4.8　阳极地床位置选择

4.8.1　阳极地床的作用

阳极地床又称阳极接地装置。它是外加电流阴极保护系统不可缺少的重要组成部分，通过阳极地床把保护电流送入土壤，经土壤流入被保护的管道，使管道表面发生阴极极化（防止电化学腐蚀）。电流再由管道流入电源负极形成一个回路，这一回路形成了一个腐蚀电池，管道为负极且处于还原环境中，腐蚀停止；而阳极进行氧化反应，遭受腐蚀，也可能是周围电解质被氧化。阴保站的电能60%消耗在阳极接地电阻上，故阳极材料的选择和埋设方式、场所的选择，对减小电阻、节约电能是至关重要的。

4.8.2　阳极地床选址原则

① 地下水位较高或潮湿低洼处，土层厚，无块石，便于施工，土壤电阻率一般应小于50Ω·m，特殊地区也应小于100Ω·m。

② 对邻近的地下金属构筑物干扰小，阳极地床与被保护管道之间不得有其他埋地金属管道；尽量加大阴极保护站的密度，一个阴极保护站有故障时，相邻的阴极保护站保护范围可以涵盖该保护区段。

③ 考虑阳极附近地域近期发展规划及管道发展规划以避免建后可能出现的搬迁；尽量采用深井阳极，阳极位于业主所拥有的区域之内。阳极地床位置与管道汇流点距离适当。

④ 地面金属构筑物较多，用地狭窄时，可采用深井阳极，以减小对其他金属构物的干扰，又节约用地。

⑤ 定向钻穿越处，阴极保护站要么离开穿越段一定的距离，要么紧靠穿越段安装。一般来讲，如果穿越段防腐层破坏很严重，阴极保护电位在穿越段后会迅速减小。可以在穿越两端埋设牺牲阳极以加强对穿越段管道的阴极保护并改善阴极保护站的电流分布。

4.8.3　阳极埋设位置

阳极地床位置及接地电阻的确定，以阳极上的最大电压降不超过设备额定电压的70%为原则。辅助阳极与管道距离愈远电流分布愈均匀，但过远会增加电缆线上的电压降和投资。另外，电流的分布也决定于防腐层质量以及管道直径、壁厚和土壤电阻率。对于三层PE防腐层，管道的阳极地床一般设在距管道50～200m之间。对处于特殊地形、环境下的管道，辅助阳极的距离和埋设方式应根据现场情况慎重选定。如管道经过山区时，山上的岩石电阻率高，而山下的淤泥电阻率低，如果将阳极地床选择在山下的淤泥处，山下的管道很容易达到保护，但受岩石的屏蔽，山上的管道可能达不到保护要求。此时，可以在管沟内安装牺牲阳极，利用回填土进行导电。山下如果有阀室，其接地系统要与主管道隔离。条件允许时，可将阴极保护站设置在土壤电阻率较大的部位以增大阴极保护站的保护范围。在其他条件都满足要求的情况下，可计算阳极地床与被保护管道及其他管道的间隔。

4.8.4　近阳极地床及远阳极地床

电流的分布就像用手电筒照在墙上，距离越远，覆盖的范围越大，但亮度越低；反之，距离越近，强度越高，但范围越小。选择阳极地床的位置时，既要保证距离阳极地床近的部位不会过保护，又要保证距离阳极地床远的部位得到保护。而阳极地床与管道的相对位置对保护距离有很大影响。

（1）近阳极地床

当电流经地床流入土壤并在土壤中扩散时，会以地床位置为中心形成一个球形电压场。相对于远地点零电位，地床位置处电压最高，然后逐渐衰减。一般认为，当电压衰减到最高电压的5%时（或者相对于远地点，地电位达到0.5～1.0V），就到了阳极电压场的边缘。如果管道处于阳极电压场内，则把地床叫做近阳极地床，如将阳极沿管道分布时，地床位置为近阳极地床，近阳极地床保护距离短。

（2）远阳极地床

如果管道处于阳极电压场之外，则称为远阳极地床，远阳极地床保护距离加大。

4.8.5　阳极地床电压场分布计算公式[1]

① 当阳极地床为单支阳极时，按以下公式计算相对于远地点，地表的电位

式中　I——阳极床输出电流，A；

ρ——土壤电阻率，Ω·m；

V X——距离地床X（m）处的地电位，V；

X——与地床的距离，m。

当X远远大于阳极长度L时：。

② 当阳极为多支浅埋水平或竖直阳极时，按以下步骤计算相对于远地点的电位梯度。

a.计算阳极地床的接地电阻。假设阳极地床为10支竖直安装的浅埋阳极，阳极长度1.5m硅铁阳极，预填包直径30cm，长度2.0m，阳极间隔5.0m，土壤电阻率60Ω·m。根据下式：

式中　Rgb，v——阳极接地电阻，Ω；

ρ——土壤电阻率，Ω·m；

L——阳极长度，m；

d——阳极直径，m；

N——阳极数量，支；

S——阳极间距，m。

阳极地床的接地电阻为2.14Ω。

b.计算等效阳极场半径r。球形阳极场的接地电阻按下式计算：带入土壤电阻率和电阻值，计算出球形阳极场半径r=4.46m。

c.球形阳极场与X距离点之间的电阻按下式计算：

假设距离阳极地床100m，电阻为2.04Ω。

d. X位置与远地点之间的电阻为阳极与远地点的电阻减去阳极与X位置的电阻。

100m处与远地点的电阻为Rgb，v-R X=2.14-2.04=0.10（Ω）。

e. X位置的电压梯度按下述方式计算：该电压梯度为阳极输出电流乘以该点与远地点电阻，假设阳极地床输出电流为10A，则该处的电压梯度为1.0V。

③ 被保护结构尽量位于地电位为0.50～1.00V（CSE）的地电场之外；在地电位为0.20V（CSE）的范围内不应该有其他埋地结构，如果有的话，要采取屏蔽措施。安装深井阳极时，地电场的起点从阳极活性段中部算起，被保护结构尽量位于其电压场之外。现代的防腐层质量非常好，电流非常小，可能阳极地床离开管道几十米就是远地点，因此，设计时不能拘泥于传统的要几百米的观念，要实际计算阳极电压场来确定阳极地床与管道的间距。