專(zhuān)利名稱(chēng)：異型截面犧牲陽(yáng)極的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及陰極保護(hù)裝置，尤其涉及一種海洋工程結(jié)構(gòu)物陰極保護(hù)中使 用的異型截面犧牲陽(yáng)極。
背景技術(shù)：
海洋工程結(jié)構(gòu)物陰極保護(hù)裝置中使用的犧牲陽(yáng)極多為鋁基、鋅基或者鎂 基陽(yáng)極。由于海洋工程結(jié)構(gòu)物處于海洋環(huán)境中的不同區(qū)域均會(huì)發(fā)生不同程度 的腐蝕，這些腐蝕大部分為電化學(xué)腐蝕。例如在潮差區(qū)、飛濺區(qū)和大氣區(qū)的 海洋結(jié)構(gòu)，均承受不同區(qū)域、不同程度的腐蝕。
為了保護(hù)海洋結(jié)構(gòu)物免受腐蝕，幾乎所有海洋結(jié)構(gòu)物都采用陰極保護(hù)方 式來(lái)防止腐蝕的發(fā)生和發(fā)展。在海洋環(huán)境中的全浸區(qū)，陰極保護(hù)裝置一般分 為外加電流陰極保護(hù)和犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)兩種，目前大量采用的是犧牲陽(yáng)極 陰極保護(hù)裝置，犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)裝置主要由均勻布置在結(jié)構(gòu)物上的犧牲陽(yáng) 極組成，犧牲陽(yáng)極被焊接到被保護(hù)結(jié)構(gòu)物上，通過(guò)犧牲陽(yáng)極本身的消耗為結(jié) 構(gòu)物提供保護(hù)。其優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)和施工簡(jiǎn)單，不需要維護(hù)，保護(hù)效果好。
海洋工程結(jié)構(gòu)物陰極保護(hù)裝置設(shè)計(jì)的保護(hù)電流密度是根據(jù)結(jié)構(gòu)物陰極保 護(hù)的初期、中期和后期的不同階段而分別設(shè)計(jì)不同的數(shù)值。在陰極保護(hù)初期， 結(jié)構(gòu)物表面為裸鋼，這個(gè)時(shí)候結(jié)構(gòu)表面還沒(méi)有形成鈣質(zhì)沉積層，因此初期極 化需要犧牲陽(yáng)極能夠產(chǎn)生較大電流以加速結(jié)構(gòu)物的極化，加快轉(zhuǎn)質(zhì)沉積層的 形成，以使結(jié)構(gòu)物在較短時(shí)間內(nèi)可以極化到保護(hù)電位；初期極化后的穩(wěn)定陰 極保護(hù)期間為維持期，該維持期需要的保護(hù)電流密度較小，因?yàn)樵诔跗诘拇?電流極化以后，結(jié)構(gòu)物表面已經(jīng)形成鈣質(zhì)沉積層，這時(shí)所需要的保護(hù)電流密 度較小。
常規(guī)截面犧牲陽(yáng)極多為梯形截面或矩形截面，這種截面的陽(yáng)極表面積在 不同的保護(hù)階段表面積變化很小，不能根據(jù)不同階段電流密度的要求提供電 流，而異型截面的陽(yáng)極，在初期表面積較大，可以提供較大的電流，縮短初 期極化時(shí)間，提高犧牲陽(yáng)極在整個(gè)服役期間的使用效率，確保結(jié)構(gòu)物的有效 保護(hù)。
3如圖l、圖1A所示，為現(xiàn)有海洋結(jié)構(gòu)物陰極保護(hù)裝置中使用的犧牲陽(yáng)極 結(jié)構(gòu)以及陽(yáng)極體的截面形狀，主要包括陽(yáng)極體和圓形陽(yáng)極芯，陽(yáng)極體和圓形 陽(yáng)極芯通過(guò)澆鑄結(jié)合成犧牲陽(yáng)極，該陽(yáng)極體的截面形狀為梯形。這種截面的 陽(yáng)極表面積較小，因此在陰極保護(hù)不同的保護(hù)階段表面積變化很小，特別是 在陰極保護(hù)初期不能有效地提供較大電流加速極化，因此有待改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有陽(yáng)極存在的上述缺點(diǎn)，提供一種異型截 面犧牲陽(yáng)極，包括異型截面的陽(yáng)極體和圓形陽(yáng)極芯，由于異型截面的陽(yáng)極較 大地增加了陽(yáng)極在初始極化階段的表面積，使得異型陽(yáng)極在初始階段能產(chǎn)生 較大的電流，能使被保護(hù)結(jié)構(gòu)在初期快速達(dá)到極化，同時(shí)由于異型截面陽(yáng)極 的臺(tái)型結(jié)構(gòu)部分相對(duì)較薄，在加速初期極化被消耗后，陽(yáng)極的截面基本上恢 復(fù)到梯形截面從而維持中期的穩(wěn)定極化。通過(guò)加速初期極化，使得結(jié)構(gòu)物表 面快速形成鈣質(zhì)沉積層，使得中后期的保護(hù)電流降低，從而整體上降低了犧 牲陽(yáng)極的用量，降低海洋工程陰極保護(hù)系統(tǒng)的造價(jià)。
本發(fā)明異型截面犧牲陽(yáng)極，包括陽(yáng)極體和圓形陽(yáng)極芯；其特征在于，所 述陽(yáng)極體截面形狀為梯形體底部延伸臺(tái)形體的異型體。
前述的異型截面犧牲陽(yáng)極，其中梯形體底部延伸的臺(tái)形體為一體成型。 前述的異型截面犧牲陽(yáng)極，其中陽(yáng)極體為鋁基、鋅基或者鎂基陽(yáng)極體。 本發(fā)明異型截面犧牲陽(yáng)極的有益效果，其包括異型截面的陽(yáng)極體和圓形 陽(yáng)極芯，增加了異型截面的陽(yáng)極體的表面積，因此能使陰極保護(hù)初期快速達(dá) 到極化，提高結(jié)構(gòu)物陰極保護(hù)裝置使用效果，節(jié)省犧牲陽(yáng)極的用量，降低海 洋工程陰極保護(hù)系統(tǒng)的造價(jià)。


圖1為現(xiàn)有常規(guī)犧牲陽(yáng)極結(jié)構(gòu)示意圖。 圖1A為現(xiàn)有常規(guī)犧牲陽(yáng)極橫截面結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2為本發(fā)明異型截面犧牲陽(yáng)極結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2A為本發(fā)明異型截面犧牲陽(yáng)極橫截面結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3為現(xiàn)有常規(guī)截面犧牲陽(yáng)極和異型截面犧牲陽(yáng)極截面尺寸對(duì)比圖。 圖中主要標(biāo)號(hào)說(shuō)明1犧牲陽(yáng)極體、2陽(yáng)極芯、3常規(guī)犧牲陽(yáng)極橫截面、3' 異型犧牲陽(yáng)極橫截面、a常規(guī)陽(yáng)極梯形截面上底寬、a '異型陽(yáng)極梯形截面上底寬、b常規(guī)陽(yáng)極梯形截面下底寬、b'異型陽(yáng)極梯形截面下底寬、c常規(guī) 陽(yáng)極和異型陽(yáng)極梯形截面高、c'異型陽(yáng)極截面上底至臺(tái)形底面的高、d'異 型陽(yáng)極臺(tái)形底面的寬。
具體實(shí)施例方式
參閱圖2、圖2A所示，本發(fā)明異型截面犧牲陽(yáng)極，其包括陽(yáng)極體l和圓 形陽(yáng)極芯2;其改進(jìn)之處在于，該陽(yáng)極體l的截面形狀為梯形體底部延伸臺(tái)形 體的異型體；該梯形體底部延伸的臺(tái)形體為一體成型；陽(yáng)極體1為鋁基、鋅 基或者鎂基陽(yáng)極體。
本發(fā)明異型截面犧牲陽(yáng)極的制備，先預(yù)制截面形狀為梯形體底部延伸臺(tái) 形體的陽(yáng)極體模具，再在預(yù)制的陽(yáng)極體模具中放置圓管形的陽(yáng)極芯，然后進(jìn) 行澆鑄，使陽(yáng)極芯和陽(yáng)極體結(jié)合成一體，且陽(yáng)極體的截面形狀為梯形體底部 延伸臺(tái)形體的異型截面；澆鑄材料可以是鋁材、鋅材或者鎂材，制備成鋁基、 鋅基或者鎂基的陽(yáng)極體。
本發(fā)明異型截面犧牲陽(yáng)極通過(guò)焊接方式而固定到被保護(hù)結(jié)構(gòu)物上，當(dāng)被 保護(hù)結(jié)構(gòu)物安裝到海洋環(huán)境中，犧牲陽(yáng)極就會(huì)使結(jié)構(gòu)物極化從而起到陰極保 護(hù)作用。
根據(jù)電化學(xué)原理，犧牲陽(yáng)極的發(fā)生電流是與陽(yáng)極體的表面積成正比的。 為了在陰極保護(hù)初期能夠發(fā)出較大的極化電流，本發(fā)明異型截面犧牲陽(yáng)極的 設(shè)計(jì)是依據(jù)該原理，在陽(yáng)極體的體積不變情況下，增大了陽(yáng)極體初期的表面 積，通過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算確定陽(yáng)極體的表面積在陰極保護(hù)初期能夠發(fā)出較大的極化 電流，達(dá)到加速初期極化速度的目的。如圖3所示，為了方便對(duì)比，沒(méi)有考 慮陽(yáng)極芯，因?yàn)橄嗤年?yáng)極芯在長(zhǎng)度不變的情況下，體積對(duì)極化電流的影響 是相同的。
將常規(guī)截面陽(yáng)極的兩邊各減少一部分(如圖3所示陽(yáng)極上部陰影部分) 放到底部?jī)啥艘砭壭纬上虏颗_(tái)形截面，在常規(guī)截面陽(yáng)極和本發(fā)明異型截面陽(yáng) 極的體積V和長(zhǎng)度L都不變的情況下，增加異型截面犧牲陽(yáng)極的表面積，使 陽(yáng)極初期發(fā)生電流增大從而滿足加快結(jié)構(gòu)極化的目的，證明如下-
艮卩 <formula>formula see original document page 5</formula>常規(guī)陽(yáng)極周長(zhǎng)S = fl + 6 + 2」c2 +
2
異型陽(yáng)極周長(zhǎng)S'="(2W-6')+2lC2
+
2
常規(guī)陽(yáng)極接水電阻i = ^
丄工
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異型陽(yáng)極接水電阻i '
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L"--L"--丄w」—1
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因?yàn)镻， L不變，則K^^ &=8"
d， lw^^ — 1
則_^_
^丄"』
以上公式中 L:陽(yáng)極長(zhǎng)度
a:常規(guī)陽(yáng)極梯形截面上底寬
b:常規(guī)陽(yáng)極梯形截面下底寬
C:常規(guī)陽(yáng)極和異型陽(yáng)極梯形截面高
S:常規(guī)陽(yáng)極周長(zhǎng)
R:常規(guī)陽(yáng)極接水電阻
a':異型陽(yáng)極梯形截面上底寬
b':異型陽(yáng)極梯形截面下底寬
6C':異型陽(yáng)極截面上底至臺(tái)形底面的高 d':異型陽(yáng)極臺(tái)形底面的寬 S':異型截面陽(yáng)極周長(zhǎng) R':異型截面陽(yáng)極接水電阻 P :海水電阻率 Id、 K2 :為常數(shù) Ln:對(duì)數(shù)。 具體舉例如下
設(shè)有一常規(guī)截面犧牲陽(yáng)極，尺寸為 a=30cm b二40cm c=24cm L=200cm
同樣長(zhǎng)度和體積的異型截面犧牲陽(yáng)極，尺寸為 a， =22cm b， 二32cm d， =80cm c， 二20cm L=200cm 海水的電阻率均為P=25Q*cm 則
(a - a')x c'= (30 - 22)x 20 = 160cw2 (a '-6)x (c _ c〕 = (80 _ 40)x (24 - 20) = 160cm2 滿足截面不變(即體積不變)的要求；
常規(guī)陽(yáng)極周長(zhǎng)5 = 30 + 40 + 2
、2
=119.03cm
異型陽(yáng)極周長(zhǎng)S'=22 + (2x80-32)+2」242 +(^二^、2
=199.03c/w
常規(guī)陽(yáng)極和異型陽(yáng)極周長(zhǎng)比 = 0.598
常規(guī)陽(yáng)極接水電阻i = 0.0199
f 懇 ，
L"--1
119.03
=0.05458異型陽(yáng)極接水電阻i '=0.0199
丄，爿 199.03
=0.04435
異型陽(yáng)極和常規(guī)陽(yáng)極接水電阻比;=0.8126
從圖3所示以及公式計(jì)算結(jié)果可知，本發(fā)明異型截面犧牲陽(yáng)極在長(zhǎng)度和 重量不變的前提下，表面積增大了近60%，接水電阻減小了 18.7%，異型截面 犧牲陽(yáng)極發(fā)生電流增加了 23. 07%。
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上 的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等 同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
8
權(quán)利要求
1、一種異型截面犧牲陽(yáng)極，包括陽(yáng)極體和圓形陽(yáng)極芯；其特征在于，所述陽(yáng)極體截面形狀為梯形體底部延伸臺(tái)形體的異型體。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的異型截面犧牲陽(yáng)極，其特征在于，所述梯形體 底部延伸的臺(tái)形體為一體成型。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的異型截面犧牲陽(yáng)極，其特征在于，所述陽(yáng)極體 為鋁基、鋅基或者鎂基陽(yáng)極體。
全文摘要
本發(fā)明提供一種異型截面犧牲陽(yáng)極，包括陽(yáng)極體和圓形陽(yáng)極芯；其改進(jìn)之處在于，陽(yáng)極體截面形狀為梯形體底部延伸臺(tái)形體的異型體；能使陰極保護(hù)初期快速達(dá)到極化，讓結(jié)構(gòu)物陰極保護(hù)裝置使用效果提高，節(jié)省犧牲陽(yáng)極的用量，降低海洋工程陰極保護(hù)系統(tǒng)的造價(jià)。
文檔編號(hào)C23F13/00GK101463479SQ20071017974
公開(kāi)日2009年6月24日 申請(qǐng)日期2007年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月18日
發(fā)明者王慶璋, 陸長(zhǎng)山 申請(qǐng)人:中國(guó)海洋石油總公司;海洋石油工程股份有限公司