深井陽極陰極保護(hù)
簡介
深井陽極是深度在15米以下的豎直陽極，主要用作地表空間狹少或者地表土壤電阻率高的場合下的陰極保護(hù)系統(tǒng)陽極，采用深井陽極的優(yōu)點(diǎn)之一是陽極距離被保護(hù)結(jié)構(gòu)有一定距離，使保護(hù)電流的分布更加均勻，另外，也會減少對其他埋地金屬結(jié)構(gòu)的腐蝕干擾，為了便于陽極的安裝，保證工程質(zhì)量，近年發(fā)展的混合金屬氧化物陽極串得到了廣泛應(yīng)用，本文將對陽極深井陽極的設(shè)計選材安裝進(jìn)行介紹。
1、陽極串及電纜
陽極串是將幾支混合金屬氧化物筒狀陽極固定在一根陽極電纜上，混合金屬氧化物陽極具有不消耗、電流輸出大、體積小、重量輕的優(yōu)點(diǎn)，與之相對應(yīng)的陽極電纜應(yīng)耐侵蝕。陽極工作時，陽極反應(yīng)會產(chǎn)生氯氣并使陽極電纜處于酸性介質(zhì)中。因此，陽極電纜的絕緣層要能夠抵抗氯氣的侵蝕。經(jīng)常采用的陽極電纜絕緣層為PVDF/HMWPE 截面積一般是8-10mm2
2、土壤電阻率
土壤電阻率在深井陽極設(shè)計中有很大的影響，它決定陽極的用量、陽極井的直徑以及深度、電源設(shè)備的功率等。一般將陽極位置選在土壤電阻率低、土質(zhì)均勻的地點(diǎn)。電阻率有兩種方式獲得，一是現(xiàn)場測試，二是利用現(xiàn)有的陰極保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行估算。陽極的接地電阻一般占系統(tǒng)電阻的85%。如果附近的陰極保護(hù)設(shè)施輸出電壓40V，電流20V，則該系統(tǒng)的電阻為2歐姆。陽極的接地電阻為2*0.85=1.7ohm。據(jù)此，可根據(jù)相應(yīng)陽極地床的電阻公式計算出土壤的電阻率。陽極接地電阻將直接影響系統(tǒng)的運(yùn)營成本，一般來講，接地電阻不大于0.5歐姆。
3、陽極井的尺寸
影響陽極接地電阻的主要因素是陽極井深度?？紤]陽極井的直徑時，應(yīng)充分考慮到排氣管（25mm）。陽極以及電纜將占據(jù)相當(dāng)?shù)目臻g。因此，陽極井的直徑一般不小于200mm。直徑小于200mm時，應(yīng)對陽極的安裝進(jìn)行嚴(yán)格控制，輸出電流大時，應(yīng)增加陽極井直徑。
4、回填料的電流密度
陽極井的尺寸不是隨意確定的，它將受到一系列因素的影響。其中之一是填料與土壤接觸面上的電流密度。經(jīng)驗表明，對于回填料的電流密度要進(jìn)行限制，其原因如下：
（1）陽極與土壤之間保持一定的濕度，由于電滲透效應(yīng)，陰極保護(hù)電流試圖將水分蒸干，其程度取決于土壤類型以及電流密度。
（2）陽極反應(yīng)消耗水分并產(chǎn)生氣體，氣體的積聚或陽極表面的干燥都會加大陽極的接地電阻，氣體的產(chǎn)生量直接與電流密度有關(guān)。
（3）在特殊情況下，陽極與土壤接觸面的溫度會升高。這也會加快水分的蒸發(fā)速度，而溫度又和電流密度、土壤導(dǎo)熱性以及陽極尺寸有關(guān)。
（4）建議回填料電流密度按下表選?。?/span>
土壤類型 | 回填料電流密度（MA/m2） |
非常干燥 | 1.08 |
干燥 | 1.61 |
半干（在水位線以上） | 2.15 |
潮濕（處于地下水位以下） | 3.22 |
開放式陽極井 | 4.95 |
填料電流密度確定后，就可以確定陽極長度了，陽極長度只能大于計算值。
5、回填料的選擇
使用填料的目的是減少陽極接地電阻，由于陽極反應(yīng)轉(zhuǎn)移到填料上，減少陽極的消耗、減少氣阻，保持陽極井的形狀。因此，填料應(yīng)具有低電阻率、小粒徑以及高密度是很重要的?；靥盍戏譃閮深悾词徒固恳约耙苯鸾固?。建議采用石油焦炭，它是高溫?zé)瞥傻模哂辛己玫膶?dǎo)電性和均勻性。建議將焦炭回填料用泵從陽極井底部打入井中。
回填料的指標(biāo)：
電阻率 10ohm.cm.max
粒徑 通過200-20號篩
含碳量 90%min
密度 1120kg/m3
采用低電阻率填料將減少陽極用量，在同一地質(zhì)條件以及陽極尺寸情況下，填料電子率低，但考慮到實際安裝陽極時，陽極的密封程度、水含量等不確定因素。設(shè)計時，填料電阻率小取2.0ohm.cm.。填料顆粒好足球形，這種形狀易于回填和壓實。另外，為了補(bǔ)充陽極工作時對填料的消耗，填料長度一般要低于下面的陽極3米，高于上面的陽極3米。
6、排氣管
采用排氣管的目的除了排除氣體，減少氣阻外，它還可以用來散發(fā)熱量、回注水。安裝陽極時，可以利用排氣管輔助陽極安裝。排氣管上的小孔或狹縫要小于填料粒徑以防止被填料或淤泥阻塞。推薦排氣管直徑為25mm，填料柱以上的排氣管沒有?？谆颡M縫。
7、定位器
使用定位器的目的是保證陽極處于填料的部位，填料密實以及陽極工作后，定位器將很快給腐蝕掉，一般一根陽極安裝兩個定位器。
8、陽極串配重
為了使陽極串順利的下降到陽極的底部，在陽極串底部要連接一個重物，通常是混泥土重塊，重量在5-7公斤之間。將此重物用塑料繩與陽極串底部連接，距離底部陽極下端3-4米。
9、套管
套管不僅為陽極井提供支撐作用，方便陽極串安裝，同時可以限制陰極保護(hù)電流從近地表釋放。套管的長度、材質(zhì)、高出地表的距離取決于陽極井類型以及土質(zhì)條件。
10、不導(dǎo)電填料
采用不導(dǎo)電填料的目的是減少陰極保護(hù)電流在近地表處釋放。通常用礫石、粗砂回填陽極柱上方的陽極井。
11、電源設(shè)備
計算出陽極的接地電阻后，就可以根據(jù)保護(hù)電流確定整流器的功率。需要注意的是陽極接地電阻一般只占整個陰極保護(hù)系統(tǒng)電阻的85%，處于焦炭回填料中的陽極具有2伏的反電動勢。選取設(shè)備容量時，還要予留15%的余量。當(dāng)幾個陽極共用一臺整流設(shè)備時，要經(jīng)過可調(diào)電阻將陽極電纜與設(shè)備連接。
12、陽極的安裝
1）安裝套管：打完陽極井后，首先安裝6米的塑料套管。該套管位于陽極井頂部，其直徑要比陽極井大5-6厘米。建議將此套管留在陽極井中。
2）井下試驗：建議進(jìn)行陽極井沿深度方向的電阻測試，以確定佳陽極安放位置，從而減少接地電阻。測量時，將陽極井充滿水，測量輔助陽極與被保護(hù)結(jié)構(gòu)之間的電阻。
3）陽極井清理：用清水將泥漿置換出。
4）安裝陽極：將排氣管平放在地面上，將其底部封住。將陽極串靠近排氣管平放，排氣管的下端部超出底部陽極下端0.5米。
5）用塑料繩將配重塊連接到下部的陽極，距離陽極下端部3米。對于復(fù)式電纜的陽極串，配重塊連接到電纜上，距離底部陽極下端3.5米。
6）將陽極串排氣管、電纜固定在一起。此時，在陽極上安裝定位器。陽極電纜每隔2米用膠帶與排氣管固定一次。固定陽極時，陽極距離排氣管的距離為5-7厘米。
7）將填料注入管下放到陽極井底部，或在安裝陽極串的同時下放注料管。下放陽極串/排氣管。陽極串定位后，快速固定好陽極電纜。
8）用泵將填料打入陽極井，此操作一旦開始，中途將不能停止，直到填料填充完畢。從陽極井的底部注入填料，將避免產(chǎn)生空隙，填壓不實等問題出現(xiàn)。用粗砂或礫石將填料上部的空間填滿。
9）高出地表的套管要加蓋帽，蓋帽下面的套管部分要轉(zhuǎn)出很多直徑6.35mm的小孔，以利于氣體排放。
10)排氣管上端要加蓋濾帽，防止昆蟲進(jìn)入。
