深(shen)井陽極陰極保護(hu)
簡(jian)介
深井(jing)陽極是深度在(zai)15米(mi)以下(xia)的豎直陽(yang)極(ji)(ji)，主要用(yong)(yong)作(zuo)地(di)(di)表空間狹少(shao)或(huo)者地(di)(di)表土(tu)壤電(dian)阻率高的場合(he)下(xia)的陰(yin)極(ji)(ji)保護(hu)系統陽(yang)極(ji)(ji)，采用(yong)(yong)深井陽(yang)極(ji)(ji)的優點之一(yi)是(shi)陽(yang)極(ji)(ji)距(ju)離被(bei)保護(hu)結構(gou)有一(yi)定(ding)距(ju)離，使保護(hu)電(dian)流的分布更加(jia)均勻，另外(wai)，也會減少(shao)對(dui)(dui)其他埋地(di)(di)金屬(shu)結構(gou)的腐蝕(shi)干擾，為了便于(yu)陽(yang)極(ji)(ji)的安裝(zhuang)，保證工程質(zhi)量，近年發(fa)展的混合(he)金屬(shu)氧化(hua)物陽(yang)極(ji)(ji)串得到了廣(guang)泛(fan)應用(yong)(yong)，本文將(jiang)對(dui)(dui)陽(yang)極(ji)(ji)深井陽(yang)極(ji)(ji)的設計選材安裝(zhuang)進行(xing)介紹。
1、陽極串及電纜
陽極(ji)串(chuan)是將幾支(zhi)混(hun)合(he)金屬(shu)氧化(hua)物(wu)筒狀陽極(ji)固(gu)定在(zai)一根陽極(ji)電(dian)纜上，混(hun)合(he)金屬(shu)氧化(hua)物(wu)陽極(ji)具(ju)有不消(xiao)耗、電(dian)流輸(shu)出大(da)、體積小(xiao)、重量輕的(de)優點，與之相對應(ying)(ying)的(de)陽極(ji)電(dian)纜應(ying)(ying)耐侵(qin)蝕。陽極(ji)工作時，陽極(ji)反應(ying)(ying)會產(chan)生氯(lv)氣并使陽極(ji)電(dian)纜處于酸性介質中(zhong)。因此，陽極(ji)電(dian)纜的(de)絕緣(yuan)(yuan)層要能夠抵抗氯(lv)氣的(de)侵(qin)蝕。經常采用的(de)陽極(ji)電(dian)纜絕緣(yuan)(yuan)層為PVDF/HMWPE 截(jie)面積一(yi)般是8-10mm2
2、土壤(rang)電阻率
土壤電(dian)(dian)阻(zu)(zu)率(lv)在深(shen)井(jing)陽(yang)(yang)極(ji)(ji)(ji)設計中有(you)(you)很大的(de)影(ying)響(xiang)，它(ta)決定陽(yang)(yang)極(ji)(ji)(ji)的(de)用量、陽(yang)(yang)極(ji)(ji)(ji)井(jing)的(de)直徑以(yi)及深(shen)度(du)、電(dian)(dian)源(yuan)設備的(de)功率(lv)等。一般(ban)將陽(yang)(yang)極(ji)(ji)(ji)位置選在土壤電(dian)(dian)阻(zu)(zu)率(lv)低、土質均勻的(de)地點(dian)。電(dian)(dian)阻(zu)(zu)率(lv)有(you)(you)兩種(zhong)方式獲得，一是現(xian)場測試，二是利用現(xian)有(you)(you)的(de)陰極(ji)(ji)(ji)保護系(xi)(xi)統(tong)進行估(gu)算。陽(yang)(yang)極(ji)(ji)(ji)的(de)接(jie)地電(dian)(dian)阻(zu)(zu)一般(ban)占系(xi)(xi)統(tong)電(dian)(dian)阻(zu)(zu)的(de)85%。如(ru)果附近的陰極保護(hu)設施(shi)輸出電壓40V，電流20V，則該系統(tong)的電(dian)阻為2歐姆。陽極的接地(di)電阻為2*0.85=1.7ohm。據此，可根據相應陽極(ji)地(di)床的(de)電(dian)(dian)阻(zu)公式計算出土壤的(de)電(dian)(dian)阻(zu)率(lv)。陽極(ji)接地(di)電(dian)(dian)阻(zu)將直(zhi)接影響(xiang)系(xi)統的(de)運營成本，一般來講，接地(di)電(dian)(dian)阻(zu)不大(da)于0.5歐姆。
3、陽(yang)極井的尺寸
影(ying)響陽極接地電阻的主要因(yin)素是陽極井(jing)深度。考慮陽極井(jing)的直(zhi)徑(jing)時，應充分考慮到排氣管（25mm）。陽極(ji)以(yi)及電纜將占據相當的空(kong)間。因此，陽極(ji)井的直(zhi)徑(jing)一般不小于(yu)200mm。直徑(jing)小(xiao)于(yu)200mm時，應(ying)對陽極(ji)(ji)的安裝進行嚴格控制(zhi)，輸(shu)出電流大時，應(ying)增(zeng)加陽極(ji)(ji)井直徑。
4、回填料的(de)電流密度(du)
陽極井的尺寸不是隨意確定的，它(ta)將受(shou)到(dao)一(yi)系列因素(su)的影響。其(qi)中(zhong)之一(yi)是填料(liao)(liao)與(yu)土壤接觸面(mian)上的電流密度。經驗表明(ming)，對于回填料(liao)(liao)的電流密度要進(jin)行限制，其(qi)原(yuan)因如下：
（1）陽極與土壤之間保(bao)持一定的(de)濕(shi)度，由于電(dian)滲透效應，陰極保(bao)護(hu)電(dian)流(liu)試(shi)圖(tu)將水分蒸干，其程度取(qu)決于土壤類型以及電(dian)流(liu)密度。
（2）陽極反(fan)應消耗水(shui)分(fen)并產生(sheng)氣(qi)體(ti)，氣(qi)體(ti)的(de)積聚或(huo)陽極表(biao)面的(de)干(gan)燥都會加(jia)大陽極的(de)接(jie)地電阻(zu)，氣(qi)體(ti)的(de)產生(sheng)量直(zhi)接(jie)與電流密度(du)有關。
（3）在(zai)特殊情況下，陽(yang)極(ji)與土壤接觸(chu)面的溫度(du)(du)會升高。這也會加快水分的蒸發速度(du)(du)，而溫度(du)(du)又(you)和(he)電(dian)流(liu)密度(du)(du)、土壤導熱性以及陽(yang)極(ji)尺寸(cun)有(you)關。
（4）建(jian)議回填料電流(liu)密(mi)度按下(xia)表選取：
土(tu)壤類型(xing) | 回填料電流密度（MA/m2） |
非常(chang)干燥 | 1.08 |
干燥 | 1.61 |
半(ban)干（在水位線以上(shang)） | 2.15 |
潮濕(shi)（處于地下水位以下） | 3.22 |
開放式陽極井 | 4.95 |
填料電流密度確(que)定(ding)后(hou)，就可以確(que)定(ding)陽極長度了，陽極長度只(zhi)能大于(yu)計算值。
5、回(hui)填(tian)料(liao)的選擇
使用填(tian)(tian)料的(de)目的(de)是(shi)減(jian)少(shao)(shao)陽(yang)極(ji)接地電(dian)阻，由(you)于陽(yang)極(ji)反應轉移到填(tian)(tian)料上，減(jian)少(shao)(shao)陽(yang)極(ji)的(de)消耗、減(jian)少(shao)(shao)氣阻，保(bao)持陽(yang)極(ji)井的(de)形狀。因(yin)此，填(tian)(tian)料應具有(you)低電(dian)阻率(lv)、小粒徑以及高密度是(shi)很(hen)重要的(de)。回填(tian)(tian)料分(fen)為(wei)兩類，即石(shi)油(you)(you)焦炭(tan)(tan)以及冶(ye)金焦碳。建(jian)議采(cai)用石(shi)油(you)(you)焦炭(tan)(tan)，它是(shi)高溫燒(shao)制(zhi)成的(de)，具有(you)良好的(de)導電(dian)性和(he)均勻性。建(jian)議將焦炭(tan)(tan)回填(tian)(tian)料用泵從陽(yang)極(ji)井底部(bu)打入(ru)井中。
回填料的指標：
電(dian)阻率(lv) 10ohm.cm.max
粒徑 通過200-20號篩
含碳量 90%min
密度 1120kg/m3
采用低(di)電(dian)阻率(lv)填(tian)料將減少(shao)陽極(ji)(ji)用量(liang)，在同一地質條件以(yi)及陽極(ji)(ji)尺寸情況下，填(tian)料電(dian)子(zi)率(lv)低(di)，但考(kao)慮到(dao)實際安裝陽極(ji)(ji)時，陽極(ji)(ji)的密封(feng)程度、水含量(liang)等不確定因素。設計時，填(tian)料電(dian)阻率(lv)小取2.0ohm.cm.。填(tian)料顆粒好足(zu)球形(xing)，這種形(xing)狀(zhuang)易于回填(tian)和壓實。另外(wai)，為(wei)了補(bu)充(chong)陽極工作時對填(tian)料的(de)消耗(hao)，填(tian)料長(chang)度一般要低于下面的(de)陽極3米(mi)，高于上面的陽(yang)極3米。
6、排(pai)氣管(guan)
采用排(pai)氣管的目的除(chu)了排(pai)除(chu)氣體(ti)，減(jian)少氣阻外(wai)，它(ta)還可(ke)以用來散發熱量(liang)、回(hui)注水。安裝陽極(ji)時，可(ke)以利用排(pai)氣管輔助陽極(ji)安裝。排(pai)氣管上(shang)的小(xiao)孔(kong)或(huo)狹縫要小(xiao)于填(tian)料粒徑以防止被填(tian)料或(huo)淤(yu)泥阻塞(sai)。推薦排(pai)氣管直徑為25mm，填料柱(zhu)以上的(de)排氣管(guan)沒有專孔(kong)或(huo)狹(xia)縫。
7、定位器
使(shi)用(yong)定(ding)位(wei)(wei)(wei)器(qi)的目的是保證陽(yang)極(ji)處于(yu)填料的部位(wei)(wei)(wei)，填料密(mi)實以及陽(yang)極(ji)工作后，定(ding)位(wei)(wei)(wei)器(qi)將很快給腐蝕掉，一般(ban)一根陽(yang)極(ji)安裝(zhuang)兩個定(ding)位(wei)(wei)(wei)器(qi)。
8、陽(yang)極串(chuan)配重
為了使陽(yang)極串順(shun)利的下降到陽(yang)極的底部(bu)，在陽(yang)極串底部(bu)要連接一(yi)個(ge)重(zhong)物，通常是混泥土重(zhong)塊，重(zhong)量(liang)在5-7公斤之(zhi)間。將此重物用(yong)塑料繩與陽(yang)極(ji)串底部連(lian)接，距離底部陽(yang)極(ji)下(xia)端3-4米。
9、套管
套管不僅為陽(yang)極(ji)井提供(gong)支(zhi)撐作(zuo)用，方(fang)便陽(yang)極(ji)串安裝，同時(shi)可以限制陰極(ji)保護電流從近地(di)表釋放。套管的長度、材(cai)質、高出地(di)表的距離取決于陽(yang)極(ji)井類型以及(ji)土質條件(jian)。
10、不導電填料
采用(yong)不(bu)導電填料的(de)目的(de)是(shi)減少(shao)陰極保(bao)護電流在近地表處釋(shi)放。通(tong)常用(yong)礫石、粗(cu)砂回(hui)填陽(yang)極柱上方的(de)陽(yang)極井。
11、電源(yuan)設備
計算出(chu)陽極的(de)(de)接地電(dian)阻后，就可以根據保(bao)護(hu)電(dian)流確定整流器的(de)(de)功率(lv)。需要注意的(de)(de)是陽極接地電(dian)阻一般只占整個陰極保(bao)護(hu)系統電(dian)阻的(de)(de)85%，處于(yu)焦炭回填料中的陽極具有2伏的反電動勢。選取設備(bei)容量時，還要予留15%的余量(liang)。當幾個陽(yang)極(ji)共用一臺整流設(she)備時，要經過可調電阻將陽(yang)極(ji)電纜與設(she)備連接(jie)。
12、陽極的安裝
1）安裝套管(guan)：打完陽極井后(hou)，首先安裝6米的塑料套(tao)管(guan)。該(gai)套(tao)管(guan)位于陽極(ji)(ji)井頂部(bu)，其直(zhi)徑要比(bi)陽極(ji)(ji)井大(da)5-6厘米。建議將此套管留在(zai)陽極井中(zhong)。
2）井(jing)下試驗(yan)：建議進行陽(yang)(yang)(yang)極(ji)井(jing)沿(yan)深度(du)方向的電阻(zu)測(ce)試，以確(que)定佳(jia)陽(yang)(yang)(yang)極(ji)安放位置，從而減少(shao)接(jie)地電阻(zu)。測(ce)量時，將陽(yang)(yang)(yang)極(ji)井(jing)充滿水，測(ce)量輔助陽(yang)(yang)(yang)極(ji)與被保護結構之間的電阻(zu)。
3）陽(yang)極井清理：用清水將泥漿置換(huan)出。
4）安裝陽極(ji)：將(jiang)排氣(qi)管(guan)平放在地面上，將(jiang)其底部封(feng)住。將(jiang)陽極(ji)串靠(kao)近排氣(qi)管(guan)平放，排氣(qi)管(guan)的下(xia)(xia)端部超出底部陽極(ji)下(xia)(xia)端0.5米。
5）用塑料繩將配重塊連(lian)接到下部的陽極，距離陽極下端部3米。對(dui)于復(fu)式電纜的陽極(ji)串，配(pei)重塊連(lian)接到電纜上，距離底部陽極(ji)下端3.5米。
6）將陽極串排(pai)氣(qi)管、電纜固定(ding)在一起。此時(shi)，在陽極上安裝定(ding)位器(qi)。陽極電纜每隔2米(mi)用膠(jiao)帶與排氣管固(gu)定一次。固(gu)定陽極時，陽極距(ju)離(li)(li)排氣管的距(ju)離(li)(li)為5-7厘米。
7）將填料(liao)注入管下(xia)(xia)放到陽極(ji)井底部，或(huo)在安裝陽極(ji)串的(de)同時(shi)下(xia)(xia)放注料(liao)管。下(xia)(xia)放陽極(ji)串/排(pai)氣管。陽極(ji)串定位后(hou)，快速(su)固定好陽極(ji)電(dian)纜。
8）用泵將(jiang)(jiang)填(tian)料(liao)(liao)打入陽(yang)極井，此(ci)操作一旦(dan)開始，中途將(jiang)(jiang)不能停(ting)止，直到填(tian)料(liao)(liao)填(tian)充完(wan)畢。從陽(yang)極井的底部注入填(tian)料(liao)(liao)，將(jiang)(jiang)避(bi)免產生空隙，填(tian)壓不實(shi)等問題出現(xian)。用粗砂或礫石將(jiang)(jiang)填(tian)料(liao)(liao)上部的空間填(tian)滿(man)。
9）高出地(di)表的套管要加蓋帽，蓋帽下面的套管部分要轉(zhuan)出很多直徑(jing)6.35mm的小孔，以利于氣體(ti)排放。
10)排氣(qi)管上端要加蓋(gai)濾帽，防止昆(kun)蟲進入(ru)。
