16:42
Морские установки, такие как ветряные электростанции и приливные электростанции, используют инновационные методы для противодействия экстремальным погодным условиям и агрессивной, разъедающей силы моря.
Хотя углеродистая сталь обычно используется в морских сооружениях из-за ее прочности, гибкости и экономической эффективности, она не является нерушимой. При использовании в морских условиях углеродистая сталь подвергается воздействию морской воды, которая может разъедать и ослабить ее с течением времени. В 2016 году лаборатория G2MT оценила, что только воздействие этой коррозии вызвало ущерб в триллион долларов в США.
Ветровые хозяйства и другие морские установки подвержены экстремальным погодным условиям и опираются на уникальные свойства стали, чтобы противостоять физическим давлениям, создаваемым сильными ветрами и сильным волновым воздействием. Поддержание целостности этого стального сердечника имеет жизненно важное значение для их постоянной работы.
Инженеры работали над несколькими способами, чтобы свести к минимуму разрушающий эффект морской воды по отношению к углеродистой стали. Один из наиболее распространенных методов называется катодной защитой. Существуют две формы катодной защиты, гальванический и импульсный ток, которые помогают сохранить состояние стальных конструкций по-разному. Первая форма, гальваническая защита, включает в себя соединение еще одного металла со стальной конструкцией в качестве «жертвенного» металла, который корродирует вместо стали.
«Лучшей аналогией будет школьный эксперимент с участием меди и цинка в ванне соленой воды, проводка их для производства батареи», - говорит Крис Уозенкрофт, главный инженер Corrosion Engineering Solutions. «Цинк термодинамически более неустойчив, чем медь. Цинк становится анодом и будет предпочтительно корродировать, и медь становится катодом и появляется термин «катодная защита».
Управляя электрохимией вовлеченных металлов и направляя коррозию в другой металл, методы катодной защиты гарантируют, что сталь остается невредимой.
Это может быть непосредственно применено к стальным конструкциям. Кусок металла, более неустойчивый, чем сталь, такой как цинк, соединен со структурой, делая менее устойчивый металл анодом, а сталь - катодом. В результате кусок металла корродирует, а стальная конструкция остается неповрежденной. Это гальваническая или «жертвенная» катодная защита.
Недостатком этого «жертвенного» подхода является то, что кусок металла нуждается в замене, поскольку он разъединяется, что может быть неудобно для критической инфраструктуры или труднодоступных структур. В этих ситуациях более подходящим решением является повышенная защита током.
«Вместо того, чтобы использовать кусок металла, который термодинамически неустойчив, мы используем металл, который абсолютно инертен», - объясняет Возенкрофт. «Просто подключение к стальной конструкции ничего не значит, потому что оно инертно. Но если вы подключите к нему источник питания постоянного тока и примените покрытие активатора, вы можете заставить его вести себя как анод, манипулируя потоком электронов».
В то время как металл не нужно заменять, требуемый источник постоянного тока может быть большим. Это делает его более дорогостоящим для обслуживания, поэтому использование защищенной токовой защиты является компромиссом. Гальваническая защита проста, но требует регулярной замены. Импрессированный ток длится намного дольше, но имеет свои собственные соображения, такие как увеличение затрат.
Оба метода обеспечивают эффективную защиту морских конструкций из углеродистой стали. Управляя электрохимией вовлеченных металлов и направляя коррозию в другой металл, методы катодной защиты гарантируют, что сталь остается невредимой. Более прочная сталь обеспечивает более прочные конструкции, поэтому приливные установки и ветровые электростанции могут продолжать производить чистую энергию в будущем.
