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：
④阴极保护电流长距离分布均匀；
②对其他金属构筑物干扰影响最小；
③解决复杂管网的屏蔽问题；
④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；
⑤安装简单，长度可任意现场剪裁，施工快捷保险；
⑥材料经专门处理，寿命长（有文献介绍为40年）；
⑦不必重新征阳极用地；
⑧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5—10mA/㎡，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：
①计算每米长度阳极释放的平均电流Ia,mA/m；
②确定土壤电阻率未加修正的阳极最大长度Luc，m;
③确定土壤电阻率修正系数F,
④计算确切的最大阳极长度Lmax,m；
③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：
①汇流点在阳极的端部；
②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；
③汇流点在阳极的中部，向两边供电；
④汇流点在阳极的中部，并有阳极电缆接到阳极的每一端；
⑤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：
①确定给定阳极装置上所需电流，A；
②计算阳极和管道回路的电阻，Ω；
③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（1000Ω．cm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1.1～1.3A），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5.4Ω降至91年的2.2Ω。
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 .75～16. 5mA/m，1991年测得劣质防腐层的旧管道的闭路电位在850—1000mV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10×10mm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，这是因为管道覆盖层质量好，土壤电阻率高，所需保护电流密度小的缘故，改变通电点的位置，对沿线电位分布投有多大影响。
根据试验段的结果，修改了原设计，在40km高电阻率保护管段，将柔性阳极用量由40km改为10km。阳极分为两段，投产后全线保护电位在-1. 3V左右，非常理想。