柔性阳极阴极保护技术介绍
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柔性阳极在实施阴极保护中的应用柔性阳极又称为聚合物阳极,是一种在铜芯上包覆导电聚合物形成的特殊的连续性阳极,其中铜芯的作用主要是导电,而导电聚合物则具有参与电化学反应的功能,因为铜芯是一种电导性非常优良的材质,所以能够在数千米长的阳极上设置一个汇流点,当聚合物阳极在土壤中进行使用时,就会在它的周围填充焦碳粉末而形成一种阳极地床,一般来说其在地床中最大的工作电流可以得到达到82mA/m左右。
虽然和其它的集中阳极相比,它的工作电流密度不高,然而因为其能够靠近被保护结构物铺设出连续地床,能够提供一种更为均匀且有效的保护,所以在工业中得到了广泛应用。
标签:柔性阳极;阴极保护;恒电位仪前言2001年11月,根据中国石油管道公司科技研究中心的设计方案,对鄯善站实施了以外加电流阴极保护方式为主的阴极保护改造,对整个站区埋地金属设施提供腐蚀防护。
设计中采用了两组含铬高硅铸铁深井阳极地床。
阳极尺寸Φ75*1200mm,分两组安装在阳极井内。
井深50米,每个阳极井内装有12支阳极。
废除了站区原有的扁钢、角钢接地网,避免保护电流的大量漏失。
在阴极保护改造施工过程中,根据管道的保护效果,临时增加了三处浅埋阳极地床平均分布在保护区域的四角。
系统运行后,各测试桩电位全部在-1.0~-1.4V之间(vs Cu/CuSO4)达到《埋地钢质管道强制电流阴极保护设计规范》SY/T 0036-2000保护要求。
但根据最新的国标GB/T 21448-2008要求,对保护效果的判定采取的标准应该采用管道阴极极化后的极化电位判定阴极保护的效果。
在实际测试操作中,根据GB/T 21448-2008《埋地钢质管道阴极保护技术规范》的要求,我们在鄯善站内阴保系统串联接入断路器,测量管道的断电电位并与通电电位相比较如表1。
通过以上测量结果可以看到,站内管道的断电电位未达到合格的保护数值,被保护的管道处于欠保护状态。
在这种情况下,如果管道的防腐层存在破损,管道将很快发生腐蚀。
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/㎡。
关于柔性阳极简介作为一种新型的辅助阳极,柔性阳极是近年来新开发出的一种新的材料,其主要的应用方面在于储罐和埋地管道内。
刚刚开始出现辅助阳极是为了防止旧管道的老化而出现的,保护的电流会变大,一般的传统方法根本没有办法解决的地方。
通过实践研究发现柔性阳极的应用前景是十分广阔的,柔性阳极对以前传统阴极保护方法形成了威胁,它可以成功的解决一些传统的阴极保护方法无法做到的问题。
导电的塑料制成了柔性阳极,铜芯的外面包裹着导电塑料,这样它的结构跟外形就与电缆基本一致,所以又被叫做缆形阳极。
如何设计柔性阳极设计柔性阳极可以分为以下四步:(1)首先要确定所需的保护电流确定保护电流需要根据保护管道的防腐层状况,然后可以选择保护电流的密度,所需电流用过保护面积乘以电流的密度便可以得到。
(2)其次就是设计回路,要保证设计出的柔性阳极的回路,可以保证整个长度上提供电流分布并保证分布均匀,回路长度的最大值可以通过汇流点开始算起就可以得到阳极的最大长度。
以后的电流馈电点就是根据回路长度的最大值来算的。
(3)选择合适的电源设备的规格,柔性阳极也有其特别之处,其特别之处就是阴、阳极间的电阻率很低,考虑到是很长的导体,就要采用非标准来计算。
(4)最后一步便是选取配件,选取柔性阳极的配件时要以接线的方式作为依据。
柔性阳极最佳的填充材料便是焦炭粉,在选择焦炭粉时要选择含碳量大于百分之八十五,颗粒度小于3mm的最为合适。
柔性阳极的应用柔性阳极在美国广泛应用于石油金属设施的保护、电厂地下金属配管和构筑物的保护、船舶码头的保护等等,即使是美国水务协会AWWA也听从了美国腐蚀工程师协会NCAE的建议在城市供水管网上大量采用柔性阳极进行保护,1999年,中石油曾组团到欧洲考察管道建设,发现欧洲的许多管道如Zeepipe、Asgard、Europipe1、Europipe、Norfra等管道的阴极保护也广泛采用了柔性阳极技术。
在由管道局承建、俄罗斯人设计的俄罗斯西伯利亚太平洋管道站场区域阴极保护工程中采用的也是柔性阳极。
阴极保护工程技术手册---根底知识篇一、阴极保护简介:每种金属浸在一定的介质中都有一定的电位,称之为该金属的腐蚀电位〔自然电位〕。
腐蚀电位可表示金属失去电子的相对难易。
腐蚀电位愈负愈容易失去电子,我们称失去电子的部位为阳极区,得到电子的部位为阴极区。
阳极区由于失去电子〔如,铁原子失去电子而变成铁离子溶入土壤〕受到腐蚀而阴极区得到电子受到保护。
阴极保护的原理是给金属补充大量的电子,使被保护金属整体处于电子过剩的状态,使金属外表各点到达同一负电位,金属原子不容易失去电子而变成离子溶入溶液。
实现这一目的的方法有两种:一种是牺牲阳极阴极保护,一种是外加电流阴极保护。
牺牲阳极阴极保护是将电位更负的金属与被保护金属连接,并处于同一电解质中,使该金属上的电子转移到被保护金属上去,使整个被保护金属处于一个较负的相同电位下。
此方法广泛应用于保护小型〔电流一般小于1安培〕或处于低土壤电阻率环境下〔土壤电阻率小于100欧姆.米〕的金属结构。
如,城市管网、小型储罐等。
外加电流阴极保护是通过外加直流电源以及辅助阳极,迫使电流从阳极体经过土壤流向被保护金属,使被保护金属结构电位低于周围环境。
该方式主要用于保护大型或处于高土壤电阻率土壤中的金属结构,如:长输埋地管道,大型罐群等。
二、阴极保护相关定义:1、自然电位:自然电位是金属埋入土壤后,在无外部电流影响时的对地电位。
自然电位随着金属结构的材质、外表状况和土质状况,含水量等因素不同而异,一般有涂层埋地管道的自然电位在-0.4V~0.7V(CSE)之间,在雨季土壤湿润时,自然电位会偏负,一般取平均值-0.55V。
2、保护电位:保护电位是指阴极保护时使金属腐蚀停止时所需要的电位值。
3、保护电流密度:保护电流密度系指被保护构筑物单位面积上所需的保护电流。
4、最小保护电流密度:使金属腐蚀下降到最低程度或停止时所需要的保护电流密度,称作最小保护电流密度,其常用单位为mA/m2表示。
处于土壤中的裸露金属,最小保护电流密度一般取10mA/m2。
柔性阳极阴极保护技术Flexible anode cathodic protection technology石油储罐埋地管线柔性阳极产品分为两类:基于纳米特导电炭黑复合技术的聚合物缆性(柔性)阳极和基于MMO/Ti涂层技术的缆线(柔性)阳极。
该两种阳极均为强制电流法阴极保护用的一种埋地型辅助阳极,用以保护地下油(气)管道、地下储罐、化工容器等不被腐蚀或减缓腐蚀。
具有安装方便,配套技术完善,价格合理的特点。
其适用范围包括:①覆盖层老化的旧管道;②错综复杂的管网;③储罐罐底外壁;④长距离、小间距平行的管道;⑤高电阻率环境。
柔性阳极亦称缆形阳极,早期主要解决覆盖层老化的老龄管道的阴极保护问题,目前广泛应用于新建和已建管道及储罐的阴极保护中,包括石油、天然气输送管线,石油储罐罐底板阴极保护,城市燃气管线输配管线、自来水和污水输送管线的阴极保护等。
可广泛用于石化、冶金、电厂、水处理等行业。
在允许工作电流范围内,其工作寿命预期可达25年以上。
陕西省易莱德新材料科技有限公司历经5年的技术攻关,研制出了试用柔性阳极的导电聚合物,并取得了国家发明专利(专利号:20091035969.9),其性能经过国家电线电缆质量监督检验中心测定,指标符合柔性阳极的产品要求。
研制出柔性阳极制造的整套非标生产线。
包括碳粉的灌装生产线和电缆钛丝阳极的扣压生产线,实现了连续化生产,日产量可达2公里,是目前已知的最为先进的生产线。
基于纳米特导电炭黑复合技术的聚合物缆性阳极(ELPA系列)该类柔性阳极为新型高分子功能材料制备而成的柔性阳极,是强制电流法阴极保护用的一种埋地型辅助阳极。
聚合物的柔性阳极形状类似电缆,用多股铜线做导体,包覆导电聚合物,既起到释放电流的作用,又防止铜线耐化学腐蚀,铜芯确保了纵向低电阻,而导电聚合物确保了横向有一较高电阻接地,使铜芯中的电流只能慢慢地“滴入”地中,使得外加的防护电流由铜芯经导电聚合物层释放到被保护体周围形成均匀的保护电场,在柔性阳极周围填充焦碳可以改善阳极的工作环境,降低阳极地床的接地电阻,延长了阳极的寿命。
浅谈新型材料柔性阳极在大型储罐阴极保护中的应用摘要:储罐的腐蚀控制是一项必不可少的技术,阴极保护是罐底外壁防蚀的最佳手段。
当前国内对于储罐罐底外壁施加的阴极保护通常选用网状阳极平铺在罐底下方,然而这一技术存在击穿电压、氧气去极化等问题,很难长期达到“关闭电位”在-0.85~-1.25V的标准要求。
随着科学技术的发展及人们对腐蚀认识的不断加深,一种新型辅助阳极材料诞生——柔性阳极,其具有性价比高,安装简易,抗干扰能力强,耐腐蚀强的优点,成功地解决一些网状阳极在储罐罐底外壁阴极保护中做不到的问题。
本文从阴极保护的基本原理出发,对外加电流阴极保护的两种辅助阳极材料进行对比,同时结合公司油库二期工程中选用的AFLX-1500型柔性阳极,浅谈柔性阳极在储罐阴极保护中的应用。
关键词:阴极保护储罐底板网状阳极柔性阳极1 储罐阴极保护的意义在石油运输中储罐是非常重要的设施,随着经济的发展社会的进步,人们越来越多的开始重视能源、环境和经济的回报,因此储罐的阴极保护也开始越来越多的被人们所重视。
对储罐底板进行阴极保护是非常有必要的,储罐底板一般都会铺设在沥青砂上,随着时间的增长,沥青砂会逐渐老化,基础垫层也会出现裂痕,这样地下的水分就会通过裂缝接触到储罐底板;另一方面,储罐的质量也随着内部液体的高度受到影响,时间长了储罐底板会发生变形。
两方面的因素如果同时产生,那么储罐的使用寿命就会大大缩短,甚至出现危险。
因此,储罐的阴极保护现在越来越受到重视。
2 阴极保护的基本原理阴极保护就是利用腐蚀电池的原理,将需要被保护的金属结构作为阴极,通过阳极向阴极不间断地提供电子,首先使结构极化,进而在结构表面富集电子,使其不易产生离子,因而大大地减缓了结构的腐蚀速度。
目前,有两种办法可以实现这一目的,即牺牲阳极阴极保护和外加电流阴极保护。
2.1 牺牲阳极阴极保护是利用电位比被保护金属结构低的金属或合金(油库二期工程储罐牺牲阳极使用铝镁合金)作为阳极,构成一个腐蚀电池。
浅谈阴极保护之柔性阳极的应用【摘要】柔性阳极可有效应用于覆盖层老化的旧管道、错综复杂的管网和储罐罐底板外壁的阴极保护中;长距离、小间距平行的管道、高电阻率环境等。
以其辅助阳极材料的特点具有良好的电化学性能、输出电流和保护电位分布均匀、耐电流冲击能力强、寿命长、可靠性高、耐防腐蚀安装方便等优点。
【关键词】柔性阳极阴极保护高电阻输出电流保护电位腐蚀柔性阳极亦称缆形阳极,早期主要解决覆盖层老化的老龄管道的阴极保护问题,目前广泛应用于新建和已建管道及储罐的阴极保护中。
柔性阳极中辅助阳极材料主要有导电塑料、MMO/Ti(混合金属氧化物)和铂铌合金三种。
其中,采用导电塑料为辅助阳极的柔性阳极具有安装方便,配套技术完善,价格合理的特点,使用最为广泛。
1 实地应用结合四川山区的地理地貌在普光气田,P304~P202集气管段,采用MMO/Ti 柔性阳极作为阴极保护系统的辅助阳极。
普光主体地面集输工程2号~3号线连通线管道起于P304站场,止于P202站场,管线自P304集气站出站后,沿着半山破敷设至P202集气站,管道全长约2.8km,海拔高程在360~490m之间,桩号PL23-01~PL23-26,地貌属丘陵及丘陵间冲沟谷地地貌,地层表层为第四纪风化岩残积土,呈粉质粘土状,部分含较多破碎基岩块,部分地段基岩直接出露,为强~中等风化粉砂质泥岩,局部为砂岩。
地下水水位较深,在勘探深度范围内未见。
该段由于冲沟发育,部分呈“V”型,故布设跨越1处,穿越位置与名称分别为:桩号PL23-16~PL23-18为冲沟跨越。
穿越处详细岩土工程参数详见跨越岩土工程勘察报告。
沿管道全线同沟敷设柔性阳极,有效避免管道周围地下金属构筑物的影响,确保阴极保护电流的均匀。
分别在P304集气站出站处、管道跨越处采用阳极电缆将各段间柔性阳极进行连接,柔性阳极与阳极电缆采用专用柔性阳极接线盒连接,桁架跨越处的阳极电缆采用钢套管进行保护,绝缘电缆相链接.柔性阳极的连接包括柔性阳极与柔性阳极的连接与防腐、柔性阳极与阳极电缆的连接与防腐,主要连接方式为I型连接、T型连接,柔性阳极两端需采用热收缩带或绝缘胶带密封。
阴极保护系统中用到的部分阳极说明混合金属氧化物柔性阳极将原始的柔性阳极中的聚合物用钛丝来取代,这种阳极被放置在回填料带中使用,增加了阳极自身的机械性能,当突然出现问题有大电流输出时,也不会使阳极发生损害,这就弥补了原来普通柔性阳极的缺点。
种阳极的基本性能指标有:阳极的基本材料是ASTMB-265一级或者二级钛;阳极的基本形状是丝状或者片状,理论上的使用寿命是在25年左右,阳极自身的消耗率是5mg/A, 在焦炭的回填料中使用时阳极的消耗率是100A每平方米,阳极与电缆连接距离为10米。
用焦炭来做回填料时的使用量一般是每米1.4克。
这样的混合金属氧化物阳极适合用来做深井阳极。
最早用在氯碱工业中的混合金属氧化物阳极,现在被广泛应用在阴极保护领域,它主要是在原来钛物质上加了一层活性的混合金属氧化物。
因为采用钛作为材料,做出的成品阳极重量轻,方面运输与安装,阳极更加可以被加工成任意所需要的形状。
因为表面包有一层氧化物,所以这种混合金属氧化物阳极具有很多优异的物理、化学性能。
比如它具有极耐酸的性能,而且消耗率非常低。
只需要按要求调整阳极表面的氧化物成分,就可以做到适应于各种工业环境中。
因其在普通的工作电流密度环境下可以使用时间长达20年,且消耗速度很低因此该阳极被专业人员视为目前最为理想的辅助阳极材料,但是设计人员建议该混合物金属氧化物阳极使用的环境温度最好控制在17摄氏度到80度之间。
在管道交叉或者临近时,做过阴极保护的管道可能会对没有做过阴极保护的管道造成腐蚀。
为了使没有阴极保护的管道减少电流腐蚀,首先需要做的是确定这条管道是否真的已经受到腐蚀干扰。
主要的方法是将已经做过阴极保护的管道的保护电源断开,并分别测量记录在电源连接与断开的时候,没有做过阴极保护的管道电位,如果该管道的电位随着电源的断开有变化,并且正向电位偏差大于50mV,这时就可以判断这条管道已经受到另一条管道的阴极保护系统的腐蚀干扰。
解决这类问题的方式主要有管道电气跨接,埋设牺牲阳极,屏蔽层覆盖被保护结构,联合排流方式。
深井阳极和柔性阳极系统
深井阳极系统
该系统主要用于已经建成的储罐,其主要优点是其电流、电压可根据需要任意调节,其缺点是阴极保护电流不均匀,有些区域保护不到,容易产生腐蚀干扰。
该系统以前较常用的辅助阳极为含铬高硅铸铁阳极,现在有了一种新型的钛阳极材料,它强度高,比重小,耐蚀性好,易加工,较其它阳极具有极化小,电流输出大,消耗少,寿命长,对环境无污染的优点,而且安装方便。
柔性阳极系统
柔性阳极(Anodeflex)亦称缆形阳极,该阳极为导电聚合物,包裹在铜芯线上,经过特殊
工艺处理,使之具有耐热、抗老化的性能,其工作寿命可达40年以上。
由于它的特殊结构,使其纵向电阻低,可以把电流传到很远。
横向电阻高,使铜芯中的电流只能慢慢地“滴入”地下。
若在其周围填充焦碳可以改善阳极的工作环境,并能使其延长寿命。
对于新建罐,柔性阳极可以在罐基下面均匀地蛇形分布,它将柔性阳极直接布设在罐底,把引线接头设置在罐基础外,这样可以方便阳极的维修,因为阳极最多的故障就是接头断裂。
该系统具有电流分布均匀,不易产生腐蚀干扰的特点。
在旧罐区,采用柔性阳极阴极保护与罐体相连的管网,可以省去电绝缘之苦。
城市天燃气输管线对柔性阳极的应用摘要:柔性阳极早期主要是为解决覆盖层老化的老龄管道的阴极保护问题而研制开发的.目前已广泛应用于新建和已建管道及储罐的保护。
本文通过在北京市天然气市内应急工程设计、计算和应用柔性阳极阴极保护系统,提高对该技术的认识。
关键词:燃气输配管线柔性阳极阴极保护1 前言埋地管道采用外防腐层与阴极保护联合防腐是延长管道运行寿命、减少管道运行故障的有效手段。
20世纪70年代初。
自美国首次立法开始.一些国家相继立法.规定埋地管道必须采用防腐涂层与阴极保护的双重保护措施。
近年来,国内对埋地管道的双重保护问题日渐重视。
并在管道保护的理论和实践方面发展了许多新技术、新工艺和新产品。
本文结合北京市2004年天然气市内应急工程的工程实践.就城市燃气输配管线阴极保护的有关问题进行研究。
2 阴极保护方案阴极保护的方法一般分为外加电源阴极保护法和牺牲阳极阴极保护法。
传统上.在城市地区敷设地下钢质管道主要考虑避免影响其他埋地钢质管道.阴极保护一般选用牺牲阳极方法。
考虑到本工程管道位于北京市五环路以外,其他地下管线较少,且管径大(达到DNl000).如采用牺牲阳极方案将消耗大量的有色金属。
方案选择中倾向于强制电流阴极保护方案。
常见的强制电流阴极保护辅助阳极的埋设形式有浅埋阳极地床、深井阳极地床及柔性阳极地床。
前两种方法均有阳极地床气阻随时间增大.电阻率增大的问题,它会造成地电位正移、电位梯度增大,导致对周围其它构筑物的杂散电流干扰不断严重。
随着时间的推移.这一问题越来越严重,甚至导致阳极地床报废,使阴极保护系统无法正常运行。
深井阳极地床阴极保护多在解决拥挤地区的区域性保护或大电流保护时选用.将可能在地表产生的干扰影响转移到地下阳极的深度。
柔性阳极可沿被保护管道近距离敷设.避免了上述问题,同时也较好的解决了杂散电流干扰问题。
据介绍,与传统的其它辅助阳极相比,柔性阳极具有以下特点:①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即使管道防腐层破损严重,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;⑦不必重新征阳极用地:⑧不污染环境。