抽油杆牺牲阳极保护距离的计算
长输管道牺牲阳极法阴极保护施工方案
材司长输管道牺牲阳极阴极保护施工方案河南汇龙合金材料有限公司项目部目录一、概述- ----------------------------------------------------------- 2（一）原理----------------------------------------------------- 2（二）牺牲阳极法阴极保护的优点--------------------------------- 2 （三）牺牲阳极材料--------------------------------------------- 2（四）阳极安装方式--------------------------------------------- 6（五）测试系统------------------------------------------------- 7（六）应用标准和规范------------------------------------------- 7（七）主要测试设备和工具--------------------------------------- 8二、该项目管道牺牲阳极保护法的设计- --------------------------------- 8三、施工方法- ------------------------------------------------------- 81、牺牲阳极法阴极保护施工安装程序简述如下: -------------------- 92、牺牲阳极法的施工: ------------------------------------------ 9一、概述（一）原理将被保护的金属结构连接一种比其电位更负的金属或合金，该金属或合金为阳极，依靠它的优先溶解所释放出的电流使金属结构阴极极化到所需的电位而实现保护，这种方法称为牺牲阳极法阴极保护。
（二）牺牲阳极法阴极保护的优点1、不需要外部电源；2、对邻近金属构筑物无干扰或很小；3、电流输出虽不能控制，但有自动调节倾向，且覆盖层不易损坏。
牺牲阳极的设计与安装说明
牺牲阳极的设计与安装说明
1、一般牺牲阳极工程采用镁合金牺牲阳极，规格通常为22公斤/支，也有采用14公斤、11公斤、8公斤的规格，一般安装时单支焊接或两支阳极并联为一组安装。
2、如果是并联焊接，相邻阳极组最好分布在管道两侧。
阳极组距管道外壁约2.0m左右,距管道外壁最近不小于300mm；最小埋深部不小于1m。
可根据现场实际情况，按照有关标准规范适当调整阳极位置。
3、如果阳极采用4支一组，同侧阳极组间距最低不小于2米。
4、阳极钢芯与电缆连接，采用焊锡灌注，以减少接触电阻，同时应保持连接处的绝缘密封，需包覆环氧树脂玻璃布，然后再采用热收缩套管，加以密封和绝缘，阳极的钢芯一端阳极端面，须涂环氧树脂，确保该端面不起作用，其他五面要清洁干净，放入盛有阳极填充料的棉布口袋中。
5、阳极电缆可用10mm2电缆，可用vv-1kv/1x10mm2。
6、牺牲阳极与钢管可采用铝热焊剂直接将阳极电缆焊接于钢管上，然后应仔细修复焊接处的防腐层，保证该处密封绝缘。
通常采用补伤片补伤。
7、阳极安装在阳极坑后进行回填，在回填土中不应含有砖、石等，若坑内较干燥时，应在阳极外的布袋上盖上一层薄土后，向坑内灌水，使阳极布袋内的填料饱和吸满水，然后再回填并夯实，恢复地坪。
牺牲阳极阴极保护设计说明
牺牲阳极施工图设计说明(五)阴极保护1.主要设计及施工规范《钢质管道外腐蚀控制规范》GB/T21447-2018《埋地钢质管道阴极保护技术规范》GB/T21448-2017《镁合金牺牲阳极》GB/T17731-2015《埋地钢质管道阴极保护参数测量方法》GB/T21246-20232.设计概况本工程对消耗油库至外场供油干管和同油干管进行牺牲阳极阴极保护。
供油干管与回油干管平行敷设，采用联合阴极保护方式，被保护管道两端设绝缘接头。
被保护管道相关数据见下表：3.设计参数土壤电阻率：30Ω∙m覆盖层电阻率：≥10000Ω∙m2设计使用年限：20年管道最小保护电流密度：0.05mA∕m2管道自然电位：-0.55V(CSE)管道最小保护电位：-0∙85V(CSE)4.设计内容及技术参数4.1本工程设5组镁合金牺牲阳极，每组设3支阳极块，每组间距400米。
4.2设测试桩5组，与牺牲阳极结合设置。
5.材料的选用及技术要求5.1本工程选用镁合金牺牲阳极，牌号:AZ63B,质量符合《镁合金牺牲阳极》GB/T17731-2015中的要求。
阳极形状选用梯形。
牺牲阳极应具有完整的质量证明文件，阳极上应标记材料类型，阳极质量和炉号。
阳极电化学性能、规格尺寸如下表：5.2牺牲阳极填包料由石膏粉、膨润土和工艺硫酸钠组成，它们的质量百分比为75：20：5o填包料预包装,袋子应采用麻袋或棉质布袋,不应采用化纤类包装袋。
填料厚度应均匀密实,各个方向填料厚度不小于200mmO5.3阴极保护电缆采用铜芯电缆，型号为：YJV22-1KV∕1X10mm26.主要施工技术要求6.1阳极使用前应对表面进行处理，清除表面氧化膜和油污，使其呈金属光泽。
6.2阳极采用立式埋地敷设方式，阳极与被保护管道间距3米，成组布置阳极间距3米，阳极覆土厚度不小于15米。
6.3牺牲阳极应埋设在冻土层以下，并尽量敷设在土壤电阻率低的位置。
阳极与管道之间不应存在其他金属构筑物。
抽油杆牺牲阳极保护距离的计算
收稿日期 :2003 - 09 - 26 ;修稿日期 :2004 - 04 - 02。 作者简介 :冉箭声 ,男 ,1996 年毕业于管道职工学院防腐蚀 专业 ,工程师 。目前从事油田化学及防腐蚀工作 。
· 3 8 · 石油化工腐蚀与防护 第 21 卷
抽油杆在井筒环境下的复杂受力情况和发生的偏磨偏磨广义讲也是腐蚀属于腐蚀中的磨蚀现象腐蚀现象是不以人的意志为转移的文留油田通过20多年的生产开发目前已处于高高矿化度高含水及伴生有co2气体和细菌等介质的恶劣环境90120矿化度30170g综合含水77srb细菌含量1010mlcl含量40120g呈弱酸性再加上杆节箍处应力集中以及材质缺陷等因素从而造成抽油杆断裂和脱扣2002年文留油田统计全年发生杆断脱扣事故的352因杆节箍腐蚀造成的有274年抽油井事故作业总数的55初研制应用了抽油杆牺牲阳极扶正短节
I = S ·Js =πDLJs 式中 : I —管道保护电流 ,A ;
S —管道的表面积 ,m2 ; D —管道直径 ,mm ; L —管道长度 ,m ; Js —管道最小保护电流密度 ,mA/ m2 。 2. 2 所需保护电流测试 利用 IR 压降法可测出被保护管道所需的保护 电流 I ,仪表连接如图 1 所示 。
图 1 仪表连接示意图
(1) 在欲测管道上选择两个测试点 M ,N ;
(2) 用钢尺量出两测点之间的距离 LMN ;
(3) 按 图 1 接 线 , 读 出 MN 两 点 间 的 电 压 降
△V 。对于稳定的管内电流每 1 分钟读数一次 ,共
测 15 分钟 。读数记录于专用表格中 ,并计算出电
压平均值 △VMN ;
采取下述办法可减少事故发生 : (1) 加强质量 管理 ,应用 J FX —1 抽油杆超声波自动检测系统进 行检测 ,杜绝不合格杆下井 ; (2) 提高作业质量 ,杜 绝人为因素造成事故 ; (3) 严格按 API 标准认真优 化杆柱组合和确定生产参数 ; (4) 增强杆的抗拉 、抗 疲劳强度 。抽油杆在井筒环境下的复杂受力情况 和发生的偏磨 (偏磨广义讲也是腐蚀 ,属于腐蚀中 的磨蚀现象) 腐蚀现象是不以人的意志为转移的 。 文留油田通过 20 多年的生产开发目前已处于“高
燃气管道牺牲阳极保护.
燃气管道牺牲阳极保护牺牲阳极法是最早应用的电化学保护法。
它简单易行，又不干扰邻近的设施。
牺牲阳极还是抗干扰腐蚀的一种手段，可用来排流、防雷及防静电接地。
与强制电流保护法相比，牺牲阳极法具有独特的优点和功能，因而同样受到人们的重视。
近年来，牺牲阳极技术在我国得到了推广和发展。
在生产上也向标准化、系列化方向发展。
并在油、气管道、海船及海上结构物的防护上得到了成功的应用。
一、牺牲阳极保护原理根据电化学原理，把不同电极电位的两种金属置于电解质体系内，当有导线连接时就有电流流动，这时，电极电位较负的金属为阳极、利用两金属的电极电位差作阴极保护的电流源。
这就是牺牲阳极法的基本原理。
见图10-54。
二、牺牲阳极材料由于牺牲阳极法是通过阳极自身的消耗，给被保护金属体提供保护电流。
因此，对牺牲阳极材料就产生了性能要求。
图10-54 牺牲阳极装配示意图1．要有足够负的电位，在长期放电过程中很少极化。
2．腐蚀产物应不粘附于阳极表面，疏松易脱落，不可形成高电阻硬壳，且无污染。
3．自腐蚀小，电流效率高。
4．单位重量发生的电流量大，且输出电流均匀。
5．有较好的力学性能，价格便宜，来源广。
常用的牺牲阳极有镁及镁合金、锌及锌合金以及铝合金三大类。
它们的电化学性能见表10-59。
牺牲阳极的电化学性能取决于材料的成分和杂质含量。
在牺牲阳极的标准规范中都有规定。
三、牺牲阳极种类及规格型号(一)镁合金牺牲阳极镁是比较活泼的金属，表面不易极化，电极电位比较负，所以是理想的牺牲了极材料。
但是，钝镁的电流效率不高，造价太高，所以一般都使用镁合金做牺牲阳极材料。
目前世界上流行的镁阳极成分很多，但归纳起来只有三个系列：高纯镁系、镁锰系和镁铝锌锰系。
其典型的代表成分见表10-60。
这三个系列中，Mg-6 Al-3 Z n-0.15Mn 是使用最广泛的，也是国内定型生产的商品化镁阳极，用于土壤和淡水中性能最佳。
镁镁锰 <0.01 - 0.5～1.3 余量 - <0.02 <0.001 <0.03 Gal vomag镁铝 锌锰 5.3～6.7 2.5～3.5 0.15～0.6 余量 <0.1 <0.02 <0.03 <0.005 SYJ19-1986镁阳极的化学成分应符合表10-61的规定。
牺牲阳极保护法在10万米 3原油储罐中的应用
护。
关键词 ： 原油储罐
罐底板
牺牲 阳极
参比电极
表１ 新港１ 万米 原油储罐中 存油品的 ０ 常储 腐蚀性表
油品 巴土 拉 拉巴士
１问题 的提 出
大连港新港港务公司是专门从事油品装卸及 转运的专业公司。现有原油储罐 ３ 座 ， ２ 罐容 ２５ １ 万方 ， 中有些罐使用年限已超过 ２ 其 ５年 ， 由于腐 蚀问题造成的停产检修发生过多次 ， 是油罐设计 、
改造 、 维修过程 中比较棘手 的问题。随着港 口建
名 称 （ （ 罗南 兰卡苏伊士拉 塔尔韦 轻 轻） 中）尼 巴帕 万卡 杜里沙 含水量 痕迹 无 无 无 痕迹 ％ 痕迹 ０ ０７ ０ ．
舍硫量 ２１ ３ １ ．４ ．１ ０ ３ １９ ．４ １８ ０ １ ．７ ％ ｌ ． １ ０ ２ ．２ ．０ Ｉ９ ．４ ） ） ． １ｏ
．
ｍＫ Ｉｇ ｇ Ｏ－ Ｉ ／
酸值 ０ ６ ．９ ）１ ．４ ０ ０ ０ １ 】ｏ ．３ ． １ ）０ ０ ０ １ ．３）ｏ ．７ ．９ ．８ ０ ２ ０ ２ ．］
．
设 的迅速发展 ， 解决油罐腐蚀问题已经迫在眉睫 。 在 ２０ 年开工建设的 １ 万米 ０２ Ｏ 原油储罐 中， 开始
应用牺牲阳极保护法解决腐蚀 问题 。
２分析
含硫量的高低 ， 表示硫化氯和有机酸化物的
多少。原油中硫含 量大 于 ２ 时称为高硫 原油， ％
低 于０ ５ ．％时称为低硫原油。硫化氢和含硫有机
原油中含有活性硫化物及脂肪酸一环烷酸等
酸化物对金属有腐蚀作用 ， 称为活性硫化物。 被 介质中硫 含量 越高腐蚀性越强。油品的酸性不 同， 表明油品中的脂肪酸一环烷酸含量不同， 酸值
输油管道阴极保护方案牺牲阳极阴极保护施工
输油管道阴极保护方案牺牲阳极阴极保护施工方案河南汇龙合金材料有限公司石油安全作为工业生产的血液，一直是人们特别关注的问题，特别是在石油管道的保护中，我们要做好相关的保护，尤其是阴极保护。
我们都知道，在石油运输过程中，静电是非常可怕的，它对安全的威胁是难以描述的。
因此，管道用户和实际铺设人员总是要提前做好静电处理，而采取所谓的阴极保护措施是最常用和有效的方法之一。
在埋地管道阴极保护施工中，会对防腐层造成或多或少的损坏，因此有必要对损坏的部分进行修复。
阴极保护是一项技术含量较高的工作，施工单位和操作人员都应注重专业素质的培养和专业水平的提高。
管道一旦埋在地下，就会长期留在地下，原材料的质量无法得到保证，不仅影响管道的正常使用，而且增加了维护的难度，带来安全风险。
因此，在管道施工中，我们必须选择合格的原材料进行加工，相关部门要做好监督工作，确保原材料的采购和调配能够正常有序地进行。
确保原材料质量合格，控制涂层质量，保证厚度均匀性。
实际涂层的厚度往往与理论涂层的厚度不一致，其厚度受工艺、工艺和操作质量等诸多因素的影响。
如果涂层太薄，防腐效果不明显。
太厚会增加成本。
因此，随着生产工艺的不断进步，应不断改进涂装工艺，及时对腐蚀的管道进行修复和修复，使阴极保护工作更加全面。
此外，为了控制工程质量，还要制定统一的标准，制定严格的规章制度，有章可循，违章经营必须追究责任。
这样，不仅将施工单位的工作趋于规范化，也有利于阴极保护工作的顺利开展。
通常情况下我们会用万用表逐一检测阳极和电缆之间的电气连接。
如果发现阳极电连接不良或断线，则不能在施工过程中使用。
施工过程中严禁用力拉索，防止索缝断裂。
为了加速阳极表面的活化，在装配阳极前应先去除阳极表面的油脂和氧化物。
方法是用砂纸或手工砂轮打磨阳极，然后用无水乙醇擦拭。
阳极包装中的包装材料为膨润土、硫酸钙、硫酸镁，按50%、25%、25%的比例。
每个专用白布袋内装50kg 经表面处理的镁合金牺牲阳极。
牺牲阳极计算
一、阳极接地电阻Ra=ρln(L/r)/2πL"J'K'l4W'l*V/aRa=阳极接地电阻(ohms)&g.T)S#L:K/S,Jρ=土壤电阻率(ohm-m)*D/D"a7_4x1o HL=阳极长度(m)r=阳极半径（m）需要指出的是，由于填料电阻率很低，阳极的长度和半径是根据填料袋尺寸来确定。
:t3j(S0a7K4R3b+}二、阳极驱动电位,h(V$H$w0t&U$^;x假设被保护结构的极化电位为-1.0V，则驱动电压ΔV=V+1.0。
;@)@2s4I.P/M'eV=阳极电位：高电位镁阳极-1.75V，低电位镁阳极-1.55V，锌阳极电位-1.10V。
三、阳极发电量计算阳极实际发电量I=ΔV/Ra1h3a*`'O m四、应用举例：某埋地管道，长度为13公里，直径159毫米，环氧粉末防腐层，处于土壤电阻率30欧姆.米环境中，牺牲阳极设计寿命15年。
计算阳极的用量。
&U4b,E;X/L&B'_)l%f#a.l:Y4^由于土壤电阻率较高，设计采用高电位镁阳极阴极保护系统。
(X6E$h%c'B2F'O-g1、被保护面积：A=π×D×LD=管道直径，159mmL=管道长度，13x103mA=3.14×0.159×13000=6490m22T!Z:{&a4M%R2、所需阴极保护电流：I=A×Cd×（1-E）(Q,i9}(E$s9?.{1T)z I=阴极保护电流Cd=保护电流密度，取10mA/m2E=涂层效率，98%)i(q)S%M4L)Q-R7`'w%p'oI=6490×10×2%=1298mA3、根据设计寿命以及阳极电容量计算阳极用量W=8760It/ZUQ8F9I3c,n'@.V-{7r9V!G hI=阳极电流输出(Amps)t=设计寿命(years)U=电流效率(0.5)%u(a'b:Y2v.I"d*TZ=理论电容量(2200Ah/kg)8E5T#{"]:pQ=阳极使用率（85%）)?,];P;F"V/r+p5oW=阳极重量(Kg)W=8760×1.298×15/（2200×0.5×0.85）=183Kg.L"r2I2u)T 选用7.7公斤镁阳极，需要24支。
“牺牲阳极保护接地”在北京现代油库工程中的应用
“牺牲阳极保护接地”在北京现代油库工程中的应用发表时间：2008-11-05T10:33:57.530Z 来源：《中小企业管理与科技》供稿作者：刘影[导读] 摘要：油罐的使用寿命主要受电化学腐蚀的影响，目前解决油罐电化学腐蚀的主要方法是对其采取保护措施，牺牲阳极保护接地系统是一种有效的解决方式。
在延长油罐的使用寿命方面，起着不可替代的巨大作用。
摘要：油罐的使用寿命主要受电化学腐蚀的影响，目前解决油罐电化学腐蚀的主要方法是对其采取保护措施，牺牲阳极保护接地系统是一种有效的解决方式。
在延长油罐的使用寿命方面，起着不可替代的巨大作用。
关键词：油罐牺牲阳极参比电极测试桩一、引言：目前，牺牲阳极保护接地在化工行业中的应用很广泛，在冶金行业中应用还比较少。
随着发展，牺牲阳极保护接地系统将在冶金施工中有更多的应用，所以有必要对其进行研究和分析运用。
二、牺牲阳极保护接地系统概述地下油罐处于一定的土壤环境中，极易腐蚀，影响作业安全和油罐的利用率。
同时腐蚀是罐体发生泄漏的重要因素之一。
因为罐体施工中无法保证漆膜完整，涂装前表面处理也很难做到彻底干净（喷砂时的天气影响，喷砂后不能及时涂装），所以很容易受到腐蚀。
一般七年左右罐体就会穿孔，引发安全事故。
对此必须采取一定的对策。
金属防腐蚀的方法很多，主要有改善金属的本质，把被保护金属与腐蚀介质隔开，或对金属进行表面处理，改善腐蚀环境以及电化学保护等。
在北京现代工程油库施工中采用牺牲阳极保护法联合重防腐涂层对油罐进行保护。
牺牲阳极保护法是用电极电势比被保护金属更低的金属或合金做阳极，固定在被保护金属上，形成腐蚀电池。
在腐蚀电池中，阳极腐蚀，阴极不腐蚀。
利用这一原理，可以引入一种金属作为阳极，油罐作为阴极建立腐蚀电池，当发生电化腐蚀时，被腐蚀的是那种比铁更活泼的金属，从而使罐体（铁）得到保护，参见图一。
图一牺牲阳极保护系统简图三、北京现代油库工程概述北京现代工程的油库位于发动机车间，油库共有两个储油罐并行排列、卧式，油罐容积15m3/个,油罐分别置于两个水泥槽内，单个水泥槽长为8米，宽为4米，水泥槽内涂沥青涂料，采用缠绕防腐胶带与牺牲阳极保护的联合防腐方案，使用寿命至少达到20年。
牺牲阳极计算
牺牲阳极计算一、被保护管道所需的总的保护电流强度I= S.J＝πDL.JS：表面积（m2）2二、单支阳极输出电流（经验公式）I Mg=150000fy/ｐI Zn=80000fy/ｐI：阳极输出电流（mA）ｐ：土壤电阻率（Ω.cm）f:系数7.7Kg－1.0 9kg－1.60 14.5Kg－1.06三、并联阳极的输出电流N＝2I/I0五、阳极重量（对于永久性管道不低于20~30年）W＝8760I.T/ Qηη1W：阳极总重量（千克）I：阳极发生电流（A）T：阳极工作寿命（年）Q：理论发生电量（A.h/Kg）Mg：2210 Zn：820 AI：2880η：电流效率Mg：40~55％Zn：65~90％AI：40~85％η1：阳极利用率0.8~0.85阳极与管道外壁距离一般为3~5米，最小不小于0.3米，埋深不小于1米，阳极间距以3米左右为宜。
阳极开路电位：（－V）Mg：1.55~1.6 Zn：1.05~1.1 AI：0.95~1.1管道自然电位：－0.55V左右（硫酸铜电极）土壤电阻率阳极种类>100 不宜采用牺牲阳极60~100 高电位的纯镁系或镁锰系15~60 Mg－Al－Zn－Mn系<15 Mg－Al－Zn－Mn系或Zn合金<10(含Cl-) Zn合金或Al－Zn－In系<4 不宜采用计算步骤1.确定每组阳极的种类和保护范围。
2.计算牺牲阳极的发生电流（根据绝缘层电阻或最小保护电流密度）和接地电阻。
3.确定总重量。
4.根据总重量选择单支阳极的尺寸及数量。
1.发生电流计算同上2.当管道绝缘良好时，只考虑涂层电阻。
接地电阻：R阳＝(E a－E p)/(E p-E c).(r1/S.L)I A=(E a－E c)/(R阳+(r1/S.L))R阳：牺牲阳极接地电阻（欧）E a：阳极开路电位（伏） 1.6E c：被保护管道自然电位（伏）-0.55E p：被保护管道要求的自然电位（伏）r1：1米2管道上，防腐层电阻（欧.米2）S：单位长度管道的表面积（米2/米）L：管道长度（米）I A：牺牲阳极组输出电流（安）3.单支阳极接地电阻（简化公式）L1＝0.9,D1＝0.2,t＝1时，R a＝0.43ｐ(8公斤锌阳极)L1＝1.2,D1＝0.3,t＝1.5时，R a＝0.32ｐ(8公斤镁阳极)L1＝1.2,D1＝0.3,t＝2时，R a＝0.33ｐL1：填包料体积的长度（米）D1：填包料体积的直径（米）t：从地面至阳极中心的埋设深度（米）R a：单支牺牲阳极接地电阻（欧）ｐ：埋设点土壤电阻率（Ω.m）阳.K。
第二部分 牺牲阳极法阴极保护设计
η——修正系数：由于阳极之间有屏蔽作用，所
以多支阳极并联后的总接地电阻将大于理论值 （Ra/Nb），故应在理论值后乘一个大于1的修正系数 η，η与并联支数和阳极间距有关（查下表7-2-2或下图 1）
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X.Z.Lin
表7-2-2 （见参数表）
图1 牺牲阳极组接地电阻修正系数η
I A J s S 表 J s Dg外 Lg
式中：IA——整个管道所需保护电流（A） Dg外——管道外径（m） Lg——管道总长度（m） Js——管道所需的最小保护电流密度（A/m2）
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X.Z.Lin
Js的选取
Js的选取是设计的关键，其影响因素很多（包括：管道防 腐绝缘层的材质，施工质量以及土壤参数等），因此，理论计 算很难（误差大），实际工程中常常根据经验选取，有条件 时，可用实验测定。 本次设计，根据经验，参照绝缘层电阻率与Js的关系，由 下表选取，处于两值之间的用插值法求取。
——引自《管道防腐蚀手册》
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X.Z.Lin
2.2 常用阳极形状、规格
梯形截面镁合金阳极规格
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阳极其他形状
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4 ( Dg外 Dg内 ）
ρg——管材电阻率（ Ωmm2/m）
S——管道横截面积（mm2） Dg内， Dg外——管道内外径（mm）
牺牲阳极计算
本工程考虑牺牲阳极的设计寿命为27年，选用A21I-2型的牺牲阳极块，具体尺寸见表5.9-2。
牺牲阳极规格尺寸表5.9-2参照相关规范，钢管桩及钢结构各腐蚀区选择的保护电流密度见表5.9-3。
阴极保护电流密度表5.9-3根据风机基础所处腐蚀环境分区的不同计算不同保护位置的保护面积，不同时期相应保护所需电流由下式得到：式5.9-1式中：S 为各腐蚀分区需要被保护面积（m 2）；i 为各腐蚀分区不同时期保护电流密度（mA/m 2）；根据《海港工程钢结构防腐蚀技术规范》（JTS153-3），当阳极与被保护钢结构的安装距离大约30cm ，且的长条状阳极，接水电阻可按下列公式计算：式5.9-2 I=S i ⨯416L r ≥4=ln-12a L R l r ρπ⎛⎫⎪⎝⎭式5.9-3式5.9-4式中：为阳极的接水电阻（Ω）；为海水电阻率（Ω·cm ）；为阳极长度（cm ）；为阳极等效半径（cm ），分为和；为初期等效半径（cm ）；为末期等效半径（cm ）；为阳极截面周长（cm ）；为阳极铁芯半径（cm ）；为牺牲阳极的利用系数，取0.85~0.90。
牺牲阳极发生电量计算公式如下：式5.9-5牺牲阳极的数量N 等于单根钢管桩所需的总保护电流（末期）与单支阳极发生电流（末期）的比值：式5.9-6牺牲阳极的有效使用寿命：式5.9-7式中：t 为牺牲阳极的有效使用寿命（a ）；为单个牺牲阳极的净重（kg ）；q 为阳极实际电容量，取2600A·h/kg ；I m 为设计使用年限内每个阳极的平均发生电流，取0.5I a A ；为牺牲阳极的利用系数，取0.90。
经计算，高桩高承台基础为48块，重量约为9.1t 。
计算得到牺牲阳极的有效使用寿命为34年，大于结构防腐蚀年限27年，设计满足要求。
=2c c r π()=--m c c t r r r r μa R ρL r c r m r c r m r C t r μ=a a VI R ∆a=IN I =8760i m W q t I μ⋅⋅⋅i Wμ。
牺牲阳极保护法
牺牲阳极技术在钢制煤气管道工程中的应用摘要：介绍了电化学腐蚀及牺牲阳极的原理。
牺牲阳极保护技术的使用情况，牺牲阳权保护的设计、计算、施工及投资测算与经济分析。
1 电化学腐蚀及牺牲阳极的原理地下燃气管道在使用过程中，存在不同性质的腐蚀。
其中电化学腐蚀对于埋地煤气钢管威胁最大。
因为电化学腐蚀集中一点，而且速度较快，腐蚀一旦发生、其速度不会减慢也会不停止、往往造成局部穿孔。
产生电化学腐蚀原因如下：由十土壤各处物理化学性质个问，管道本身各部分的金相组织结构个同，如品格的缺陷及含有杂质、金属受冷热加工而变形产生内部应力、特别是钢管表面粗糙度不同等原因，使一部分金属容易电离，带正电的金属离子离开金属、而转移到土壤里，在这部分管段上电子越来越过剩，电位越来越负；而另一部分金属不容易电离，相对来说电位较正。
因此电子沿管道由容易电离的部分向不容易电离的部分流动、在这两部分金属之间的电子有得有失，发生氧化一还原反应。
失去电子的金属管段成为阳极区，得到电子的金属管段成为阴极区。
腐蚀电流从阴极流向阳极、然后从阳极流离管段，经土壤又回到阴极，形成回路。
在作为电解质溶液的土壤中发生了离子迁移、带正电的阳离子(如H )趋向阴极、带负电的阴离子(如OH-)趋向阳极。
在阳极区带正电的金属离子与带负电的阴离子发生电化学作用、使阳极区的金属离子不断电离而受到腐蚀，使钢管表面出现凹穴，以致穿孔；而阴极则保持完好、如图1所示。
基于以上原理，采用牺牲阳极保护技术可保护埋地钠管不受电化学腐蚀。
具体原则如图2所示。
采用比钢管电位较负的金属材料和钢管相连，电极电位较负的金属与电极电位较正的。
图2 牺牲阳极保护技术原理图被保护钢管在土壤中形成原电池、作为保护电源，电位较负的金属成为阳极、输出电流过程中遭受破坏，故达到保护钢管的效果。
2牺牲阳极保护技术的使用情况以前常州市城市煤气中压管网主要使用铸铁管，连接方式是柔性机械接口，使用钢管的工程不多。
但随着燃气用户的发展、管网压力的提高，考虑到今后天然气的引入及过渡、钢管越来越广泛的被应用。
211219773_石化设备牺牲阳极设计计算方法
26石化设备常采用牺牲阳极和内涂层共同作用的防腐方案，牺牲阳极设计计算数量受介质电导率、温度、设计使用寿命等因素影响，计算公式中设计参数的选取对计算结果有较大影响，本文将逐一确定设计计算参数的取值，介绍石化设备牺牲阳极设计计算方法。
1 牺牲阳极设计计算过程石化设备牺牲阳极设计计算可按照G B /T 50393—2017《钢质石油储罐防腐蚀工程技术标准》进行，计算过程首先考虑牺牲阳极接水电阻计算单块牺牲阳极输出电流，根据总需求电流求得所需阳极块数，同时根据求得的阳极块数，考虑计算电容量等参数核算牺牲阳极寿命[1]。
石化设备介质一般含盐量较高，水相电阻率较低，阳极接水电阻计算数值较小，这导致很少的牺牲阳极数量即可满足总需求电流要求。
以某油田10000m 3储罐为例，水相电阻率为50.4Ω·mm，选取单重为15kg的铝合金阳极，仅考虑阳极输出电流，最终计算数量仅为3块，此时核算牺牲阳极寿命计算无法通过。
因此，石化设备牺牲阳极计算重点为设计使用寿命核算，即根据以下公式通过设计使用寿命反算牺牲阳极计算重量。
лޜᔿ䙊䗷䇮䇑֯⭘ሯભ৽N4,<:u u uP （1）式中：W —牺牲阳极计算重量（kg）Y —牺牲阳极设计使用寿命（年）I m —牺牲阳极平均发生电流（A）Q —牺牲阳极计算电容量（Ah/kg）k —牺牲阳极利用系数由公式（1）可知，牺牲阳极实际重量计算公式中各参数变量之间是简单的正反比关系，这将导致牺牲阳极平均发生电流、计算电容量等取值变化将直接导致计算结果呈相应倍数的增加或减少。
例如根据GB/T 50393—2017要求，考虑内涂层时，保护电流密度宜取10~30mA/m 2，若分别取推荐值的上限和下限，计算的牺牲阳极实际重量将相差3倍。
因此公式（1）中各参数的取值十分重要，本文将重点介绍牺牲阳极计算中各参数的取值问题。
2 设计计算参数取值2.1 牺牲阳极平均发生电流牺牲阳极平均发生电流I m 可按以下公式计算：I m =S×I c ×f c （2） 式中：S —被保护面积（m 2）石化设备牺牲阳极设计计算方法田健中海油石化工程有限公司 山东 青岛 266000摘要：石化设备牺牲阳极设计计算过程中，因介质电阻率较低，最终计算重量多由设计使用寿命公式推算得出。
设计参数的选择及阳极用量的计算
设计参数的选择及阳极用量的计算1、牺牲阳极法（1）最小保护电位负于-0.85V（相对于Cu/饱和CuSO4参比电极）（2）最小保护电流密度最小保护电流密度的大小取决于被保护金属的种类、表面状况、腐蚀介质的性质、组成、浓度、温度和金属表面绝缘层质量等。
涂层种类不同所保护电流密度值不同，钢管外覆盖层的绝缘电阻越高，所需的保护电流密度值越小。
见表1防腐层种类及所需保护电流密度表1防腐层种类保护电流密度mA/m2塑料（聚乙烯层）0.001-0.01石油沥青玻璃布7mm 0.01-0.05石油沥青玻璃布4mm 0.5-3.5旧沥青层0.5-1.5旧油漆1-30裸管5-50附：状态裸露无涂层旧涂层涂层质量一般优良涂层优秀涂层保护电流密度（mA/m2）30-50 3-10 0.1-3 0.01-0.1 0.001 （3）阳极的接地电阻R=（ρ/2πL）×1n（2L/D）式中：ρ——土壤电阻率欧姆·米L——阳极长度米D——填料柱直径米（4）牺牲阳极的发生电流①Ia=式中：△E——牺牲阳极的驱动电位伏（锌阳极取0.2，镁阳极取0.65-0.66）②Ia（mg）=1200fY/ρ（美国Harco防腐公司推荐的经验公式）式中：Ia（mg）——镁阳极的输出电流毫安ρ——土壤电阻率欧姆·厘米f——系数查表2Y——修正系数查表3f系数表2（注：表为老标准，现按表内相近重量为准。
）Y修正系数表3阳极重量（kg）系数1.4 0.532.3 0.604.1 0.717.7 1.009 1.0014.5 1.0623 1.09管地电位（V）镁阳极修正系数（5）保护面积S=π×D×L式中：π——3.14S——总保护面积m2D——管径mL——管道长度m-0.7 1.17-0.8 1.07-0.85 1.00-0.90 0.93-1.00 0.79-1.10 0.64-1.20 0.50 （6）保护总电流I A=S×Im式中：I A——所需总保护电流毫安S——总保护面积m2Im——最小保护电流毫安（7）所需阳极数量N=K×I A/Ia式中：N——阳极数量支K——备用系数，一般取2-3I A——所需总保护电流毫安Ia——单支阳极的输出电流毫安（8）阳极寿命T=0.85W/ωIa式中：T——阳极寿命年W——阳极净质量公斤ω——阳极消耗率Ia——阳极平均输出电流2、外加电流法阴极保护（以DN159mm×8，40km管道为例）。
管道牺牲阳极设计参数选取 牺牲阳极块阴极保护选择及施工安装要求
管道牺牲阳极的设计参数选取牺牲阳极块阴极保护选择及施工安装要求河南汇龙合金材料有限公司为防止钢管桩的电化学腐蚀通常采用阴极保护措施，其中以牺牲阳极应用最为广泛。
牺牲阳极的设计参数选取、阳极块选择、施工安装对于钢结构的防护起到决定性的作用。
牺牲阳极阴极保护技术依靠电位较负的金属不断地腐蚀溶解所产生的电流来保护水下钢管桩，牺牲阳极块安装简便，效果可靠，具有很多优点：首次投资费用低，运营过程中基本不需要维护;保护电流利用率高，不会产生过保护;施工技术简单，平时不需要特殊专业维护。
牺牲阳极阴极保护技术不足之处是驱动电位铰低，保护电流调节范围窄，保护范围较小，有效保护年限受牺牲阳极寿命的限制，使用中应定期检查、增补阳极块。
保护电流密度为从恒定在保护电位范围内某一电位的点击表面上流入或流出的电流密度，使被保护物体电位维持在保护电位范围内所需要的电流密度。
是影响阴极保护效果的重要参数。
保护电位是指阴极保护时金属停止腐蚀(或腐蚀可忽略)时所需的电位值。
保护电位对钢结构来说，就是铁在给定电解质溶液中的平衡电位。
保护电位值常作为判断阴极保护是否完全的依据，通过测量被保护结构的各部分的电位值，可以了解保护的情况，因而保护电位值是设计和监控阴极保护的一个重要指标。
对于牺牲阳极的选取，高效铝合金牺牲阳极具有重量轻、电容量大、工作电位稳定、电流效率高、寿命长及造价便宜等特点。
根据现场情况，考虑到工程量大、保护寿命长，为减少阳极用量和水下焊接安装的工作量，节约造价，一般高效铝合金牺牲阳极。
牺牲阳极安装质量的好坏，直接影响到阳极的发生电流量、溶解性能、使用寿命和防腐蚀效果，牺牲阳极安装必须牢固可靠。
牺牲阳极安装前，应对阳极块的型号、尺寸、质量、表面状态和化学成分进行现场检验，确认是否符合产品标准和设计要求。
水运工程施工是一个动态变化的系统，应注意各类要素的变化对人员操作安全和管理可能带来的影响。
这些变化既有宏观方面，如企业政策、薪酬的变化，也有微观方面的如生产工艺、操作规程的变化;既有人员的变化和劳动组织的变化，如人员调配和工程开工、收工集合等;还有技术变化，如新工艺、新材料和新技术的使用。
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Abstract AsseenfromthestatisticsofWenliuOilField,498equipmenttroublesoccurredintheoilwellin2002,inwhichthebreaking andslippingaccidentsofhoopsandjointsoftherodaccountedfor70.7%.Whenthesacrificinganodewasappliedin2003,theturnaround ofthepumpswasextendedby35days.TheprotectionlengthoftheZn-Alalloyanodeof15.4metershaseffectivelyprotectedthesucker rod. Keywordssuckerrod,cathodicprotection,Zn-Alalloyanode,Protectionelectriccurrent
L =ρ△0JsVLMMNN
(4)
上式中管子无论空心 、实心 ,ρ0 是一个定值 ,
它只与管的材质有关 。金属的电阻率ρ0 可根据使
用的不同钢型查表得知 ; △VMN , LMN 可利用抽油井
作业时进行测定得知 ;管道最小保护电流密度 Js
根据所处环境 ,取 50～100μA/m 2 。
应用 (4) 式可计算出 ,锌铝合金牺牲阳极块的
保护距离达 15.4m, 因此能够很好地起到保护抽油
杆的作用 。
3 结束语 油井抽油杆的牺牲阳极保护技术国内外鲜有
报道 ,采用牺牲阳极扶正短节措施后 ,对减少抽油 杆的腐蚀 、延长其使用寿命有重要作用 。
参考文献 1 唐明华. 油气管道阴极保护. 北京 :石油工业出版社 ,1986.62
CalculationofProtectionLengthofSacrificingAnodesforSuckerRod Ran Jiansheng , Bai Yiping , Shi Qingjian , Wang Qingjun , Lou Xiu , e
应用技术 石 油 化 工 腐 蚀 与 防 护
Corrosion&ProtectioninPetrochemicalIndustry
2004,21
( 3 ) · 37 ·
抽油杆牺牲阳极保护距离的计算
冉箭声 白忆平 史庆建 王荣军 娄秀娥
(中原油田采油一厂 ,河南 濮阳 457172)
温 、高矿化度 、高含水”及伴生有 CO2 ,H2S 气体和细 菌等介质的恶劣环境 (井温 90～120 ℃,矿化度 30 ～170g/L, 综合含水 77.1%,SRB 细菌含量 10～104 个/mL,Cl - 含量 40～120g/L ) ,产出水 pH 值为 5.0 ～6.5 (呈弱酸性) ,再加上杆节箍处应力集中以及 材质缺陷等因素 ,从而造成抽油杆断裂和脱扣 。据 2002 年文留油田统计 ,全年发生杆断 、脱扣事故的 352 井次中 ,因杆节箍腐蚀造成的有 274 井次 ,占全 年抽油井事故作业总数的 55% 。因此 ,于 2003 年 初研制应用了抽油杆牺牲阳极扶正短节 。2003 年 1～4 月份共在 68 口偏磨腐蚀严重的抽油井上进 行了应用 ,平均检泵周期较过去延长了 35 天 ,经济 效益显著 。
据 2002 年文留油田作业调查统计 ,全年抽油 井事故发生 498 井次 ,其中因抽油杆节箍出现断 、 脱事故的总数为 352 井次 ,占抽油井事故总数的 70.7% 。抽油杆节箍处易断原因主要有以下几个 方面 : (1) 抽油杆材质的缺陷 ; (2) 抽油杆在井筒内 受复杂拉伸压缩交变应力的作用 ; (3) 杆偏磨腐蚀 严重 。造成杆脱的主要原因是 : (1) 抽油杆下井时 上扣扭矩不够 ; (2) 杆柱组合或生产参数不合理 ; (3) 杆柱固有的工作特性所致 ; (4) 抽油杆节箍处存 在严重的偏磨 、腐蚀现象 。
摘要 :据文留油田 2002 年统计 ,全年抽油井共出现设备故障 498 井次 ,其中因杆节箍出现断 、脱事故占 70.7% 。2003 年采用牺牲阳极扶正短节措施后 ,使泵检周期延长了 35 天 。经计算 ,锌铝合金阳极的保护距离 为 15.4m, 从而使抽油杆得到了有效保护 。
关键词 :抽油杆 阴极保护 锌铝合金阳极 保护电流 中图分类号 : TE933.2 文献标识码 :B 文章编号 :1007-015X (2004) 03-0037-02
被保护管道所需保护电流可通过下式计算 :
收稿日期 :2003-09-26; 修稿日期 :2004-04-02 。 作者简介 :冉箭声 ,男 ,1996 年毕业于管道职工学院防腐蚀 专业 ,工程师 。目前从事油田化学及防腐蚀工作 。
· 83 · 石油化工腐蚀与防护 第 21 卷
采取下述办法可减少事故发生 : (1) 加强质量 管理 ,应用 JFX —1 抽油杆超声波自动检测系统进 行检测 ,杜绝不合格杆下井 ; (2) 提高作业质量 ,杜 绝人为因素造成事故 ; (3) 严格按 API 标准认真优 化杆柱组合和确定生产参数 ; (4) 增强杆的抗拉 、抗 疲劳强度 。抽油杆在井筒环境下的复杂受力情况 和发生的偏磨 (偏磨广义讲也是腐蚀 ,属于腐蚀中 的磨蚀现象) 腐蚀现象是不以人的意志为转移的 。 文留油田通过 20 多年的生产开发目前已处于“高
(4) IR 压降法测量结果如下式计算 :
I=
△VMN
RLMN
(2)
式中 : I —管内所需的保护电流 ,A;
△VMN —在长度为 LMN米的管道上测量出的电
压降平均值 ,V;
R —单位长度管道纵向电阻 ,Ω/m;
LMN —MN 两测点间距离 ,m。 2.3 单位长度管道纵向电阻计算[1]
ρ
0
图 1 仪表连接示意图
(1) 在欲测管道上选择两个测试点 M,N;
(2) 用钢尺量出两测点之间的距离 LMN ;
(3) 按 图 1 接 线 , 读 出 MN 两 点 间 的 电 压 降
△V 。对于稳定的管内电流每 1 分钟读数一次 ,共
测 15 分钟 。读数记录于专用表格中 ,并计算出电
压平均值 △VMN ;
2 抽油杆牺牲阳极保护 抽油杆牺牲阳极保护采用了扶正短节 ,即将抽
油杆节箍适当加长 ,然后在节箍加长空间内装填锌 铝合金牺牲阳极块 ,同时利用尼龙扶正器解决偏磨 问题 。参考管道阴极保护距离的计算方法 ,推导出 了抽油杆牺牲阳极保护距离的计算公式 ,并供专家 学者指正 。 2.1 所需保护电流计算
I = S ·Js =πDLJs 式中 : I —管道保护电流 ,A;
S —管道的表面积 ,m2 ; D —管道直径 ,mm; L —管道长度 ,m; Js —管道最小保护电流密度 ,mA/m2 。 2.2 所需保护电流测试 利用 IR 压降法可测出被保护管道所需的保护 电流 I, 仪表连接如图 1 所示 。
1 抽油杆腐蚀概况 管道的阴极保护分为外加电流阴极保护和牺
牲阳极阴极保护 。管道阴极保护距离有一个成熟 的公式可以计算 。管道是空心的管子 ,但对于象抽 油井上的抽油杆这种实心管 (杆) 应用牺牲阳极保 护及其保护距离的计算 ,就笔者检索所知还没有资 料涉及 。抽油井采油是世界各大油田较为常见 、也 是较为主要的采油方式之一 。因此 ,重视对抽油杆 的保护就显得至关重要 。
R=
(3: R —单位长度管道纵向电阻 ,Ω/m 。
D —管道外径 ,mm;
T —管道壁厚 ,mm;
ρ—管道金属的电阻率 ,Ω·mm2/m 。 0
由三式换算得出下式 :
L=
△VMN ( D - T) ρ0DJsL MN
T
抽油杆相当于管壁厚度与管直径相等的特殊
管子 ,即 D=T, 则上式可变为 :