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强制电流阴极保护与辅助阳极

强制电流阴极保护系统主要由电源设备、辅助阳极、阳极线路、汇流点装置、电绝缘装置、参比电极、检测装置、跨接均压线装置等组成。

1)设计原则

(1)在管道的外加电流阴极保护系统的设计中,对其保护长度的选取应根据工艺计算留有10%的余量。

(2)辅助阳极的设计寿命应与被保护管道相匹配,一般可选20年。

(3)当管道保护系统与附近外部金属构筑物之间产生干扰现象时,应采取相应的防护措施。

(4)直流电源设备额定功率应留有50%的余量,其输出阻抗与回路电阻应相匹配。

2)电源设备

(1)设备对电源的要求。

对有交流市电并能满足长期可靠稳定供电的地方及长输管道各中间站有可靠交流电源的地方,优先考虑使用交流电通过整流来提供极化电源。对于单独建站,无市电地区可选用其他第二电源。不管采用什么形式的电源,基本要求是:可靠性髙,维护保养简便,寿命长,对环境适应性强,输出电流、电压可调,应具有过载、防雷故障保护。

一般交流供电情况下应选用整流器或恒电位仪。在管/地电位或回路电阻有经常性较大变化时,必须使用恒电位仪。能长期不间断供电,优先使用市电或使用各类站场稳定可靠的交流电源。当采用农用电时,必须装有备用电源或不间断供电专门设备。

(2)整流器。

阴极保护用整流器宜采用桥式全波整流电路。其波纹系数应满足单相不大于50%,三相不大于5%的要求,最大温升不得超过70℃。在交流输入端和直流输出端应装有过流、防冲击等保护环节。户外型整流器应能适应当地所处的气候环境,可装在房顶、墙上或电杆上。通常采用硅整流器。

(3)恒电位仪。

恒电位仪通常应在室内工作。其技术要求有:

给定电位连续可调:-3.000~-0.500V;

电位控制精度:<±10mV;

输入阻抗:≥1MΩ;

抗交流干扰能力:≥12V(AC);

耐电压:≥1500V(AC);

负载波纹系数:单相≤5%,三相≤8%。

恒电位仪印刷电路板一般采取防潮、防盐雾、防细菌的三防措施。

(4)阴极保护站电气接线原理图。

①应用整流器的保护站。②应用交流恒电位仪的保护站。

3)辅助阳极

(1)对阳极材料的要求。

选择的阳极地床应具有良好的导电性,与土壤有稳定的接触电阻,电流密度小,化学稳定性好,腐蚀率小,有一定的机械强度,价格低,来源方便。

常用的阳极主要为:钢铁阳极,石墨阳极,高硅铁阳极,磁性氧化铁阳极。

(2)阳极地床的结构。

由于辅助阳极工作性质决定了阳极是处于电解状态,这就要求在设计辅助阳极地床时应考虑两个问题,一是阳极材料的消耗,二是阳极气体产物的逸放。前者是材料本身的性能,后者则取决于地床结构。

一般阳极应在焦炭回填料地床中工作。这种结构的作用是:等效地增大了阳极体积,降低阳极接地电阻;把阳极土壤的工作界面转移到填料/土壤界面上,减小阳极消耗,延长阳极寿命;利于阳极产生的气体(O2 ,CO,CO2 等)逸出,防止“气阻”。

为利于气体的逸出,在焦炭地床的上部还要填放一些粗砂或砾石,有些地方还要用多孔塑料管插至阳极地床中心,其作用一是用于排气,二是必要时可以往里注水。

典型的立式和水平式阳极地床结构如图9-4 所示。

辅助阳极地床有浅埋式和深井式两种,浅埋式又分为立式和水平式。通常因地理环境及施工机具所限,多用立式敷设,立式敷设虽有很多优点,但也有些场合不能使用,如:在薄的岩石层结构地方和深层土壤电阻率较高的地方,沙质土壤的河滩地,地下水位较高不易开挖的地方和沼泽地带都不易选用立式阳极地床而应采用水平阳极地床。在有些区域,由于地理环境、地表土壤电阻率的限制,不宜采用浅埋式地床,只得采用深井式地床(埋深不小于15m)。这种地床即可少占地,又可在某种程度上减轻对邻近其他金属构筑物的干扰影响。(3)阳极地床位置的选择。

在阴极保护站址选定的同时,应在站址处管道的两侧选择合适的辅助阳极安装位置。辅助阳极地床位置(简称阳极区)的选择要考虑以下因素:

①阳极区距管道的垂直距离。距离越大,电位分布越均匀。但无限拉大距离将会增加阳极引线的电阻,并增加建设投资。阳极位置与管道垂直距离适当,一般在100~500m,管道较短或油、气田管道密集的地区采用50~300m的距离,其他特殊地形或环境,阳极位置应根据现场情况慎重选定。

②土壤电阻率。阳极区尽量选在土壤电阻率低的地方,因为低电阻率可使阳极接地电阻变小,减少电能的消耗。一般要求土壤电阻率在50Ω • m以下,特殊地区也应小于100Ω • m。

③土壤湿度。土壤湿度有利于阳极工作,防止气阻现象,故在实际中常把阳极区选在河边、沟底等地下水位较高或潮湿低洼地带。

④土地的利用。要求不占或少占耕地。

⑤干扰影响。阳极区周围尽量避开金属构筑物,阳极位置与被保护埋地管道之间不得有其他金属构筑物。

⑥地域规划。不得在近期发展规划区内建立阳极地床。

⑦安装的难易。根据施工机具和地上、地下环境情况确定,以求安装费用最低。

⑧生态环境。这是近些年来提出的新问题,以不破坏生态环境为好。


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