设计参数的选择及阳极用量的计算

设计参数的选择及阳极用量的计算

1、牺牲阳极法

（1）最小保护电位

负于-0.85V（相对于Cu/饱和CuSO4参比电极）

（2）最小保护电流密度

最小保护电流密度的大小取决于被保护金属的种类、表面状况、腐蚀介质的性质、组成、浓度、温度和金属表面绝缘层质量等。涂层种类不同所保护电流密度值不同，钢管外覆盖层的绝缘电阻越高，所需的保护电流密度值越小。见表1防腐层种类及所需保护电流密度表1

防腐层种类保护电流密度mA/m2塑料（聚乙烯层）0.001-0.01

石油沥青玻璃布7mm 0.01-0.05

石油沥青玻璃布4mm 0.5-3.5

旧沥青层0.5-1.5

旧油漆1-30

裸管5-50

附：

状态

裸露

无涂层

旧涂层

涂层质量

一般

优良

涂层

优秀

涂层

保护电流密度

（mA/m2）

30-50 3-10 0.1-3 0.01-0.1 0.001 （3）阳极的接地电阻

R=（ρ/2πL）×1n（2L/D）

式中：ρ——土壤电阻率欧姆·米

L——阳极长度米

D——填料柱直径米

（4）牺牲阳极的发生电流

①Ia=

式中：△E——牺牲阳极的驱动电位伏

（锌阳极取0.2，镁阳极取0.65-0.66）

②Ia（mg）=1200fY/ρ（美国Harco防腐公司推荐的经验公式）

式中：Ia（mg）——镁阳极的输出电流毫安

ρ——土壤电阻率欧姆·厘米

f——系数查表2

Y——修正系数查表3

f系数表2

（注：表为老标准，现按表内相近重量为准。）

Y修正系数表3

阳极重量（kg）系数

1.4 0.53

2.3 0.60

4.1 0.71

7.7 1.00

9 1.00

14.5 1.06

23 1.09

管地电位（V）镁阳极修正系数

（5）保护面积

S=π×D×L

式中：π——3.14

S——总保护面积m2

D——管径m

L——管道长度m

-0.7 1.17

-0.8 1.07

-0.85 1.00

-0.90 0.93

-1.00 0.79

-1.10 0.64

-1.20 0.50 （6）保护总电流

I A=S×Im

式中：I A——所需总保护电流毫安

S——总保护面积m2

Im——最小保护电流毫安（7）所需阳极数量

N=K×I A/Ia

式中：N——阳极数量支

K——备用系数，一般取2-3

I A——所需总保护电流毫安

Ia——单支阳极的输出电流毫安（8）阳极寿命

T=0.85W/ωIa

式中：T——阳极寿命年

W——阳极净质量公斤

ω——阳极消耗率

Ia——阳极平均输出电流

2、外加电流法阴极保护（以DN159mm×8，40km管道为例）。

（1）保护长度的计算

已知条件：

A DN159mm×8

B 被保护管道的长度（两端设绝缘法兰）40000米

C 绝缘层电阻Rr=10000Ω·m2

D 最大保护电位Emax取-1.25伏（相对Cu/饱和CuSO4电极）

E 最小保护电位Emin取-0.85伏（相对Cu/饱和CuSO4电极）

F 管道自然电位En取-0.55伏

G 钢管电组率ρt取0.135Ω·m m2/m（20#低碳钢）

则保护半径L1=（1/a）1n2（E'max/E'min）

式中：a——衰减系数=

R O——单位长度钢管的纵向电阻欧姆

R O（单位长度钢管的纵向电阻，欧姆）=ρt/[π（D'-δ）δ]

=0.135/[3.14（159-8）×8]

=3.56×10-5

r（单位长度钢管绝缘层电阻欧姆）

=Rr/πD

=10000/3.14×0.159

=2.0×104

∴a=

=4.22×10-5-510

104

E'max=-1.25-（-0.55）=-0.70伏

E'min=-0.85-（-0.55）=-0.30伏

因此L1= ×1n2

=36.5公里

保护长度L=L1×2=73公里

说明：本管道全长40公里，而理论计算保护长度为73公里，整个管道处在保护范围内，在技术上是可行的。

（2）保护电流计算

I O =（a/R O）×E'min sh（aL）

=（4.22×10-5/3.56×10-5）×0.3sh（4.22×10-5×3.56×103）

=0.356×sh1.54

=0.356×2.23

=0.794（A）

2I O=2πD · J S · L

式中：I O——单侧方向保护电流（A）

L——单侧保护长度（m）

J S——保护电流密度（A/m2）

∴总保护电流I=0.794×2=1.588（安）

（3）输出电压计算（直流电源额定输出电压）

V=I（R a+R L+R c）+Vr

式中：I——系统保护电流，1.588A（可取1.1I总）

R L——导线电阻，（ρ·L/S）0.48欧姆

R a——阳极组接地电阻

Rc——/[2th（aL）]0.61欧姆（管道/土壤界面

过渡电阻Ω）