混合金屬氧化物_MMO_網(wǎng)狀陽極系統(tǒng)的設(shè)計和安裝

1、混合金屬氧化物(MMO網(wǎng)狀陽極系統(tǒng)的設(shè)計和安裝過夢飛(中國石化集團(tuán)管道儲運公司勘察設(shè)計研究院徐州221008摘要網(wǎng)狀陽極是儲罐陰極保護(hù)的一種有效的新方法,具有很多其他保護(hù)方法所沒有的優(yōu)點,而且能達(dá)到滿意的保護(hù)效果。本文介紹了網(wǎng)狀陽極系統(tǒng)的性能、設(shè)計、安裝及保護(hù)效果。主題詞網(wǎng)狀陽極儲罐陰極保護(hù)TH E D ES IGN AND I N STALLA T I ON O F MM O GR I D E SYST EMGuo M engfe i(T he D esign&R esearch In stitu te of S I NO PEC P i peline Sto rage&T ran spo

2、rtati on Co1Xuzhou221008AbstractT he MM O Grid System is a new and effective m ethod in p ro tecti on tank bo ttom s1It has mo re advan tages compared w ith o ther m ethods of cathodic p ro teo ti on1T he paper in troduces the perfo rm ance,design, con structi o in and p ro tecti on effect of MM O G

3、rid System1KeywordsMM O grid systemT ankCathodic p ro tecti on1引言網(wǎng)狀陽極(亦稱格柵陽極系統(tǒng)在國內(nèi)儲罐陰極保護(hù)中已獲得越來越廣泛的應(yīng)用:1996年在大亞灣地區(qū)12座儲罐;1999年燕山石化2座10萬m3儲罐;1999年河北河間一座5萬m3儲罐。而其設(shè)計還沒有一個可依的標(biāo)準(zhǔn)。本文參照網(wǎng)狀陽極生產(chǎn)商美國CO RR PRO公司的規(guī)范,并附上本人的設(shè)計實例,以供同行參考。由于目前網(wǎng)狀陽極材料全部源于進(jìn)口,一個5萬m3罐的所有部件進(jìn)口價格約為25萬人民幣,故同時希望網(wǎng)狀陽極能盡早國產(chǎn)化,使這種陰極保護(hù)做法更經(jīng)濟(jì)。2CORRPRO公司的網(wǎng)狀陽

4、極設(shè)計和安裝規(guī)范211總則對由于二次密封襯墊的不導(dǎo)電特性而無法應(yīng)用通常的深井陽極和分布式陽極的新罐以及安裝了新罐底的已有儲罐,網(wǎng)狀陽極陰極保護(hù)系統(tǒng)都是適用的。(1系統(tǒng)的安裝應(yīng)與業(yè)主要求的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、所在地區(qū)的電規(guī)程相一致。(2陰極保護(hù)系統(tǒng)的所用部件有:整流器、陽極帶、鈦導(dǎo)電片、長效參比電極、饋電纜、接線盒以及相關(guān)的其它電纜。(3在對儲罐的腐蝕控制系統(tǒng)的設(shè)計中,陰極保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)由經(jīng)驗豐富的專業(yè)工程師設(shè)計。圖紙設(shè)計應(yīng)包括所需材料的詳細(xì)信息。強制電流陰極保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)使用混合金屬氧化物陽極帶和鈦導(dǎo)電片,使之組成一個位于二次密封襯墊和罐底之間的網(wǎng)。設(shè)計標(biāo)準(zhǔn):設(shè)計壽命:40a沙墊層電阻率500008c m設(shè)

5、計電流密度:10176mA m2極化標(biāo)準(zhǔn):100mV足夠的饋電纜和參比電極212材料實行質(zhì)量控制以保證使用系統(tǒng)安裝所需的特定產(chǎn)品。材料規(guī)格如下:(1陽極帶陽極帶由CO RR PRO公司生產(chǎn),由在鈦基片上沉淀一層T I R2000混合金屬氧化膜制成。其成分為A STM265一級鈦鈦基片規(guī)格如下:寬6135mm或1217mm厚01635mm長15214m 卷重2172或5144kg 卷(2鈦導(dǎo)電片鈦導(dǎo)電片用來與陽極帶形成一個網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),從而減少電流沿陽極帶流動時的電壓降。其成分為A STM265一級鈦鈦導(dǎo)電片的規(guī)格如下:寬1217mm厚01889mm長7612m 卷重0106kg m(3饋電纜饋電纜

6、規(guī)格型號:8AW G,聚氯乙烯絕緣銅電纜。聚氯乙烯符合標(biāo)準(zhǔn):A STM594第21卷第11期2000年11月腐蝕與防護(hù)CORRO S I ON&PRO T ECT I ONV o l121N o111N ovem ber2000D1248, 型,C類,第5等級。電纜從陽極網(wǎng)焊點到接線盒應(yīng)留有足夠的長度,并避免絞接。電纜端部的電纜芯與一鈦棒(鈦棒規(guī)格:直徑31175mm,長10116mm焊接,鈦棒再與鈦導(dǎo)電片連接,焊接處用熱收縮套處理。(導(dǎo)電片至少要有7612mm長,并與鈦棒焊接兩點。(4長效參比電極長效參比電極可以是鋅參比電極或Cu CuSO4參比電極。鋅參比電極的電極棒規(guī)格:35156mm3

7、5156mm22816mm。預(yù)裝在易吸水的填包料中。鋅合金規(guī)格:A STM B2418280, 型。Cu CuSO4參比電極設(shè)計壽命15a,當(dāng)通以3A 電流時,電壓變化范圍在5mV內(nèi)。運輸時,應(yīng)置于裝有特殊填包料的布袋中。參比電極應(yīng)帶足夠長的N o114AW G標(biāo)準(zhǔn)聚氯乙烯絕緣銅電纜。(5接線盒及相關(guān)導(dǎo)線所有從網(wǎng)狀陽極出來的導(dǎo)線都終止于一金屬的接線盒內(nèi)。接線盒內(nèi)有足夠的接線端子可供參比電極導(dǎo)線連接。213安裝陰極保護(hù)系統(tǒng)的安裝應(yīng)在安裝好二次密封襯墊和沙墊層之后。(1陽極網(wǎng)陽極網(wǎng)的安裝包括陽極帶、鈦導(dǎo)電片、長效參比電極和饋電纜的安裝。把陽極帶從卷盤中散開,把陽極帶和導(dǎo)電片分布于要求的位置,并防止

8、翹起;用焊機焊接陽極帶和導(dǎo)電片的每一個交叉處;把饋電纜與導(dǎo)電片在指定的位置焊接;把8AW G電纜散開穿出圈梁。圈梁中的孔應(yīng)在建圈梁時預(yù)先留好或在合適位置處埋一電纜導(dǎo)管。(2長效參比電極長效參比電極的埋設(shè)位置直接由腐蝕工程師確定。在安裝前將參比電極浸泡1520m in,然后按圖紙埋設(shè);把14AW G電纜散開穿出圈梁。(3接線盒所有饋電纜,參比電極電纜和其它導(dǎo)線都接到接線盒中。(4整流器整流器的布置和安裝是由儲罐承建者負(fù)責(zé),承建者同時還要給整流器提供交流電。(5回填網(wǎng)狀陽極上面的回填由儲罐承建者完成。先在陽極帶、鈦導(dǎo)電片、長效參比電極的上面鋪上一層沙,以避免翻沙車的操作損壞陽極網(wǎng)。若在構(gòu)筑罐基礎(chǔ)最

9、后一層時,測試發(fā)現(xiàn)網(wǎng)狀陽極有損壞,則應(yīng)隨時停止一切作業(yè)進(jìn)行檢修。214測試所有的測試都應(yīng)由經(jīng)驗豐富的專業(yè)人員進(jìn)行,以確保系統(tǒng)的高性能。(1電阻測量在鋪設(shè)網(wǎng)狀陽極上面的沙子時,應(yīng)對饋電纜之間以及饋電纜和參比電極之間的電阻進(jìn)行測量。若電阻過大,則說明陽極網(wǎng)或參比電極有所損壞。此時必須停止墊層的鋪設(shè),進(jìn)行維修。(2投入運行測量儲罐的自然電位并記錄。整流器通上電,對儲罐進(jìn)行充分的極化。當(dāng)儲罐內(nèi)裝上一部分產(chǎn)品后,對系統(tǒng)進(jìn)行最后的調(diào)試。調(diào)試標(biāo)準(zhǔn):儲罐的極化電壓在100mV上下波動。(3報告提交報告,報告包括所有的測試結(jié)果、施工圖以及操作和維護(hù)規(guī)程。3設(shè)計實例20000m3內(nèi)浮頂油罐采用網(wǎng)狀陽極陰極保護(hù)系統(tǒng)

10、。311設(shè)計參數(shù)(1陰極保護(hù)方式:網(wǎng)狀陽極外加電流陰極保護(hù)(2設(shè)計壽命:L f=40a(3電流密度:C d=10mA m2(4罐基礎(chǔ)電阻率:=500008c m(5設(shè)計溫度:t=1648C(6陽極埋深:D=0135m(考慮離罐底較近且不易被壓壞312設(shè)計計算(1儲罐直徑:d=40m儲罐底板面積:A=125616m2保護(hù)電流密度:C d=10mA m2保護(hù)電流:AC d=1216A(2陽極材料規(guī)格:寬6135mm厚01635mm額定輸出電流:I=18175mA m(廠家提供則單個儲罐需要陽極長度為:L=AC d I=1216 010185=68111m(理論計算所需長度(3鈦金屬導(dǎo)電片規(guī)格:寬1

11、217厚019mm重量:5916kg km電阻率:010498m鈦金屬連接片間距:7m 片則單個儲罐鈦金屬連接長度:18515m(4實際陽極壽命計算:a1實際的陽極面積:A實=2L實(W+T陽極長度:L實=69810m(根據(jù)實際布置所用的長度陽極寬度:W=010064m陽極厚度:T=0100064m694則A 實=918m 2b 1實際陽極電流密度:C d =113mA m2c 1陽極消耗率:C r =58mA a m 2d 1實際陽極壽命:C r C d =45a 313設(shè)計方案(1網(wǎng)狀陽極系統(tǒng):該系統(tǒng)由混合金屬氧化物陽極帶和鈦導(dǎo)電片組成,陽極網(wǎng)狀處于罐底板下面的回填沙中,距罐底板350mm

12、 ,鈦連接片與陽極帶垂直交叉并焊接在一起,用三根VV 2921kV 135mm 2型陽極電纜分別與鈦連接片焊接,保證該系統(tǒng)的可靠性及使電流分布更加均勻。(2在罐底板中心至圈梁段沿半徑均勻埋設(shè)3支長效Cu CuSO 4參比電極,以測量罐底板的保護(hù)電位。(3電纜接線箱選用防爆接線箱,接線箱至陰保間電纜直埋敷設(shè),電纜露出地面部分套鍍鋅管,與罐壁用鋁熱焊焊接,裸露處用環(huán)氧樹脂防腐。通陰保間的電纜埋深700mm ,周圍填100mm 細(xì)沙并覆蓋紅磚。網(wǎng)狀陽極平面圖見附圖;材料報價見附表。4安裝小結(jié)411安裝注意要點(1進(jìn)行安裝工作時,避免工作人員腳踏陽極。附表材料報價(未加稅材料單價U S $單位陽極帶9

13、15m 鈦片9m 陽極電纜接頭100個長效參比電極100個防爆接線箱1700個防爆恒電位儀2000臺附件100套技術(shù)服務(wù)費300天(2鋪設(shè)鈦片時,兩頭和各交叉點用沙袋或磚塊壓住。(3陽極網(wǎng)安裝完畢后,至少先回填罐基礎(chǔ)150mm ,然后再使用機械設(shè)備,以免損壞陽極網(wǎng)。(4陽極網(wǎng)安裝完畢后,馬上檢驗其連通性,罐基礎(chǔ)回填完后,再次檢驗。412此系統(tǒng)與其他陰極保護(hù)系統(tǒng)相比所具有的優(yōu)點(1電流分布較其他系統(tǒng)更均勻。(2基本不產(chǎn)生雜散電流,不會對其他結(jié)構(gòu)造成腐蝕干擾。(3陽極壽命長,接地電阻小,節(jié)約能源。(4原材料重量輕,運輸費用低。(5無需回填料,安裝較其他方法簡單,一般人員就能協(xié)助進(jìn)行安裝。 附圖(下

14、轉(zhuǎn)第504頁794族金屬中的含氫量減少。如在同樣的電流密度50A dm 2時,不同溫度對鍍鉻層含氫量影響的數(shù)據(jù),可參閱表3。表3溫度不同對含氫量的影響電流密度A dm -2工作溫度C 鍍層含氫量%5035010750450106505501055065010450800103由表可知,鍍鉻層中總是存在氫的,只是多少而異,也就是鍍鉻層不可能完全消除內(nèi)應(yīng)力。因此,采取加熱鍍鉻層的處理可使氫成氣體而逸出,這時鉻的比重又重新提高,內(nèi)應(yīng)力變小。因此,對于鍍鉻層較厚的機械零件鍍后加熱到200250C ,并保溫24h ,就可以驅(qū)除掉鍍鉻層中約50%的氫。這樣可大大改善鍍鉻層的力學(xué)性能。312夾雜物鍍鉻層除了

15、吸氫對力學(xué)性能有重大影響以外,氣體的夾雜也有一定的影響。如果鍍鉻層沒有夾雜物,線膨脹系數(shù)應(yīng)是正常的。但是,電沉積層中往往含有夾雜物,主要是鍍液中落入的微量有機物質(zhì)的分解產(chǎn)物,其中有些是氣體。在高的溫度下,含有夾雜物的鍍鉻層的膨脹系數(shù)會不正常。因為夾雜物在高溫下可能成為氣體,使鍍鉻層產(chǎn)生多孔,孔隙率增大。據(jù)一些實驗結(jié)果顯示3,電沉積金屬中氣體的夾雜數(shù)量是按下列順序減少C r M n Fe Co N i Zn Cu可見,鉻沉積中氣體的夾雜物量在電沉積金屬中居首位。因此,對鍍鉻槽的維護(hù)管理非常重要,應(yīng)該保持鍍液清潔,防止有機物質(zhì)的進(jìn)入。313鍍液成分當(dāng)鍍液中鉻酸和催化劑的比例不變時,如果提高鉻酸含量

16、,鍍鉻層的硬度則下降;降低鉻酸含量,則硬度升高。這種情況說明,由于鍍液成分的變化,在鍍較厚鉻層時,其鍍層各部位可能有不同的硬度,因此產(chǎn)生很高的內(nèi)應(yīng)力。所以在鍍硬鉻時,一定要特別注意保持鍍液成分的穩(wěn)定。這就必須定期分析鍍液以控制各成分的比例。在其它條件保持不變時,如果提高硫酸含量,鍍鉻層的硬度降低,如果同時提高溫度和電流密度可以重新補償這部分下降的硬度。因此在“光亮鉻鍍層”區(qū)域內(nèi)所獲得的鍍層硬度和耐磨性都是比較理想的。鍍液中三價鉻含量對鍍鉻層的性能也有很大的影響。如在標(biāo)準(zhǔn)鍍液中含有310g L 的三價鉻,鍍鉻層的光亮度、硬度、耐磨性為最佳。然而這數(shù)值受所有其它條件的影響。如果三價鉻含量超過15g

17、 L ,則鍍鉻層的力學(xué)性能就變得很差。此外,鍍液中鐵雜質(zhì)含量的影響和三價鉻基本相似。4結(jié)論綜上所述,鍍鉻層中的內(nèi)應(yīng)力、硬度、耐磨性和疲勞強度等,都取決于電解條件的準(zhǔn)確配合。必須說明的是,在鍍鉻中的溫度和電流密度對鍍層硬度和耐磨性的影響因素也比較復(fù)雜,實際使用鍍液成分都有它們相應(yīng)的最佳工藝規(guī)范。這方面不同工作者的經(jīng)驗和研究可能得到不同的數(shù)據(jù)。(參考文獻(xiàn)略收稿日期:2000202216(上接第497頁(6安裝快速,一般在四個人的情況下,陽極網(wǎng)半天就能鋪設(shè)完畢。(7陽極網(wǎng)能承受沙墊層和瀝青沙施工操作,現(xiàn)場電纜連接少,施工質(zhì)量容易得到保證。(8對以后工程施工的約束小,受以后施工損壞的可能性較小。413保護(hù)效果及結(jié)論參比電極編號位置 m 保護(hù)電位 V (vs CSE 120-1108210-110331-01992000年1月對儲罐的保護(hù)電位進(jìn)行了測量,結(jié)果如下結(jié)論:網(wǎng)狀陽極系統(tǒng)能對儲罐實行有效的保護(hù)。參考文獻(xiàn)1馮洪臣,曹崇珍199中國國際腐蝕控制大會論文集,1999,30