什么是柔性阳极.doc

一、什么是柔性阳极？ 柔性阳极是近些年来开发出的一种新型辅助阳极，主要应用于埋地管道和储罐底部。开发的初衷是为解决旧管道防腐层老化，保护电流变大，传统的保护方法无法解决的地方。通过实践，发现柔性阳极应用前景广阔，它对传统的阴极保护方法提出了挑战，可以成功地解决一些用传统的阴极保护做不到的问题，如干扰问题，高电阻率问题、罐底电流分布问题，因此越来越受到人们的欢迎。在1990年，美国第40届管道腐蚀会议上，有多家公司计划用柔性阳极解决传统方法保护不上的地方。 柔性阳极是用导电塑料制成，把导电塑料包覆在铜芯上，其结构和外形与电缆极为相似，所以又称缆形阳极。 和其他辅助阳极一样，柔性阳极应用时也要陡用焦炭粉填包。为方便用户，美国瑞侃公司又开发了带有炭粉填包的柔性阳极，图7-11是这种新型柔性阳极的结构。 二、柔性阳极的特点 柔性阳极敷设类似于电缆，先与管道平行挖一条阳极沟，在沟内填上一半焦炭粉，把柔性阳极就位，再覆盖一半焦炭粉，然后用原土（细土，如果是岩石应进行换土）盖实，便可大量回填。 应用时，沿管道平行敷设，当地形变化厉害时，可随地形变化。对于罐底敷设，应将柔性阳极置于沥青砂层下，按计算用量蛇形布置，将电缆接头放在罐周外侧。 与传统的其他辅助阳极相比，柔性阳极具有如下几个特点： 阴极保护电流长距离分布均匀； 对其他金属构筑物干扰影响最小； 解决复杂管网的屏蔽问题； 即使管道覆盖层破损严重，或裸的罐底也能保证电流的均匀分布，实现阴极保护； 安装简单，长度可任意现场剪裁，施工快捷保险； 材料经专门处理，寿命长（有文献介绍为40年）； 不必重新征阳极用地；不污染环境。三、柔性阳极设计 柔性阳极设计分以下4个过程： (1)确定所需保护电流。 根据保护管道的防腐层状况，选择保护电流密度，用保护面积乘以电流密度便可得到所需电流。 对于旧防腐层，通常可用馈电试验测取电流密度，实现不了时，保护电流密度可取1-3mA；按国内外标准要求罐底保护电流密度可取510mA/，一般设计新罐取下限5mA/，旧罐取上限10mA/。对于管道，可将计算结果换算成每米管道所需电流Io(mA/m) (2)设计回路 设计出的柔性阳极回路，能够满足对整个长度上提供均匀的电流分布，最大的回路长度Lmax指从汇流点算起的阳极最大长度。将来的电流馈电点是以Lmax为基础来确定的。 计算的步骤是： 计算每米长度阳极释放的平均电流Ia,mA/m； 确定土壤电阻率未加修正的阳极最大长度Luc，m; 确定土壤电阻率修正系数F, 计算确切的最大阳极长度Lmax,m； 确定汇流点的位置。 如果管道长度L小于Lmax，则只需要一个汇流点，如果L大于Lmax，就需要增加汇流点。 阳极回路有以下几种方式： 汇流点在阳极的端部； 汇流点在阳极的端部，并有另一阳极电缆接到阳极的另一端； 汇流点在阳极的中部，向两边供电； 汇流点在阳极的中部，并有阳极电缆接到阳极的每一端； 带有多个接头和阳极电缆连接的回路。 (3)选取电源设备规格 确定直流电源设备的规格需要3个步骤，即： 确定给定阳极装置上所需电流，A； 计算阳极和管道回路的电阻，； 利用欧姆定律计算出直流输出电压，v。 柔性阳极独特之处是阴、阳极间电阻很低，因是特别长的导体，所以要采用非标准计算，采用柔性阳极接地电阻系数（1000cm下），再根据实际电阻率加以修正，便可得到实际的阳极对地电阻。 铜芯电缆电阻（RL）包括两部分，RL=RW+RC，一是直流电源正极至柔性阳极的阳极电缆电阻Rw；二是柔性阳极本身铜芯的电阻Rc.，这些阻值可查附录或电工手册。 回路总电阻为：R总=Ra+Rp+Rl。 利用欧姆定律V=IR计算出电源直流电压，在这个电压的基数上再加上zv的焦炭反电动势，便是直流电源的输出电压了。 (4)选取配件 根据接线方式，选取柔性阳极的配件，主要有对接、三通和终端，这些都是热缩产品，里面挂有热溶胶，适合于vv型电缆接头密封。 焦炭粉是柔性阳极最佳填料，对于它的选择是含碳量大于85%，颗粒度应小于3mm为好。四、柔性阳极的压用 (1)旧管道的保护 美国一家管道公司，在一条公共管道走廊中敷设了5条管道，管径762-1220mm，最早的管道已有43年（从1992年上推），早期的防腐层为煤焦油瓷漆，后来的管道有FBE和三层PE。 由于旧管道防腐层老化，常规阴极保护已保护不上，增加电流又会造成阴极剥离，而且也不经济，更换防腐层势在必行。正当这个时候，柔性阳极问世，该公司首先在3条平行管道进行了试验。3条管道的管径为2条914. 4mm、一条762mm，在3条管道中间安装了2条91. 5m长的柔性阳极，1984年施加的总电流为2 4A（单根阳极电流为1.11.3A），极化范围从100mV至580mV。到1991年12月在相同地点，测得的结果表明，防腐层最差的一条管道(914. 4mm)，既满足850mV闭路电位准则，又满足100rnV极化衰减准则，整流器的输出电流为2. 2A，比84年2 .4A有所降低，然而阳极接地电阻从84年的5.4降至91年的2.2。 根据上述结果，从1984年起，该公司陆续对旧管道安装了241. 4km柔性阳极，阳极放在焦炭渣填料中，工作电流从9 .7516. 5mA/m，1991年测得劣质防腐层的旧管道的闭路电位在8501000mV之间，采用4h去极化衰减测试，所有位置上的去极化都超过200mV，在这种条件下，阳极的预期寿命为40年。 和更换防腐层比较，采用柔性阳极，以每平方米防腐层返修376美元/和柔性阳极33美元/m计，共节约了1980万美元。 (2)新管道的保护 柔性阳极通常应在常规阳极发挥不了作用的地方。结合西部石油的开发，管道所经地段呈高电阻率趋势，其中有一条管道有90km段地处高电阻率环境，地下是岩石，无法解决辅助阳极埋设问题，为此，我们开展了柔性阳极的试用和设计。 试验是在17km管段上进行的，试验管段带有环氧粉末覆盖层，管径600mm，共分两段，一段1 3km，另一段4km，中间未连。在4km侧，同管沟敷设一条1km柔性阳极，阳极四周填有1010mm的焦炭渣。为了测试电位分布，在1km段上焊接3支测试桩。试验期闻两段管道用电缆跨接，使用电源为蓄电池。 - 在以后的连续测试中，电位基本稳定。 1km柔性阳极可以保护17km管段，如果两端管道全部连接，可能会更长