深井陽(yáng)極陰極保護(hù)
簡(jiǎn)介
深井陽(yáng)極是深度在15米以下的豎直陽(yáng)極，主要用作地表空間狹少或者地表土壤電阻率高的場(chǎng)合下的陰極保護(hù)系統(tǒng)陽(yáng)極，采用深井陽(yáng)極的優(yōu)點(diǎn)之一是陽(yáng)極距離被保護(hù)結(jié)構(gòu)有一定距離，使保護(hù)電流的分布更加均勻，另外，也會(huì)減少對(duì)其他埋地金屬結(jié)構(gòu)的腐蝕干擾，為了便于陽(yáng)極的安裝，保證工程質(zhì)量，近年發(fā)展的混合金屬氧化物陽(yáng)極串得到了廣泛應(yīng)用，本文將對(duì)陽(yáng)極深井陽(yáng)極的設(shè)計(jì)選材安裝進(jìn)行介紹。
1、陽(yáng)極串及電纜
陽(yáng)極串是將幾支混合金屬氧化物筒狀陽(yáng)極固定在一根陽(yáng)極電纜上，混合金屬氧化物陽(yáng)極具有不消耗、電流輸出大、體積小、重量輕的優(yōu)點(diǎn)，與之相對(duì)應(yīng)的陽(yáng)極電纜應(yīng)耐侵蝕。陽(yáng)極工作時(shí)，陽(yáng)極反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生氯氣并使陽(yáng)極電纜處于酸性介質(zhì)中。因此，陽(yáng)極電纜的絕緣層要能夠抵抗氯氣的侵蝕。經(jīng)常采用的陽(yáng)極電纜絕緣層為PVDF/HMWPE 截面積一般是8-10mm2
2、土壤電阻率
土壤電阻率在深井陽(yáng)極設(shè)計(jì)中有很大的影響，它決定陽(yáng)極的用量、陽(yáng)極井的直徑以及深度、電源設(shè)備的功率等。一般將陽(yáng)極位置選在土壤電阻率低、土質(zhì)均勻的地點(diǎn)。電阻率有兩種方式獲得，一是現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，二是利用現(xiàn)有的陰極保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行估算。陽(yáng)極的接地電阻一般占系統(tǒng)電阻的85%。如果附近的陰極保護(hù)設(shè)施輸出電壓40V，電流20V，則該系統(tǒng)的電阻為2歐姆。陽(yáng)極的接地電阻為2*0.85=1.7ohm。據(jù)此，可根據(jù)相應(yīng)陽(yáng)極地床的電阻公式計(jì)算出土壤的電阻率。陽(yáng)極接地電阻將直接影響系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)成本，一般來(lái)講，接地電阻不大于0.5歐姆。
3、陽(yáng)極井的尺寸
影響陽(yáng)極接地電阻的主要因素是陽(yáng)極井深度。考慮陽(yáng)極井的直徑時(shí)，應(yīng)充分考慮到排氣管（25mm）。陽(yáng)極以及電纜將占據(jù)相當(dāng)?shù)目臻g。因此，陽(yáng)極井的直徑一般不小于200mm。直徑小于200mm時(shí)，應(yīng)對(duì)陽(yáng)極的安裝進(jìn)行嚴(yán)格控制，輸出電流大時(shí)，應(yīng)增加陽(yáng)極井直徑。
4、回填料的電流密度
陽(yáng)極井的尺寸不是隨意確定的，它將受到一系列因素的影響。其中之一是填料與土壤接觸面上的電流密度。經(jīng)驗(yàn)表明，對(duì)于回填料的電流密度要進(jìn)行限制，其原因如下：
（1）陽(yáng)極與土壤之間保持一定的濕度，由于電滲透效應(yīng)，陰極保護(hù)電流試圖將水分蒸干，其程度取決于土壤類(lèi)型以及電流密度。
（2）陽(yáng)極反應(yīng)消耗水分并產(chǎn)生氣體，氣體的積聚或陽(yáng)極表面的干燥都會(huì)加大陽(yáng)極的接地電阻，氣體的產(chǎn)生量直接與電流密度有關(guān)。
（3）在特殊情況下，陽(yáng)極與土壤接觸面的溫度會(huì)升高。這也會(huì)加快水分的蒸發(fā)速度，而溫度又和電流密度、土壤導(dǎo)熱性以及陽(yáng)極尺寸有關(guān)。
（4）建議回填料電流密度按下表選?。?/span>
土壤類(lèi)型 | 回填料電流密度（MA/m2） |
非常干燥 | 1.08 |
干燥 | 1.61 |
半干（在水位線(xiàn)以上） | 2.15 |
潮濕（處于地下水位以下） | 3.22 |
開(kāi)放式陽(yáng)極井 | 4.95 |
填料電流密度確定后，就可以確定陽(yáng)極長(zhǎng)度了，陽(yáng)極長(zhǎng)度只能大于計(jì)算值。
5、回填料的選擇
使用填料的目的是減少陽(yáng)極接地電阻，由于陽(yáng)極反應(yīng)轉(zhuǎn)移到填料上，減少陽(yáng)極的消耗、減少氣阻，保持陽(yáng)極井的形狀。因此，填料應(yīng)具有低電阻率、小粒徑以及高密度是很重要的?；靥盍戏譃閮深?lèi)，即石油焦炭以及冶金焦碳。建議采用石油焦炭，它是高溫?zé)瞥傻?，具有良好的?dǎo)電性和均勻性。建議將焦炭回填料用泵從陽(yáng)極井底部打入井中。
回填料的指標(biāo)：
電阻率 10ohm.cm.max
粒徑 通過(guò)200-20號(hào)篩
含碳量 90%min
密度 1120kg/m3
采用低電阻率填料將減少陽(yáng)極用量，在同一地質(zhì)條件以及陽(yáng)極尺寸情況下，填料電子率低，但考慮到實(shí)際安裝陽(yáng)極時(shí)，陽(yáng)極的密封程度、水含量等不確定因素。設(shè)計(jì)時(shí)，填料電阻率小取2.0ohm.cm.。填料顆粒好足球形，這種形狀易于回填和壓實(shí)。另外，為了補(bǔ)充陽(yáng)極工作時(shí)對(duì)填料的消耗，填料長(zhǎng)度一般要低于下面的陽(yáng)極3米，高于上面的陽(yáng)極3米。
6、排氣管
采用排氣管的目的除了排除氣體，減少氣阻外，它還可以用來(lái)散發(fā)熱量、回注水。安裝陽(yáng)極時(shí)，可以利用排氣管輔助陽(yáng)極安裝。排氣管上的小孔或狹縫要小于填料粒徑以防止被填料或淤泥阻塞。推薦排氣管直徑為25mm，填料柱以上的排氣管沒(méi)有專(zhuān)孔或狹縫。
7、定位器
使用定位器的目的是保證陽(yáng)極處于填料的部位，填料密實(shí)以及陽(yáng)極工作后，定位器將很快給腐蝕掉，一般一根陽(yáng)極安裝兩個(gè)定位器。
8、陽(yáng)極串配重
為了使陽(yáng)極串順利的下降到陽(yáng)極的底部，在陽(yáng)極串底部要連接一個(gè)重物，通常是混泥土重塊，重量在5-7公斤之間。將此重物用塑料繩與陽(yáng)極串底部連接，距離底部陽(yáng)極下端3-4米。
9、套管
套管不僅為陽(yáng)極井提供支撐作用，方便陽(yáng)極串安裝，同時(shí)可以限制陰極保護(hù)電流從近地表釋放。套管的長(zhǎng)度、材質(zhì)、高出地表的距離取決于陽(yáng)極井類(lèi)型以及土質(zhì)條件。
10、不導(dǎo)電填料
采用不導(dǎo)電填料的目的是減少陰極保護(hù)電流在近地表處釋放。通常用礫石、粗砂回填陽(yáng)極柱上方的陽(yáng)極井。
11、電源設(shè)備
計(jì)算出陽(yáng)極的接地電阻后，就可以根據(jù)保護(hù)電流確定整流器的功率。需要注意的是陽(yáng)極接地電阻一般只占整個(gè)陰極保護(hù)系統(tǒng)電阻的85%，處于焦炭回填料中的陽(yáng)極具有2伏的反電動(dòng)勢(shì)。選取設(shè)備容量時(shí)，還要予留15%的余量。當(dāng)幾個(gè)陽(yáng)極共用一臺(tái)整流設(shè)備時(shí)，要經(jīng)過(guò)可調(diào)電阻將陽(yáng)極電纜與設(shè)備連接。
12、陽(yáng)極的安裝
1）安裝套管：打完陽(yáng)極井后，首先安裝6米的塑料套管。該套管位于陽(yáng)極井頂部，其直徑要比陽(yáng)極井大5-6厘米。建議將此套管留在陽(yáng)極井中。
2）井下試驗(yàn)：建議進(jìn)行陽(yáng)極井沿深度方向的電阻測(cè)試，以確定佳陽(yáng)極安放位置，從而減少接地電阻。測(cè)量時(shí)，將陽(yáng)極井充滿(mǎn)水，測(cè)量輔助陽(yáng)極與被保護(hù)結(jié)構(gòu)之間的電阻。
3）陽(yáng)極井清理：用清水將泥漿置換出。
4）安裝陽(yáng)極：將排氣管平放在地面上，將其底部封住。將陽(yáng)極串靠近排氣管平放，排氣管的下端部超出底部陽(yáng)極下端0.5米。
5）用塑料繩將配重塊連接到下部的陽(yáng)極，距離陽(yáng)極下端部3米。對(duì)于復(fù)式電纜的陽(yáng)極串，配重塊連接到電纜上，距離底部陽(yáng)極下端3.5米。
6）將陽(yáng)極串排氣管、電纜固定在一起。此時(shí)，在陽(yáng)極上安裝定位器。陽(yáng)極電纜每隔2米用膠帶與排氣管固定一次。固定陽(yáng)極時(shí)，陽(yáng)極距離排氣管的距離為5-7厘米。
7）將填料注入管下放到陽(yáng)極井底部，或在安裝陽(yáng)極串的同時(shí)下放注料管。下放陽(yáng)極串/排氣管。陽(yáng)極串定位后，快速固定好陽(yáng)極電纜。
8）用泵將填料打入陽(yáng)極井，此操作一旦開(kāi)始，中途將不能停止，直到填料填充完畢。從陽(yáng)極井的底部注入填料，將避免產(chǎn)生空隙，填壓不實(shí)等問(wèn)題出現(xiàn)。用粗砂或礫石將填料上部的空間填滿(mǎn)。
9）高出地表的套管要加蓋帽，蓋帽下面的套管部分要轉(zhuǎn)出很多直徑6.35mm的小孔，以利于氣體排放。
10)排氣管上端要加蓋濾帽，防止昆蟲(chóng)進(jìn)入。
