柔性阳极应用技术2014-11

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1、柔性阳极应用技术,2014年11月,刘严强 博士 Tel: 13811414757 E-mail:,石油天然气工业,柔性阳极应用技术,第一章 阴极保护技术原理 第二章 传统阴极保护技术 第三章 输油气站场的区域性阴极保护技术 第四章 柔性阳极阴极保护技术 第一节 柔性阳极技术优势 第二节 柔性阳极种类 第三节 两种柔性阳极的特点 第四节 两种柔性阳极技术对比 第五章 柔性阳极阴极保护应用技术 第六章 新型柔性阳极 第七章 柔性阳极相关技术 第八章 柔性阳极技术总结 第九章 总结与展望,第一章 阴极保护技术原理,阴极保护 电 流,被消除的 腐蚀电流,辅助阳极地床,直流电流源,埋地管道,回流电流经

2、管道 回到直流电流源,以前的 阳极区,第一章 阴极保护技术原理,在钢铁中的Fe和C在自然状态下，相互极化至腐蚀电位E C，相应的腐蚀电流为I C，当通电进行阴极极化后，电位负移，假如电位极化到E1，总电流为I1，而腐蚀电流则由IC降到I1，此时腐蚀减小了，但未停止。I1-I1为外加的阴极电流。当外加电流继续加大，电位继续负移至阳极的平衡电位E0Fe时，腐蚀电流降为零，完全停止了腐蚀，外加的电流增大到I2（此电流即为阴极保护电流）。换句话说，原来C的电位高，Fe的电位低，两者存在电位差，产生IC大小的腐蚀速度，阴极保护向金属上通以阴极电流，使之阴极极化，电位向负移，使金属上原腐蚀电池的阴极C和阳

3、极Fe的电位差逐渐减小，腐蚀速度下降，当把电位负移到同Fe的电位相等时(阴极保护电位约极化到-0.85V，此电位值是相对于Cu/CuSO4电极的)，则金属就得到了完全保护。,第二章 传统阴极保护技术,保护方式：强制电流、牺牲阳极保护方式 系统组成：电源、保护对象、阳极床、测试系统； 阳极床材料：废旧钢铁、磁性氧化铁、高硅铸铁、石墨、MMO类、镀铂类阳极 传统的阳极床型式：浅埋阳极地床、深井阳极地床、牺牲阳极地床 对管道而言，都属于分布式点状阳极系统，也即远阳极系统，依靠辐射面积来实现对金属构筑物的整体保护，当保护构筑物密集或受限于其他环境因素时，易于产生干扰、屏蔽问题,传统阳极地床的技术特点,

4、传统阴极保护技术的技术缺陷,技术方面： 点散射型电流分布规律，对长输管道等较长保护对象，衰减较快；尤其针对劣质涂层保护对象或裸露表面，衰减尤为严重；影响保护电流的均匀分布； 由于接地面积有限，因此阳极接地电阻往往限制阳极输出； 由于辐射面积大，因而干扰范围大，易于对其他构筑物产生干扰问题； 同样由于干扰问题，电流漏失大，电流效率较低 施工方面： 往往需要填充焦炭等工序，因而较为繁琐，工作量也因此加大； 对以上这些问题，均是由于传统阳极床均为远阳极和点状阳极造成。,第四章 柔性阳极阴极保护技术,国外产品在1982年推向市场，属于近阳极，早期的柔性阳极为导电聚合物型。 为电缆状可以沿保护管道对象就

5、近敷设实施阴极保护的一种阳极材料-近阳极； 柔性阳极开发的初衷是用于传统分布式点状阳极床无法解决的环境，如高电阻率石方段阴极保护，提高储罐底部电流分布均匀程度，以及管道旧涂层修复等； 在实际应用中，其安装简便、保护电流利用率高和对其他非保护对象干扰小的优点也越发为人们所接受，随之，其应用范围也越来越大，尤其在密集管道区域保护和特殊区段保护方面，更加凸显了其技术优势； ISO 15589-1-2003、BS EN 14505-2005 标准中都提到了柔性阳极的这些技术特点； 柔性阳极的这些技术特点使得其在区域性阴极保护项目中体现出了巨大的技术优势，设计、施工难度大幅度降低，屏蔽、干扰和电流漏失问

6、题得到了最大程度的解决，因而其应用也在近些年快速增长。,第四章 柔性阳极技术,第一节 柔性技术优势 NACE RP 0169 中要求阴极保护阳极床： 可以提供足够的阴极保护电流，保证达到必要的保护电位； 对其他埋地金属构筑物干扰最小； 寿命能满足保护对象要求； 由于柔性阳极为近阳极，可以充分的满足上述要求，与传统分布式点状阳极相比具有以下特点： 近阳极，可适应不同复杂形状的保护对象要求； 电流漏失少，对其他构筑物的干扰也小； 由于预包装了焦炭填料，并可长距离安装，因此施工简便，同时可实现较小的接地电阻； 电流利用率高，从而也降低了电源功率要求，实现了节能的目标 用于管道保护时，电位分布更均匀平

7、滑。,第四章 柔性阳极阴极保护技术 第一节 柔性阳极技术优势,第四章 柔性阳极阴极保护技术,第二节 柔性阳极种类 目前，依据柔性阳极阳极芯的材质不同，可以分为两种： 基于导电聚合物的柔性阳极和基于MMO的柔性阳极 基于导电聚合物的柔性阳极芯为掺杂型导电聚合物材料（如石墨添加到聚乙烯或聚丙烯中），依靠导电聚合物为真正的阳极载体； 基于MMO的柔性阳极芯主材为MMO（贵金属氧化物）阳极与并行间断连接的导电电缆,基于导电聚合物的柔性阳极,基于MMO丝的柔性阳极,BSS-CP-CAM柔性阳极MMO柔性阳极,第四章 柔性阳极阴极保护技术,第三节 两种柔性阳极的特点 导电聚合物柔性阳极特点： 优点：成本低

8、，可满足小电流保护阴极保护需求； 缺点：大电流易于由于导电聚合物材料特性，使用寿命和可靠性可能低于MMO柔性阳极。 MMO柔性阳极技术特点： 优点：继承了MMO阳极排流密度大和寿命长的优点； 缺点：成本要高于导电聚合物柔性阳极。,第四节 MMO柔性阳极与导电聚合物柔性阳极性能对比,*德国GCP公司因采用墨西哥和比利时生产的导电聚合物阳极，投入运行前5年解决了深井阳极技术无法实现的防腐效果，但是出现了阳极早期失效的案例。因此，设计人员应考虑阳极质量、阳极工作电流密度以及使用不当等因素对导电聚合物阳极寿命的影响。,第五章 柔性阳极阴极保护应用技术,埋地钢质管道阴极保护 储罐底板阴极保护 交流排流接

9、地系统,第五章 柔性阳极阴极保护应用技术,第一节 埋地钢质管道阴极保护,柔性阳极管道保护的电位衰减规律： 由于柔性阳极敷设靠近被保护管道，因而各处其距离保护管道几乎相同，克服了点状阳极距离对电位分布造成的不均匀性；但是，管道沿线不均匀的土壤电阻率会影响电流、电位的分布； 柔性阳极阴极保护管道电位的衰减仅由于柔性阳极自身的纵向电阻导致的衰减和管道的纵向电阻衰减造成；柔性阳极的横向接地电阻越大，则柔性阳极的电流衰减越慢，输出曲线越平；柔性阳极纵向电阻越小，其衰减也越小； 可采取多种技术手段实现克服这种衰减，实现长距离的真正等电位保护。,第五章 柔性阳极阴极保护应用技术,使用调节电阻克服柔性阳极电位

10、分布的不均匀性,第五章 柔性阳极阴极保护应用技术,柔性阳极管道保护的典型应用场合： 输油气、工艺站场密集埋地管道的保护 输油气站场埋地管网密集，管径不一、弯头阀门众多，其防腐层只能现场涂敷，直接造成涂覆质量无法保证，近几年，已经有不少国内输油气干线站场发现了腐蚀问题，直接威胁输油气系统的安全运行，也由于此，区域性阴极保护已经在西气东输一、二线、陕京线和其他一些输油气管道站场等获得了推广和应用。 由于其保护对象种类繁多，表面防腐层质量不一，且分布集中，同时接地设施众多、实施阴极保护极易于出现干扰和屏蔽等，同时区域内空间受限，阳极床的布置安装也较为困难，这些使得在密集管道区域有效实施阴极保护具有较

11、大难度。 由于柔性阳极电流分布均匀、干扰小、电流利用效率高，因而可以有效克服以上问题，体现出了巨大的技术优势。使得设计和施工难度大幅度降低；,第五章 柔性阳极阴极保护应用技术,石方段等高电阻率区段管道的保护 石方段等土壤电阻率很高，实施传统的远阳极，分布式地床有很大困难，也难以保证良好的保护效果。 采用柔性阳极技术可以很好地解决这一问题。由于MMO/Ti柔性阳极具有电位分布平滑，电流输出能力强和寿命长的优点，其可以有效克服石方段管道高电阻率条件下有效输出足够保护电流的问题，从而实现有效保护。 结合柔性阳极的设计技术，可以调整柔性阳极的输出衰减，从而调整其保护距离，实现长距离的有效保护。 采用太

12、阳能恒电位仪技术还可以实现无电源段管道的有效保护。,站场密集工艺管道阴极保护技术,第五章 柔性阳极阴极保护应用技术,柔性阳极管道保护的典型应用场合： 劣化涂层管道的阴极保护 劣化涂层管道通常做法：防腐层大修 特点：开挖工作量大，修复工作量大，占地费用高-导致修复代价高昂 采用柔性阳极补充有效阴极保护是延长管道寿命的经济有效的手段之一。 石方段、城市构筑物密集区等传统分布式阳极床难以应用区段管道的阴极保护 石方段高电阻率区段，采用传统分布式阳极难以实现有效的阴极保护，采用柔性阳极可有效解决这一问题； 城市构筑物密集，无法应用传统阳极地床，采用柔性阳极伴行管道敷设可实现有效的保护，并具有电位分布均

13、匀，对外部构筑物干扰小的优点。,第五章 柔性阳极阴极保护应用技术,第五章 柔性阳极阴极保护应用技术,第二节 钢质储罐底板外侧阴极保护,当前钢质储罐底板外侧阴极保护技术： 分布式阳极地床：浅埋、深井； 罐底阳极地床：MMO网状阳极技术，柔性阳极保护,储罐底板外侧阴极保护技术,储罐底板外侧浅埋阳极地床保护方式,储罐底板外侧阴极保护技术,储罐底板外侧深井阳极地床保护方式,储罐底板外侧阴极保护技术,储罐底板外侧MMO钛带网阳极保护方式,第五章 柔性阳极阴极保护应用技术,第二节 钢质储罐底板外侧阴极保护,当前钢质储罐底板外侧阴极保护技术的局限性： 分布式阳极地床： 设计、施工复杂 干扰屏蔽严重，电位分布

14、不均匀 MMO网状阳极： 劳动密集，工作量大，需要大量焊接作业； MMO网整体性强，易于因储罐基础沉降和储罐呼吸作用破坏，存在短路风险； 使用的原材料较多。,储罐底板外侧阴极保护技术,第五章 柔性阳极阴极保护应用技术,第二节 钢质储罐底板外侧阴极保护,储罐底板外侧阴极保护采用MMO/Ti柔性阳极的技术优势： 施工简便，敷设完毕及完成安装； 由于预包装碳粉，并由外部多层包装，系统可靠性大幅度提高； 适应多种异型罐底型式（如锥形罐底） 电流分布均匀,第五章 柔性阳极阴极保护应用技术,储罐底板外侧阴极保护采用MMO/Ti柔性阳极的设计： 布置方式 回形针布置方式：来回弯折，罐基础外接线； 同心圆环形

15、布置：环形敷设在罐基础中，单环引出接线 布置密度 在距离地板30cm左右时，可设计柔性阳极间距在3-5米左右，这一距离已经为多数的实践所证明。,第五章 柔性阳极阴极保护应用技术,储罐底板外侧阴极保护采用MMO/Ti柔性阳极的电流分布规律： 在均质土壤中，电流的分布受到阴阳极距离的影响。,储罐底板外侧阴极保护技术,储罐底板外侧柔性阳极阳极地床布置方式,储罐底板外侧阴极保护技术,储罐底板外侧柔性阳极阳极地床保护方式,储罐直径：1万方，直径31m 主管罐底板型式：锥形罐底 柔性阳极敷设方式：环形敷设间距 2 米,8环 恒电位仪输出电流（A）：1.0 输出电压(V): 2.63 工作模式：自动-断电测

16、试,某储罐柔性阳极阴极保护测试结果,*注：on电位/off电位，vs Cu/CuSO4参比 可见，环间距大于6米后罐底保护点位分布不再均匀满足保护要求,第五章 柔性阳极阴极保护应用技术,储罐底板外侧阴极保护采用MMO/Ti柔性阳极的设计推荐： 采用同心圆的环形布置; 环间距在3-5m左右(2万方以下储罐建议小间距); 每环柔性阳极两端单独引出线支罐外接线箱（建议各环工厂定制）; 敷设在基础砂层中，底层砂厚度在5-10cm左右即可。 以上布置形式的优势： 直接定位敷设，无需焊接，施工工作量小，效率高，质量易于保证； 各环物理独立，可更好的适应储罐基础的沉降变形； MMO/Ti柔性阳极的结构带来高

17、可靠性； 各环独立还可调节各环输出。,第五章 柔性阳极阴极保护应用技术,第三节 交流排流接地,将柔性阳极结构用于交流干扰接地的优势： 接地电阻小，排流能力强； 柔性阳极基本不腐蚀，使用寿命远强于普通铜线接地；,柔性阳极用于排流接地系统,第六章 新型柔性阳极,穿越型柔性阳极 用于管道穿越破损处的阴极保护，应具备：耐牵拉、耐磨损、有效的绝缘隔离、有效的电流输出的特点。 水下应用型柔性阳极 用于特殊水下环境的保护，如管道涵洞穿越水下环境、水下服役的复杂结构件 替代浅埋型柔性阳极 大输出电流密度、长寿命、接地电阻小的浅埋柔性阳极，可代替传统浅埋阳极地床，施工简便，寿命长，造价低 深井阳极用大排流量柔性阳极,