01/06/1995 Vlarem II
Besluit van de Vlaamse regering van 1 juni 1995 houdende algemene en sectorale bepalingen inzake milieuhygiëne (titel II van het VLAREM)

Voorbeelden zijn:

–

Ontwerptekst voor Belgische Norm (“Protection Cathodique”) - NBN Document 207 CR/23, dd. 1989-12-07;

–

Nederlandse Praktijkrichtlijn NPR 6912: “Kathodische Bescherming”;

–

Britisch Standard: Code of Practice C.P. 1021: “Cathodic Protection”;

–

NACE International: Recommended Practice RP0285: “Control of external corrosion on metallic buried, partially buried, or submerged liquid storage systems”;

–

NACE International: Recommended Practice RP0169: “Control of external corrosion on underground or submerged metallic piping systems”.

Deze, of gelijkwaardige richtlijnen, zijn aanvaardbaar in het kader van de huidige VLAREM bepalingen als code van goede praktijk voor het ontwerp, installatie en onderhoud van een KB installatie. Een aantal concrete richtlijnen en vereisten worden hieronder samengevat.

De verplichte controles en hun periodiciteit zijn vermeld in de VLAREM hoofdtekst.

Diverse internationale standaarden (o.m. NACE Recommended Practices) bevatten tevens interessante technische aanwijzingen voor de correcte uitvoering van elektrische isolaties of het aanbrengen of de controle van bekledingen (zie verder).

Een aantal veel gebruikte bekledingsmaterialen zijn beschreven onder 1.4.2. hierboven. Bekledingen met verzeepbare verven mogen niet onder de grond in combinatie met kathodische bescherming worden toegepast, aangezien deze vlug zullen beschadigd worden.

(NOTA: aansluitende ondergrondse leidingen zijn vaak de eerste bron van lekken tengevolge van corrosie; het verdient dan ook aanbeveling deze leidingen -waar mogelijk- in de KB installatie op te nemen.)

De elektrische scheiding kan worden verkregen door het inbouwen van isolatiestukken zoals koppelingen, afstandhouders, enz.

Deze isolatiestukken kunnen onder andere worden toegepast:

–

bij aansluitingen op transportleidingen zowel in toevoer- als in distributieleidingen, evenals op de overgang naar bovengrondse apparatuur;

–

bij de verbinding van twee verschillende metalen, waarbij galvanische corrosie zou kunnen ontstaan;

–

op daartoe noodzakelijke plaatsen in zwerfstroomgebieden;

–

bij metalen mantelbuisconstructies, doorvoeringen in gewapend beton of in andere geleidende constructies (afstandhouders).

Anderzijds moet men er zich van verzekeren dat er een elektrische continuïteit bestaat van de verschillende delen van de te beschermen ondergrondse constructie.

Op plaatsen waar een ontvlambaar gasmengsel kan voorkomen, moeten tevens maatregelen worden genomen die vonkvorming uitsluiten. Het volledige KB systeem dient bovendien te voldoen aan alle wettelijke bepalingen terzake m.b.t. elektrische installaties (AREI).

Het verdient verder aanbeveling de te beschermen tank op voldoende afstand van andere geleidende objecten te plaatsen. De aanbevolen minimumafstanden zijn:

–

tussen twee ondergrondse houders: 0,5 m;

–

tot ondergrondse hoogspanningsleidingen of mastfunderingen van bovengrondse hoogspanningsleidingen: 5 m;

–

tot bovengrondse hoogspanningsleidingen, gerekend vanaf de verticale projectie tot leidingen: 25 m.

Alle (elektrische) aansluitingen moeten zorgvuldig en vakkundig worden uitgevoerd, zodat een goede hechting en een goede elektrische geleiding ook in de toekomst zijn verzekerd. Voor een blijvend goede verbinding kunnen meetdraden bij voorkeur worden aangesloten m.b.v. thermietlassen. Mechanische verbindingen mogen eveneens worden toegepast mits een blijvend elektrisch contact is verzekerd.

Het einde van de meetdraad moet zodanig (in een aansluitkast) zijn gemonteerd dat potentiaalmetingen makkelijk uitvoerbaar zijn. Meetaansluitingen moeten bij voorkeur tot boven het maaiveld reiken en eindigen in een beschermde ruimte, meestal een aansluitpot of een holle paal. De meetdraden moeten bovendien lang en sterk genoeg zijn om breuk te vermijden. Een doorsnede van 10 mm² is gebruikelijk.

Alle verbindingen moeten geïsoleerde meetdraden en alle blanke delen van de meetdraden moeten worden bekleed met elektrisch isolerend materiaal. Bij beklede constructies moet bij na-isolatie het gebruikte elektrisch isolatiemateriaal zowel hechten op de isolatie van de constructie als op de draadisolatie.

De keuze tussen beide typen wordt onder andere bepaald door economische overwegingen, onderhoud, aanwezigheid van zwerfstromen, benodigde beschermstroom, aanwezigheid van meer dan één te beschermen ondergrondse constructie, geometrie van de situatie, etc. Algemeen is kathodische bescherming met behulp van galvanische anoden normaliter slechts aangewezen: bij gronden met een resistiviteit lager dan 3000 ohm.cm (soms 5000 ohm.cm); indien slechts relatief kleine beschermingsstromen moeten geleverd worden; en bij afwezigheid van zwerfstromen. In andere gevallen is een kathodische bescherming met opgedrukte stroom (uitwendige stroombron) veelal aangewezen.

Naast bovenstaande KB technieken is het in bijzondere gevallen soms mogelijk een afdoende kathodische bescherming te bekomen door een derde techniek, nl. het zgn. draineren van zwerfstromen.

Het ontwerp en de dimensionering van gelijk welk kost-effectief en degelijk functionerend KB systeem is een vrij specialistische aangelegenheid die de gepaste ervaring en opleiding vereist. Het ontwerp van het KB systeem zal o.m. gebaseerd zijn op volgende gegevens:

–

bodemcorrosiviteit (o.m. resistiviteit, pH, anaëroob milieu);

–

aard en toestand van de uitwendige tankbekleding;

–

eventuele zwerfstroominvloed;

–

beschermstroom nodig voor het bereiken van de gestelde potentiaalwaarden.

De benodigde beschermingsstroom variëert eveneens als functie van diverse van de hierboven genoemde parameters, o.m. de aard en toestand van de uitwendige tankbekleding. Enkele bruikbare richtwaarden voor typische beschermingsstroom-dichtheden bij diverse types bekleding zijn:

Voornoemde waarden zijn benaderend en sterk afhankelijk van allerlei andere factoren, met name o.m. van de eventuele aanwezigheid van beschadigingen ontstaan bij het leggen, de bodemsoort, enz. Voor een beschadigde bekleding bedraagt de dichtheid van de nodige beschermingsstroom vaak meer dan 10 mA/m²(voor onbeklede metalen is dit vaak in de buurt van 30 à 50 mA/m²).

Als galvanische anoden voor de bescherming van ondergrondse structuren kunnen magnesium- of zink-legeringen worden gebruikt.

De stroomafgifte door een galvanische anode wordt bepaald door de potentiaal t.o.v. de te beschermen constructie en de weerstand in de stroomkring (cf. o.m. toestand van de bekleding en resistiviteit van de bodem). De levensduur van en anode bij een bepaalde stroomafgifte hangt af van het anodemateriaal en de anodemassa. Een typische levensduur voor een magnesiumanode van 10 kg is 15 jaar. De stroomafgifte van een dergelijke anode kan 15 à 200 mA bedragen, afhankelijk van de resistiviteit van de bodem. Het theoretische verbruik bedraagt voor magnesium 8 kg/A.jaar en voor zink 11,3 kg/A.jaar.

De stroomafgifte van galvanische anoden kan in de meeste grondsoorten worden verhoogd door een speciaal materiaal rond de anode te storten (“backfill”). Vaak worden galvanische anodes volledig geassembleerd verkocht, inclusief de vereiste aansluitingskabel en omringd met een geschikt backfill materiaal, aangebracht in een textiel zak rond de galvanische anode.

Galvanische anoden die met backfill en al worden geplaatst, worden ingebed met oorspronkelijke grond, die goed wordt aangestampt, zodat de overgangsweerstand laag blijft.

Indien de anode en het backfill materiaal afzonderlijk worden geleverd, moet de anode goed in dit materiaal worden gecentreerd en opgesloten. Tijdens het aanvullen dient er nauwkeurig op te worden gelet dat de draden van de anoden en de verbindingen met de constructie niet worden beschadigd.

Men creëert hierbij een elektrolytische cel, waarbij de te beschermen structuur fungeert als kathode en de hulpelektrode als anode; zie Figuur 3. Bij voldoend lage potentiaal (zie 3.4.1) is vrijwel algehele corrosiebescherming mogelijk.

Teneinde een lange levensduur, met een minimum aan onderhoud, te bekomen, moeten de anodematerialen voor een KB installatie met opgedrukte stroom een zeer hoge corrosieresistentie hebben.

Traditioneel gebruikte men grafiet of siliciumgietijzer. Nieuwere materialen omvatten (geactiveerd) titanium of geleidende polymeren. De laatste materialen worden vaak in draad- of kabelvorm aangewend en kunnen daarbij als horizontale anode optimaal omheen de te beschermen structuur worden geplaatst. Dit geeft normaliter een verbeterde stroomverdeling en een meer optimale bescherming.

De levensduur van de anoden kan worden verlengd (en de stroomverdeling -verder- verbeterd) door er speciaal -elektrisch geleidend- materiaal omheen te storten (“grondbed” of “anodebed”). Cokes en grafiet worden hiervoor het meest gebruikt. Kant-en-klare systemen zijn beschikbaar, waarbij bv. anodekabels vervaardigd uit geleidend polymeer reeds omhuld zijn met het koolstofmateriaal en het geheel verpakt is in een doorlatende nylon hoes.

Omdat de opgedrukte-stroom anode elektrische stroom van een uitwendige bron afgeeft aan de te beschermen ondergrondse structuur, kan de stroomafgifte in principe vele malen groter zijn dan die van een galvanische anode (tot enkele ampères).

Anoden bestemd voor KB systemen met opgedrukte stroom kunnen verticaal of horizontaal worden geplaatst. Steeds moet de grond zodanig worden aangevuld, dat geen lucht bij de anoden wordt ingesloten. Waar ten gevolge van een anodische reactie gasontwikkeling kan worden verwacht (bv. zuurstofontwikkeling, of vorming van chloor bij hoge chloride- concentraties), moeten passende maatregelen worden genomen om dit gas te laten ontwijken. Er moet worden op gelet dat de grond omheen de anoden vochtig is en blijft. In droge gronden kiest men zo nodig meer dan één anode, of een horizontale anode die een lagere anodestroomdichtheid geeft.

De gelijkrichterinstallaties moeten aan alle toepasselijke elektrische voorschriften voldoen. De uitgangsspanning van de gelijkrichter moet regelbaar zijn. De uitgaande stroom en spanning moeten gemakkelijk afleesbaar zijn met een meetfout van maximaal 2,5 %. Het is aan te bevelen dat de wisselspanningscomponent (rimpel) van de secundaire spanning bij de ongunstigste belasting niet meer zou bedragen dan 10 % van de afgegeven gelijkspanning; dit met het oog op storingen en beperking van de behoefte aan beschermstroom. Treden desondanks nog storingen op, bijvoorbeeld in communicatiesystemen, dan moeten deze worden geëlimineerd.

Voordat de stroom wordt ingeschakeld moet worden nagegaan of inderdaad de geleider naar de te beschermen ondergrondse opslagtank met de minpool (−) en de geleider naar het anodebed met de pluspool (+) is verbonden. Klemmen en draden moeten dienovereenkomstig duidelijk worden gemerkt.

De ondergrondse kabels naar de anoden (positieve geleiders) moeten met bijzondere zorg worden geïnstalleerd, teneinde beschadiging van de isolatie te voorkomen, omdat aan deze elektrode snelle corrosie kan (zal) optreden.

Voor het aansluiten van voedingskabels op de kathodisch te beschermen tank, geldt verder hetzelfde als voor het aansluiten van meetdraden (cf. 3.2.3.).

De bereikte potentiaal van de metalen opslagtank is het doorslaggevende criterium dat zal gehanteerd worden voor het bepalen van de goede werking en het effect van de kathodische bescherming.

In TABEL 3 zijn de grenswaarden van de potentiaal van verschillende metalen ten opzichte van de koper/kopersulfaat en de standaard waterstof (SHE) referentie-elektroden opgenomen. Een volledige bescherming wordt pas bereikt als op alle delen van de tank of de ondergrondse structuur de potentiaal gelijk is aan of negatiever is dan de waarden voor de bovengrens; voor aluminium geldt bovendien dat de potentiaal niet negatiever mag zijn dan de in Tabel 3 vermelde ondergrens.

Een te negatieve potentiaal moet hoedanook vermeden worden, omdat anders de uitwendige bekleding kan loskomen. Hierdoor kan de goede werking van de kathodische bescherming verloren gaan.

Teneinde een voldoend nauwkeurige meting te kunnen uitvoeren moet de millivoltmeter normaliter een ingangsimpedantie bezitten van minstens 1 megaohm en geschikt zijn voor metingen in het veld.

De onnauwkeurigheid van de potentiaalaflezing moet alleszins kleiner zijn dan 2 % en de meter moet regelmatig op zijn nauwkeurigheid worden onderzocht.

De keuze van de referentie-elektrode voor de potentiaalmeting is in principe vrij. Veelal wordt voor metingen in de grond echter de (verzadigde) koper/kopersulfaat elektrode gebruikt, alhoewel de calomel elektrode (kwik/kwikchloride) of de zilver/zilverchloride elektrode meer precies zijn (doch vaak ook minder robuust). De bevoegde corrosiedeskundige of het bevoegde corrosiebureau zal zorg dragen voor een regelmatige ijking van de referentie-elektrode (i.e., ten opzichte van de standaard waterstofelektrode) en voor de controle van de goede werking (minstens maandelijks). Een logboek van deze controles zal worden bijgehouden. Referentie-elektroden die een afwijking van meer dan 20 mV (koper/kopersulfaat) of 10 mV (calomel of zilver/zilverchloride) t.o.v. de theoretische waarde vertonen zullen niet meer worden gebruikt. Theoretische waarden voor de verschillende referentie-elektroden t.o.v. de standaard waterstof elektrode bij 25 ° C (SHE) worden gegeven in TABEL 4.

Bij de meting van de potentiaal van een ondergrondse opslagtank dient de referentie-elektrode zo dicht mogelijk bij de tank te worden geplaatst. Tevens moet met het spanningsverlies in de bodem worden gerekend. In het algemeen blijkt het voldoende de referentie-elektrode recht boven de tank aan het grondoppervlak te plaatsen (Figuur 4). Een bruikbare methode voor het bepalen van het spanningsverlies is het voor korte tijd uitschakelen van de KB installatie. De toelaatbare onderbrekingsduur is afhankelijk van de zgn. depolarisatie, die o.m. door milieuomstandigheden wordt bepaald. Onder extreme omstandigheden (bv. zandgrond met hoge weerstand) moet die beperkt blijven tot max. 1 seconde per minuut.

Afgezien van de verplichte controles, is het een goede praktijk bij wijze van onderhoud de KB installatie regelmatig te inspecteren: bv. een jaarlijkse inspectie bij installaties gelegen op rustige plaatsen, d.w.z. waar niet gegraven of gebouwd wordt, en een halfjaarlijkse inspectie – zonodig vaker – op plaatsen met veel bouw- of graafwerk, evenals in die gevallen waarin de continuïteit van de kathodische bescherming, bv. door zwerfstromen, wordt bedreigd.