WOJCIECH SOKÓLSKI JEZMAR JANKOWSKI JACEK ROZWADOWSKI SPZP CORRPOL Gdańsk ochrona przed korozja 4-5/2012 XX Ogólnopolska Konferencja Naukowo-Techniczna ANTYKOROZJA SYSTEMY MATERIAŁY POWŁOKI Ocena skuteczności ochrony katodowej propozycja metody instrumentalnej Od wielu lat jednoznaczna ocena skuteczności działania ochrony katodowej konstrukcji podziemnych ciągle jest nierozwiązanym problemem technicznym w wielu przypadkach rzeczywistych, np. podziemnych zbiorników paliwowych zaopatrzonych w system ochrony katodowej za pomocą anod galwanicznych lub stalowych rurociągów w bardzo dobrej powłoce izolacyjnej. Pomimo stosowania w takich przypadkach elektrod symulujących, których głównym zadaniem jest wyeliminowanie omowego spadku napięcia IR w pomiarach potencjałów, ocenę i tak musi przeprowadzić doświadczony specjalista ochrony katodowej. W referacie zaprezentowano koncepcję budowy przyrządu pomiarowego, którego zadaniem jest wyeliminowanie wspomnianych wad oraz umożliwienie posługiwania się nim przez niewykwalifikowany personel. Słowa kluczowe: ochrona katodowa, elektroda symulacyjna, anody galwaniczne, ocena skuteczności ochrony katodowej Assessment of cathodic protection effectiveness an instrumental method proposal Unequivocal assessment of cathodic protection effectiveness has been for many years an unsolved technical problem in numerous real cases, e.g. in underground fuel tanks with cathodic protection systems using sacrifi cial anodes or steel pipelines in very good insulating coatings. In spite of application in such cases of simulating electrodes with the aim of eliminating the IR ohmic voltage drop in potential measurements, assessment has to be performed by an experienced cathodic protection specialist. In the paper the concept has been presented of a measurement device construction, with the aim of eliminating the mentioned drawbacks and allowing use by unqualifi ed personnel. Keywords: cathodic protection, simulating electrode, galvanic anodes, assessment of cathodic protection effectiveness 1. Wprowadzenie Ocenę skuteczności funkcjonowania ochrony katodowej dokonuje się od wielu lat na podstawie pomiaru potencjału konstrukcji podziemnych i podwodnych względem elektrody odniesienia. Kryterium ochrony katodowej, tzw. potencjałowe, opracowane zostało w odniesieniu do konstrukcji podziemnych w latach trzydziestych ubiegłego stulecia i stosowane jest do dzisiaj w typowych zastosowaniach, np. do gazociągów i zbiorników. Sformułowane zostało ono na podstawie doświadczeń przemysłowych zebranych przez Kuhn a w roku 1933 [1], gdy metodę ochrony katodowej upowszechniono do zabezpieczenia przeciwkorozyjnego naftociągów w Stanach Zjednoczonych [2]. Kryterium zweryfikowane zostało w wyniku badań naukowych pod koniec lat trzydziestych [3, 4]. Wskazywało ono wartość potencjału -0,85 V wgl. elektrody Cu/nas. CuSO 4 jako wystarczającą do zahamowania procesów korozyjnych w warunkach aerobowych oraz -0,95 V w warunkach anaerobowych. Podejście takie budzi szereg kontrowersji, bo przecież szybkość procesów korozyjnych zależy nie tylko od potencjału, ale także czynników materiałowych i środowiskowych. Pomimo tego podane wyżej wartości potencjału znalazły się w pierwszym dokumencie normatywnym ochrony katodowej utworzonym w Wielkiej Brytanii w roku 1957 [5] oraz w wszystkich następnych także we współczesnych normach europejskich, np. PN-EN 12954 [7] czy PN-EN 13636 [7] oraz międzynarodowej ISO 15589-1 [8] dotyczących typowych konstrukcji podziemnych rurociągów i zbiorników stalowych. Ten z pozoru prosty pomiar, polegający na zmierzeniu siły elektromotorycznej ogniwa zbudowanego z chronionego obiektu i elektrody odniesienia okazał się w praktyce trudny do zrealizowania w obecności płynących ziemią prądów elektrycznych, zarówno pochodzących z instalacji ochrony katodowej, jak również prądów obcych, tzw. prądów błądzących. Konieczne stało się opracowanie nowych metod pomiaru potencjału w takich warunkach. Do dnia dzisiejszego nie ma jednolitej metodyki pomiarowej, a we wszystkich normach czy przepisach zawierza się prawidłowe wykonanie tej czynności odpowiednio wykształconemu i doświadczonemu personelowi. Trudności te skłoniły do poszukiwania w ostatnich latach innych metod oceny skuteczności ochrony katodowej zabezpieczanych obiektów przemysłowych [9 13], jednak zalety i prostota pomiaru potencjału powoduje, że technika ta ciągle góruje w codziennej praktyce przemysłowej. W celu zapewnienia jednoznaczności wyznaczania wartości potencjału chronionych obiektów podziemnych konieczne jest wyeliminowanie tzw. błędu ludzkiego w wykonywanych pomiarach w miarę możliwości uniezależnienie się od umiejętności i wiedzy personelu wykonującego pomiar, co przy współczesnej technice możliwe jest poprzez wprowadzenie odpowiednich urządzeń wykonujących takie zadanie w sposób automatyczny. Idea ta przyświecała autorom przy tworzeniu koncepcji nowatorskiego rozwiązania przyrządu pomiarowego do instrumentalnej oceny skuteczności ochrony katodowej. W tym celu przeanalizowano szereg wcześniej wykonanych prac, zarówno własnych, jak również opisanych w literaturze specjalistycznej, w których temat prawidłowego wykonywania pomiarów potencjałowych w polu oddziaływania prądów zewnętrznych był głównym celem prac badawczych. W niniejszej pracy przeanalizowano niektóre przesłanki wykonywanej pracy, pokazano istotę problemów prawidłowego wykonawstwa pomiarów potencjału chronionych katodowo obiektów oraz nakreślono kierunek prac zmierzających do 81
opracowania przyrządu pomiarowego do oceny skuteczności ochrony katodowej przede wszystkim dla podziemnych zbiorników paliwowych zaopatrzonych w system ochrony katodowej za pomocą anod galwanicznych oraz stalowych rurociągów w bardzo dobrej powłoce izolacyjnej. 2. Eliminowanie omowego spadku napięcia w środowisku Stosowanie powszechnie przyjętego kryterium potencjałowego sprawia szereg niedogodności w warunkach rzeczywistych, ponieważ pomiar potencjału podczas polaryzacji katodowej zabezpieczanej konstrukcji obarczony jest zawsze błędem, wynikającym z faktu umieszczenia elektrody pomiarowej w polu elektrycznym wytworzonym przez prąd ochrony katodowej. Zjawisko to najsilniej jest odczuwalne w pomiarach na konstrukcjach eksploatowanych w ziemi, znacznie mniej w wodzie, zwłaszcza wysoce zasolonej wodzie oceanicznej. Do mierzonej wartości dodaje się nieokreślony co do wielkości omowy spadek napięcia (IR) i odczyt potencjału jest zawsze zafałszowany o tę wielkość. Ilustruje to rys. 1. Problemy związane z występowaniem tej niedogodności, fałszującej wyniki wykonywanych pomiarów potencjału, znane są od dawna [14], ale zauważone zostały w technice szerzej dopiero po licznych niepowodzeniach w stosowaniu ochrony katodowej w latach sześćdziesiątych. Dopiero w latach siedemdziesiątych i osiemdziesiątych XX w. na całym świecie powstało szereg metod eliminowania omowego spadku napięcia IR i prawidłowego pomiaru rzeczywistej wartości potencjału konstrukcji podczas polaryzacji katodowej. Obecnie zaakceptowane są powszechnie dwie techniki pomiarowe: metoda wyłączeniowa i metoda pomiaru potencjału na próbkach symulujących. Obie mają określone wady i zalety oraz zakres zastosowania. 3. Metoda wyłączeniowa Pierwsza z nich jest stosowana podczas doraźnych pomiarów i wymaga synchronicznego czasowego wyłączenia wszystkich źródeł prądu mających wpływ na potencjał chronionej konstrukcji w miejscu pomiaru. W technice tej podstawą prawidłowej oceny zjawiska polaryzacji poprzez wyeliminowanie omowego spadku napięcia IR jest wyko rzystanie jej właściwości w dziedzinie czasu. Składowe polaryzacji mają różne stałe czasowe i stąd oddzielenie spadków napięć w obwodzie pomiarowym od zmian potencjału wywołanego przez reakcje elektrochemiczne stało się podstawą szeregu metod pomiarowych. Oparte są na tej samej zasadzie: tuż przed wykonaniem pomiaru potencjału chronionej katodowo powierzchni metalowej odłącza się od niej źródło prądu polaryzującego, pozwalając na Rys. 1. Omowy spadek napięcia IR na rezystancji pomiędzy konstrukcją i elektrodą odniesienia w polu przepływającego prądu elektrycznego pomiędzy konstrukcją i anodą. Woltomierz (V) zawsze wskaże sumę siły elektromotorycznej (SEM) ogniwa konstrukcja elektroda odniesienia (potencjału konstrukcji) i spadku napięcia (IR), który zanika po wyłączeniu obwodu (W wyłącznik) Fig. 1. IR ohmic voltage drop at the resistance between the structure and the reference electrode in the field of electric current flowing between the structure and the anode. Voltmeter (V) always indicates the sum of the electromotive force (SEM) cell structure - reference electrode (the potential of structure) and the voltage drop (IR), which disappears after switching off the circuit (W switch) zanik przed dokonaniem odczytu omowych spadków napięć (IR). Zasadę pomiaru ilustruje rys. 2. Do realizacji metody została skonstruowana specjalna aparatura umożliwiająca synchroniczne wyłączenie wszystkich oddziaływujących w miejscu pomiaru potencjału źródeł prądu ochrony katodowej, a metodę znormalizowano. W miarę postępu techniki urządzenia te zostały wyposażone w najnowsze rozwiązania, m.in. wykorzystujące technikę satelitarną. Niestety, możliwość wykorzystania metod wyłączeniowych okazała się ograniczona jedynie do prostych przypadków i całkowicie nie zdała egzaminu w obecności obcych oddziaływań, np. prądów błądzących, oraz w okolicznościach nieco bardziej skomplikowanej konfiguracji konstrukcji chronionych, np. podziemnej infrastruktury miejskiej lub przemysłowej. Szczególnie problemy pomiarowe oraz właściwej oceny skuteczności ochrony katodowej przejawiały się w strefach oddziaływań prądów błądzących oraz konstrukcji posiadających dobrej jakości powłoki izolacyjne [15, 16]. W przypadku pomiarów na konstrukcjach posiadających bardzo dobrej jakości izolacyjne powłoki ochronne problem komplikuje się, ponieważ na mierzone lokalnie wielkości nakładać się mogą napięcia źródeł Rys. 2. Zmiany potencjału podczas polaryzacji katodowej oraz chwilowego wyłączenia prądu polaryzującego jako sposób określenia omowego spadku napięcia IR Fig. 2. Potential changes during cathodic polarization and the current temporary disconnection as a way of determining the IR voltage drop prądu w miejscach bardzo odległych, zwykle nie kojarzonych w żaden sposób z miejscem pomiaru. Istotną wadą techniki wyłączeniowej jest brak jednoznacznych wymagań dotyczących momentu wykonywania pomiaru potencjału od chwili wyłączenia prądu polaryzującego. Jest to niestety źródłem kolejnych błędów, często niezauważanych podczas rutynowych pomiarów terenowych. Znajdujące się w obwodzie instalacji ochrony katodowej elementy pojemnościowe i indukcyjne, zmieniając stałą czasową zaniku napięcia po wyłączeniu prądu, mogą w zasadniczy sposób zniekształcić wyniki pomiarów. Kwestia ta niestety nie jest rozstrzygnięta do dnia dzisiejszego. Innym problemem okazały się prądy wyrównawcze, które na konstrukcjach długich (rurociągach) płyną pomiędzy obszarami o różnej polaryzacji dążąc do wyrównania potencjału na całym obiekcie. Eliminowanie tego oddziaływania wymaga dodatkowego pomiaru spadku napięcia w ziemi w osi prostopadłej do rurociągu i przeliczeń arytmetycznych wyników. Niestety, im szerzej i dogłębniej problem techniki wyłączeniowej był rozpracowywany, tym z większą siłą piętrzyły się trudności w ustaleniu właściwej metody pomiarowej i z perspektywy dnia dzisiejszego można po- 82
wiedzieć, że żadna z nich nie została uznana jako bezbłędna. 4. Elektrody symulujące Rys. 3. Zasada pomiaru potencjału z wykorzystaniem elektrody symulującej odłączanej od konstrukcji na czas pomiaru (W2 wyłącznik), zazwyczaj synchronicznie z wyłączeniem prądu ochrony katodowej (W1 wyłącznik). Konstrukcja i elektroda symulująca tworzą ze sobą zwarte ogniwo galwaniczne Fig. 3. The principle of measuring the potential of using the detachable coupon from the structure at the time of measurement (switch W2), usually synchronous with the switch-off the cathodic protection current (switch W1). The structure and coupon shorted together form a galvanic cell Kolejną próbą rozwiązania problemów pomiarowych potencjału stała się tzw. elektroda symulująca, której stosowanie upowszechniło się w latach dziewięćdziesiątych w różnych krajach (Rosja, Europa, USA, Japonia i inne [17-22]). Elektroda symulująca swoją nazwę bierze od głównej roli jaką spełnia w układach pomiarowych w systemach ochrony katodowej. Jej zadaniem jest odtwarzanie warunków jakie panują na fragmencie chronionej konstrukcji narażonej na oddziaływanie środowiska korozyjnego, a więc w defekcie izolacyjnej powłoki ochronnej. Przez to, że powierzchnia elektrody jest znana i istnieje możliwość pomiaru przepływającego prądu pomiędzy konstrukcją podziemną a elektrodą symulującą, można określić parametry polaryzacji metalu w danym środowisku. Czasami mówi się, że elektroda symuluje defekt w izolacji, ale w rzeczywistości oczekuje się, że będzie ona symulować wartość potencjału na chronionej konstrukcji w defekcie porównywalnym co do wielkości do powierzchni elektrody symulującej, a także symuluje prąd polaryzujący wpływającego do takiego defektu podczas polaryzacji katodowej rurociągu jednym słowem odzwierciedla warunki korozyjne, jakie występują na chronionej katodowo konstrukcji podziemnej. W praktyce omawiane rozwiązanie polega na tym, że w najbliższym sąsiedztwie metalowej konstrukcji podziemnej poddawanej ochronie katodowej umieszcza się elektrodę stalową o określonej powierzchni i łączy się ją za pomocą przewodu z tą konstrukcją. Utworzone w ten sposób zwarte ogniwo, dążąc do wyrównania potencjałów powoduje, że elektroda stalowa przyjmuje potencjał chronionego obiektu, a ściślej mówiąc metalowych powierzchni kontaktujących się z otaczającym elektrolitem. Elektrody symulujące wykonuje się postaci walców lub krążków blachy z takiego samego materiału, z jakiego wykonana jest konstrukcja chroniona katodowo. Zazwyczaj są to jednak elementy wykonane ze zwykłej stali węglowej, ponieważ charakter korozji w ziemi praktycznie nie zależy od rodzaju czy gatunku stali proces korozji kontrolowany jest niemal w 100% przez procesy dyfuzyjne, a więc zależny jest on w pierwszej kolejności od stężenia tlenu w ziemi. Elektrody symulujące razem z elektrodą odniesienia tworzą sondę pomiarową. Aby uniknąć omowego spadku napięcia w przestrzeni pomiędzy elektrodą symulującą a elektrodą odniesienia wywołanego przez prąd ogniwa, na czas pomiaru elektrodę odłącza się od chronionej konstrukcji, zazwyczaj w sposób zsynchronizowany z wyłączeniem prądu ochrony katodowej. Jeśli na elektrodzie symulującej spełnione jest kryterium ochrony katodowej, to należy oczekiwać, że na wszystkich w pobliżu znajdujących się defektach w powłoce izolacyjnej zabezpieczanego obiektu o powierzchni równej lub mniejszej od powierzchni elektrody symulującej kryterium to także zostanie spełnione. Zasada stosowania elektrody symulującej przedstawiona jest na rys. 3. Metoda pomiaru potencjału z wykorzystaniem elektrod symulujących rozwinęła się w latach siedemdziesiątych ubiegłego stulecia. Od tego czasu opracowanych zostało szereg różnych sposobów realizacji pomiaru potencjału, jak również wiele rozwiązań konstrukcyjnych samych elektrod symulujących oraz sond pomiarowych. Łączą one ze sobą w jednej zwartej konstrukcji mechanicznie elektrody symulujące oraz elektrodę odniesienia przeznaczoną do długotrwałej pracy w ziemi. Zasadniczą zaletą tej techniki jest możliwość pomiaru natężenia i kierunku prądu płynącego pomiędzy elektrodą symulującą o znanej powierzchni a chronioną konstrukcją oraz możliwość wykonywania pomiarów po odłączeniu elektrody od chronionego obiektu bez ingerencji w pracę systemu ochrony katodowej całego obiektu. Na elektrodzie można wykonać także inne pomiary elektryczne: zmierzyć rezystancję lub natężenie prądu przemiennego, co ma istotne znaczenie w strefach możliwych wpływów linii elektroenergetycznych WN. Metoda nadaje się do automatyzacji i jest wykorzystywana do sterowania pracą automatycznych instalacji ochrony katodowej. W strefach oddziaływania prądów błądzących, a także dla obiektów posiadających bardzo dobrej jakości izolacje ochronne, technika ta jest uznawana za najdogodniejszą do oceny prawidłowej pracy oraz skuteczności działania systemów ochrony katodowej. Zasadniczą zaletą tej techniki jest to, że nie wymaga odłączania na czas pomiaru źródła prądu polaryzującego chronioną konstrukcje. Po około 20 latach stosowania, metodologia pomiarów na elektrodach symulujących przyjęła się i pomimo tego, że wykonanie pomiarów jest dość złożone, nie ma szczególnych wątpliwości w interpretacji wyników uzyskiwanych na elektrodzie symulującej i odnoszeniu ich do zabezpieczanej konstrukcji, np. rurociągu, zbiornika podziemnego itp. obiektu. Na technikę pomiaru potencjału za pomocą elektrod symulujących powołują się uznane już w Polsce normy: PN-EN 12954 i PN-EN 12696 [23] oraz norma dotycząca pomiarów w ochronie katodowej PN-EN 13509 [24]. 5. Elektroda symulująca element w ogniwie utworzonym z konstrukcją Obie wielkości potencjał i natężenie prądu stanowią podstawowe parametry polaryzacji elektrochemicznej. Prąd przepływający przez granicę faz pomiędzy środowiskiem korozyjnym a powierzchnią metalu wywołuje zjawisko polaryzacji, czyli zmianę potencjału elektrody w funkcji natężenia prądu przypadającego na jednostkę jej powierzchni (gęstości prądu). W procesach elektrochemicznych przepływający przez ww. granicę prąd i odpowiada jąca mu zmiana potencjału elektrochemicznego nie są związane ze sobą zależnością liniową. Zależność ta jest co prawda monotoniczna, ale nie podlega prawu Ohma. Pomiary parametrów polaryzacji na elektrodach symulujących, w szczególności na elektrodach stalowych o stosunkowo małych powierzchniach, wymagają odpowiedniej ostrożności podczas ich wykonywania, przestrzegania określonych zasad czy procedur postępowania oraz niezbędnego doświadczenia. Zjawiska polaryzacji elektrochemicznej przebiegają stosunkowo wolno, w szczególności te, które uzależnione są od dyfuzji substancji biorących udział w procesie korozyjnym. 83
Chcąc więc uzyskać na elektrodach symulujących warunki polaryzacji takie same jak na chronionej konstrukcji nie wolno podczas pomiarów w jakikolwiek sposób zakłócić równowagi pomiędzy zachodzącymi na powierzchni elektrod zjawiskami elektrochemicznymi. Przypadkowe zwarcie (lub w innym momencie przypadko we rozwarcie obwodu pomiarowego) może na długi czas zniweczyć możliwość wykonania prawidłowych pomiarów na elektrodzie symulującej. Elektroda symulująca zakopana obok konstrukcji metalowej zazwyczaj nie ma takiego samego jak ona potencjału. Jest to zupełnie oczywiste, ponieważ zachodzące na powierzchni obu elementów metalowych reakcje elektrochemiczne rzadko kiedy przebiegają z jednakową szybkością. Dopiero po dłuższym czasie zwarcia elektrycznego elektrody i konstrukcji może nastąpić powolne wyrównanie ich potencjałów, ponieważ po połączeniu elektroda symulująca i konstrukcja tworzą ze sobą zwarte ogniwo, którego siłę elektromotoryczną stanowi występująca pomiędzy nimi różnica potencjałów. W wyniku działania takiego ogniwa będzie następował samoistny przepływ prądu tego ogniwa. Jeśli więc pomiędzy połączonymi elektrodami wystąpi różnica potencjałów (ogniwo nie będzie idealnie zwarte), to przepływ prądu pomiędzy elektrodami ogniwa uzależniony będzie od wielkości siły elektromotorycznej. Inaczej mówiąc, prąd w jedną stronę popłynie dopiero wtedy, gdy przyłożone z zewnątrz napięcie co najmniej zrównoważy występującą pomiędzy elektrodą a konstrukcją różnicę potencjałów, natomiast w drugą stronę płynąć będzie prąd samoistnie i zsumuje się z wymuszonym prądem z zewnątrz. Powyższe rozumowanie ma kluczowe znaczenie w technice pomiarowej, zarówno dla metodyki jak również interpretacji uzyskanych rezultatów, ponieważ w znaczący sposób utrudnia wykonanie pomiarów natężenia prądu pomiędzy elektrodą symulującą a konstrukcją. Włączenie amperomierza lub bocznika do pomiaru prądu (kalibrowanego rezystora) w oczywisty sposób zwiększa rezystancję obwodu pomiarowego, co - jak z powyższego widać - skutkuje nie tylko potrzebą skorygowania wyniku pomiaru w drodze obliczeniowej, ale także zmienia warunki polaryzacji elektrochemicznej. Problem ten jest bardzo uciążliwy w przypadku porównywalnej rezystancji obwodu pomiarowego i amperomierza. Przedstawione wyżej wady i niedogodności techniki pomiarowej, której zadaniem jest ustalanie skuteczności ochrony katodowej na bazie potencjałowego kryterium ochrony katodowej z wykorzystaniem metody wyłączeniowej i elektrod symulujących, są uwzględniane przy ustalaniu kierunku badań i poszukiwań rozwiązań konstrukcyjnych systemu pomiarowego uwzględniającego i eliminującego te niedoskonałości. 6. Wstępna koncepcja metody pomiarowej Urządzenie powinno realizować następujące funkcje: sterowane odłączania elektrody symulującej od konstrukcji, pomiar rzeczywistej wartości prądu stałego i przemiennego płynącego pomiędzy elektrodą symulującą a konstrukcją, pomiar charakterystyki zmian w czasie potencjału po wyłączeniu prądu polaryzującego, określenie na badanej charakterystyce wartości potencjału po wyeliminowaniu omowego spadku napięcia IR (pomiary i obliczenia wykonane przez mikrokontroler). Przepływ rzeczywistego prądu podczas pomiaru umożliwi amperomierz o zerowej rezystancji wewnętrznej (ZRA), którego zadaniem jest łączenie elektrody symulującej z konstrukcją (w warunkach takich, jak w bezpośrednim połączeniu elektrycznym) z jednoczesnym pomiarem prądu zwarcia obu tych elektrod ogniwa. Potencjał mierzony jest za pomocą szybkiego wysokoomowego woltomierza (przetwornika analogowo-cyfrowego). Automatyzację cyklu pomia rowego parametrów charakteryzujących polaryzację elektrochemiczną elektrody symulu jącej, umożliwia sterowany przełącznik w obwodzie polaryzującym pomiędzy elektrodą symulującą a chronioną konstrukcją [25, 26]. Koncepcja ta umożliwia automatyzację pomiaru potencjału i natężenia prądu, a przez to także wyznaczenie w sposób instrumentalny skuteczności ochrony katodowej (np. zbiorników). Schemat ilustrujący wstępną koncepcję przyrządu zamieszczony jest na rys. 4. Pomiar polega na podłączeniu konstrukcji, elektrody symulującej i elektrody odniesienia do przyrządu i uruchomieniu cyklu pomiarowego. Po mechanicznym rozwarciu połączenia elektrody symulującej z konstrukcją elektroda ta połączona wtedy jest z nią za pomocą amperomierza o zerowej rezystancji wewnętrznej. Operacja ta nie powinna zakłócać polaryzacji elektrochemicznej w obwodzie badanego ogniwa (nadal jest pełne zwarcie obwodu) odczyt prądu może być śledzony w funkcji czasu. Cykl pomiaru potencjału rozpoczyna się rozwarciem obwodu amperomierza i rejestracji charakterystyki potencjał czas, a następnie wykonaniu odpowiedniej obróbki numerycznej zarejestrowanych danych i wyświetlenie wyniku potencjału bez błędu omowego spadku napięcia IR. Ponieważ cykl ten jest stosunkowo krótki, pomiar może odbywać się w sposób quasi-ciągły, może być także samoistnie zsynchronizowany z wyłączeniem prądu ochrony katodowej konstrukcji. 7. Podsumowanie Zaprezentowana propozycja stworzenia wygodnego narzędzia, które pozwoli na zmierzenie z oczekiwaną dokładnością w warunkach terenowych wartości potencjału wyłączeniowego na symulującej elektrodzie stalowej lub konstrukcji chronionej celem oceny skuteczności działania zabezpieczenia przewciwkorozyjnego, jest bardzo obiecująca. Połączenie amperomierza o zerowej rezystancji wewnętrznej, sterowanego wyłącznika oraz nadzorującego pracę tych elementów odpowiednio zaprogramowanego mikrokontrolera jest rozwiązaniem całkowicie nowatorskim. Cechą charakterystyczną przedstawionej metodyki pomiarowej jest to, że jest ona całkowicie instrumentalna i niezależna od prowadzące go pomiar, jego wiedzy i doświadczenia, które zazwyczaj, jeśli nie są wystarczające, prowadzą do mylnych wyników i w następstwie do błędów w eksploatacji systemów ochrony katodowej. Podziękowania Autorzy referatu składają podziękowania dr inż. J. Walaszkowskiemu oraz mgr inż. E. Stankiewicz za ich wkład w ustalenie wytycznych i założeń konstrukcyjnych przyrządu do pomiarów skuteczności ochrony katodowej oraz nadzór nad wykonanymi badaniami. Praca zrealizowana została w ramach Programu Innowacyjna Gospodarka POIG. 01.04-22-004/11 Opracowanie nowych rozwiązań z zakresu aktywnych zabezpieczeń przeciwkorozyjnych z wykorzystaniem ochrony katodowej dofinansowanego przez Unię Europejską. LITERATURA Rys. 4. Schemat ogólny nowego przyrządu pomiarowego Fig. 4. General scheme of a new measuring instrument 1. R. H. Kuhn: Cathodic protection of underground pipelines from soil corrosion, Proce- 84
edings of the American Petroleum Institute, [IV] 14.153, (1933). 2. L. F. Scherer: Oil and Gas Journal, (1939) 3. T. P. Hoar: Journal of the Electrodepositors Technical Society, 14, (1937) 4. R. B. Mears i R. H. Brown: A theory of cathodic protection, Transactions of the Electrochemical Society, 74.519, (1938) 5. M. Roche: A comparison of standards and practices for assessing external corrosion prevention of buried pipelines, EUROCORR 2008 6. EN 12954:2001 Cathodic protection of buried or immersed metallic structures General principles and application for pipelines 7. EN 13636:2004 Cathodic protection of buried metallic tanks and related piping 8. ISO 15589-1 Petroleum and natural gas industries Cathodic protection of pipeline transportation systems Part 1: On-land pipelines 9. R. Juchniewicz, J. Jankowski, W. Sokólski i J. Walaszkowski: Ochrona przed Korozją, 36, 121 (1993) 10. J. Jankowski i J. Szukalski: Zastosowanie korozymetrii rezystancyjnej do pomiarów skuteczności ochrony katodowej konstrukcji podziemnych. IV Krajowa Konferencja Pomiary korozyjne w ochronie elektrochemicznej, PKEOpK SEP, Jurata, 1996 11. J. Jankowski i W. Sokólski: Ochrona przed Korozją, 46, 218 (2003) 12. J. Jankowski i W. Sokólski: Korozymetria rezystancyjna jako dogodny sposób oceny skuteczności ochrony katodowej. X Krajowa elektrochemicznej, PKEOpK SEP, Jurata, 2008 13. W. Sokólski i J. Jankowski: Ochrona przed Korozją, 52, (4-5) 128, (2009) 14. J. M. Pearson: Concepts and methods of cathodic protection, The Petroleum Engineer, April 1944 15. W. Sokólski, K. Żakowski: Omowy spadek napięcia IR w pomiarach potencjału konstrukcji podziemnych w strefach oddziaływania prądów błądzących, V Krajowa elektrochemicznej, Jurata 2-4. 06. 1998 16. W. Sokólski Trudności z ocena skuteczności ochrony katodowej rurociągów w dobrej powłoce przeciwkorozyjnej. VI Krajowa elektrochemicznej, Jurata 14-16. 06. 2000 17. J. Polak: Ochrona przed Korozją, 23, 1 (1980) 18. W. Baeckmann I W. Prinz: New developments in measuring the effectiveness of cathodic protection, Corr. Australasia, Vol. 8, No. 1, 4-9 (1983) 19. R. A. Gummow: Mater. Perform., 37, (No. 8), 24 (1998) 20. C. Stears, R. Degerstedt, O. Moghissi i L. Bone: Field Program on the Use of Coupons to Monitor Cathodic Protection of an Underground Pipeline, NACE CORRO- SION/1997 Conference Paper no. 564 21. G. Nekoksa: Criteria for Design of Cathodic Protection Probes with Coupons, CORRO- SION/1998 Conference Paper no. 677 Informacje o Autorach: Dr inż. Wojciech Sokólski absolwent Wydziału kierunku Korozja i ochrona metali (1970), wieloletni pracownik i nauczyciel akademicki w Katedrze Technologii Zabezpieczeń Przeciwkorozyjnych Politechniki Gdańskiej (1970-2001), wykładowca z zakresu elektrochemicznej ochrony przed korozją, metod pomiarowych i technik komputerowych wykorzystywanych w technologii ochrony katodowej, współautor podręczników, licznych prac naukowych i popularno-naukowych, ekspertyz i opracowań dla przemysłu oraz patentów i wdrożeń. Kierownik samodzielnych prac badawczych finansowanych przez Komitet Badań Naukowych. Laureat szeregu nagród Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyższego oraz Ministra Edukacji Narodowej. Kierownik Zakładu Korozji Morskiej w Instytucie Morskim w Gdańsku (1993 2003). Vice-Prezes Zarządu i Dyrektor ds. Techniki i Rozwoju SPZP COR- RPOL (2002-). Specjalizacja: ochrona katodowa konstrukcji i urządzeń stalowych w wodzie i ziemi, prądy błądzące, metody pomiarowe, wykorzystanie technik mikrokomputerowych w technologii ochrony katodowej. e-mail: wsok@corrpol.pl Dr inż. Jezmar Jankowski absolwent Wydziału kierunku Korozja i ochrona metali (1970), wieloletni pracownik Katedry Technologii Zabezpieczeń Przeciwkorozyjnych Politechniki Gdańskiej (1970 2004), tematyka badawcza 22. NACE Recommended Practice RP-0104-2004: The Use of Coupons for Cathodic Protection Monitoring Applications 23. PN-EN 12696 Ochrona katodowa stali w betonie 24. PN-EN 13509 Techniki pomiarowe w ochronie katodowej 25. M. Olejniczak, W. Sokólski: Odłącznik magnetyczny krok w kierunku automatyzacji pomiaru potencjału, VIII Krajowa Konferencja Pomiary korozyjne w ochronie elektrochemicznej, SEP Jurata 2004, s. 81 26. J. Čip, W. Sokólski: Automatyzace mĕření v katodické ochranĕ, Konference OK 05, ATEKO Znojmo, Republika Czeska, 11-12 październik 2005 metody oceny szybkości korozji, wykładowca z zakresu metod pomiarowych szybkości korozji metali, współautor podręczników, licznych prac naukowych, ekspertyz i opracowań dla przemysłu oraz patentów i wdrożeń. Kierownik samodzielnych prac badawczych finansowanych przez Komitet Badań Naukowych. Laureat nagród Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyższego oraz Ministra Edukacji Narodowej, laureat nagrody NOT. Pracownik SPZP COR- RPOL (2004-). Specjalizacja: monitorowanie procesów korozyjnych, badania szybkości korozji metodami elektrochemicznymi, ochrona katodowa rurociągów i zbiorników od strony wody. Dr inż. Jacek Rozwadowski absolwent Wydziału kierunku Korozja i ochrona metali (1974), wieloletni pracownik Katedry Technologii Zabezpieczeń Przeciwkorozyjnych Politechniki Gdańskiej (1973 2000), wykładowca z zakresu podstaw metaloznawstwa oraz współczesnych metod ochrony przeciwkorozyjnej, współautor prac naukowych, ekspertyz i opracowań dla przemysłu oraz patentów i wdrożeń. Laureat nagród Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyższego oraz Ministra Edukacji Narodowej. Pracownik SPZP CORRPOL (2000-). Specjalizacja: ochrona katodowa podziemnych i podwodnych konstrukcji metalowych: rurociągów, zbiorników, oczyszczalni ścieków oraz konstrukcji żelbetowych w zakresie projektowania i wykonawstwa instalacji ochronnych, pomiary terenowe. 85