牺牲阳极阴极保护接地电阻改善方案

牺牲阳极法阴极保护的设计计算

实施阴极保护的金属集购物上的点位和电流分布函数是复杂的，它不仅与被保护金属结构物材料、牺牲阳极材料、环境介质条件直接相关，而且还与结构物的几何构型密切有关。从原理上考虑，牺牲样激发和外加电流阴极保护的点位、电流分布的计算式基本相同的，它们都是保护电流在复杂电阻体系上产生的电压降结果。绵延分布的管线是几何构型最简单的一种结构物，它是一维延伸的，在数学上容易处理。许多复杂几何构型物往往可以看作为若干一维节段的组合和叠加。所以，阴极保护的设计计算常以埋地管线作为计算对象。

牺牲阳极法阴极保护的设计计算一般包括以下几个步骤。

⑴确定最小保护电流密度i

对被保护结构物的最小保护电流密度确定，首选亏电实验值。可在现场安装一临时店员和接地极进行馈电试验，再根据达到保护电位时所对应的极化电流强度，推算出最小保护电流密度的取值范围。若无馈电实验值，一般可根据文献资料和经验选取。也可采用下式进行理论计算：

I=△EO/RU

式中i—保护电流密度，mA/m2

△E—最小保护电位对结构物自腐蚀电位的负偏移值（极化电位，mV），△EO通常取300mV，它是最小保护电位-850mV （SCE）与钢铁在普通土壤中自腐蚀电位【一般为-550 mV（SCE）】的差值；

R—结构物表面防腐层的楼电阻率，Ω•m2。

保护电流密度是阴极保护实践和设计十分重要的参数。但它受到被保护结构物/环境介质体系许多因素的影响，如结构物材料种类，防腐层质量，介质的性质、组成、分布和变化，甚至温度、气候或微生物存在与活动等。它的数值往往变化很大，即使在阴极保护运行过程中也是变化的。因此，要求准确的计算几乎是不可能的，但它仍是一个重要的参数值。对此，馈电试验或经验选取则是很有效的。

⑵计算所需总保护电流强度I

根据被保护结构物的几何尺寸计算出需被被保护的总面积S（m），就可由保护电流密度i按下式计算所需总保护电流强度It（A）：

It=S•i

对于埋地管道则为：

It=πDL•i

式中D—被保护管道外径，m；

L—管道长度，m。

⑶计算牺牲阳极接界电阻Ra

牺牲阳极的接界电阻是决定牺牲阳极输出电流的关键影响因素之一。它可通过实验测量或计算获得。经过一系列推导可获得接界电阻的计算公式，文献资料报道的阳极接界电阻的计算公式很多，现推荐以下一些计算公式：

①在土壤环境中的牺牲阳极接界电阻,即接地电阻的计算公式

a. 单支立式圆柱形牺牲阳极无填料（即填包料，下同）时，阳极接地电阻的计算公式为：

RV1=p/2πL（In2L/d+1/2ln〔4t+L〕/〔4t-L〕）

b. 单支立式圆柱形牺牲阳极有填料时，阳极接地电阻的计算公式为：

RV2= p/2πLa（In2La/D+1/2ln〔4t+L〕/〔4t-L〕+pa/p×In×D/d）

c. 但是水平式圆柱形牺牲阳极有填料时，阳极接地电阻的计算公式为：

Rh= p/2πLa（In2La/D+In×La/2t+pa/p×In×D/d）

以上三式中，La＞＞d,t＞＞La/4。

式中R和R—分别为立式和水平式的阳极接地电阻(R无填料，Rv2有填料)，Ω；

p和pa—分别为土壤和阳极填料的电阻率，Ω•m；

L和L—分别为阳极和阳极填料柱的长度，m；

d和D—分别为阳极和填料的直径，m；

t—阳极中心至地表面的距离，m。

对土壤中金属结构物进行牺牲阳极保护时，为提供足够的保护电流及施工安装方面的考虑，常采用多支阳极并联安装方式。对一个阳极组的总接地电阻R（Ω）可按下式计算：

Rt=η×R/n

式中n—并联阳极支书；

η—并联阳极修正系数。

多支阳极并联的总结地电阻一般比里理论计算值大，这时阳极直接按屏蔽作用的结果。可按照实际情况根据阳极之间的距离、并联支数及阳极长度在图4-23中火表4-29中选取修正系数η。

②在水环境中的牺牲阳极接界电阻，即接水电阻的计算公式

长条形阳极的接水电阻R（Ω）计算公式为：

Ra= p/2Πl(In×4L/r-1)

式中L—阳极的长度，cm；

P—水介质的电阻率，Ω•cm；

R—阳极的等效半径，cm，S=（长+宽）/2，长≥2×宽。

b. 板状阳极的接水电阻RA(Ω)计算公式为：

RA=p/2S

c．镯式阳极的接水电阻RA(Ω)计算公式为：

RA=0.315p/

A为阳极横截面积，cm2。

式中，S为阳极两边的平均长度，cm；且式中，A为阳极表面积，cm。

⑷计算单支阳极的输出电流I

对牺牲阳极-土壤-被保护结构物（阴极）构成的点回路，根据欧姆定律可按下式计算单支阳极的输出电流Ia：

Ia=(EC-ΔEC)-(Ea+ΔEa)/Ra+Rc+Rw≈ΔE/Ra

式中 Ia—单支阳极输出电流，A；

Ec和Ea—分别为阴极和阳极的开路电位，V；

△Ec和△Ea—分别为阴极和阳极的极化电位值，v；

Rc和Ra—分贝为阴极和阳极的接界电阻（接地或接水电阻），Ω；

Rw—导线电阻，Ω；

△E—阴极和阳极工作时的有效电位差，在这里就是所谓驱动电压，V。

当R合R可忽略不计时，可获得相应的近似式，见式（4-19）。显然，单支阳极的输出电流主要取决于阳极的接界电阻R。

也可根据经验公式来计算单支阳极输出电流，由此可省却一系列复杂的计算，下面列出美国HARCO防腐蚀公司对埋

地镁阳极和锌阳极总结地经验公式：

Img=150000Fy/p

Izn=150000Fy/p

式中Img和Izn —分别为单支镁阳极和单支锌阳极的输出电流，mA；

P—土壤电阻率，Ω•cm；

f—质量系数，可查表4-30获得；

Y—被保护技能书对地（水）电位修正系数，可查表4-31获得。

当被保护金属结构物表面敷有良好的防腐层时，阳极输出电流将显著小于裸金属条件下的输出电流。此时，是（4-20）和（4-21）的系数可考虑分别减小20%。