阴极保护计算

1、总需保护电流计算公式（给水排水设计设计手册第3册）：管道外径D=2430mm=2.43m管道长度L=8000m总保护面积S=61041.6m21、SY-T0019-1997《埋地钢质管道牺牲阳极阴极保护设计规范》规定：1）被保护管道应具有质量良好的覆盖层。管道覆盖层电阻不得小于10000W.m2，否则不宜采用牺牲阳极。2）所需保护电流密度根据保护层类型及其电阻率选取。2、SY/T0036-2000《埋地钢质管道强制电流阴极保护设计规范》关于管道保护层电阻的规定：石油沥青、煤焦油瓷漆=10000W.m2塑料覆盖层=50000W.m2环氧粉末=50000W.m2三层复合结构=100000W.m2环氧煤沥青=5000W.m23、SY/T0036-2000规定保护电流密度与保护层电阻的关系：保护层电阻在5000~10000W.m2=0.1~0.05mA/m2（保护电流密度）保护层电阻在10000~50000W.m2=0.05~0.01mA/m2（保护电流密度）保护层电阻＞50000W.m2=＜0.01mA/m2（保护电流密度）4、《给水排水设计手册》第3册，关于外防腐层类型与保护电流密度：塑料=0.001~0.01mA/m2（保护电流密度）环氧煤沥青玻璃布=0.01~0.15mA/m2（保护电流密度）沥青涂层=1~10mA/m2（保护电流密度）无防腐层=10~100mA/m2（保护电流密度）5、《给水排水设计手册》第3册，关于外防腐层电阻与保护电流密度：保护层电阻W.m21000000=0.0003mA/m2（保护电流密度）保护层电阻W.m2300000=0.001mA/m2（保护电流密度）保护层电阻W.m2100000=0.003mA/m2（保护电流密度）保护层电阻W.m230000=0.01mA/m2（保护电流密度）保护层电阻W.m210000=0.03mA/m2（保护电流密度）保护层电阻W.m23000=0.1mA/m2（保护电流密度）保护层电阻W.m21000=0.3mA/m2（保护电流密度）保护层电阻W.m2300=1mA/m2（保护电流密度）保护层电阻W.m2100=3mA/m2（保护电流密度）保护层电阻W.m230=10mA/m2（保护电流密度）=0.08mA/m2牺牲阳极外防腐层选用环氧煤沥青玻璃布，所需保护电流密度取i★★电流密度是最重要的参数，最好要求测定所用防腐层的电阻率。测定方法见SY/T0023-1997iSIZB总需保护电流IZB=4883.3mA2、阳极输出电流、阳极工作寿命1、阳极输出电流阳极输出电流计算公式（给水排水设计设计手册第3册）：由上式可知：1、土壤电阻率r越低，土壤腐蚀性越强，要求单支阳极输出电流大；反之，土壤电阻率越高，土壤腐蚀性越弱，要求单支阳极输出电流越小。2、单支阳极质量越大，阳极输出电流越大，质量修正系数f也越大；反之，单支阳极质量小，阳极输出电流越小，质量修正系数f也越小。3、电位差与电流成反比。管-地电位越大，阳极输出电流越小，管-地电位修正系数Y应越大；反之，管-地电位越小，要阳极输出电流越大，管-地电位修正系数Y应越大。SY/T0036-2000《埋地钢质管道强制电流阴极保护设计规范》规定，在施加阴极电流的情况下，测得管/地电位为-850mV(相对饱和硫酸铜参比电极）或更负。计算中采用的管/地电位应低一些。质量修正系数f如下：管-地电位修正系数Y如下：土壤电阻率r(欧姆.m)与土壤腐蚀等级：腐蚀等级中国苏联英国日本法国美国极强＜5＜9＜5强＜205~109~23205~15＜20中等20~5010~2023~5020~4515~2520~45弱＞5020~10050~10045~60＞3045~60很弱＞100＞100＞6060~100采用镁阳极，规格为=14.52kg相应的质量修正系数f为=1.16管-地电位按=-0.80V阳极重量(kg)系数f备注2.270.664.080.811.360.59带填料包管地电位(V)镁阳极锌阳极7.711.00带填料包14.521.16带填料包-0.701.14-0.851.0022.681.22-1.100.641.60-0.801.071.20-1.000.00-1.200.500.001.00-0.900.930.800.400.79YfIr150000相应的管地电位修正值Y为=1.07土壤电阻率r按=30W.m=3000W.cm单只阳极输出电流I=62.06mA2、阳极工作寿命阳极工作寿命计算公式（SY-T0019-1997《埋地钢质管道牺牲阳极阴极保护设计规范）：由上式可知：1、阳极工作寿命与单支阳极质量成正比，即选用的阳极规格越大，工作寿命越长。2、阳极工作寿命与阳极平均输出电流成反比,即单支阳极输出电流越大,工作寿命越短。阳极净质量W=14.5kg阳极消耗率w取=10kg/A.a阳极规格相同，阳极平均输出电流故IP=I=62.06mA=0.06206A阳极工作寿命T=19.9a规范：10~15年3、阳极数量及布置、测试桩布置1、阳极数量及布置计算公式(SY-T0019-1997《埋地钢质管道牺牲阳极阴极保护设计规范》)：总需保护电流IZB=4883.3mA单只阳极输出电流I=62.06mA备用系数f=3规范：2~3阳极数量N=236支阳极成组布置，每组阳极数量=2支阳极分组数=118组管道长度L=8000m=68m在管道两侧交替布置一组中两支阳极间距=3m规范：2~3m阳极采用立式埋设，距管外壁=3m规范：3~5m，最小0.3管顶覆土=1.5m管道外径=2.43m管中心至地面距离=2.72m=2.72m规范：在冰冻线以下规范对阳极设置的要求：1、牺牲阳极布点位置应用GPS定位记录。2、阳极分组布置时，同组阳极宜选用同一批号或开路电位相近的阳极。手册3P95建议阳极设在管道中心处阳极顶部覆土厚度阳极一般布置在土壤电阻率小，低洼潮湿段采用大分散，小集中方式。相邻组中心间距★★必须实际测定土壤电阻率，否则无法计算。测定方法见SY/T0023-1997IIfNZBPIWTw85.03、在布置牺牲阳极时，注意阳极与管道之间不应有金属构筑物。4、阳极(含填包料）四周要求垫有50~100mm厚度的砂，砂上部应覆盖水泥板或红砖。5、阳极使用之前，表面要进行处理，清除表面的氧化膜及油污，使其呈金属光泽。6、阳极电缆一端与阳极钢芯焊接,一端与钢管焊接,长度留有余量,以适应回填土沉降。7、阳极电缆与钢管的焊接：焊接点不应选在管道原焊口处，焊接前将焊接点处原防腐层清除干净。应采用铝热焊接技术，焊接后焊点应重新进行防腐绝缘处理，防腐材料和防腐等级应与原外防腐层相同，8、阳极电缆与阳极钢芯的焊接：双边焊缝长度不得小于50mm。电缆与阳极钢芯焊接后，应采取必要的保护措施，以防施工中连接部位断裂。9、阳极端面(埋设钢芯的端面）、钢芯与电缆连接部位、钢芯均要防腐绝缘。10、阳极埋地后应充分灌水，并达到饱和。2、阳极填包料成分及填包厚度要求SY-T0019-1997《埋地钢质管道牺牲阳极阴极保护设计规范》规定：石膏粉工业硫酸钠工业硫酸镁膨润土50--50≤2025-2550≤20755-20＞2015152050＞2015-3550＞20505-45-755-20-根据土壤电阻率，本设计填包料配方采用：石膏粉=15%工业硫酸钠=15%工业硫酸镁=20%膨润土=50%阳极四周填包料厚度按=80cm规范不小于50cm规范对阳极设置的要求：1、填包料应调拌均匀，不得混人石块、泥土、杂草等。2、填包料可在室内包装，也可在现场包装，其厚度不应小于50mm。无论用什么方式，都应保证阳极四周的填包料厚度一致、密实。室内预包装的袋子必须采用天然纤维(棉布或麻袋)织品，严禁使用人造纤维织品。3、测试系统（测试桩、辅助试片、长效参比电极）测试桩数量=9个设在相邻2组阳极管段的中间部位，平均间距=1000m（规范不大于500m为宜）1、关于测试桩说明：1、测试桩为混凝土柱体，沿轴向中间预留空洞，测试电缆可以穿过该空洞。测试桩做法详见SY/T0036-2000《埋地钢质管道强制电流阴极保护设计规范》。2、测试桩应设在靠近管线的坚实地基上，不得设在管道上方的回填土上。为了使其坚固不易损坏和丢失，地下部分需用混凝土包裹。为测试方便，桩顶高出地面0.5m左右。3、测试电缆通常采用铜芯电缆，规范推荐型号为VV-1kV/1×10mm2。4、测试电缆穿过测试桩预留空洞，一端留在测试桩内的预留空间内，以便与测试仪器相连接；一端与埋地钢管焊接。焊接点与管道焊接接口距离要求在200mm以上，焊接前将局部防腐层清除干净，焊接牢固后采用与原防腐层相同的材质结构和等级进阳极类型填包料配方%(m/m)镁阳极锌阳极适用条件W.mW行防腐绝缘处理。2、关于辅助试片的说明：1、每个测试桩附近埋设2组辅助试片（又称为挂片），单片尺寸为50×30×3mm。其中1组与管道电性连接，处于保护状态；另1组不与管道连接，处于自然腐蚀状态。2、辅助试片与钢管之间的电缆通常采用铜芯电缆，规范推荐型号为VV-1kV/1×10mm2。3、辅助试片材料化学成分与钢管相同。4、辅助试片分为1年组、3年组、5年组，阴极保护系统运行后，第1、3、5年各取出一组挂片进行称重检测，检验阴极保护效果。5、连接电缆与钢管的焊接点：焊接点与管道焊接接口距离要求在200mm以上，焊接前将局部防腐层清除干净，焊接牢固后采用与原防腐层相同的材质结构和等级进行防腐绝缘处理。3、关于长效参比电极的说明：1、每个测试桩附近设1个长效参比电极（寿命大于1年的土壤中的参比电极）。2、采用锌阳极作为参比电极，直径50mm，长度300mm。3、参比电极基本要求是极化小、稳定性好、寿命长。土壤中锌参比电极稳定性要求是不大于±30mV，工作电流密度不大于5mA/cm2。4、埋地型锌参比电极示意图见规范SY/T0036-2000电极材料为纯度不小于99.995%、铁杂质含量小于0.0014%的高纯锌。5、参比电极的电缆需从测试桩的预留孔洞中引出，以便于与测试仪器连接。4、接地电阻布置1、单支阳极接地电阻2、组合阳极接地电阻3、接地电阻布置W牺牲阳极牺牲阳极Mg、Mg-MnMg-Al-Zn-Mn开路电位(-V)(相对饱和甘汞电池）1.561.481.101.05对钢的有效电位△E(-V)0.700.700.250.20理论发生电量(A.h/g)2.202.212.880.82电流效率40%≥50%80%90%有效电量(A.h/g)0.881.112.300.74消耗率kg/(A.a)10.00≤7.923.9011.80相对密度1.741.772.827.30镁合金铝合金锌合金性能