牺牲阳极阴极保护系统设计

2023-04-20 22:00:30 文档大全网 [ 字体：小中大 ] [ 阅读： ]

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牺牲阳极阴极保护系统设计

作者：薛凤颖

来源：《中国化工贸易·下旬刊》2019年第05期

摘要：以某输油管道为例，介绍了系统阴极保护材料的选取，接地电阻的计算以及牺牲阳极的用量和使用寿命、设备材料表的编制。关键词：牺牲阳极；阴极保护；设计 1 基本概况

某输油管道为新建管线，总长度为13km，材质为高强度钢，管径为D159mm，环氧粉末防腐层。土壤电阻率30Ω.m，设计寿命15年。选用高电位镁牺牲阳极阴极保护方式。 2 选取牺牲阳极

由于土壤电阻率较高，根据规范（如下表所示），设计采用高电位镁阳极阴极保护系统。牺牲阳极种类的应用选择如下：

式中：t为设计寿命；U为电流效率（0.5）；Z为理论电容量（2200Ah/kg）；Q为阳极使用率85%；W为阳极重量，计算后为183kg；选用7.7公斤镁阳极，则共需要24支。 3 牺牲阳极接地电阻的计算

单只立式圆柱形牺牲阳极无填料时，接地电阻计算公式为：

上述三式的适用条件为La>>d，t>>L/；其中R为立式阳极接地电阻；RH为水平式阳极接地电阻；P为土壤电阻率；Pa为填包料电阻率；L为阳极长度；La为阳极填料层长度；d为阳极等效直径；D为填料层直径；t为阳极中心至地面的距离。

多支阳极并联总接地电阻比理论值要大，这是因为阳极之间屏蔽作用的结果，可根据阳极之间的间距加以修正。

式中：R总为阳极组总接地电阻；RV为单支阳极接地电阻；N为并联阳极支数；η为修正系数，查下图可知阳极接地电阻修正系数。

选用立式无填料镁牺牲阳极，阳极长度1.5m，d等效直径0.114m，阳极中心至地面的距离为2m；则计算得出Rv=12.65Ω，R总=0.95Ω。 4 阳极输出电流的计算

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阳极输出电流是由阴阳极极化电位差除以回路电阻来计算，见式：

式中：Ia为阳极输出电流；Ea为阳极开路电位；Ec为阴极开路电位；ea为阳极化电位；ec为阴极极化电位；Ra为极接地电阻；Rc为阴极接地电阻；RW为回路导线电阻；△E为阳极有效电位差。

忽略Rc、Rw，阳極开路电位-1.75V，保护（极化）电位为-1.2V，镁阳极的驱动电压为0.55V，如不考虑导线电阻，回路总电阻R总为0.95，单支阳极输出电流为0.55/0.95=0.58A。 5 阳极支数的计算

根据保护电流密度和被保护的表面积可算出所需保护总电流IA，再根据单支阳极输出电流即可计算出所需阳极支数，一般取2～3倍的裕量。

式中：N为所需阳极支数；IA为所需保护总电流；Ia为单支阳极输出电流；计算得出所需阳极支数约为7支。 6 阳极寿命的计算

根据法拉第电解原理，牺牲阳极的使用寿命可按下式计算：

式中：T为阳极工作寿命；阳极利用率取0.85；W为阳极质量；I为阳极输出电流；ω为阳极实际消耗率；则计算得出T约为38年。

在实际工程中，牺牲阳极的设计寿命可选为10～15年。