专利名称：异型截面牺牲阳极的制作方法
技术领域：
本发明涉及阴极保护装置，尤其涉及一种海洋工程结构物阴极保护中使 用的异型截面牺牲阳极。
背景技术：
海洋工程结构物阴极保护装置中使用的牺牲阳极多为铝基、锌基或者镁 基阳极。由于海洋工程结构物处于海洋环境中的不同区域均会发生不同程度 的腐蚀，这些腐蚀大部分为电化学腐蚀。例如在潮差区、飞溅区和大气区的 海洋结构，均承受不同区域、不同程度的腐蚀。
为了保护海洋结构物免受腐蚀，几乎所有海洋结构物都采用阴极保护方 式来防止腐蚀的发生和发展。在海洋环境中的全浸区，阴极保护装置一般分 为外加电流阴极保护和牺牲阳极阴极保护两种，目前大量采用的是牺牲阳极 阴极保护装置，牺牲阳极阴极保护装置主要由均匀布置在结构物上的牺牲阳 极组成，牺牲阳极被焊接到被保护结构物上，通过牺牲阳极本身的消耗为结 构物提供保护。其优点是设计和施工简单，不需要维护，保护效果好。
海洋工程结构物阴极保护装置设计的保护电流密度是根据结构物阴极保 护的初期、中期和后期的不同阶段而分别设计不同的数值。在阴极保护初期， 结构物表面为裸钢，这个时候结构表面还没有形成钙质沉积层，因此初期极 化需要牺牲阳极能够产生较大电流以加速结构物的极化，加快转质沉积层的 形成，以使结构物在较短时间内可以极化到保护电位；初期极化后的稳定阴 极保护期间为维持期，该维持期需要的保护电流密度较小，因为在初期的大 电流极化以后，结构物表面已经形成钙质沉积层，这时所需要的保护电流密 度较小。
常规截面牺牲阳极多为梯形截面或矩形截面，这种截面的阳极表面积在 不同的保护阶段表面积变化很小，不能根据不同阶段电流密度的要求提供电 流，而异型截面的阳极，在初期表面积较大，可以提供较大的电流，縮短初 期极化时间，提高牺牲阳极在整个服役期间的使用效率，确保结构物的有效 保护。
3如图l、图1A所示，为现有海洋结构物阴极保护装置中使用的牺牲阳极 结构以及阳极体的截面形状，主要包括阳极体和圆形阳极芯，阳极体和圆形 阳极芯通过浇铸结合成牺牲阳极，该阳极体的截面形状为梯形。这种截面的 阳极表面积较小，因此在阴极保护不同的保护阶段表面积变化很小，特别是 在阴极保护初期不能有效地提供较大电流加速极化，因此有待改进。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有阳极存在的上述缺点，提供一种异型截 面牺牲阳极，包括异型截面的阳极体和圆形阳极芯，由于异型截面的阳极较 大地增加了阳极在初始极化阶段的表面积，使得异型阳极在初始阶段能产生 较大的电流，能使被保护结构在初期快速达到极化，同时由于异型截面阳极 的台型结构部分相对较薄，在加速初期极化被消耗后，阳极的截面基本上恢 复到梯形截面从而维持中期的稳定极化。通过加速初期极化，使得结构物表 面快速形成钙质沉积层，使得中后期的保护电流降低，从而整体上降低了牺 牲阳极的用量，降低海洋工程阴极保护系统的造价。
本发明异型截面牺牲阳极，包括阳极体和圆形阳极芯；其特征在于，所 述阳极体截面形状为梯形体底部延伸台形体的异型体。
前述的异型截面牺牲阳极，其中梯形体底部延伸的台形体为一体成型。 前述的异型截面牺牲阳极，其中阳极体为铝基、锌基或者镁基阳极体。 本发明异型截面牺牲阳极的有益效果，其包括异型截面的阳极体和圆形 阳极芯，增加了异型截面的阳极体的表面积，因此能使阴极保护初期快速达 到极化，提高结构物阴极保护装置使用效果，节省牺牲阳极的用量，降低海 洋工程阴极保护系统的造价。
图1为现有常规牺牲阳极结构示意图。 图1A为现有常规牺牲阳极横截面结构示意图。 图2为本发明异型截面牺牲阳极结构示意图。 图2A为本发明异型截面牺牲阳极横截面结构示意图。 图3为现有常规截面牺牲阳极和异型截面牺牲阳极截面尺寸对比图。 图中主要标号说明1牺牲阳极体、2阳极芯、3常规牺牲阳极横截面、3' 异型牺牲阳极横截面、a常规阳极梯形截面上底宽、a '异型阳极梯形截面上底宽、b常规阳极梯形截面下底宽、b'异型阳极梯形截面下底宽、c常规 阳极和异型阳极梯形截面高、c'异型阳极截面上底至台形底面的高、d'异 型阳极台形底面的宽。
具体实施例方式
参阅图2、图2A所示，本发明异型截面牺牲阳极，其包括阳极体l和圆 形阳极芯2;其改进之处在于，该阳极体l的截面形状为梯形体底部延伸台形 体的异型体；该梯形体底部延伸的台形体为一体成型；阳极体1为铝基、锌 基或者镁基阳极体。
本发明异型截面牺牲阳极的制备，先预制截面形状为梯形体底部延伸台 形体的阳极体模具，再在预制的阳极体模具中放置圆管形的阳极芯，然后进 行浇铸，使阳极芯和阳极体结合成一体，且阳极体的截面形状为梯形体底部 延伸台形体的异型截面；浇铸材料可以是铝材、锌材或者镁材，制备成铝基、 锌基或者镁基的阳极体。
本发明异型截面牺牲阳极通过焊接方式而固定到被保护结构物上，当被 保护结构物安装到海洋环境中，牺牲阳极就会使结构物极化从而起到阴极保 护作用。
根据电化学原理，牺牲阳极的发生电流是与阳极体的表面积成正比的。 为了在阴极保护初期能够发出较大的极化电流，本发明异型截面牺牲阳极的 设计是依据该原理，在阳极体的体积不变情况下，增大了阳极体初期的表面 积，通过设计计算确定阳极体的表面积在阴极保护初期能够发出较大的极化 电流，达到加速初期极化速度的目的。如图3所示，为了方便对比，没有考 虑阳极芯，因为相同的阳极芯在长度不变的情况下，体积对极化电流的影响 是相同的。
将常规截面阳极的两边各减少一部分(如图3所示阳极上部阴影部分) 放到底部两端翼缘形成下部台形截面，在常规截面阳极和本发明异型截面阳 极的体积V和长度L都不变的情况下，增加异型截面牺牲阳极的表面积，使 阳极初期发生电流增大从而满足加快结构极化的目的，证明如下-
艮卩 <formula>formula see original document page 5</formula>常规阳极周长S = fl + 6 + 2」c2 +
2
异型阳极周长S'="(2W-6')+2lC2
+
2
常规阳极接水电阻i = ^
丄工
8"
jLw--1
~^ —1
异型阳极接水电阻i '
\-1=《,8Z;r-1
L"--L"--丄w」—1
z"曾1S,
因为P， L不变，则K^^ &=8"
d， lw^^ — 1
则_^_
^丄"』
以上公式中 L:阳极长度
a:常规阳极梯形截面上底宽
b:常规阳极梯形截面下底宽
C:常规阳极和异型阳极梯形截面高
S:常规阳极周长
R:常规阳极接水电阻
a':异型阳极梯形截面上底宽
b':异型阳极梯形截面下底宽
6C':异型阳极截面上底至台形底面的高 d':异型阳极台形底面的宽 S':异型截面阳极周长 R':异型截面阳极接水电阻 P :海水电阻率 Id、 K2 :为常数 Ln:对数。 具体举例如下
设有一常规截面牺牲阳极，尺寸为 a=30cm b二40cm c=24cm L=200cm
同样长度和体积的异型截面牺牲阳极，尺寸为 a， =22cm b， 二32cm d， =80cm c， 二20cm L=200cm 海水的电阻率均为P=25Q*cm 则
(a - a')x c'= (30 - 22)x 20 = 160cw2 (a '-6)x (c _ c〕 = (80 _ 40)x (24 - 20) = 160cm2 满足截面不变(即体积不变)的要求；
常规阳极周长5 = 30 + 40 + 2
、2
=119.03cm
异型阳极周长S'=22 + (2x80-32)+2」242 +(^二^、2
=199.03c/w
常规阳极和异型阳极周长比 = 0.598
常规阳极接水电阻i = 0.0199
f 懇 ，
L"--1
119.03
=0.05458异型阳极接水电阻i '=0.0199
丄，爿 199.03
=0.04435
异型阳极和常规阳极接水电阻比;=0.8126
从图3所示以及公式计算结果可知，本发明异型截面牺牲阳极在长度和 重量不变的前提下，表面积增大了近60%，接水电阻减小了 18.7%，异型截面 牺牲阳极发生电流增加了 23. 07%。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上 的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等 同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
8
权利要求
1、一种异型截面牺牲阳极，包括阳极体和圆形阳极芯；其特征在于，所述阳极体截面形状为梯形体底部延伸台形体的异型体。
2、 根据权利要求1所述的异型截面牺牲阳极，其特征在于，所述梯形体 底部延伸的台形体为一体成型。
3、 根据权利要求l所述的异型截面牺牲阳极，其特征在于，所述阳极体 为铝基、锌基或者镁基阳极体。
全文摘要
本发明提供一种异型截面牺牲阳极，包括阳极体和圆形阳极芯；其改进之处在于，阳极体截面形状为梯形体底部延伸台形体的异型体；能使阴极保护初期快速达到极化，让结构物阴极保护装置使用效果提高，节省牺牲阳极的用量，降低海洋工程阴极保护系统的造价。
文档编号C23F13/00GK101463479SQ20071017974
公开日2009年6月24日 申请日期2007年12月18日 优先权日2007年12月18日
发明者王庆璋, 陆长山 申请人:中国海洋石油总公司;海洋石油工程股份有限公司