什么是柔性陽(yáng)極.doc

一、什么是柔性陽(yáng)極？ 柔性陽(yáng)極是近些年來(lái)開(kāi)發(fā)出的一種新型輔助陽(yáng)極，主要應(yīng)用于埋地管道和儲(chǔ)罐底部。開(kāi)發(fā)的初衷是為解決舊管道防腐層老化，保護(hù)電流變大，傳統(tǒng)的保護(hù)方法無(wú)法解決的地方。通過(guò)實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)柔性陽(yáng)極應(yīng)用前景廣闊，它對(duì)傳統(tǒng)的陰極保護(hù)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(hù)做不到的問(wèn)題，如干擾問(wèn)題，高電阻率問(wèn)題、罐底電流分布問(wèn)題，因此越來(lái)越受到人們的歡迎。在1990年，美國(guó)第40屆管道腐蝕會(huì)議上，有多家公司計(jì)劃用柔性陽(yáng)極解決傳統(tǒng)方法保護(hù)不上的地方。 柔性陽(yáng)極是用導(dǎo)電塑料制成，把導(dǎo)電塑料包覆在銅芯上，其結(jié)構(gòu)和外形與電纜極為相似，所以又稱纜形陽(yáng)極。 和其他輔助陽(yáng)極一樣，柔性陽(yáng)極應(yīng)用時(shí)也要陡用焦炭粉填包。為方便用戶，美國(guó)瑞侃公司又開(kāi)發(fā)了帶有炭粉填包的柔性陽(yáng)極，圖7-11是這種新型柔性陽(yáng)極的結(jié)構(gòu)。 二、柔性陽(yáng)極的特點(diǎn) 柔性陽(yáng)極敷設(shè)類(lèi)似于電纜，先與管道平行挖一條陽(yáng)極溝，在溝內(nèi)填上一半焦炭粉，把柔性陽(yáng)極就位，再覆蓋一半焦炭粉，然后用原土（細(xì)土，如果是巖石應(yīng)進(jìn)行換土）蓋實(shí)，便可大量回填。 應(yīng)用時(shí)，沿管道平行敷設(shè)，當(dāng)?shù)匦巫兓瘏柡r(shí)，可隨地形變化。對(duì)于罐底敷設(shè)，應(yīng)將柔性陽(yáng)極置于瀝青砂層下，按計(jì)算用量蛇形布置，將電纜接頭放在罐周外側(cè)。 與傳統(tǒng)的其他輔助陽(yáng)極相比，柔性陽(yáng)極具有如下幾個(gè)特點(diǎn)： 陰極保護(hù)電流長(zhǎng)距離分布均勻； 對(duì)其他金屬構(gòu)筑物干擾影響最??； 解決復(fù)雜管網(wǎng)的屏蔽問(wèn)題； 即使管道覆蓋層破損嚴(yán)重，或裸的罐底也能保證電流的均勻分布，實(shí)現(xiàn)陰極保護(hù)； 安裝簡(jiǎn)單，長(zhǎng)度可任意現(xiàn)場(chǎng)剪裁，施工快捷保險(xiǎn)； 材料經(jīng)專(zhuān)門(mén)處理，壽命長(zhǎng)（有文獻(xiàn)介紹為40年）； 不必重新征陽(yáng)極用地；不污染環(huán)境。三、柔性陽(yáng)極設(shè)計(jì) 柔性陽(yáng)極設(shè)計(jì)分以下4個(gè)過(guò)程： (1)確定所需保護(hù)電流。 根據(jù)保護(hù)管道的防腐層狀況，選擇保護(hù)電流密度，用保護(hù)面積乘以電流密度便可得到所需電流。 對(duì)于舊防腐層，通?？捎灭侂娫囼?yàn)測(cè)取電流密度，實(shí)現(xiàn)不了時(shí)，保護(hù)電流密度可取1-3mA；按國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)要求罐底保護(hù)電流密度可取510mA/，一般設(shè)計(jì)新罐取下限5mA/，舊罐取上限10mA/。對(duì)于管道，可將計(jì)算結(jié)果換算成每米管道所需電流Io(mA/m) (2)設(shè)計(jì)回路 設(shè)計(jì)出的柔性陽(yáng)極回路，能夠滿足對(duì)整個(gè)長(zhǎng)度上提供均勻的電流分布，最大的回路長(zhǎng)度Lmax指從匯流點(diǎn)算起的陽(yáng)極最大長(zhǎng)度。將來(lái)的電流饋電點(diǎn)是以Lmax為基礎(chǔ)來(lái)確定的。 計(jì)算的步驟是： 計(jì)算每米長(zhǎng)度陽(yáng)極釋放的平均電流Ia,mA/m； 確定土壤電阻率未加修正的陽(yáng)極最大長(zhǎng)度Luc，m; 確定土壤電阻率修正系數(shù)F, 計(jì)算確切的最大陽(yáng)極長(zhǎng)度Lmax,m； 確定匯流點(diǎn)的位置。 如果管道長(zhǎng)度L小于Lmax，則只需要一個(gè)匯流點(diǎn)，如果L大于Lmax，就需要增加匯流點(diǎn)。 陽(yáng)極回路有以下幾種方式： 匯流點(diǎn)在陽(yáng)極的端部； 匯流點(diǎn)在陽(yáng)極的端部，并有另一陽(yáng)極電纜接到陽(yáng)極的另一端； 匯流點(diǎn)在陽(yáng)極的中部，向兩邊供電； 匯流點(diǎn)在陽(yáng)極的中部，并有陽(yáng)極電纜接到陽(yáng)極的每一端； 帶有多個(gè)接頭和陽(yáng)極電纜連接的回路。 (3)選取電源設(shè)備規(guī)格 確定直流電源設(shè)備的規(guī)格需要3個(gè)步驟，即： 確定給定陽(yáng)極裝置上所需電流，A； 計(jì)算陽(yáng)極和管道回路的電阻，； 利用歐姆定律計(jì)算出直流輸出電壓，v。 柔性陽(yáng)極獨(dú)特之處是陰、陽(yáng)極間電阻很低，因是特別長(zhǎng)的導(dǎo)體，所以要采用非標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算，采用柔性陽(yáng)極接地電阻系數(shù)（1000cm下），再根據(jù)實(shí)際電阻率加以修正，便可得到實(shí)際的陽(yáng)極對(duì)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(yáng)極的陽(yáng)極電纜電阻Rw；二是柔性陽(yáng)極本身銅芯的電阻Rc.，這些阻值可查附錄或電工手冊(cè)。 回路總電阻為：R總=Ra+Rp+Rl。 利用歐姆定律V=IR計(jì)算出電源直流電壓，在這個(gè)電壓的基數(shù)上再加上zv的焦炭反電動(dòng)勢(shì)，便是直流電源的輸出電壓了。 (4)選取配件 根據(jù)接線方式，選取柔性陽(yáng)極的配件，主要有對(duì)接、三通和終端，這些都是熱縮產(chǎn)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(yáng)極最佳填料，對(duì)于它的選擇是含碳量大于85%，顆粒度應(yīng)小于3mm為好。四、柔性陽(yáng)極的壓用 (1)舊管道的保護(hù) 美國(guó)一家管道公司，在一條公共管道走廊中敷設(shè)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(lái)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(hù)已保護(hù)不上，增加電流又會(huì)造成陰極剝離，而且也不經(jīng)濟(jì)，更換防腐層勢(shì)在必行。正當(dāng)這個(gè)時(shí)候，柔性陽(yáng)極問(wèn)世，該公司首先在3條平行管道進(jìn)行了試驗(yàn)。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(zhǎng)的柔性陽(yáng)極，1984年施加的總電流為2 4A（單根陽(yáng)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(diǎn)，測(cè)得的結(jié)果表明，防腐層最差的一條管道(914. 4mm)，既滿足850mV閉路電位準(zhǔn)則，又滿足100rnV極化衰減準(zhǔn)則，整流器的輸出電流為2. 2A，比84年2 .4A有所降低，然而陽(yáng)極接地電阻從84年的5.4降至91年的2.2。 根據(jù)上述結(jié)果，從1984年起，該公司陸續(xù)對(duì)舊管道安裝了241. 4km柔性陽(yáng)極，陽(yáng)極放在焦炭渣填料中，工作電流從9 .7516. 5mA/m，1991年測(cè)得劣質(zhì)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(cè)試，所有位置上的去極化都超過(guò)200mV，在這種條件下，陽(yáng)極的預(yù)期壽命為40年。 和更換防腐層比較，采用柔性陽(yáng)極，以每平方米防腐層返修376美元/和柔性陽(yáng)極33美元/m計(jì)，共節(jié)約了1980萬(wàn)美元。 (2)新管道的保護(hù) 柔性陽(yáng)極通常應(yīng)在常規(guī)陽(yáng)極發(fā)揮不了作用的地方。結(jié)合西部石油的開(kāi)發(fā)，管道所經(jīng)地段呈高電阻率趨勢(shì)，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(wú)法解決輔助陽(yáng)極埋設(shè)問(wèn)題，為此，我們開(kāi)展了柔性陽(yáng)極的試用和設(shè)計(jì)。 試驗(yàn)是在17km管段上進(jìn)行的，試驗(yàn)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(cè)，同管溝敷設(shè)一條1km柔性陽(yáng)極，陽(yáng)極四周填有1010mm的焦炭渣。為了測(cè)試電位分布，在1km段上焊接3支測(cè)試樁。試驗(yàn)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(cè)試中，電位基本穩(wěn)定。 1km柔性陽(yáng)極可以保護(hù)17km管段，如果兩端管道全部連接，可能會(huì)更長(zhǎng)