Ein Überblick über die Messung des kathodischen Schutzpotentials

Die Potentialmessung ist eine wichtige Methode, die für mehrere kathodische Schutzuntersuchungen verwendet wird. Für genaue Messaufzeichnungen muss dies von einer qualifizierten Person durchgeführt werden.

Die Messung des kathodischen Schutzpotentials ist eine Methode zur Bestimmung der Eignung eines kathodischen Schutzsystems (CP), das zum Schutz einer bestimmten Struktur angewendet wird, indem das gemessene Potential mit bestimmten Kriterien verglichen wird. (Machen Sie sich mit kathodischen Schutzsystemen vertraut, indem Sie die Grundlagen des kathodischen Schutzes lesen.) Für eine angemessene Messung müssen Sie die richtige Auswahl und Installation der Ausrüstung sicherstellen, die bei Feldmessungen verwendet wird.

Man sollte einige Situationen berücksichtigen, in denen das Potenzial erdverlegter Rohrleitungen nicht effektiv gemessen werden kann, wie z. B. erhöhte Temperaturen, abgelöste oder wärmeisolierende Beschichtungen, Abschirmungen, Bakterienbefall und ungewöhnliche Verunreinigungen im Elektrolyten.

Im Folgenden werden wir über einige der Bedenken sprechen, die häufig bei Messungen des kathodischen Schutzpotentials auftauchen.

Instrumentenauswahl und richtige Verwendung

Es gibt viele Faktoren, die die Auswahl der für Feldmessungen verwendeten Instrumente beeinflussen:

  1. Eingangsimpedanz eines Digitalvoltmeters oder Eingangswiderstand eines Analogvoltmeters. Um Messfehler auszuschließen, muss die Eingangsimpedanz mehrere Größenordnungen höher sein als der Gesamtwiderstand des Messkreises.
  2. Empfindlichkeit. Die Fähigkeit des Instruments, eine kleine Einheit eines bestimmten Parameters zu erkennen, wenn es unter angemessenen Bedingungen verwendet wird.
  3. Richtigkeit. Die Menge an Unsicherheit in einer bestimmten Messung, da ein Messwert von einem digitalen Multimeter von der tatsächlichen Eingabe abweichen kann. Die Genauigkeit wird oft ausgedrückt als: (% Messwert) + (% Bereich). Die Genauigkeit muss überprüft werden, indem der Messwert mit einer anderen akzeptablen Spannungsquelle oder einem anderen geeigneten Instrument verglichen wird, von dem bekannt ist, dass er genau ist.
  4. Instrumentenauflösung. Die kleinste Änderung eines Eingangssignals, die im Durchschnitt eine Änderung des Ausgangssignals bewirkt. Die Auflösung kann in Bits, Ziffern oder absoluten Einheiten ausgedrückt werden, die zueinander in Beziehung gesetzt werden können.
  5. Robustheit. Das Instrument muss aus einem Material hergestellt sein, das der Betriebsumgebung standhält.
  6. Unterdrückung von Wechselstrom- und Hochfrequenzsignalen (RF). Rauschen bei einer Messung kann von dem Instrument stammen, das die Messung durchführt, oder von einem Störsignal, das durch das Instrument geht und eine Instabilität der Messung verursacht. Fehler aufgrund von Rauschen sind in Bereichen in der Nähe von HLK-Übertragungsleitungen üblich.
  7. Temperatur- und andere klimatische Einschränkungen. Die Betriebsparameter des Instruments werden durch Temperatur- und Klimabeschränkungen beeinflusst.

Für die ordnungsgemäße Verwendung von Instrumenten sollte der Benutzer die Fähigkeiten und Einschränkungen des Instruments kennen, indem er die Anweisungen des Herstellers befolgt.

Auswahl, Kalibrierung und Wartung von Halbzellen

Die Halbzelle ist eine stabile Referenzelektrode, die verwendet wird, um das Potential einer anderen Elektrode zu messen. Es gibt verschiedene Arten von Referenzelektroden, aber die gebräuchlichsten sind die gesättigte Kupfer/Kupfersulfat-Elektrode (CSE), die Silber/Silberchlorid-Elektrode (SSC) und die gesättigte Kalomel-Elektrode (SCE).

Halbzellenauswahl

Die Auswahl einer Referenzelektrode hängt von der Umgebung der Anwendung ab:

  • CSE wird normalerweise in Boden- und Süßwasserumgebungen verwendet
  • SSC wird normalerweise in Meerwasserumgebungen verwendet
  • SCE wird normalerweise für Laborarbeiten verwendet

Halbzellenkalibrierung

Dies kann durch Messen der Spannungsdifferenz zwischen der verwendeten Referenz und einer anderen (unbenutzten) Standardreferenz erfolgen, wie unten gezeigt.

Beträgt die Spannungsdifferenz zwischen den beiden Bezugselektroden mehr als 5 mV, ist eine Wartung der Feldbezugselektrode erforderlich.

Halbzellenwartung

Die ordnungsgemäße Wartung besteht aus den folgenden Schritten.

  • Der Kupferstab kann mit einer 10%igen Salpetersäurelösung gereinigt werden und der Stab sollte mehrere Minuten eingetaucht werden, um alle Oberflächenprodukte und Verunreinigungen zu entfernen. Schleifpapier kann zum Reinigen des Kupferstabs verwendet werden.
  • Nach der Reinigung des Stabes sollte dieser gründlich mit destilliertem Wasser gespült werden.
  • Das Kunststoff-Elektrodenrohr kann mit Wasser und Seife gewaschen und mit destilliertem Wasser gespült werden.
  • Der poröse Keramikpfropfen kann in destilliertes Wasser getaucht werden, um Verunreinigungen zu reduzieren oder zu beseitigen.
  • Es kann ein mehrstündiges Einweichen mit mehreren Wasserwechseln erforderlich sein.
  • Wenn die Elektrode vollständig gereinigt ist, kann sie wieder zusammengebaut und mit der Kupfersulfatlösung gefüllt werden.
  • Die Kupfersulfatlösung sollte gesättigt sein, mit sichtbaren losen Kristallen, und die Endkappe sollte bei Nichtgebrauch über dem Stöpsel angebracht sein (um ein Auslaufen und eine Kontamination zu verhindern).

Feldverbindungen

Feldanschlüsse werden verwendet, wenn das Potential der erdverlegten Rohrleitung in Bezug auf eine stabile Referenzelektrode gemessen wird. Für genaue Messungen muss die Referenzelektrode direkt über der Mittellinie des Rohrs platziert werden.

Die Rohrleitung muss an den Minuspol des Voltmeters und die Referenzelektrode an den Pluspol angeschlossen werden. Bei dieser Verbindung fließt der Strom vom Pluspol des Voltmeters zum Minuspol.

Der angezeigte Wert ist positiv, was darauf hinweist, dass die Referenzelektrode positiver ist als die Rohrleitung. Vor der Messung ist der elektrische Durchgang der Rohrleitung zu prüfen.

Überlegungen während der Messungen

Bei Potentialmessungen zwischen Rohr und Elektrolyt, die das Niveau des kathodischen Schutzes am Prüfort bestimmen, sollte Folgendes berücksichtigt werden:

  • Wirksamkeit von Beschichtungen, insbesondere von solchen, von denen bekannt ist oder vermutet wird, dass sie sich verschlechtert oder beschädigt haben
  • Blanke Rohrabschnitte
  • Bindungen zur Minderung von Interferenzen
  • Parallel beschichtete Rohrleitungen, elektrisch verbunden und auf unterschiedliche Potentiale gepolt
  • Abschirmung
  • Auswirkungen anderer Strukturen auf die Messungen
  • Historie von Korrosionslecks und Reparaturen
  • Lage der eingeprägten Stromanoden
  • Unbekannte, unzugängliche oder direkt verbundene galvanische Anoden
  • Lage von Isolationsvorrichtungen, einschließlich hochohmiger Rohrverbindungen und Kompressionskupplungen
  • Vorhandensein von Elektrolyten, wie z. B. ungewöhnliche ätzende Stoffe, verschüttete Chemikalien, extreme Änderungen des Bodenwiderstands, saures Wasser und Verunreinigungen durch verschüttete Abwasserkanäle
  • Ort von kurzgeschlossenen oder isolierten Gehäusen
  • DC-Störströme wie HGÜ, Tellur, Schweißgeräte, Fremdgleichrichter, Bergbaugeräte und elektrische Eisenbahn- oder Transitsysteme (Lesen Sie Streustromkorrosion und vorbeugende Maßnahmen für weitere Informationen zu diesen Quellen.)
  • Kontakte mit anderen Metallen oder Strukturen
  • Stellen, an denen das Rohr in den Elektrolyten eintritt und ihn verlässt
  • Bereiche der Bautätigkeit während der Pipelinegeschichte
  • Ventile und anderes Zubehör
  • HLK-Freileitungen

Spannungsabfallfehler

Nach dem Ohmschen Gesetz:

V = IR

woher

I: repräsentiert den kathodischen Schutzstrom

V: stellt den gesamten Spannungsabfall dar

R: repräsentiert den Pfadwiderstand

Spannungsabfälle stellen einen Fehler aufgrund des Stromdurchgangs im Voltmeter, in den Messleitungen, in der Referenzelektrode, im Elektrolyten, in der Beschichtung und im Rohr selbst dar, und nicht solche an den Grenzflächen Rohr/Elektrolyt.

Eliminierung von Spannungsabfallfehlern

Um Fehler im gemessenen Potential zu eliminieren, muss Folgendes berücksichtigt werden:

  • Die Eingangsimpedanz des Voltmeters muss höher sein als der Gesamtwiderstand des Messkreises. Eine Eingangsimpedanz von 10 Ohm ist für eine genaue Messung ausreichend, während niedrigere Werte akzeptiert werden können, wenn sie höher als der Gesamtwiderstand des Schaltkreises sind.

Hinweis: Der Unterschied zwischen Fehlern kann auf die Konstruktionsgenauigkeit des Voltmeters und auf Spannungsabfallfehler im Messkreis zurückzuführen sein.

  • Der Kontaktwiderstand der Referenzelektrode muss so gering wie möglich sein. Dies kann durch Benetzen der Kontaktfläche erfolgen, insbesondere bei gefrorenen Beton- oder Asphaltschichten.
  • Messleitungen müssen auf Bruchstellen, blanke Bereiche oder schlechte Verbindungen überprüft werden.
  • Für genaue Messungen muss es in den oberen zwei Dritteln des ausgewählten Bereichs für ein bestimmtes Instrument genommen werden.

Um Spannungsabfallfehler aufgrund des Stromdurchgangs im Elektrolyten zu eliminieren, muss einer der folgenden Punkte berücksichtigt werden:

  • Die Referenzelektrode sollte sehr nahe an der erdverlegten Rohrleitung platziert werden, vielleicht in einem Abstand, der doppelt so groß ist wie der Durchmesser der Referenzelektrode.
  • Unverzögerte Unterbrechung von CP-Stromquellen, um das polarisierte Potential der Pipeline zu messen. CP-Stromquellen umfassen eingeprägte Ströme, galvanische Anoden, Streuströme und elektrische Verbindungen.

Hinweis: Vor der Stromunterbrechung muss eine Zeit für die Polarisierung berücksichtigt werden.

Spannungsabfallfehler aufgrund des Stromflusses im Rohr selbst müssen berücksichtigt werden, insbesondere wenn die Referenzelektrode entfernt von der Rohrleitungsverbindung platziert ist. Diese Fehler verursachen entweder einen Anstieg oder Abfall des gemessenen Potentials entsprechend der Stromrichtung in Bezug auf die Referenzelektrodenposition. Diese Fehler treten häufig auf, wenn potenzielle Umfragen in engen Abständen durchgeführt werden. (Weitere Informationen zu diesem Thema finden Sie unter The Benefits of Timely and Effective Reporting When Conducting Pipeline Close Interval Surveys.)

Conclusion

Die Potentialmessung ist eine wichtige Methode, die für mehrere kathodische Schutzuntersuchungen verwendet wird. Für genaue Messaufzeichnungen muss dies von einer qualifizierten Person durchgeführt werden.