外加电流

外加电流（共7篇）

外加电流 篇1

石化企业的主要原料-原油的储存离不开大型储罐, 随着国家石油战略储备工作的开展, 大型原油储罐建设正在加紧进行, 仅兰州石化公司将要在3年内完成400万m3的原油储备能力。随着近年来国内外油田的产品结构变化, 远地层石油比重加大, 成分更加复杂, 硫化物、盐等杂质增多, 使原油增加了电解质溶液特征, 因此对储罐的防腐要求也越来越高。

传统的金属防腐方法主要是隔离防腐, 即将金属与腐蚀介质隔离, 具体措施有涂料、敷层。但腐蚀环境几乎无处不在, 腐蚀的形态也多种多样。单一的防腐措施往往不能有效地控制金属的腐蚀, 尤其是电化学腐蚀。金属结构一旦有腐蚀电池形成, 其阳极区因其区域范围相对比阴极区的区域范围小的多, 腐蚀速度也极快。此时金属表面发生的不是均匀腐蚀, 而是孔蚀。油气管道、储罐、各种容器设备等几乎都是因为孔蚀而发生泄露的。

阴极保护就是利用腐蚀电池的原理, 将需要被保护的金属结构作为阴极, 通过阳极向阴极不间断地提供电子, 首先使结构极化, 进而在结构表面富集电子, 使其不易产生离子, 因而大大地减缓了结构的腐蚀速度。

1 储罐阴极保护分类及特点

储罐阴极保护与其他金属构件的阴极保护一样, 分为牺牲阳极法和强制电流法两种。其中牺牲阳极法是利用电位比被保护金属结构低的金属或合金 (如镁合金、锌合金、铝合金等) 作为阳极, 构成一个腐蚀电池。在阴极 (被保护结构) 得到保护的同时, 阳极不断地被消耗, 故称为牺牲阳极。其特点是:成本低、安装施工简便、对钢材的驱动电压高、电流效率低、对周围金属结构影响小, 并具备免维护特点。但只适用于储罐直径较小, 土壤电阻率大于100Ω·m的高电阻率介质场合。

强制电流阴极保护技术是在回路中串入一个直流电源, 借助辅助阳极, 将直流电通向被保护的金属, 进而使被保护金属变成阴极, 实施保护。其特点是:驱动电压高, 能够灵活地在较宽的范围内控制阴极保护电流输出量, 适用于储罐直径较大的场合;在恶劣的腐蚀条件下或高电阻率的环境中也适用;对裸露金属层也能达到较完全的阴极保护。但是一次性投资费用高, 而且运行过程中需要支付电费;对邻近的地下金属构筑物会产生干扰作用。

2 储罐阴极保护方式的选择

通过以上两种方法的特点比较可以看出, 阴极保护的方式的选择应该从投资、运行成本、保护范围、地理环境、土壤电阻、周边金属结构环境等几个方面综合考虑。

以我公司目前在建的5万m3、10万m3原油储罐为例, 罐区建设地点偏僻, 远离厂区、居民区, 临近河滩, 地下水位约1.2m, 土壤电阻率小于33Ω·m, 罐底板材质为Q235—B, 圈板材质为SPV490Q和16MnR。罐底面积分别为1250m2、2500m2。

从以上数据可以看出储罐直径较大, 周边无其他金属结构, 地下水位偏高, 土壤电阻率低。如果选用牺牲阳极法, 按照美国腐蚀工程师国际协会NACE RP 0169 标准建议, 普通钢阴极保护施加阴极保护时被保护结构物的电位负移至少达到-850mV或更负 (相对饱和硫酸铜参比电极CSE) , 如此大面积的保护范围需要的牺牲阳极不仅数量庞大, 而且较低的电阻率使其使用寿命也大大缩短, 达不到经济运行的效果, 因此, 该项目选用外加电流法保护是恰当的。

3 储罐强制电流阴极保护参数计算

按照中石油天然气行业标准在罐底与土壤接触的参比电极之间的阴极极化值最小为100mV。保护电流需要量一般通过估算或者测试现场电流需求量获得。结合我国具体情况, 推荐保护电流密度为i=5～10mA/m2:

I总=i×S总 (1)

式中:I总——保护电流需要量 (A) ;

i——保护电流密度 (mA/m2) ;

S总——被保护总面积 (/m2) 。

直流电源额定输出电压按下式计算:

V=I (R+R+R) +V (2)

式中:Ra——阳极接地电阻 (Ω) ;

RL——导线电阻 (Ω) ;

Rc——罐底～大地过渡电阻 (Ω) ;

Vt——阳极地床反电动势 (焦炭、沥青砂可取2V) (V) ;

I——保护系统的保护电流 (可取1.1×I总) (A) 。

直流电源功率可按下式计算:

P = IV/0.7 (3)

4 储罐强制电流阴极保护的安装

计算出I总、I、V、P几个参数, 就可以选购适当的直流电源。目前国内生产技术已经十分成熟, 配套参比电极、辅助阳极等产品以及厂家的技术指导比较完善, 保护效果更多地体现在安装质量上。

SY/T0088-95对直流电源阴极与罐体的连接没有做硬性规定, 但考虑到导线和罐体金属导体的压降, 特别是罐底直径较大时, 在施工中强调用铜汇流排分4路以上, 与罐底均布的4点以上连接片焊接。

SY/T0088-95标准介绍了罐周直立式、罐旁深井式、罐底斜角式和罐底水平式辅助阳极的布置方式, 在大直径罐底的施工中, 最常用的是罐底水平式, 但与该标准的安装示意图不同的是, 我们一般不采用环状辐射状的敷设, 而是将阳极带敷设成间距0.3～0.6m的方格网, 布满整个罐底, 纵横交叉点用点焊机进行两点焊接, 这样做的好处是能够最大限度地克服电流密度的不均匀, 避免局部电势不足导致的腐蚀。

参比电极是直流电源调整的重要依据, SY/T0088-95标准建议新建储罐宜在罐底适当位置埋设永久性参比电极, 如大型容器底中心位置, 我们在设计中往往作为一项硬性规定来执行。罐底参比电源的布置上我们通常选取原则是沿某一半径从圆心到边缘之间按长度均匀等分4个埋设点, 基本上能够全面反映罐底地电势的分布情况。

自2003年以来, 本公司绝大多数在用储罐做了妥善的阴极保护, 对于周边装置密度较高的储罐多采用了牺牲阳极保护, 随着近年来的规划设计合理性提高, 厂内罐区与装置区的安全距离有所加大, 强制电流保护也在逐步推广, 特别是新建的罐区, 有更多的有利条件加以推广应用。

参考文献

[1]吴荫顺, 曹备.阴极保护和阳极保护原理、技术及工程应用[M].武汉音像出版社, 2007.

[2]中国石油天然气集团总公司.SY/T0088-1995, 钢制储罐罐底外壁阴极保护技术标准[S].

[3]陈学江.储油罐的几种阴极保护方法[J].天然气与石油, 2001 (1) .

[4]胡士信.钢制储罐罐底外壁阴极保护应注意的问题[J].油品储运, 2004 (2) .

[5]李环洲, 范晓明.钢制储油罐底板腐蚀分析及防腐措施[J].石油规划设计, 2005 (2) .

外加电流 篇2

崔志坚 安徽电建二公司(232089)

摘 要 介绍了平圩电厂外加电流型阴极保护系统的工作原理、装置构造、调试情况及应注意的问题,着重介绍了保护电极电位的标准及其测量方法。最后提出了系统运行中定期测试和检查的内容与要求。

关键词 外加电流型阴极保护 保护电位 极化电位

收稿日期 ―03―29

工作于土壤或水中的任何金属结构物或设备,如土壤中水的电阻率在10000Ω・cm以下,就属于腐蚀性区域。对其中的金属结构物就有电化腐蚀作用,其腐蚀程度将随电阻率的降低而增强。因此对腐蚀性地区金属结构物实施阴极保护有较大的经济价值。安徽平圩电厂厂区土壤电阻率为:ρ平均 2100Ω・cm,ρ

外加电流 篇3

1 外加电流阴极保护基本原理

所谓外加电流阴极保护基本原理就是通过外加直流电源以及辅助阳极, 迫使电流从土壤中流向被保护金属, 使被保护金属结构电位低于周围环境。该方式主要用于保护大型或处于高土壤电阻率土壤中的金属结构, 如:长输埋地管道, 大型罐群等。

外加电流阴极保护的优点和缺点:

(1) 优点:驱动电压高, 能够灵活地在较宽的范围内控制阴极保护电流输出量;在恶劣的腐蚀条件下或高电阻率的环境中也适用;选用不溶性或微溶性辅助阳极时, 可进行长期的阴极保护;每支辅助阳极床的保护范围大, 当管道防腐层质量良好时, 一个阴极保护站的保护范围可达数十公里;对裸露或防腐层质量较差的管道也能达到完全的阴极保护

(2) 缺点:一次性投资费用偏高, 而且运行过程中需要支付电费;阴极保护系统运行过程中, 需要严格的专业维护管理;离不开外部电源, 需常年外供电;对邻近的地下金属构筑物可能会产生干扰作用。

2 阴极保护准则

为使金属腐蚀停止发生, 金属经阴极极化后所必须达到的绝对值最小的负电位值, 称之为最小保护电位。

不是越负越有利于金属的防护, 而应有一个绝对值最大的负电位值, 称之为最大保护电位。

2.1 施加阴极保护时被保护结构物的负电位至少达到-0.85V或更负 (相对饱和硫酸铜参比电极)

2.2 相对于饱和硫酸铜参比电极的负极化电位至少为850m V.

2.3 在构筑物表面与接触电解质的稳定参比电极之间的阴极极化值最小为100m V。

3 庆咸输油管线

10万方大型储罐群所在地区的土壤特征决定其使用外加电流阴极保护庆咸输油管线西二联输油站该场地属于Ⅱ级自重湿陷性场地, 湿陷性土层平均厚度为10.0m。咸阳输油站位于渭河北岸防洪堤内的鱼塘之上, 地貌单元属渭河高漫滩后缘, Ⅰ级阶地前缘。站场所处区域抗震设防烈度为8度, 场地土类型为中软土, 场地类别为Ⅲ类, 地层自上而下可以分为以下几层:回填土, 厚度在2.0-6.5m;中、细砂, 厚度0.7-6.0m;中、粗砂层, 层厚5.0m-7.4m;粗砂层, 局部揭露1.0m-3.0m的砾砂、圆砾层, 本层层位稳定, 连续分布, 本层未揭穿, 最大揭露厚度42.50m。

为了避免腐蚀对大型储罐安全运行的影响, 充分考虑庆咸输油管线及大型储罐设置所在地区的土壤特征, 庆咸输油管道工程在油田内部首次采用内防腐结合罐底网状阳极阴极保护的储罐防腐技术。在设计中对罐顶、罐底及距离罐底和罐顶1.8m处罐壁采用了环氧类导静电涂料加厚型防腐结构。采用环氧煤沥青防腐措施后, 同时采用外加电流阴极保护。该阴极保护结构为将网状阳极地床均匀焊接于罐底部承网格状, 并将阳极通过电缆与测试桩及恒电位仪进行连接。网状阳极是由阳极带和钛金属连接片直角交叉构成, 在钛金属连接片设有通电点以便阳极与测试桩的连接, 并确保了恒电位仪设备与阳极的连接。以上技术的应用较大的提高庆咸线大型储罐的使用年限, 保证的生产运行的安全。

网状阳极的阴极保护是国内外近年来兴起的一种专门针对储罐罐底的新型阴极保护体系。与其它阴极保护方式相比, 具有如下优点。 (1) 电流分布非常均匀, 输出可调, 储罐能得到充分保护。 (2) 产生的杂散电流很少, 不会对其结构造成腐蚀干扰。 (3) 不需回填料, 安装简单, 可保证质量, 储罐与管道之间不需要绝缘。 (4) 不容易受日后工程施工损坏, 使用寿命长。网状阳极可放置在罐底板与防渗膜或混凝土基础之间, 距离罐底板的最小距离为15cm, 无需填料, 仍能保证电流的均匀分布。

以上技术的应用较大的提高了庆咸输油管道及10万立大型储罐的使用寿命, 特别是10万立储罐群首次采用内防腐结合罐底网状阳极阴极保护的储罐防腐技术, 为今后国内大型储罐的防腐提供了宝贵的经验, 为工程建设起到一个借鉴和引导的作用。

摘要：为了避免腐蚀大型储罐安全运行的影响, 近年阴极保护的防腐技术被广泛应用。此技术的应用, 较大的提高了大型储罐的使用年限, 保证了生产运行的安全。本文阐述了外加电流阴极保护的基本原理、准则、及庆咸线的应用。

关键词：原理,庆咸线的应用,最小保护电位,最大保护电位

参考文献

[1]胡士信.管道阴极保护技术现状与展望[J].腐蚀与保护, 2004.25 (3) ;93-101.[1]胡士信.管道阴极保护技术现状与展望[J].腐蚀与保护, 2004.25 (3) ;93-101.

[2]SY/T0088-95, 钢制储罐外壁阴极保护技术标准.[2]SY/T0088-95, 钢制储罐外壁阴极保护技术标准.

[3]SY0007—1999, 钢质管道及储罐腐蚀工程控制设计规范.[3]SY0007—1999, 钢质管道及储罐腐蚀工程控制设计规范.

[4]NACE RP—0169埋地或水中金属管网外腐蚀控制.[4]NACE RP—0169埋地或水中金属管网外腐蚀控制.

外加电流 篇4

国内某核电厂海水管道的材料为P265GH ( RCCM2000 + 2002 补遗M1145 ) ,管道长度为278 m,壁厚8mm; 温度6. 5 ~ 33. 0 ℃ ,最高工作压力为0. 7 MPa; 单泵运行时的流速为2. 46 m/s,双泵运行时为3. 25 m/s。管道内壁采用阴极保护和重防腐蚀涂层加以防护。以下介绍其外加电流阴极保护技术的设计方案、安装与调试。

1 系统组成、安装与检查项目

管道外加电流阴极保护系统主要由管道、辅助阳极、参比电极、阴极保护电源装置组成。

辅助阳极材料为LIDA Rod混合金属氧化物钛阳极。管道上开孔,焊接上法兰,通过上下法兰安装辅助阳极,在阳极接线盒中连接其尾线电缆。

参比电极为网状Ag /Ag Cl电极,其在海水中电位稳定、耐极化性能好,可精确测量和控制管道的电位。在管道上开孔,焊接法兰,通过上下法兰安装参比电极,其接线盒中连接测量电缆。

电源为数控高频开关阴极保护电源,其中恒电位仪输入为AC 380 V/50 Hz,输出为DC 12 V/80 A。其运行模式、运行参数( 输出电压、输出电流及各路参比电极对应管道电位) 等见图1。辅助阳极、管道、参比电极、测量接地电缆均连接至阴极保护电源装置,通过程序自动控制输出,以确保良好的阴极保护效果。

系统的测量接地点、阴极接地点相互独立。引自管道的阴极的汇流电缆与阴极保护电源装置负极连接,参比电极附近的测量接地点引出电缆至阴极保护电源装置测量电缆。

系统调试前的安装检查包括管道通水前的硬件设备、管道通水后管道上的设备,以确保连接牢固、不漏水、不振动。系统通电前的检查包括阴极保护电源的输入、管道与阳极接线、阴极保护电源装置独立运行状态。

2 系统调试

2. 1通电前自腐蚀电位测试

管道通入海水后,采用万用表分别在参比电极端部和阴极保护电源装置接线端子处测量管道自腐蚀电位,测量结果记录于表1。图2 为管道自腐蚀电位曲线。由表1 可知,12 支参比电极端部和阴极保护电源装置接线端子处所测管道电位一致。由表1 可知,管道的自腐蚀电位为- 0. 500 ~ - 0. 700 V。第11 支参比电极对应的管道电位最高,为- 0. 524 V,针对该测量结果,现场对参比电极、测量接地及各连接电缆的安装质量重新进行检查、分析,发现该参比电极、测量接地、连接电缆的安装质量均符合要求。

2. 2初次调试

通电初期,将电源装置控制模式改成“手动模式”,即设为恒电流模式,每隔10 min提高1 次输出电流,缓慢极化,同时观察管道电位,使大部分参比电极处的管道电位值达到- 0. 780 V,此时输出电压为1. 76 V,输出电流为0. 15 A。

采用恒电流方式稳定运行后,将控制模式改为自动模式,同时设置初始预置电位为- 0. 970 V,每隔10min,观察系统自动调整的结果,记录管道电位,并根据其值,调整预置电位的数值,以保证各个参比电极测量结果都能够稳定在保护范围内,且电源输出平稳。

自动运行数据见表2。图3 为自动模式下的管道电位。由表2 可知,在自动模式下稳定运行后,预置电位为- 1. 000 V时,输出电流约为0. 15 A,前11 个参比电极处管道电位均在- 0. 78 V ~ - 1. 05 V保护范围内,但第12 支参比电极处管道电位维持在- 0. 68 ~ -0. 76 V,未达到保护电位范围。

2. 3改造后调试及使用效果

首次调试并运行6 个月后,测量进出水口管段的第12 支参比电极处管道电位依然未进入保护范围,现将该管道系统分为主保护管段与进出水管段2 个阴极保护区,采用2 套恒电位仪独立控制输出,主保护管段预置电位为- 0. 900 V,输出电压1. 92 V,输出电流0. 782 A; 进出水口管段预置电位为- 0. 850 V,输出电压2. 22 V,输出电流0. 290 A。记录输出电压变化及管道电位测量值,根据其值,调整预置电位的数值,以保证各个参比电极测量值都能够稳定在保护电位范围内,且电源输出平稳。

表3 和图4 为自动模式下管道电位。由表3 与图4 可知,分区阴极保护改造后,主保护管道与进出水口管段全部12 支参比电极处管道电位测量值均在- 0. 78 ~ - 1. 05 V范围内,满足设计要求,表明管道处于有效保护状态。

3 结语

海水管道阴极保护系统的安装质量符合要求; 初次调试时,预置电位为- 1. 000 V,电流输出为0. 15 A,第12 支参比电极处管道电位未进入- 0. 78 ~ - 1. 05 V的保护电位范围; 分区阴极保护改造后,全部参比电极均进入保护电位范围,表明管道处于有效的被保护状态。运行至今,管道电位均处于- 0. 78 ~ - 1. 05 V的保护范围,运行效果良好。

摘要：某核电厂海水管道采用外加电流阴极保护和重防腐蚀涂层联合防护。详细介绍了其阴极保护系统的组成、安装与调试过程;设计出了调试方法,保证其处于保护电位范围内,满足了实际需求。

外加电流 篇5

海洋石油161是我国首座插销式液压自升降生产储油海洋石油161, 是为解决浅海海域边际油田“蜜蜂式采油”开发问题而研制的插销式四桩腿液压升降式海上装置。由于四条桩腿终年处于海水及海洋大气环境中, 长期受到氯化物、硫化物、海洋微生物以及各种阴、阳离子等的腐蚀, 不可避免地要受一定程度的腐蚀, 直接影响到海洋石油161的使用寿命。因此, 对该自安装式采油装置的桩腿水下部分采取外加电流阴极保护防腐措施, 确保在其设计使用年限内的安全及正常使用。但原设计制造在实际使用过程中发现存在一些问题, 急需对存在的问题进行优化、改造, 使其达到真正的保护作用。

2.0 海洋石油161原桩腿外加电流阴极保护装置简介

海洋石油161平台的桩腿外加电流阴极保护系统主要由恒电位仪、阳极电缆、阴极电缆、辅助阳极、电动绞车等部分组成。

2.1 外加电流阴极保护系统原理

所谓阴极保护就是向被保护金属通以一定的直流电, 使被保护的金属成为阴极而得到保护。然而外加电流阴极保护法, 是通过外加电源来提供所需的保护电流。将被保护的金属作阴极, 选用特定材料作为辅助阳极, 从而使被保护金属受到保护的方法。外加电流阴极保护系统是由辅助阳极、参比电极、阳极屏蔽层和直流电源组成。 (1)

2.2 海洋石油161上装腿外加电流阴极保护系统主要组成及特点

1) 主要组成部分

原系统主要由钛基金属氧化物 (MMO) 管状阳极、恒电位仪、锌铝硅参比电极等组成。钛基金属氧化物 (MMO) 管状阳极规格为25mm, 长500mm, 额定输出电流23A。工作电流密度:≤600A/㎡;消耗率:≤5×10-6Kg/ (A·a) ;氧化物层厚度:≥8μm;在额定工作电流密度下的恒电流极化电位:≤1.9V;使用寿命:≥10年。恒电位仪采用绝缘栅双极型晶体管 (IGBT) 恒电位仪, 型号为SLT-02B-01, 主要性能指标为:适用温度:-25℃~+55℃;交流电输入:380V 3相50HZ;直流电输出:100A 18V;手/自动功能转换;限流功能。设计原理单线图如下图1所示, 原建造示意图如图2所示: (2)

TR-恒电位仪RJ-参比电极接线盒R-参比电极SG-阴极AJ-辅助阳极接线盒A-辅助阳极

2) 主要特点

海洋石油161是自升式生产储油装置, 桩腿高度为67m, 参比电极安装在桩腿内部, 连接电缆需从内部上升到桩腿顶端后再沿桩腿下降至固桩室内恒电位仪处。阴极接线柱位置为桩腿顶部, 连接电缆需沿桩腿下降至固桩室内恒电位仪处。如上图1图2所示, 恒电位仪安装在4号固桩室内部、辅助阳极通过负重绳及沉块放入海水中、阳极提升装置为手动绞车布置在每个固桩室顶部。

3.0 原桩腿外加电流阴极保护装置存在的主要问题及分析

3.1 存在的主要问题

阴极电缆、参比电极电缆无法固定。阳极提升装置-手动绞车收放困难。阳极电缆防护等级低、承重绳风阻较大。阴极、参比电极电缆无法满足海洋石油161升降工况要求。参比电极失效。

3.2 对存在问题的分析

1) 海洋石油161正常作业期间, 桩腿顶部到固桩室顶部约有25m左右的高度。阴极电缆、参比电极电缆从桩腿顶部沿桩腿下降至固桩室顶部无法固定;而且与桩腿顶部边缘摩擦而局部破坏, 对人员及设备正常运行造成安全隐患;要解决此问题重新设计此两根电缆的固定方式, 从根本上解决无法固定的问题。但因桩腿本身是可升降式的, 无法采取常规的电缆固定方式-焊接马脚固定电缆。可考虑将电缆固定在钢丝绳上, 钢丝绳固定在桩腿上, 同时钢丝绳具备方便拆装的条件。

2) 原系统辅助阳极提升装置为手摇式绞车, 收放时需较多人工时, 费时费力;而且是高空舷边作业, 安全风险较大。此问题可考虑将手动绞车改为气动或电动形式的绞车, 综合考虑改造的周期及费用, 电动绞车更适合。

3) 原系统阳极电缆为无铠装电缆, 收放时易与承重绳缠绕、摩擦, 造成电缆磨损及收放困难, 严重影响系统的安全、稳定运行;承重绳和阳极电缆在风力较大时所受风阻较大, 可使阳极电缆与海洋石油161边缘摩擦, 损坏电缆。解决此问题可考虑改变辅助阳极的连接方式, 通过一根带有一定拉力强度的电缆连接至辅助阳极, 既保证电流的有效传递、又满足了作为承重绳的强度需求。

4) 原系统阴极、参比电极电缆分别沿各自桩腿经过各自固桩室连接至恒电位仪处, 中间没有接线盒或者连接插座, 海洋石油161升降时必须剪断, 恢复困难 (海洋石油161重新定位后可能造成电缆长度无法满足要求) 、可操作性差;此问题可通过增加接线盒、连接插座的方式解决。

5) 本套系统共有两套参比电极、分别安装在2、3号桩腿中, 系统中使用的参比电极为锌铝硅参比电极, 一套用于控制、一套用于监视。相对于桩腿有效电位范围为0-0.25V, 通过恒电位仪显示面板发现, 恒定电流输出时两个参比电极电位相差较大, 可以初步判断为一个或两个参比电极已失效。此问题如采取更换参比电极的风险很大, 需要人下到桩腿内部最下方, 且需要内部焊接。综合考虑其风险及施工难度因素, 考虑增加一套外部参比电极, 可定期将新增的参比电极投入使用, 监控及调整发散电流, 使其在正常保护电位范围之内。

4.0 对原桩腿外加电流阴极保护系统存在的问题改造

4.1 主要改造内容

1) 固定阴极、参比电极电缆。在桩腿顶部和固桩室上面用槽钢焊接两个钢丝绳支架, 从桩腿顶部到固桩室上面安装一根直径为10mm不锈钢钢丝绳, 利用拆卸方便及可调松紧的花篮螺丝拉紧钢丝绳, 阴极电缆、参比电极电缆固定在钢丝绳上;为了防止电缆在固定桩顶部磨损, 在可能磨损部位增加胶皮套管。

2) 辅助阳极提升装置改为电动提升绞车。为了解决原辅助阳极升降困难及安全问题, 通过现场调研及综合考虑, 在每座固桩室顶部增加1台电动绞车。海洋石油161在各种工况条件下, 如升降海洋石油161、拖航时均可利用电动绞车方便的收放辅助阳极, 保证了该系统及时有效的投入运行状态。

3) 采用新型阳极电缆。原系统中阳极电缆为无铠装电缆且需要借助承重绳连接辅助阳极进入工作状态。本次改造采用的阳极电缆为耐海水腐蚀且具有一定强度的铠装电缆。该电缆内部含有一根钢丝绳, 具有一定的强度, 外部采用耐海水性能较好的绝缘外层, 规格为1*6mm2。改造后的阳极电缆能有效解决原系统中存在的外层磨损、风阻较大的问题;同时也将原来的承重绳取消了, 既方便了整个系统的操作, 又保证了其安全长久运行。

4) 阴极、参比电极电缆增加连接插座。阴极、参比电极到恒电位仪的电缆设置水密防爆插座, 水密防爆插座安装在固桩室顶部。在海洋石油161升降时可方便地断开阴极、参比电极电缆, 大大增加此装置的可操作性。

5) 采用便携式参比电极设置工作电流。原系统中因两个参比电极电位显示值存在较大差异, 怀疑一个或两个已经失效。系统改造调试时采用便携式银/氯化银参比电极测量桩腿电位, 作为恒电位仪输出电流调整依据。若桩腿保护电位达到-0.8~-1.05V (相对于便携式银/氯化银参比电极) , 则保持现有电流输出。如确认原系统参比电极失效, 可备用一套便携式参比电极。

5.0 结束语

海洋石油161是一个自升降式的生产储油装置, 本次改造根据海洋石油161可升降、移动的特点, 将原桩腿外加电流阴极保护装置改造成可回收式的保护装置。有效解决了原系统中存在的阳极收放困难、阴极/参比电极电缆不能固定等主要问题。使得该系统能根据海洋石油161的需要及时的投入/切出运行, 保证了海洋石油161桩腿的防腐要求。

参考文献

【1】曹楚南, 腐蚀电化学.1994, 北京:化学工业出版社.127.

外加电流 篇6

天津港太平洋国际集装箱码头三期工程位于天津港东疆港区。新建码头为钢管桩和预应力混凝土梁板结构, 码头长2300m, 由38个结构段, 由1456根φ1200mm和1708根φ1000mm的钢管桩支承。钢管桩材质为Q345B。

根据码头结构和钢管桩各部位的高程, 该工程的钢管桩处在水位变动区, 海水全浸区和海泥区三个区域。由于码头结构终年处于海水及海洋大气环境中, 长期受到氯化物、硫化物、海洋微生物以及各种阴、阳离子等的腐蚀, 码头结构不可避免地要受一定程度的腐蚀, 直接影响到码头的使用年限和安全。

针对码头钢管桩存在水位变动区、海水全浸区和海泥三个防腐区的实际情况, 通过技术论证和经济比较, 参照国内外有关技术规范和大量成功的实际工程经验, 确定对钢管桩水位变动区和部分海水全浸区采用外加电流阴极保护与长寿命防腐涂层联合保护, 对钢管桩海水全浸区和泥面以下15m部分长度裸露钢管桩采用外加电流阴极保护。[1]

2 阴极保护系统

外加电流阴极保护系统包括辅助阳极、直流电源、参比电极、检测设备和电缆。

2.1 阴极保护主要参数[2]

根据工程整体设计原则, 确定本工程阴极保护最大负电位 (相对于Ag/AgCl参比电极, 下同) 控制在-1.10V以下, 最小负电位确定为-0.80V。各部位保护面积、保护电流密度、保护电流值见表1。

考虑电流余量, 外加电流阴极保护部分实际需要, 总电流为计算电流的1.1倍, 总保护电流为11495A。

2.2 直流电源

本工程采用整流器作为直流电源, 具有技术性能稳定可靠、环境适应性强等特点。根据使用条件、辅助阳极的类型、被保护结构所需电流和保护系统回路电阻, 本工程共安装整流器29台, 每台额定输出电流为450A, 输出电压20V, 能够满足辅助阳极的发出电流需求。

2.3 辅助阳极

本工程的辅助阳极采用复合金属氧化物涂敷钛阳极, 该阳极输出电流密度高, 工作电流密度达500A/m2～1 000 A/m2, 具有良好的电化学性能, 消耗率5×10-6 kg/A·a, 属于不溶型阳极, 设计使用寿命可达50年以上;额定输出电流可达30A以上。

本工程共安装规格为125 mm×1 000mm的阳极464个, 每个阳极额定输出电流25 A以上, 总输出电流11 600A, 大于总保护电流需求。采用区域均匀布置, 并兼顾电场特性, 使保护电流均匀分配到全部被保护钢结构表面。

2.4 参比电极

根据设计原则要求, 每台直流电源需配置3个参比电极, 本工程外加电流阴极保护系统共安装87个永久性银/氯化银参比电极, 可随时对监控数据进行校核, 从而提高监控系统的安全度。

2.5 电连接

钢管桩之间的电连接是实施外加电流阴极保护的重要前提, 是对保护效果有重大影响的隐蔽工程项目, 本工程采用Φ14mm圆钢作为电连接钢筋, 钢筋总长度28500m, 码头各结构段之间的电连接采用U型柔性材料。

3 远程测控系统

远程测控阴极保护系统由测控中心的控制计算机、通讯平台和具备远程测控的阴极保护设备组成。

本工程的整流器可以通过监控系统进行遥控, 通过安装于变压整流器中的信号采集单元, 收集钢管桩保护电位数据以及变压整流器的工作参数, 由控制电缆将收集到的信息传输到集中发射装置, 通过终端计算机接收模块收集并处理各发射装置输出的数据, 控制人员可以通过监控软件, 监测系统工作情况, 并可根据情况, 发出相应的调整指令, 构成了远程测控系统, 这就是本工程监控系统的工作流程, 整个远程测控系统示意图如图1所示。

4 阴极保护运行结果分析

码头阴极保护系统从2006年底开始投入使用, 通过远程监测和定期现场检测的方法对系统进行维护。由于系统较多, 并且全部29个保护单元具有重复性, 因此我们选取1#和6#系统进行说明。

表1中给出了2010年6月份的整流器远程检测数据和现场检测数据

4.1

从表1中数据可以看出全部的参比电极电位均处于正常的保护电位范围-800～-1100中, 6月份的远程监测数据和现场检测数据相比差距不大, 在整流器允许的误差范围内。

4.2

对比6月30日和12月21日数据可知, 12月21日的参比电极保护电位和6月30日的电位相比有了一定幅度的上升, 根据电化学腐蚀原理可知, 温度对于钢结构的腐蚀速度具有影响, 由于温度降低, 导致海水的电阻率升高, 因此钢结构的腐蚀速率下降, 需要的保护电流减小, 因此保护电位在冬季的时候会升高。

5 结语

5.1

码头外加电流阴极保护系统整体运行良好, 监测数据结果表明系统运行稳定。

5.2

全部的参比电极电位均处于规范规定的保护电位范围内, 码头的钢管桩能够得到有效的保护, 腐蚀得到抑制。

5.3

冬季由于温度降低, 钢管桩腐蚀速率减小, 可以适当调低保护电流输出, 使系统在最优化状态运行。

参考文献

[1]胡士信.阴极保护工程手册[M].北京:化学工业出版社, 1999.

[2]JTJ230-2007, 海港工程钢结构防腐蚀技术规定[S].

外加电流 篇7

等离子弧粉末堆焊技术以联合型或转移型等离子弧为热源, 能量密度大, 效率高, 连续工作稳定可靠, 粉末选择范围宽, 涂层厚度及力学性能可灵活调整, 操作维护简单, 生产成本低, 是表面改性技术的重要分支, 已在各机械制造领域获得广泛的应用。电磁作用焊接技术通过电磁搅拌作用, 改变焊接熔池液态金属结晶过程中的传质和传热过程, 从而改变晶粒的结晶方向, 细化一次组织, 减小偏析, 提高焊缝金属的塑性和韧性, 降低气孔、裂纹等焊接缺陷。目前, 外加磁场用于等离子弧堆焊铁基自熔合金粉末的研究已有报道, 而通过外加磁场改善原位合成陶瓷相增强铁基堆焊合金的组织结构和性能的研究鲜见报道[1~3]。

本工作在等离子弧堆焊制备原位合成陶瓷相增强铁基合金时施加纵向磁场, 研究磁场电流对堆焊层组织结构、硬度、耐磨性能的影响规律, 并对纵向磁场的作用机理进行了初步分析和讨论。

1 试验

1.1 基材前处理

基材为20G碳钢, 尺寸为100 mm×80 mm×12mm, 经打磨并用丙酮室温清洗2~3 min, 干燥后备用。

1.2 堆焊

(1) 堆焊合金粉末20%高碳铬铁 (66.7%Cr, 4.0%C) , 25%钛铁 (30%Ti) , 6%石墨 (纯度为99.5%) , 其余为铁粉 (200目, 纯度99%) 。堆焊前采用水玻璃作粘结剂预置在试板表面, 厚度约为3 mm, 晾干后在100℃烘干2 h。

(2) 堆焊装置及工艺参数采用LU500-4型粉末等离子堆焊设备堆焊。固定优化焊接电流160 A, 纵向磁场电流分别为0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5 A, 电源功率50 k W, 电弧电压30 V, 电极直径3.2 mm, 电弧横向摆动频率0.75 Hz, 电弧横向摆动宽度2.2 cm, 焊枪喷嘴距工件表面4.0 mm, 空冷。

1.3 测试分析

利用OLMPUS BX-6型金相显微镜观察堆焊层显微组织。利用HRC-150型洛氏硬度计测量堆焊层表面的硬度。将试块用电火花切割成尺寸56 mm×27mm×11 mm, 在MLS-23型湿砂橡胶轮试验机上进行磨损试验:胶轮直径150 mm, 转速240 r/min, 胶轮表面压力1.5 MPa, 20~50目石英砂, 用砂量1.5 kg;用精度0.1 mg的TG328A型分析天平称重得到m0, 磨损3 min后烘干, 称重得到m1, 计算磨损失重:△m=m0-m1。

2 结果与讨论

2.1 堆焊层的组织结构

图1为不同纵向磁场电流作用下堆焊层的金相显微组织。从图1可以看出:灰色基体上分布着长条状或六边形M7C3复合碳化物以及呈条状或颗粒状的二次碳化物;未施加磁场时堆焊层表面的初生M7C3硬质相粗大杂乱地分布在堆焊层基体中, 既有长条状又有六边形;当外加纵向磁场电流为0.5 A时, 堆焊层中也存在成簇生长的长条状初生M7C3硬质相, 但得到了明显细化;随着磁场电流的增加, 电磁搅拌作用加强, 堆焊层中长条状的M7C3硬质相开始减少, 六边形的M7C3陶瓷硬质相增多, 且分布呈现出均匀化趋势;当磁场电流为2.0 A时, 堆焊层中大量的M7C3陶瓷硬质相基本呈六边形均匀分布在基体中, 且晶粒得到显著细化, 保证了堆焊层具有较高耐磨性能;继续增大磁场电流, 堆焊层中M7C3陶瓷硬质相减少, 重新变为杂乱无章的分布, 且既有长条状又有六边形。

在电磁搅拌作用下, 随着磁场电流的增加, 磁场强度增强, 作用于熔池的电磁力也随之增大, 磁场对熔池的搅拌作用增强。电磁搅拌使树枝晶尖端机械剪断。施加恒定的磁场时, 在固定界面前沿的熔体中存在强制的切向对流, 剧烈的对流使从模壁上冲刷下来的晶核和从枝晶上熔蚀、折断的晶核增多, 这些晶核又可以作为长大的核心。凝固前沿的温度梯度降低, 温度均匀化, 这些作用均能使晶粒增多、组织细化[4]。当磁场强度过大时, 电磁阻尼将会占主导地位, 抑制了熔体自然对流, 使得熔池金属的流动方式由层流变成紊流, 增加了熔池金属的黏度和摩擦阻力, 从而抑制了热量的对流传输, 使温度起伏减小, 过冷度随之减少, 进而使形核的质点和形核率下降, 硬质相的数目减少。

2.2 堆焊层的硬度及耐磨性

图2为堆焊层的硬度和磨损量随纵向磁场电流的变化。从图2可以看出:当纵向磁场电流小于2.0A时, 随着磁场电流的增加, 堆焊层的硬度增加, 磨损量降低;当纵向磁场电流大于2.0 A后, 硬度减小, 磨损量增加;当纵向磁场电流为2.0 A时, 堆焊层硬度最高 (62.5 HRC) , 磨损量最小 (仅为0.104 6 g) 。当纵向磁场电流较低时, 堆焊层中M7C3硬质相较少且多呈长条状分布, 因而耐磨性较低;随着磁场电流增大, M7C3硬质相逐渐增多, 晶粒不断细化且形态逐渐向六边形转变, 表明硬质相呈杆状垂直于被磨面, 材料受力较少, 故能提高材料的耐磨性;当磁场电流为2.0 A时, 六边形M7C3硬质相最多且均匀分布, 因此硬度和磨损量均达到最佳值;随后继续增大纵向磁场电流, 由于堆焊层中M7C3硬质相数量减少, 且重新变为长条状分布, 导致堆焊层的性能随之降低。因此, 最佳纵向磁场电流为2.0 A。

2.3 磁场作用机理

利用交流纵向磁场控制凝固, 磁场与电场交互作用产生电磁搅拌和抑制熔体流动。一方面熔池中的一次结晶方向紊乱, 固液相界面也不光滑, 因而热流方向不一致、不稳定, 这些运动方向不一致的带电熔体中, 电流和感应磁场相互作用产生一定的电磁力, 促使熔体流动, 即发生电磁搅拌;另一方面, 固定的磁场会对液体金属产生电磁阻尼作用, 抑制熔体流动。在适当的磁场强度下, 电磁搅拌起主要作用, 细化一次、二次结晶组织, 改善堆焊层的性能;过大的恒定磁场作用下, 电磁阻尼作用占主导地位, 抑制了熔体的自然对流, 因而抑制了热量的对流传输, 使温度起伏减少, 晶粒变得粗大, 对堆焊层的性能起负面作用。也就是说, 磁场电流过强会使堆焊层的性能下降, 同时随着搅拌速度增加, 机械能向电磁能的转化增大, 电磁搅拌力增大, 熔体运动加剧[5], 在细化晶粒的同时也对堆焊层中的合金元素起到冲淡作用, 抑制碳化物的形成, 从而影响其金属性能。

3 结论

(1) 在外加纵向磁场的作用下, 增加磁场电流时堆焊层中M7C3硬质相逐渐增多, 且逐渐由长条状向六边形转变;当磁场电流为2.0 A时, M7C3硬质相最多且均匀分布, 晶粒得到显著细化, 耐磨性最好;继续增大磁场电流, 电磁阻尼占主导地位, 形核率下降, 晶粒变得粗大, 堆焊层的性能下降。

(2) 只有在磁场参数和焊接规范相匹配的情况下, 通过电磁搅拌细化堆焊层一次、二次结晶组织, 才能获得最佳的耐磨性。

参考文献

[1]刘政军, 陈宏, 刘臣, 等.等离子弧堆焊层的组织与性能的磁场控制[J].焊接学报, 2005, 26 (8) :16~18.

[2]侯清宇, 高甲生.Co-Cr-W系等离子弧堆焊合金层显微结构的研究[J].稀有金属材料与工程, 2004, 33 (11) :1199~1201.

[3]董丽虹, 徐滨士, 朱胜, 等.等离子弧堆焊镍基复合粉末涂层材料[J].焊接学报, 2005, 26 (1) :37~40.

[4]刘政军, 刘景铎, 牟力军, 等.磁场强度对重熔层耐磨性的影响[J].焊接学报, 2001, 22 (5) :73~75.