodpovídajících za stav protikorozní ochrany plynovod , p edevším na kvalitu pasivní ochrany p i výstavb plynovod , a následn pak i na provoz a údržbu nov vznikajících za ízení katodické ochrany. To bylo zp sobeno n kolika aspekty. Snahou snížit poškozování izola ních povlak potrubí p i výstavb , vytvo it jednotná provozní pravidla pro provoz, údržbu a revize za ízení protikorozní ochrany plynovod a spole s dalšími pr myslovými

73

sektory postupn vytvo it solidní základ státních norem ve shod s normami ICS (Internacional Classifikacion off Standard).

Technické p edpisy Prvé výsledky a zkušeností získané provozem katodické ochrany následn zkoušené i na dalších dálkových plynovodech na Slovensku, Morav i v echách byly dokladovány díl ími i záv re nými výzkumnými zprávami ÚVP v B chovicích, st ediskem protikorozní ochrany pod vedením Ing.Adolfa Payera, Csc a p edevším jeho spolupracovník Ing.Lubomíra Boubely, Milana Radomila a Ji ího Edelmana. Tento kolektiv p ipravil i prvé podklady k následné mnohaleté projek ní innosti PNP Praha. St edisko protikorozní ochrany PNP pod vedením Ing.René Sklená e vypracovalo první návrh provozního p edpisu obsahujícího problematiku údržby a kontroly provozu katodické ochrany v rámci sl.plynárenství. Tento návrh byl zpracován na základ p ipomínek korozních technik plynárenských národních podnik , které jižkatodickou ochranu provozovali. V SMP, n.p. Ostrava byl p vodní návrh rozpracován pro všechny izolované ocelové plynovody, dálkové i místní. Vzniklý provozní p edpis byl pozd ji akceptován vedoucími pracovníky generálního editelství SPP a uplatn n v rámci celého plynárenského odv tví. Je nutné p ipomenout, že v té dob již postupn vznikala celá ada nových SN 03 83 .. . Podstatné technické prvky z tohoto plynárenského provozního p edpisu jsou dosud obsaženy v dosud platné SN 03 8373 Zásady provozu, údržby a revize ochrany proti korozi kovových potrubí a kabel s kovovým plášt m uložených v zemi.[1] Pro možnost porovnání s nov jšími normami EN uvádím ze str.9 uvedené eskoslovenské státní normy : Tab.1 P ehled nejd ležit jších provozních kontrol ochrany proti korozi . 1. 2. 3.

název operace Neporušenost izolace potrubí

Neporušenost izolace plášt kabelu Kontrola stanic katodické ochrany (SKAO, SKAO)

4.

Kontrola elektrických drenáží (EPD, S, S)

5.

Kontrola galvanických anod (GA, Ra) Kontrola izola ních spoj (IS)

6. 7.

Kontrola funkce aktivní ochrany

8.

Regulace a m ení aktivní ochrany

9.

Kontrola chráni ky

l. 23, 24, 82 26, 82 kap.II. úvod 31-36, 61 82 82 27 kap.II. úvod 31-39, 61 kap.II úvod 31-42, 61 31-39, 82

stru ný popis Kontrola vad v izolaci potrubí opat ených pasivní ochranou, nap . Pearsonovou metodou nebo kontrolními sondami ení izol.odporu protikorozní bezešvé ochrany kabelu

periodi nost min. 1 x za 10 let 1 x za p l roku

Vn jší prohlídka, ode et p ístroj , kontrola jisti , pojistek, ídícího obvodu apod., m ení potenciál u SKAO, záznam do deníku

min. 1 x za m síc

Vn jší prohlídka, ode et p ístroj , kontrola jisti , pojistek, ídících obvod , m ení potenciál napojených za ízení a proudu a záznam do deníku Vn jší prohlídka nadzemní ásti, m ení proudu, potenciál , záznam parametr do záznamníku ení zemních odpor , odporu izola ního spoje, potenciálu úložné za ízení –p da na KSO nebo POIS, záznam m ení dtto .3 (5) + m ení potenciál u SKAO ( SKAO, EPD, S, S) v kritických bodech, PO, doregulování ochranných parametr , záznam do deníku, záznamníku PO

min. 2 x za m síc

ení parametr , (proud, nap tí, odpor) SKAO, SKAO, EPD, S, S, IS, vyregulování celého systému aktivní ochrany, m ení na všech m icích objektech, kontrolních vývodech, provozní záznamy, vypracování potenciálového diagramu, záznam do deníku, záznamník ení potenciálu chráni ka –p da, odporu, záznam odporu mezi chráni kou a potrubím

4 x za rok 1 x za rok 4 x za rok

min. 1 x ze rok

1 x za rok

i každé zm korozní situace (napojení nového ádu, odbo ky, k ížení s novou konstrukcí apod.) je nutno mimo plán provést regulaci a m ení aktivní ochrany.

74

I kdyžbyl plynárenský provozní p edpis p ísn jší nežstátní norma, byl jednotlivými plynárenskými podniky akceptován. Prakticky aždo vzniku technických pravidel vydaných GAS, s.r.o. –organizaci pro výkon spole ných inností v plynárenství R. Spole nost GAS, s.r.o. p evzala ást p vodního p edpisu PP a SN 03 8373 do TPG 905 01 Základní požadavky na bezpe nost provozu plynárenských za ízení ( ást IX –Ochrana proti korozi) [2] a do TPG 920 22 Protikorozní ochrana v zemi uložených ocelových plynových za ízení. Provoz a údržba za ízení aktivní ochrany. [3]

TPG 905 01 –IX Tabulka 1 –Minimální lh ty inspekce: Po adí a)

∗

innost Kontrola izolace potrubí

b)

Kontrola stanic katodické ochrany (SKAO, SKAO)

c)

Kontrola elektrických drenáží, saturáží (EPD, ESA)

d)

Kontrola galvanických anod (GAN)

e)

Kontrola izola ních spoj (IS)

f)

Kontrola funkce aktivní ochrany

g)

Kontrola chráni ky

h)

Regulace a m ení aktivní ochrany

Stru ný popis Kontrola vad izolace potrubí opat ených pasivní ochranou, nap . Pearsonovou metodou Vn jší prohlídka, ode et p ístroj , kontrola jisti , pojistek, ídících obvod apod., m ení potenciálu potrubí v i zemi v napájecím bodu a záznam do deníku Vn jší prohlídka, ode et p ístroj , kontrola jisti , pojistek, ídících obvod , m ení potenciálu a proudu u napojených za ízení a záznam do deníku Vn jší prohlídka nadzemní ásti, m ení proudu, potenciálu, zemního odporu galvanické anody, záznam parametr do deníku ení zemních odpor , odporu IS, potenciálu úložné za ízení –p da na KSO nebo POIS, záznam m ení ení potenciálu u SKAO, SKAO, EPD, ESA, GAN, v kritických bodech, doregulování ochranných parametr , záznam do deníku ení potenciálu chráni ka –p da a odporu mezi chráni kou a potrubím M ení parametr (proud, nap tí, odpor) SKAO, SKAO, EPD, ESA, IS. Vyregulování celého systému aktivní ochrany, m ení na všech m icích objektech, kontrolních vývodech, provozní záznamy do deníku (záznamník ), vypracování potenciálového diagramu

Lh ta nejmén 1 x za 10 let ∗ ) 1 x za m síc

2 x za m síc 2 x za rok 1 x za rok 2 x za rok 1 x za rok 1 x za rok

) neplatí pro aktivn chrán né plynovody; lh ty a rozsah pro aktivn chrán né plynovody stanoví provozovatel plynovodu

K této tabulce je nutné uvést i p íslušný lánek bezpe nostního p edpisu ásti 2 Provoz, který že lh ty v tabulce zm nit: 2.1.4.1

i ur ování lh t provád ní základních inností je nutno rovn žp ihlédnout k výskytu úniku plynu, technickému stavu za ízení ochrany proti korozi, výsledku korozního m ení, výsledku provedených diagnostických metod, stá í plynovodu, vedení plynovodu zástavbou, jeho významu pro zásobování dané oblasti apod.

TPG 905 01 –IX Tabulka 2 –Lh ty revize elektrických za ízení: innost 1) Revize 2) Revize ∗

Stru ný popis Revize elektrických za ízení nízkého nap tí aktivní ochrany Revize za ízení p ed ú inky atmosférické a statické elekt iny

Lh ta nejmén 1 x za 4 roky ∗ ) 1 x za 2, resp. za 5 let∗∗ )

) SN 33 1500 Revize elektrického za ízení

∗∗

) Podle SN 33 1500 tabulky 1 pro prostory prost edí s nebezpe ím požáru nebo výbuchu platí 2 roky, pro ostatní platí 5 let

75

TPG 905 01 IX –Tabulka 3 –Minimální lh ty údržby: innost 1) Údržba stanice katodické ochrany SKAO, SKAO

Stru ný popis Prohlídka usm ova e, jeho demontáž, kontrola funkce jednotlivých sou ástí. O išt ní elektrom rové ásti, vnit ku stanice, spojovacích objekt , promazání a oprava nát 2) Údržba elektrické Kontrola funkce m icích p ístroj a elektrických drenáže EPD, ESA obvod . M ení potenciálu všech p ipojených konstrukcí.O išt ní, konzervace a se ízení za ízení. Oprava nát . 3) Údržba kontrolních Kontrola funkce vývodu a regula ních prvk , jejich vývod KVO, oprava nebo vým na. Vy išt ní sk ín , promazání POCH, POA, POB, svorek, pant a zámk , oprava nát . POIS

Lh ta nejmén 1 x za rok

2 x za rok

1 x za 2 roky

Rozsah údržby umož ují rozší it následující lánky: 2.4.1.1

ípadná další údržba a opravy jsou provád ny na základ zjišt ní p i inspekci, provozní revizi a podle plánu údržby a oprav.

2.4.2

Rozsah a etnost údržby za ízení ur uje provozovatel na základ skute ného stavu provozovaného za ízení a podmínek stanovených výrobcem za ízení, minimáln však podle tabulky 3.

Od zá í roku 2001 vešla v platnost eská verze evropské normy EN 12954:2001 a má status eské technické normy [4]. Týká se všeobecných zásad a aplikace katodické ochrany na kovová potrubí. P es velice krátkou p sobnost bude revidována a rozd lena, takže její platnost bude velice krátká. P esto je nutné uvést alespo tu ást, která mohla ovlivnit chování kterých provozovatel kovových úložných za ízení zvlášt u nových investic. SN EN 12954 –Tabulka 2 – etnost funk ních kontrol: Funk ní kontrola Stanice katodické ochrany ob tovanými anodami Stanice katodické ochrany vloženým proudem Stanice elektrické polarizované drenáže Propojení s jinými za ízeními Stejnosm rná odd lovací za ízení a uzem ovací systémy Bezpe nostní a ochranná za ízení icí objekty

etnost nebo ast ji, pokud to vyžadují provozní

Každoro podmínky Každé 3 m síce nebo ast ji, pokud to vyžadují provozní podmínky Každý m síc nebo ast ji, pokud to vyžadují provozní podmínky Každoro nebo ast ji, pokud to vyžadují provozní podmínky Každoro nebo ast ji, pokud to vyžadují provozní podmínky Každoro nebo ast ji, pokud to vyžadují provozní podmínky Na vybraných místech každoro , jinde vždy po t ech létech (viz 10.3.3.2)

10.3.3.2 M ení katodické ochrany

Na letošním∗/ zasedání pracovních skupin .1 CEN TC 219 WG1 „Katodická ochrana“ spole se skupinou WG5 „Kvalifikace a certifikace personálu“, které krom dalších skupin vytvá ejí spole né EN podle plánu CEN bylo rozhodnuto o revizi EN 12954 Katodická ochrana kovových za ízení uložených v p nebo ve vod p edevším proto, že má návaznost na tvorbu dalších p edpis : ∗ / 15.-18.3.2005 v Compiegne u Pa íže

76

Ø CEN TC 219 No 329 –Odhad pravd podobné koroze zp sobené st ídavými proudy na v zemi uložených potrubích; Ø WI 00219024 –Dálková kontrola a ízení systém katodické ochrany úložných za ízení a potrubí; Ø EN 50162 –Ochrana proti korozi bludnými proudy ze stejnosm rných systém ; Ø ISO 15589 –Katodická ochrana dálkových potrubí. ást 1 –potrubí na pevnin . Nov zavád né p edpisy umožní, p i dodržení specifických podmínek, snížit etnost funk ních kontrol a ízení systém katodické ochrany p i místní a dálkové kontrole takto: Druh za ízení Galvanické anody Stanice katodické ochrany Elektrická drenáž Interferen ní propojka Ochrana p ed vlivy p ep tí Zabezpe ovací prvky provozu katodické ochrany Vybrané m icí objekty žné m icí objekty

Místní kontrola ro každé t i m síce m sí ro ro ro ro každé t i roky

Dálková kontrola každé t i roky každé t i roky každé t i roky každé t i roky každé t i roky každé t i roky každé t i roky každé t i roky

Diskuze a záv r. Z porovnání jednotlivých kontrol dosud všech platných norem a p edpis vyplývá jakási benevolence ze strany SN EN 12954 03 8355 a nov vznikajících p edpis EN, která umož uje lh ty n kterých kontrol a revizí prodlužovat. To m že zp sobit chaos a zna né nep esnosti p i kontrolách provád ných p edevším státními orgány. Ty se zatím na oblast protikorozní ochrany kovových úložných za ízení nezam ily. Zatím je problematika protikorozní ochrany plynových za ízení p i t chto kontrolách velice povrchní a formální esto, že práv ta je z hlediska provozuschopnosti a bezpe nosti rozhodující. V post socialistických zemích je technická benevolence velice nebezpe ná, nebo svádí ke zna né povrchnosti provád ných inspekcí, kontrol a revizí. Není zde vžita osobní zodpov dnost za provád nou práci zvlášt u velkých spole ností. P i prodlužování termín pravidelných kontrol, nap . využitím dálkových p enos a dálkových ovládání, je nezbytné využívat i jiné, zdánliv nesouvisející pomocné informace získané nap . poch zkovými a hlídacími službami (faktický stav za ízení po bou kách a smrštích, vzr st náletových k ovin a strom , úmyslná poškození sloupk , sk íní a budov apod.). Za zvláš riskantní považuji zbavit se všech odborník a specialist na protikorozní ochranu nap . formou outsourcingu t m organizacím, které pak budou inspekce, kontroly a revize pro plynárenskou nebo jinou organizaci zajišovat a provád t. Takto technicky zna oslabena organizace m že jen velice obtížn zadávat, hodnotit, kontrolovat a technicky ešit, jak stávající provozní situaci, tak nov vznikající, mnohdy velice komplikované korozní situace. Dodavatel služeb si pak m že doslova „d lat co chce“ a diktovat stále nové požadavky na další mnohdy nepodložené opravy. Tímto zp sobem zákonit náklady na provoz a údržbu trvale porostou. Problematice kvalifikace korozních odborník je pracovní komisí WG5 v nována zna ná pozornost. EN ISO 17024 rozlišuje t i stupn kvalifikace pro obor katodické ochrany. [6]

V l.5 se uvádí: Úrove 1: Montér

77

Úrove 2: Korozní technik (st ední stupe kvalifikace) Úrove 3: Expert (nejvyšší úrove ) Úrovn zp sobilosti a osv ení pracovník katodické ochrany (podle CEN/TC 219/WI 002 19022, pol.9 podle tab.1) Kvalifika ní úrove Stru ná charakteristika úkol , které musí být pln ny v jednotlivých kvalifika ních úrovních Úrove 1 Provád t základní m ení k zabezpe ení provozu systému katodické ochrany a jeho vyhodnocování podle napsaných instrukcí a pod dohledem pracovník úrovn 2 a 3. Týká se to rutinních m ení, jakoži omezeného po tu specifických ení k ur ení pracovního režimu systému katodické ochrany. Úkolem pracovníka není interpretovat získané údaje. Úrove 2 Vyhodnocovat provoz systému katodické ochrany (jeho innost) a zjišovat místa, kde se uplat uje interference. Má být schopný navrhnout jednodušší systémy katodické ochrany. Krom toho má kvalifikaci úrovn 1. Úrove 3 Navrhuje koncepci volby, projektování a ízení systém katodické ochrany. K tomu ú elu musí být schopen zvážit technické, finan ní a bezpe nostní aspekty. Získané nezbytné informace musí využívat objektivn s ohledem na skute ný stav za ízení, které má být chrán no katodickou ochranou. Krom toho má kvalifikaci úrovn 2. Také není moudré, ekonomicky udržitelné a nadále technicky možné ešit problematiku innosti protikorozní ochrany ocelových plynovod jejich vým nami za nové. A užse to týká potrubí z oceli nebo plast . Takováto ešení jsou ze všech variant jednozna nejnákladn jší. Je t eba využívat novou progresivní korozní m icí techniku [5], zavád t do provozu nové technologie nap . soustavným mineralizováním nalezených vad v izola ních povlacích plynovod a to jak na dálkovodech, tak i místních plynovodech, ípojkách v etn všech dosud provozovaných ocelových domovních p ípojek. Je naprosto nezbytné se aktivn zapojit do spole ných plynárenských i vodárenských projekt ešících inovaci protikorozní ochrany kovových úložných za ízení. Z vlastní celoživotní zkušenosti mohu doporu it trvalou spolupráci p edevším s takovými pracovišti, které mají v oboru protikorozní ochrany technický náskok a jsou schopni složité korozní situace vznikající v provozu rychle a ú inn vy ešit. Literatura [1] [2] [3] [4] [5] [6]

SN 03 8373 Zásady provozu, údržby a revize ochrany proti korozi kovových potrubí a kabel s kovovým plášt m uložených v zemi. TPG 905 01 Základní požadavky na bezpe nost provozu plynárenských za ízení ( ást IX –Ochrana proti korozi) TPG 920 22 Protikorozní ochrana v zemi uložených ocelových plynových za ízení. Provoz a údržba za ízení aktivní ochrany. SN EN 12954 03 8355 Katodická ochrana kovových za ízení uložených v p nebo ve vod –Všeobecné zásady a aplikace na potrubí SN EN 13509 03 8360 M icí postupy v katodické ochran asopis PLYN, ro .LXXXV,2005 „Zasedání CEN TC 219 WG1 „Katodická ochrana“ v Compiegne, str.45 a 46.

78

79

OK 05 PROTIKOROZNÍ OCHRANA KOVOVÝCH ÚLOŽNÝCH ZA ÍZENÍ SBORNÍK KONFERENCE. Znojmo

Recommend Documents