在牺牲阳极法阴极保护中,确定牺牲阳极的数量和布置位置需要综合考虑多个因素,以下是具体方法:
确定牺牲阳极数量·计算保护电流需求:首先要明确被保护金属的表面积A(单位:平方米)。然后依据被保护金属所处的环境和材质,通过相关标准或实验数据获取对应的保护电流密度I(单位:㎡)。保护电流需求需求(单位:A)的计算公式为需求。也可根据经验数据估算,如普通土壤环境中的埋地钢质管道,保护电流密度平均值取100mA/m2,若管道表面积为100m2,则保护电流需求约为10A。
·计算阳极输出电流:不同类型的牺牲阳极,其理论输出电流可根据自身电化学性能参数计算。以镁合金牺牲阳极为例,有相应的计算公式。并且一般认为镁合金牺牲阳极的实际输出电流约为理论输出电流的70%−80%2。
·考虑阳极消耗和备用量:根据牺牲阳极的消耗率(单位:・年)计算在设计使用寿命内每个牺牲阳极的消耗量,再依据单个牺牲阳极的质量确定所需总数。同时,通常设置10%−20%的备用阳极。
·得出阳极数量:用保护电流需求除以单支阳极的实际输出电流,得到所需牺牲阳极的初步数量。再结合备用阳极的比例要求,终确定牺牲阳极的数量。例如,储罐内壁牺牲阳极设计中,根据罐内浸水面积计算保护面积S,选定保护电流密度Ia计算保护电流I=S×Ia,确定保护年限后,根据阳极使用寿命公式T=0.85W/ωI计算所需阳极总量,再根据阳极单支数量Ia,通过公式N=f×IA/Ia计算阳极支数,其中f为备用系数,取2−3倍。
确定牺牲阳极布置位置·距离被保护对象:牺牲阳极应安装在距离被保护金属结构一定距离处,通常距离在0.3米至7米之间。对于埋地管道,阳极坑一般挖设在管道两侧或周围,水平距离管道外壁1至3米,小不宜小于0.5米,以确保整个被保护对象都能得到有效保护。
·埋设深度:阳极的埋设深度应大于1米,且不低于被保护对象的深度。在地下水位低于3米的干燥地带,阳极埋设深度应适当加深;在寒冷地区,阳极必须埋设在冰冻线以下;在河流中,阳极应埋设在河床的部位,以防洪水冲刷和挖沙清淤时被损坏。
·分布均匀性:阳极应均匀分布,以保证保护电流能够均匀覆盖整个被保护对象。例如在管道上,可采用单支或集中成组两种分布方式,同一组阳极宜采用同一批号或开路电位相近的,成组埋设时,阳极间距以2至3米为宜。
·特殊位置考虑:在一些特殊部位,如定向钻的穿越出入土点,当牺牲阳极保护半径不够时,可增加阳极数量或增大阳极规格;对储罐底板外侧进行阴极保护时,尽量使阳极靠近储罐底板中心位置;对于有防渗膜的储罐,阳极要安装在防渗膜内部;船舶的牺牲阳极则需根据船体结构特点,均匀对称地布置在舭龙骨和舭龙骨前后的流线上,螺旋桨和舵所需的牺牲阳极应均匀布置在尾部船壳板及舵上。
·避免干扰:布置阳极时,要注意阳极与管道之间不应有金属构筑物,避免电流分布不均或出现杂散电流干扰。