CN109715857A - 海洋应用铸铁阳极 - Google Patents

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Abstract

一种改进的海洋雪橇式阳极结构，包括具有高的表面与重量比从而提供增加的活性表面和改善的可靠性的单件铸件。在一个实施方案中，阳极重约2000磅并且具有约5000平方英寸的活性表面积和高达160安培的电流输出容量。改进的阳极与具有相似重量的现有雪橇式阳极结构相比具有显著更高的电流输出。与已知的雪橇式阳极结构不同，新的雪橇式阳极结构的整个暴露表面为阳极材料并且将电流传递至周围介质。单件铸件消除了已知雪橇式阳极结构的框架损坏时的结构故障和连接多个阳极的电缆损坏时的电故障。靠近对角处附接有两根冗余的引线电缆以优化可靠性和电性能。

Description

海洋应用铸铁阳极
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年9月6日提交的美国临时专利申请系列号62/384,042的优先权，该申请通过引用以其整体并入本文中。
技术领域
本发明一般性地涉及用于海洋水下管道和结构的外加电流阴极保护系统的阳极。
背景技术
海洋环境中的管道和其他结构的水下金属表面由于金属表面和与其接触的海水之间的电化学反应而经受腐蚀。安装阴极保护系统以限制在经受表面上发生的腐蚀量。在海底或洋底采用一系列阳极的海洋环境中过多地使用外加电流阴极保护系统以减轻和控制腐蚀侵袭的严重性。在海洋结构的外加电流阴极保护系统中使用的最常见的阳极材料之一是高硅铸铁。
现有的外加电流阴极保护阳极使用砂模铸造或金属压铸技术通常以简单的棒或管的形状生产。由于洋流和来自船的泵喷射流，特别是在码头附近和海岸带，阳极系统暴露于强力。与陆上条件相比，当在水下时，阳极系统的有效重量显著降低。因此，放置在洋底或海底的水下阳极系统必须足够重以防止任何移动和随后的失效。
已知的阳极系统利用雪橇式阳极结构(anode sled)组件，该雪橇式阳极结构组件具有多个通常用于地下应用的常规筒状或管状铸铁阴极保护阳极，附接至通常由混凝土制成的框架。框架通常包括通过较小的横梁连接的两个大直径混凝土纵梁。雪橇式阳极结构组件包括四个吊眼、用于每个阴极保护阳极的一个或两个电力电缆连接件、将阴极保护阳极附接至雪橇的阳极夹具和将雪橇式阳极结构连接至电流源的电缆。任何电缆或夹具的损坏都可能导致雪橇式阳极结构的失效。每个阴极保护阳极在具体介质中的电流输出容量和效率受阳极的表面积限制。
发明内容
本发明通过提供一种改进的海洋雪橇式阳极结构而解决了以上和其他需求，该海洋雪橇式阳极结构包括具有高的表面与重量比的单件铸件，从而提供增加的活性表面和改善的可靠性。在一个实施方案中，阳极重约2000磅并且具有约5000平方英寸的活性表面积和高达160安培的电流输出容量。改善的阳极与具有相似重量的现有雪橇式阳极结构相比具有显著更高的电流输出。与已知的雪橇式阳极结构不同，新的雪橇式阳极结构的全部暴露表面为阳极材料并且将电流传递至周围介质。单件铸件消除了已知雪橇式阳极结构的框架损坏时的结构故障和连接多个阳极的电缆损坏时的电故障。靠近对角处附接有两根冗余的引线电缆以优化可靠性和电性能。
根据本发明的一个方面，提供了单件铸件海洋应用阳极，其包括在纵梁的端部附接至两个横梁的三个纵梁。纵梁在安置有海洋应用阳极的底的上方相对所述底间隔开，提供增加的暴露活性表面积以改善输出电流。至少一根引线附接至海洋应用阳极，提供正的直流电流，并且优选地两根冗余引线附接至海洋应用阳极的对角处，二者都提供正的直流电流。
根据本发明的另一个方面，提供了阳极系统，其包括雪橇式阳极结构和安装至由桩支撑的平台的整流器。电缆通过接线盒将整流器的正极端子连接至雪橇式阳极结构。整流器的负极端子通过电缆连接至桩或其他合适的接地。雪橇式阳极结构安置在浸没在水中的底上。
附图说明
本发明的以上和其他方面、特征和优点根据结合以下附图给出的本发明的以下更具体的描述将更加明显，在附图中：
图1示出了现有技术的海洋雪橇式阳极结构。
图2A示出了根据本发明的具有吊眼的改进海洋雪橇式阳极结构的等轴视图。
图2B示出了根据本发明的具有吊孔的第二改进海洋雪橇式阳极结构的等轴视图。
图3A示出了根据本发明的改进海洋雪橇式阳极结构的顶视图。
图3B示出了根据本发明的改进海洋雪橇式阳极结构的侧视图。
图3C示出了根据本发明的改进海洋雪橇式阳极结构的正视图。
图4示出了根据本发明的包括改进海洋雪橇式阳极结构的阳极系统。
在附图的几幅视图中，相应的附图标记表示相应的部件。
具体实施方式
以下描述针对进行本发明当前构思的最佳方式。该描述不应理解为限制性意义，而仅仅是为了描述本发明的一个或更多个优选实施方案的目的而提出。本发明的范围应参考权利要求来确定。
在术语“约”或“大致”与本发明的元件相关联的情况下，其旨在描述肉眼或人感知的特征外观，而不旨在精确的测量。
现有技术的海洋雪橇式阳极结构10示于图1中。雪橇式阳极结构10包括框架和四个吊眼16，该框架包括由较小的横梁14连接的两个大直径混凝土纵梁12。复数个阳极18通过环20附接至梁12。一个或两个电力电缆连接件22连接至每个阴极保护阳极18，阳极夹具20将阴极保护阳极18附接至框架，以及电缆24将雪橇式阳极结构10连接至电流源。任何电缆或夹具的损坏都可能导致雪橇式阳极结构10的失效。
根据本发明的一种改进海洋雪橇式阳极结构30的等轴视图示于图2A中。雪橇式阳极结构30包括具有横向构件中心线CL1(参见图3A)并且由阳极材料制成的至少两个大致平行的横向构件32、和附接成大致垂直于横向构件安置并且具有纵向构件中心线CL2的至少两个大致平行的纵向构件34。横向构件32旨在安置在水体的底122(参见图4)上。纵向构件34至少部分地安置在横向构件32上方并且在底122上方升高，使得纵向构件34基本上(除了纵向构件34接触横向构件32的位置之外)被水包围。吊眼36被铸入至横向构件32，但是可以附接至纵向构件34，并且吊孔37可以代替吊眼。至少一根电缆24附接至雪橇式阳极结构30，并且优选地两根冗余电缆24在两个分开的位置处附接至雪橇式阳极结构30。两个分开的位置优选靠近对角处。
一种改进海洋雪橇式阳极结构30a的等轴视图示于2B中。雪橇式阳极结构30a用吊孔37代替吊眼36，而在其他方面与雪橇式阳极结构30相似。
雪橇式阳极结构30的顶视图示于图3A中，雪橇式阳极结构30的侧视图示于图3B中，以及雪橇式阳极结构30的正视图示于图3C中。在一个实施方案中，雪橇式阳极结构30具有总宽度W1、总长度L和总高度H1。宽度W1优选为约48英寸，长度L1优选为约40英寸，高度H1优选为约12英寸。横向构件32具有宽度W2和高度H2。宽度W2优选为约6英寸，高度H2优选为约6英寸。纵向构件34具有宽度W3和高度H3，并且被横向构件32支撑成安置在底122的上方高度H4处。宽度W3优选为约6英寸，高度H3优选为约6英寸以及高度H4优选为约6英寸。雪橇式阳极结构30和30a被配置成将水体126的底122安置在横向构件31的底表面31上并且将纵向构件34完全支撑在底122上方。
包括雪橇式阳极结构30的阳极系统100在图4中示出。阳极系统100包括安装至由桩118支撑的平台116的整流器112。电缆120通过接线盒114将整流器112的正极端子113a连接至雪橇式阳极结构30。整流器112的负极端子113b通过电缆120连接至桩118或其他受保护结构。雪橇式阳极结构30放置在浸没在水126中的底122上并且在水线124下方。
雪橇式阳极结构30和30a可以由选自铁、镁、铝和锌的合金的阳极材料铸造，并且优选的阳极材料为包含以下的高硅铁：硅，14.20重量％至14.75重量％；锰，最多1.5重量％；碳，0.7重量％至1.10重量％；铬，3.25重量％至5.00重量％；钼，最多0.2重量％；铜，最多0.5重量％；以及余量的铁。在一个实施方案中，雪橇式阳极结构30和30a在海水中具有约2000磅的总重量、约5000平方英寸的活性表面积和高达160安培的电流输出容量。
工业适用性
本发明在水下结构的阳极保护领域中具有工业实用性。
发明范围
虽然本文中公开的发明已经通过其特定实施方案和应用进行了描述，但是本领域技术人员在不脱离权利要求中阐述的本发明的范围的情况下可以对其做出许多修改和变型。

Claims (13)

1.一种海洋应用雪橇式阳极结构，包括：
至少两个大致平行的横向构件，所述横向构件具有横向构件中心线并且由阳极材料制成；
至少两个大致平行的纵向构件，所述纵向构件附接成大致垂直于所述横向构件安置以及具有在所述横向构件的所述横向构件中心线上方的纵向构件中心线并且由阳极材料制成；和
与所述横向构件和所述纵向构件二者的阳极材料电连通的至少一根电力电缆。
2.根据权利要求1所述的海洋应用雪橇式阳极结构，其中所述雪橇式阳极结构基本上由高硅铸铁材料组成。
3.根据权利要求1所述的海洋应用雪橇式阳极结构，其中所述雪橇式阳极结构是单件铸件。
4.根据权利要求1所述的海洋应用雪橇式阳极结构，其中所述两个大致平行的纵向构件包括附接成大致垂直于所述横向构件安置以及具有在所述横向构件的所述横向构件中心线上方的纵向构件中心线并且由阳极材料制成的三个大致平行的纵向构件。
5.根据权利要求4所述的海洋应用雪橇式阳极结构，其中所述雪橇式阳极结构被配置成放置在由所述横向构件的底表面所支撑的水体的底上，并且全部纵向构件被支撑成位于所述底的上方。
6.根据权利要求1所述的海洋应用雪橇式阳极结构，其中所述雪橇式阳极结构是单件铸件。
7.根据权利要求1所述的海洋应用雪橇式阳极结构，其中所述至少一根电缆包括冗余地电连接至所述横向构件和所述纵向构件二者的所述阳极材料的两根电缆。
8.一种海洋应用雪橇式阳极结构，包括：
基本上由高硅铁合金组成的单件铸件；
具有横向构件中心线的两个大致平行的横向构件；
三个大致平行的纵向构件，所述纵向构件附接成大致垂直于所述横向构件安置并且具有在所述横向构件的所述横向构件中心线上方的纵向构件中心线；
电连接至所述横向构件和所述纵向构件二者的阳极材料的两根电缆；以及
所述雪橇式阳极结构被配置成放置在由所述横向构件的底表面所支撑的水体的底上，所述纵向构件在所述底的上方相对所述底垂直地间隔开。
9.一种海洋阳极系统，包括：
安置在位于水体上方的平台上的整流器；
至少一个雪橇式阳极结构，所述至少一个雪橇式阳极结构包括：
基本上由高硅铁合金组成的单件铸件；
具有横向构件中心线的两个大致平行的横向构件；
三个大致平行的纵向构件，所述纵向构件附接成大致垂直于所述横向构件安置并且具有在所述横向构件的所述横向构件中心线上方的纵向构件中心线；
电连接至所述横向构件和所述纵向构件二者的阳极材料的两根电缆；和
所述雪橇式阳极结构被配置成放置在由所述横向构件的底表面支撑的水体的底上，所述纵向构件在所述底的上方相对所述底垂直地间隔开；以及
所述电缆冗余地电连接在所述雪橇式阳极结构与所述整流器的正极端子之间。
10.一种用于海洋阳极保护的方法，包括：
铸造基本上由高硅铁合金组成的至少一个单件雪橇式阳极结构，所述雪橇式阳极结构包括：
具有横向构件中心线的两个大致平行的横向构件；
至少两个大致平行的纵向构件，所述纵向构件附接成大致垂直于所述横向构件安置并且具有在所述横向构件的所述横向构件中心线上方的纵向构件中心线；和
电连接至所述横向构件和所述纵向构件二者的阳极材料的至少一根正极(positive)电缆；
将所述雪橇式阳极结构定位在由所述横向构件的底表面支撑的水体的底上，所述纵向构件在所述底的上方相对所述底垂直地间隔开；
将整流器定位在所述水体的水表面上方的平台上；
将所正极电力电缆连接至所述整流器的正极端子；以及
在所述整流器的负极端子与受保护的水下结构之间连接负极(negative)电缆。
11.根据权利要求10所述的海洋应用雪橇式阳极结构，其中所述两个大致平行的纵向构件包括三个大致平行的纵向构件。
12.根据权利要求10所述的海洋应用雪橇式阳极结构，其中全部纵向构件被所述横向构件支撑以安置在所述底的上方。
13.根据权利要求10所述的海洋应用雪橇式阳极结构，其中所述至少一根正极电缆包括冗余地电连接在所述横向构件和所述纵向构件二者的所述阳极材料与所述整流器的所述正极端子之间的两根正极电缆。
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