A talaj vegyi összetételében, a cső szigetelésében előforduló eltérések miatt a fémfelületen különböző potenciálú zónák alakulnak ki, amelyek galvánáramokat hoznak létre a talajban. A galvánáram mindig a nagyobb potenciálú elemből folyik az elektroliton (talajon) át a kisebb potenciálú elem felé, kialakítva közben a korrodálódó anódos felületeket. Ha a korróziót galvánáram hozza létre, akkor minél nagyobb az intenzitás, annál nagyobb a korrózió sebessége. Ez Faraday szerint: Q = I × t × K
ahol:

• Q a korróziós fém tömegvesztesége (g)
• I az áramerősség (A)
• t az idő (h)
• K az elektrokémiai egyenérték (g/A × h; egy coulomb vagy egy A × h hatására kivált fém tömege).
  

Galvánáramok keletkezését számos külső körülmény okozhatja. Ezek lehetnek például szigetelési hibahelyek, koncentrációs elemek, különböző potenciálú fémek kapcsolata stb. Az így kialakuló anód és katód potenciálja a két érték nyitott áramköri potenciálja között egy közbenső érték felé közeledik, ahhoz hasonlóan, mint amikor két különböző potenciálú fém egymással villamosan érintkezik az elektrolitban. Korrodálódó talajokban, vasfémeknél az anód potenciálját az áramfolyás általában viszonylag változatlanul hagyja. Mivel az oxigén diffúziója a fémhez gyakran akadályozott, a korrózió sebességét a talajokban főképp a katódnál fellépő reakció szabályozza. Emiatt az egész felületen észlelt potenciál az anód nyitott áramkörű potenciáljához közeledik.

A gyakorlatban ezek a potenciálváltozások ebben a formában nem észlelhetők, hanem a fémszerkezeten az elektrolithoz képest jól meghatározott korróziós vagy nyugalmi potenciált mérhetünk.

A talajban végbemenő korróziós folyamatok végső soron elektrokémiai jellegűek. Ez azzal az előnnyel jár, hogy tisztán elektromos paraméterek mérésével megfelelően kézben tarthatóvá válnak mind a beavatkozás, mind pedig az ellenőrzés szempontjából.

A korrózióvédelmet úgy definiálhatjuk, mint a korróziós rendszer műszaki intézkedésekkel történő olyan megváltoztatását, amely az anyag, építmény, berendezés korróziós károsodását a megkívánt korróziós élettartamnak megfelelő mértékre csökkenti. A korrózió elleni védekezést két nagy csoportra lehet osztani: aktív és passzív védelemre.

A passzív védelem alapja egy védőbevonat vagy bevonatrendszerek készítése, állagmegóvás és esztétikai igények kielégítése céljából. Ezek lehetnek szervetlen nemfémes bevonatok, fémes bevonatok vagy szerves bevonatok. Ezek a bevonatok csak addig védenek, amíg épek. Az aktív védelem egy elektrokémiai védelem, amelyet fémek (leginkább acél) korrózió elleni védelménél alkalmaznak. Ennél az eljárásnál a védendő fémszerkezetet védőárammal polarizálják oly módon, hogy annak a potenciálja a fém immunitási vagy passzivitási tartományába essék.

Az aktív védelmi módszerek:

a) külső áramforrású katódos védelem;
b) belső áramforrású galvánanódos védelem;
c) szívókötéses védelem (drenázsvédelem);
d) anódos védelem.

Az a) és b) pontokban említett módszereknél a védendő szerkezet nyugalmi potenciáljához képest negatív, vagyis katódirányba tolják el a potenciált, az immunitási tartományba. Ezt külső áramforrásról (katódállo­más) vagy galvánanódok segítségével lehet megoldani.
A c) pontban említett módszernél szintén katódirányú polarizációval jön létre a védelem, de nem külön villamos energia felhasználásával, hanem a talajban és a csőben áramló kóboráramoknak a villamos vasúti sínrendszerhez való galvanikus visszavezetésével.
A d) pontban a védelmi módszer már nem negatív, hanem pozitív irányú. Ebben az esetben anódpolarizáció elérésével biztosított a szerkezet védelme. Ebben az esetben a pozitív irányú polarizációnak olyan mértékűnek kell lennie, hogy a védendő szerkezet potenciálja az illető fémre jellemző passzivitási tartományba essék. A gyakorlatban ezt a fajta védelmet jóval ritkábban alkalmazzák a negatív irányú polarizációval szemben.

A föld alatti fémszerkezetek korrózió­védelmének legelterjedtebb formája a külső áramforrású katódos védelem. Létezik hazai fejlesztésű integrált „intenzív mérési” módszer, melynek fő feladata a katódos védelem hatásosságának ellenőrzése és a csővezeték szigetelési hibáinak a felderítése.

CIPS és DCVG vizsgálatok

Folyamatos potenciálmérés (CIPS, Close Interval Potential Survey)

A csővezetékek katódos korrózióvédelmének hatásosságát a szokásosan 1-2 km-enként telepített mérőhelyekben mérhető potenciálértékekből állapítják meg. A mért adatokból a csővezeték nyomvonalának mindössze 0,1%-át tudjuk minősíteni, hiszen a mérőhelyek közötti szakaszokról semmilyen információ nem áll rendelkezésre. Természetes törekvés, hogy a csővezeték potenciálját minél sűrűbben mérjük meg.

A CIPS mérés során a csővezeték nyomvonala felett haladva 1-1,5 m-enként cső-talaj potenciálokat mérünk. A vizsgált vezetékhosszra ható katódállomásokat azonos időpontban ki-be kapcsoljuk, és azokkal szinkronban egy speciális mérési adatgyűjtő berendezéssel megmérjük a csővezeték szerkezetét (U_be ) és korróziós (U_ki ) potenciálját.
Célja: a vezeték katódos védelmének minősítése az U_ki korróziós potenciál alapján, 1-1,5 m mintavételezési sűrűséggel, a szigetelési hibák katódosan védett/védetlen állapotának meghatározása. Méréskor az értékeket tárolják, azok felhasználásával a feldolgozás során potenciáldiagram készül. Ebből a csővezeték teljes hosszán megállapítható a katódvédelem hatásossága (1. ábra).

1. ábra

A folyamatos potenciálmérés egy kifejezetten erre a célra megalkotott, mikroprocesszorral működő adatgyűjtő eszközzel történik. Az eszközt a kép szemlélteti.

Adatgyűjtő eszköz

Maga a mérés úgy történik, hogy egy vékony, ám annál erősebb mérőzsinórral rácsatlakozunk a mérendő csővezetékre. A csatlakozási pont lehet egy telepített potenciál-mérőhely vagy bármilyen fémtárgy (például tolózár), amely fémes kapcsolatban áll a vezetékkel. A csatlakozást biztosító kábel kábeldobról fut le, ezáltal egyidejűleg lehetővé teszi a megtett távolság mérését is. Az így végzett mérés 1% pontosságú. Ha ez a pontosság nem lenne elegendő, műholdas helymeghatározó (GPS) is alkalmazható, amennyiben szükséges, tetszőleges koordinátapontok meghatározására, akár 1 m-en belüli pontossággal is. Ahogy a mérést végző személy a mérés során előrehalad, a kezében tartott Cu/CuS0₄ elektródákat lépésenként a talajhoz érinti.

A mérési adatok összegyűjtése és tárolása a mérést végző személyzettől függetlenül zajlik, azaz teljesen objektív. A cső-talaj (szerkezet), illetve a korróziós potenciál mellett a kezdőponttól megtett távolságot is rögzítik, emellett további információk is felvehetők az adatgyűjtővel, mint például: szigetelési hibahelyek, fektetési mélység, nyomvonal-azonosítási terep és műtárgyak, mint például: út, vasútkeresztezés, vízfolyás-keresztezés, potenciál-mérőhely, szaglócső, akna, tolózár…stb.

Az adatokat négy különböző, galvanikusan elválasztott csatornán lehet rögzíteni, a kiegészítő információkat a billentyűzet segítségével lehet felvenni. A programozhatóság az adatgyűjtő berendezés egyik kiemelkedően fontos tulajdonsága. A helyi mérési sajátosságok figyelembevételével az alábbi értékeket lehet váltakoztatni a másodperc 0,1 része alatt:

• a mérés késleltetési idejének beállítása a kikapcsolt csúcsértékhatás elkerülése érdekében (2. ábra),
• mintavételezési idő,
• mintavételi gyakoriság,
• ki-be kapcsolási ciklus ideje.

2. ábra

Az adatgyűjtő képes Master (fő-) vagy Slave (al-) vezérlésű üzemmódban egyaránt működni. Mivel a katódállomások periodikus ki-be kapcsolását GPS kapcsolóóra vezérli, Slave (al-) üzemmód alkalmazásakor az adatgyűjtőt is ez a kapcsoló szinkronizálja.

DCVG (Direct Current Voltage Gradient Technique) módszer

A DCVG módszer közvetlenül kapcsolódik a csővezeték katódvédelméhez. A szigetelési hibahelybe befolyó katódvédelmi áram a talajban feszültségesést okoz. Ez a potenciálgradiens a talajra helyezett két elektróda között egy érzékeny mV mérővel kimérhető, a szigetelési hiba helye 10 cm pontossággal behatárolható. A szigetelési hiba nagysága egy relatív számmal, az úgynevezett %IR-rel jellemezhető.

A katódállomás ki-be kapcsolásának köszönhetően ezt a jelenséget a mV mérő a középértékről történő nagyon enyhe elmozdulása kíséri, ezáltal pontosan megjelölve a szigetelési hiba helyét. A 3. ábra néhány tipikus szigetelési hiba okozta potenciál­mezőt ábrázol az ekvipotenciális vonalakkal.

3. ábra

A szigetelési hiba helyzetének pontos kimérése után a hiba epicentrumától az úgy­nevezett távoli földhöz képesti lépésfeszültségek mérésére kerül sor. Ebből az értékből és a CIPS mérés során mért cső-talaj potenciál értékéből kalkulálható a fajlagos %IR, azaz a hiba mérete (nagysága) (4. ábra).

4. ábra

Korróziós diagnosztikai vizsgálat a CIPS és DCVG módszer együttes alkalmazásával, azaz az „intenzív mérési eljárás”

A CIPS és DCVG módszer egy időben történő alkalmazása számtalan előnnyel jár más diagnosztikai eljárásokkal szemben:

• minden szigetelési hibahelyhez szerkezet és korróziós potenciálértékek tartoznak;
• a szigetelési hibák (%IR) számítása ezen mért, valóságos értékekből történik;
• a potenciálmérés pontosan a csővezeték felett történik;
• az egyidejűséggel biztosított a CIPS és DCVG adatok összevethetősége, hiszen adott helyen és időben a talajjellemzők, a katódvédelmi jellemzők és az emberi tényezők megegyeznek;
• a mérésadatgyűjtő által egy időben mért és tárolt adatok alapján egy jól áttekinthető, egységes, minden információt közlő potenciáldiagram készül (5. ábra).
  

5. ábra

Kombinált CIPS és DCVG vizsgálat előtt mindig történik előmérés. Ennek során megvizsgálják a vezeték nyomvonalát és a lehetséges csatlakozási pontokat a mérések elvégzésére. Az előmérés során a katódállomásokat a legjobb kimenő paraméterekre állítják be, hogy megfelelő feltételeket biztosítsanak a későbbi intenzív méréshez.

A kombinált mérést háromfős tapasztalt személyzet végzi, két kisegítővel. A mérés előtt az adatgyűjtő berendezést szinkronizálják a katódállomásokban előzetesen elhelyezett GPS kapcsolóórákkal (6. ábra).

6. ábra

Első lépés a nyomvonal lo­ka­­lizálása. A nyomvonalkereső műszer egyben a vezeték elhelyezkedésének mélységét is meghatározza. A csapat második tagja a vezeték szigetelési hibahelyeit keresi meg DCVG módszerrel, őt a CIPS mérést végző technikus követi néhány lépés távolságból. Pontosan a nyomukban haladva a CIPS-et végző technikus rögzíti a be- és kikapcsolt potenciál­ér­tékeket.

Amint a DCVG kezelő hiba­helyet talál, a CIPS referens elekt­ródáival rögzítik a potenciál­értéket a hibahely epicentruma felett. Minden mérési nap végén az összegyűjtött adatokat számítógépre töltik át az adatgyűjtőről. A megfelelő szoftver meg­rajzolja a mérési görbéket, melyek alapján a szakmérnökök elvégzik a kiértékelést.•