防腐蚀工程设计课程论文

防腐蚀工程设计课程论文

管道的强制电流阴极保护阳极地床

班级：07080305

学号：0708030509

XX：王爱丽

管道的强制电流阴极保护阳极地床

摘要：随着社会主义建设事业的蓬勃发展，各种用途的地下管道与日俱增。在长期的生产和生活实践中，人们更加认清了防腐蚀的重要性，因而有力地促进了地下管道的阴极保护设计工作。在强制电流阴极保护中，主要一环为阳极地床，其是否合理直接影响阴极保护设计的经济效益。本文仅介绍一些有关阳极地床的相关内容。

关键词：管道防腐强制电流阴极保护辅助阳极阳极地床

对城市埋地管道采用外防腐层加阴极保护方式联合防腐是目前广为推荐的一种经济而科学的防腐蚀措施。外防腐层使管道与土壤介质绝缘隔离，是一种行之有效的物理防护方式，但在实际工程中防腐层受损、老化等情况不可避免，阴极保护可以弥补这些缺陷。它通过阴极极化的电化学手段保证了被保护管道的电化学均匀性，抑制了腐蚀电池的产生。这种联合保护使腐蚀控制手段相互补充，腐蚀控制成本降低。一般地讲，阴极保护可将管道寿命延长一倍或几倍，而阴极保护投资只占管道总投资的3%~5%左右。建设中的新管道需要施加阴极保护，已投产运行一段时间的旧管道追加阴极保护也具有实际意义。

阴极保护原理

金属的腐蚀现象在日常生活中随处可见,按腐蚀反应机理可分为化学腐蚀、电化学腐蚀和物理腐蚀等。其中电化学腐蚀是最普遍、最常见的腐蚀,并且比其他腐蚀形式强烈得多。埋地钢结构的快速腐蚀绝大部分是电化学腐蚀所致。阴极保护就是防止或抑制被保护金属构筑物发生电化学腐蚀的技术。方法是对被保护的金属施加一定的阴极电流,使被保护金属的电位负于某一电位值，使其上的阳极反应得到抑制，从而使金属的腐蚀得到控制。

强制电流保护法

(1)将被保护金属与外加电流负极相连，由外部电源提供保护电流，以降低腐蚀速率的方法。称之为强制电流保护法。外部电源通过埋地的辅助阳极将保护电流引入地下，通过土壤提供给被保护金属，被保护金属在大地电池中仍为阴极，其表面只发生还原反应，不会再发生金属离子的氧化反应，使腐蚀受到抑制。强制电流保护法的主要设备有：恒电位仪、辅助阳极、参比电极。

(2)强制电流保护法的主要特点是：①适用于长输管线和区域性管网的保护。

②输出电流大，一次性投资相对较小。③安装工程量较小，可对旧管道补加阴极保护。④运行期间需要专业人员维护。⑤容易实现远程自动化监控。

强制电流阴极保护阳极地床

强制电流系统电源输出的电能约有60%~80%消耗在阳极地床上，所以阳极数量和敷设方式决定了系统的经济性。阳极数量少，地床电阻高，耗电量大，虽然建设费用低，但运行费用高；反之，建设费用高，但运行费用低。根据保护电流和土壤电阻率选取最佳阳极数量。此外，覆盖层的质量直接关系到保护电流密度和保护X围大小，并影响到阴极保护投资。如三层PE，保护电流密度小于1μA/m2，相比石油沥青50μA/m2和PE管5μA/m2，其保护X围成倍增加，可减少阳极保护站数量和节省电费。

一、阳极地床形式及优缺点：

目前强制电流阴极保护阳极地床有以下几种类型。

⑴浅埋点状阳极地床

一个或几个阳极垂直地或水平地安装在通常深度小于17m的地层下，用以对地下或水中金属构筑物进行阴极保护。距离管道垂直距离30~300m不等，根据当地的具体环境而定。当覆盖层质量好时，保护电流不大，距离可缩短。

优点：①施工方便；②便于检查；③安装土方量少。

缺点：①可能存在屏蔽和干扰；②地床电阻受外界环境影响；③占地面积大，易被人为破坏。

⑵深井阳极地床

一个或几个阳极,安装在一般深度为地表以下17m或更深的钻孔之中，用以对地下或水中金属构筑物进行阴极保护。深井阳极按埋设深度分次深20~40m；中深50~100m；深>100m。

优点：①可位于密集的面积内，占地少，不受地理位置、地形、征地限制；

②在土壤电阻率高的地区，深井地床可提供比浅埋地床低的总电阻；③深井阳极比浅埋阳极少受季节温度、湿度影响，不会冰冻；④深井阳极比浅埋阳极提供较低的地表阳极电位梯度，不会像浅埋阳极产生屏蔽和干扰；⑤深井阳极比浅埋阳极提供更好电流分布；⑥深井阳极不易遭人为破坏；⑦开孔式深井阳极易于检查、修理或更换阳极和导线。

缺点：①相同电流输出相比,深井阳极比浅埋阳极更昂贵,单井造价高；②封闭式深井阳极的检查、更换和修理都很困难；③对气阻的敏感性大，深井阳极要

考虑特殊设计，开孔井除外；④对一个复杂结构，须深井阳极和浅埋阳极相配合，以提供一个适当的保护电流分布；⑤压实阳极周围填包料对深井阳极难以实现，压实不好或填包料不足都会导致阳极提早损坏。解决办法是预制阳极体，工厂制做后，再拿到现场组装。

⑶分布阳极地床

属浅埋阳极地床一种，多组分散布置，每组阳极2~3支。阳极地床是以浅埋方式呈非几何形状，依被保护结构的位置而定。往往先包围被保护结构，再依电力线视线分布原则，在被保护体之间插入阳极，以使电力线分布均匀，使被保护体达到良好保护。

优点：①阳极布置灵活；②由于阳极分散布置，阳极充分释放电流，阳极利用率高，又由于多路并联，系统回路电阻小，电源输出功率低，维持电费降低；

③因阳极浅埋，易检查、修理和更换。

缺点：①阳极支数和导线用量多，安装成本高于传统阳极地床；②阳极埋深同管道埋深，可能仍存在屏蔽和干扰问题，解决办法是多装均压线。

⑷平行阳极地床

阳极平行被保护管道同沟敷设，阳极地床可是由断续的相距较近的常规阳极构成，阳极材料以是高硅铸铁、金属氧化物电极等，阳极地床也可是柔性阳极(或称缆状阳极)平行被保护管道敷设应用时阳极周围要使用焦炭粉填料。

优点：①保护电流分布良好，保护电位分布匀；②电路电阻低，致使电费降低；③高电阻率壤，使用效果好；④对外界管线干扰最小。

缺点：①阳极沿管线布置，与管线同长，致使加材料费用；②保护局限于地床长度，对优质涂管，保护长度不限地床长度；③劣质与优质涂层相平行，两者共同纳入保护，优质涂层管上获得保电位太高；④安装费用高于一般系统；⑤阳极导接头多，易发生接头故障或人为破坏，检查困难。

二、阳极选择

(1)一般土壤中均可选择高硅铸铁、石墨、钢铁阳极。目前实际工程设计中多采用高硅铸铁阳极，石墨阳极、钢铁阳极应用较少。这是因为石墨脆，易因机械冲击或阳极接头引线断裂而过早失效；钢铁阳极虽然材料来源广泛，价廉，但其消耗率高，使用时间短。

(2)盐渍土、海滨土或酸性和含硫酸根离子较高的环境中可选择含铬高硅铸铁。

(3)覆盖层差及位于复杂管网或地下金属构筑物区域内可采用柔性阳极，但不宜