什么是柔性陽極.doc

一、什么是柔性陽極？ 柔性陽極是近些年來開發(fā)出的一種新型輔助陽極，主要應用于埋地管道和儲罐底部。開發(fā)的初衷是為解決舊管道防腐層老化，保護電流變大，傳統(tǒng)的保護方法無法解決的地方。通過實踐，發(fā)現(xiàn)柔性陽極應用前景廣闊，它對傳統(tǒng)的陰極保護方法提出了挑戰(zhàn)，可以成功地解決一些用傳統(tǒng)的陰極保護做不到的問題，如干擾問題，高電阻率問題、罐底電流分布問題，因此越來越受到人們的歡迎。在1990年，美國第40屆管道腐蝕會議上，有多家公司計劃用柔性陽極解決傳統(tǒng)方法保護不上的地方。 柔性陽極是用導電塑料制成，把導電塑料包覆在銅芯上，其結構和外形與電纜極為相似，所以又稱纜形陽極。 和其他輔助陽極一樣，柔性陽極應用時也要陡用焦炭粉填包。為方便用戶，美國瑞侃公司又開發(fā)了帶有炭粉填包的柔性陽極，圖7-11是這種新型柔性陽極的結構。 二、柔性陽極的特點 柔性陽極敷設類似于電纜，先與管道平行挖一條陽極溝，在溝內填上一半焦炭粉，把柔性陽極就位，再覆蓋一半焦炭粉，然后用原土（細土，如果是巖石應進行換土）蓋實，便可大量回填。 應用時，沿管道平行敷設，當?shù)匦巫兓瘏柡r，可隨地形變化。對于罐底敷設，應將柔性陽極置于瀝青砂層下，按計算用量蛇形布置，將電纜接頭放在罐周外側。 與傳統(tǒng)的其他輔助陽極相比，柔性陽極具有如下幾個特點： 陰極保護電流長距離分布均勻； 對其他金屬構筑物干擾影響最小； 解決復雜管網的屏蔽問題； 即使管道覆蓋層破損嚴重，或裸的罐底也能保證電流的均勻分布，實現(xiàn)陰極保護； 安裝簡單，長度可任意現(xiàn)場剪裁，施工快捷保險； 材料經專門處理，壽命長（有文獻介紹為40年）； 不必重新征陽極用地；不污染環(huán)境。三、柔性陽極設計 柔性陽極設計分以下4個過程： (1)確定所需保護電流。 根據保護管道的防腐層狀況，選擇保護電流密度，用保護面積乘以電流密度便可得到所需電流。 對于舊防腐層，通常可用饋電試驗測取電流密度，實現(xiàn)不了時，保護電流密度可取1-3mA；按國內外標準要求罐底保護電流密度可取510mA/，一般設計新罐取下限5mA/，舊罐取上限10mA/。對于管道，可將計算結果換算成每米管道所需電流Io(mA/m) (2)設計回路 設計出的柔性陽極回路，能夠滿足對整個長度上提供均勻的電流分布，最大的回路長度Lmax指從匯流點算起的陽極最大長度。將來的電流饋電點是以Lmax為基礎來確定的。 計算的步驟是： 計算每米長度陽極釋放的平均電流Ia,mA/m； 確定土壤電阻率未加修正的陽極最大長度Luc，m; 確定土壤電阻率修正系數(shù)F, 計算確切的最大陽極長度Lmax,m； 確定匯流點的位置。 如果管道長度L小于Lmax，則只需要一個匯流點，如果L大于Lmax，就需要增加匯流點。 陽極回路有以下幾種方式： 匯流點在陽極的端部； 匯流點在陽極的端部，并有另一陽極電纜接到陽極的另一端； 匯流點在陽極的中部，向兩邊供電； 匯流點在陽極的中部，并有陽極電纜接到陽極的每一端； 帶有多個接頭和陽極電纜連接的回路。 (3)選取電源設備規(guī)格 確定直流電源設備的規(guī)格需要3個步驟，即： 確定給定陽極裝置上所需電流，A； 計算陽極和管道回路的電阻，； 利用歐姆定律計算出直流輸出電壓，v。 柔性陽極獨特之處是陰、陽極間電阻很低，因是特別長的導體，所以要采用非標準計算，采用柔性陽極接地電阻系數(shù)（1000cm下），再根據實際電阻率加以修正，便可得到實際的陽極對地電阻。 銅芯電纜電阻（RL）包括兩部分，RL=RW+RC，一是直流電源正極至柔性陽極的陽極電纜電阻Rw；二是柔性陽極本身銅芯的電阻Rc.，這些阻值可查附錄或電工手冊。 回路總電阻為：R總=Ra+Rp+Rl。 利用歐姆定律V=IR計算出電源直流電壓，在這個電壓的基數(shù)上再加上zv的焦炭反電動勢，便是直流電源的輸出電壓了。 (4)選取配件 根據接線方式，選取柔性陽極的配件，主要有對接、三通和終端，這些都是熱縮產品，里面掛有熱溶膠，適合于vv型電纜接頭密封。 焦炭粉是柔性陽極最佳填料，對于它的選擇是含碳量大于85%，顆粒度應小于3mm為好。四、柔性陽極的壓用 (1)舊管道的保護 美國一家管道公司，在一條公共管道走廊中敷設了5條管道，管徑762-1220mm，最早的管道已有43年（從1992年上推），早期的防腐層為煤焦油瓷漆，后來的管道有FBE和三層PE。 由于舊管道防腐層老化，常規(guī)陰極保護已保護不上，增加電流又會造成陰極剝離，而且也不經濟，更換防腐層勢在必行。正當這個時候，柔性陽極問世，該公司首先在3條平行管道進行了試驗。3條管道的管徑為2條914. 4mm、一條762mm，在3條管道中間安裝了2條91. 5m長的柔性陽極，1984年施加的總電流為2 4A（單根陽極電流為1.11.3A），極化范圍從100mV至580mV。到1991年12月在相同地點，測得的結果表明，防腐層最差的一條管道(914. 4mm)，既滿足850mV閉路電位準則，又滿足100rnV極化衰減準則，整流器的輸出電流為2. 2A，比84年2 .4A有所降低，然而陽極接地電阻從84年的5.4降至91年的2.2。 根據上述結果，從1984年起，該公司陸續(xù)對舊管道安裝了241. 4km柔性陽極，陽極放在焦炭渣填料中，工作電流從9 .7516. 5mA/m，1991年測得劣質防腐層的舊管道的閉路電位在8501000mV之間，采用4h去極化衰減測試，所有位置上的去極化都超過200mV，在這種條件下，陽極的預期壽命為40年。 和更換防腐層比較，采用柔性陽極，以每平方米防腐層返修376美元/和柔性陽極33美元/m計，共節(jié)約了1980萬美元。 (2)新管道的保護 柔性陽極通常應在常規(guī)陽極發(fā)揮不了作用的地方。結合西部石油的開發(fā)，管道所經地段呈高電阻率趨勢，其中有一條管道有90km段地處高電阻率環(huán)境，地下是巖石，無法解決輔助陽極埋設問題，為此，我們開展了柔性陽極的試用和設計。 試驗是在17km管段上進行的，試驗管段帶有環(huán)氧粉末覆蓋層，管徑600mm，共分兩段，一段1 3km，另一段4km，中間未連。在4km側，同管溝敷設一條1km柔性陽極，陽極四周填有1010mm的焦炭渣。為了測試電位分布，在1km段上焊接3支測試樁。試驗期聞兩段管道用電纜跨接，使用電源為蓄電池。 - 在以后的連續(xù)測試中，電位基本穩(wěn)定。 1km柔性陽極可以保護17km管段，如果兩端管道全部連接，可能會更長