專利名稱：一種用于陰極保護系統的陽極組件的制作方法
技術領域：
本實用新型通常涉及陰極保護系統，更具體地涉及用于保護海洋應用中的建筑物的外加電流陰極保護系統。
背景技術：
陰極保護用于保護海上建筑物和水中建筑物時，采用各種犧牲陽極系統和外加電流陽極系統。外加電流陽極系統用于需要較高直流電的應用以及用于海上石油平臺及鋼結構和其他金屬結構的浸水部分等現有設施的改進。外加電流陰極保護海上陽極的現有技術通常稱為陽極柵。基本概念是使用標準陽極，例如現有形狀的非海洋應用的陽極，并將陽極安裝在例如加重混凝土和某種柵上。陽極與鐵路鋼軌一樣簡單，近期采用硅鐵陽極、石墨陽極、鍍鉬陽極和混合金屬氧化物陽極。陽極通常呈管狀，在某些應用中呈板狀。現有技術陽極與一條或多條電纜連接，由于陽極的形狀和結構，通常必須在將其安裝在柵上之前在工廠使其與電纜連接。大部分現有技術陽極必須完全組裝，在某些情況下，從工廠運送陽極組件之前，必須澆鑄混凝土來加重支撐材料。連接電纜和可能澆鑄混凝土的要求增加了陽極成本和運費，同時還限制陽極布線的靈活性。本實用新型受讓人賓夕法尼亞州Doylestown的Matcor, Inc.公司提供了海上應用的各種陽極組件。所述組件稱為海底陽極或海床陽極，主要使用安裝在垂直方向或水平方向的實心棒狀和管狀陽極。陽極是包含陽極電纜連接和混凝土加重材料的組件的組成部分。盡管混凝土材料可現場澆鑄，但是這比較困難，所以建議進行工廠連接。陽極柵的成品重量范圍介于1000磅到5000多磅之間。在重載情況下更希望采用現有技術陽極柵，以防止陽極柵在海底移位或移動。如果陽極柵容易移動，陽極柵可從受保護建筑物移動較遠距離，從而損壞或斷開連接陽極柵的電力電纜。采用海洋陽極柵的另一個問題是將活性陽極保持在海底上方。如果陽極柵下沉或被泥或砂覆蓋，陽極的性能會受到影響，保護直流電可能不會流至預計保護的建筑物。盡管上述陽極系統運行良好，其性能和耐用性也有限制。在許多應用中，直流電輸出要求可達幾百到一千安培或更多。傳統管狀、棒狀或板狀陽極的電流輸出限于陽極表面區域。為了補償各陽極的電流限制，必須使用更多陽極和更長的陽極。然而，為了使陽極之間不產生干擾，額外陽極不能相互間隔太近。為了使傳統陽極間隔更遠，需要更大的陽極柵組件。由于上述原因，一般做法是使用額外陽極柵。傳統柵型陽極組件的另一個限制是海洋環境中各元素的物理阻力，特別是當現有技術陽極柵放置在海底，受到激烈水流、碎片和冰的作用時。直流電需求可能要求陽極表面區域大于任何一個管狀陽極，具有兩個、三個或多個混合金屬氧化物陽極很正常，每個陽極直徑一英寸，達五英寸長。所述陽極的支架和固定陽極所需的混凝土平臺可能較大，并且具有較大的水流阻力，因此會受到碎片和潮汐作用的損壞。為了使陽極遠離海底污泥并將其保持在海底污泥上方，某些陽極柵具有提升陽極的結構。所述結構會發生力矩臂損壞或在鏈上自由浮動，所述安裝類型的應力也可能造成故障。因此，目前需要克服現有技術缺點的海洋陽極。本實用新型解決所述要求。

實用新型內容根據本實用新型的一方面，提供了一種用于外加電流陰極保護系統等陰極保護系統的陽極組件，以保護置于海洋等具有水床的水體中的建筑物。所述陽極組件設置為置于所述水體的所述水床上，以保護所述建筑物，所述陽極組件包括陽極、陽極支架和基極。所·述陽極組件設置為通過電導體與所述陰極保護系統電連接。所述陽極組件的所述基極包括一種加重構件，例如充滿混凝土的玻璃纖維空心體，且設置為置于所述水體的所述水床上。所述陽極呈球形，包括具有外球面的空心體。所述陽極支架最好是包括從所述基極向上突出且具有頂部的伸長管等伸長構件的整體式構件。所述陽極安裝(例如焊接)至所述伸長構件的所述頂部，因此所述陽極置于所述水體的所述水床上方。

圖I為根據本實用新型構造且顯示為置于海床上的陽極組件的一個示例性實施例的側視正視圖；圖2為如圖I所示的陽極組件的等距視圖；圖3為形成圖I和圖2所示陽極組件的一部分的陽極與陽極支架整體式組件的放大側視正視圖(局部為垂直剖視圖)；圖4為沿圖3中線4-4截取的剖視圖；圖5為形成圖I和圖2所示陽極組件的一部分的接線插座的放大側視正視圖；圖6為如圖5所示的接線插座的俯視平面圖。
具體實施方式
現參考各附圖，其中相同的參考符號表示相同的部件，圖I顯示用于外加電流陰極保護系統(僅顯示其導電電纜10)的陽極組件20。所述系統可用于保護海洋環境中的任何建筑物，例如海上鉆井平臺、碼頭、支墩、水下管道等。陽極組件20主要包括陽極22、陽極支撐結構24和加重基極或柵26。陽極22安裝在陽極支撐結構24頂部。加重基極26包括空心構件28，例如玻璃纖維外殼或者外罩，所述陽極支撐結構的一部分置入空心構件28內，所述空心構件充滿壓載物，例如混凝土 30，以形成設置為置于海床上的加重基極或柵，因此所述陽極位于所述海床上方的水中。如所屬領域的技術人員所了解，根據上述描述，本實用新型的陽極組件20是一種具有比現有技術更多優點的高效改進外加電流陽極系統。特別的是，所述陽極組件構造非常簡單，容易組裝且安裝在海洋位置。另外，非常重要的是，所述陽極組件包括球形陽極。所述布置具有許多優點。例如，球形活性陽極是最具有電效率的陽極，且在容積計量結構中形成最大可用表面區域。為了通過使用管或平板(如傳統海洋陽極系統中可見)制成成型表面區域，需要更大的實際平面區域。另外，本實用新型的球形陽極具有最低水流物理阻力且受水中殘留物損壞的風險較低。更進一步的是，所述陽極組件的構造考慮到較小空間的較高直流電輸出。由于本實用新型陽極的直流電額定值可高于現在使用的傳統海洋陽極的直流電額定值，很少陽極組件可用于保護特定建筑物。如上文所述，陽極組件20包括整體支撐結構24。所述結構最好由焊件(由各種鈦或其他金屬部件構成)組成。所述陽極及其焊件鈦制支撐結構的整體組件大大減少了陽極組件基極所需的零件數量。另外，本實用新型陽極組件的結構并入插座32，將在下文參考圖5和圖6描述插座32，插座32用作端口，以實現直流供電電纜10至陽極組件20的連接。連接端口的構造使得可進行連接，并且可在現場有效實現防水密封。容納金屬陽極支撐結構24的玻璃纖維外殼28也用作現場澆筑加重和支撐混凝土 30的模具。事實上，所述玻璃纖維模具可連同用于額外加重或加高混凝土的現場組裝模具一起使用。最后，安裝比采用舊型柵陽極的安裝容易。 根據本實用新型的一個優選方面，球形陽極22的直徑可為I英尺、3英尺或更大或更小。另外，所述陽極最好(但非強制性)為壁厚較薄(例如0.25英寸)的空心體，而且最好充滿非導電性填料，例如環氧樹脂、玻璃纖維化合物、樹脂或聚合物、致密固體泡沫等，使其具有硬度和強度。示例性實施例顯示所述陽極由鈦制成，其外球面為混合金屬氧化物34鍍層，例如通常用于外加電流陰極保護陽極。陽極基極材料也可為鈮或其他貴金屬，活性陽極鍍層可為鉬或氧化鉬。最佳如圖3可見，陽極22最好是整體式組件的一部分，例如鈦等金屬材料制成的較大焊件。所述較大焊件包括此前確定的支撐結構24。示例性實施例中顯示所述支撐結構主要包括直立管狀構件36，直立管狀構件36具有牢固固定(例如焊接)至球形陽極22底部的頂部38以及牢固固定(例如焊接)至大體平面板42的底部40。若干角撐板44牢固固定于管狀構件36的相應部分與板42的相應部分之間，以使所述支撐組件具有硬度。為了提供額外硬度，直立管狀構件36可充滿硬化填料和鋼筋條，例如玻璃纖維棒(未顯示)。根據本實用新型的一個優選方面，直立構件36、板42和角撐板44均由鈦形成。與陽極22不同，直立構件36、板42和角撐板44沒有混合金屬氧化物鍍層，因為直立構件36、板42和角撐板44不需要形成所述陽極的一部分或用于放電。直立構件36、板42和角撐板44的唯一作用是使陽極22保持在海床46 (圖I)上方的固定距離，并具有耐蝕性。為此，如上文所述，支撐結構24設置成部分置于空心外殼28內，形成所述組件的基極26。所述外殼可呈任何合適的形狀。示例性實施例中顯示所述外殼呈具有錐形頂部的大致平行六面體。所述外殼的所述頂部打開，使所述外殼能通過所述開口充滿混凝土。為了將陽極支撐結構24固定在外殼28內的所需位置(高度)，所述外殼包括若干玻璃纖維構件48，例如玻璃纖維棒，玻璃纖維構件48從所述外殼的側壁內表面向內突出。支撐結構24的板42置于如圖I和圖2所示的突出物上。應注意的是，可考慮采用除鈦以外的某些材料制造陽極支撐結構24，盡量優選鈦，因為鈦容易焊接至鈦陽極22。特別地，所述支撐結構可由鋼形成。然而，如果所述支撐結構由鋼形成，應提供小型犧牲陽極(未顯示)耦合至所述支撐結構，以防止所述支撐結構在海洋環境中腐蝕。如所屬領域的技術人員所了解，使用鈦制支撐結構時，不需要此類犧牲陽極，因為鈦能耐海洋腐蝕。另外，由于部分所述支撐結構將置入基極構件26外殼28的水泥30中，沒有人愿意所述部分形成電化學反應的任何部分，因此，所述部分可能使混凝土劣化。因此，如上文所述，陽極支撐結構24的任何部件上不包括混合金屬氧化物、鉬或氧化鉬鍍層。陽極22設置為通過導電電纜10與所述外加電流陰極保護系統的整流器/變壓器或直流電源(未顯示)連接。為此，最佳如圖I、圖5和圖6所示，陽極組件20包括安裝在所述陽極支撐結構的板42上的特殊連接插座32。插座32最佳如圖5和圖6所示，主要包括接線盒52、底部安裝板54、連接器56、應變消除構件58和防水化合物60。盒子32由鈦形成，盡管盒子32可由其他金屬或非金屬化合物(例如玻璃纖維)形成。所述盒子頂部打開，所述盒子的底部是底部安裝板54。所述板焊接至支撐結構24的所述接線盒及底板。連接器32作為組成導電電纜10 (例如直流供電電纜)的一對裸銅電纜12A和12B的插座。所述電纜的銅絞線通常分成兩組，且置于連接器32內。所述電纜固定，通過由鈦或其他金屬形成的固定螺釘和輔助螺栓62實現電連接。如果所述連接器由鈦制成，所述連接器可焊·接至所述底板。應變消除構件58安裝至所述接線盒，類似應變消除構件用于所述組件和混凝土的玻璃纖維外殼28上。所述應變消除構件保護電纜10，電纜10在所述應變消除構件處分別脫離接線盒52和玻璃纖維外殼28。防水化合物60用于保護電連接，可為環氧樹脂或其他非導電和不吸水化合物。其用于防水連接，及防止所述裸電纜和連接器暴露于自然環境和腐蝕環境。現將描述所述陽極與電連接器(電纜)10的連接方式。為此，陽極組件22出廠時，接線盒52和連接器56安裝(焊接)于支撐結構板42。所述陽極組件也可包括密封化合物試劑盒。在現場使電纜通過玻璃纖維外殼28上的應變消除構件48插入，然后剝去電纜10的末端，以露出一短截銅導體。所述銅導體的絞線分成兩組12A和12B，并插入連接器56。固定螺釘和螺栓62緊固在所述導體組12A和12B上，以牢牢固定所述導體，從而完成基本電連接。然后完成應變消除。通常特別采用火炬加熱各個應變消除構件實現所有應變消除，因此應變消除構件收縮。也可采用其他類型的應變消除。然后混合絕緣化合物60，并將其倒入接線盒52，以使接線盒52充滿化合物。所述化合物凝固后，可完成陽極裝置平衡。為此，將陽極支撐結構24置于玻璃纖維外殼28的空心內部，且完成電連接之后，在水中進行安裝/布置之前，在現場通過外殼28的開口頂部使外殼28充滿混凝土 30。若需要，也可將玻璃纖維基極安裝在額外基極(未顯示)上，以增加重量或將所述陽極提升至海底上方。所述陽極置于(布置在)海床或海底上，并通過電纜10與外加電流陰極保護系統的直流電源連接。在無進一步詳細描述的情況下，所述內容也如此充分地說明了本實用新型，其他人員可在各種使用情況下運用現有或未來知識使用本實用新型。
權利要求1.一種用于陰極保護系統的陽極組件，所述陽極組件包括陽極、陽極支架、基極和電連接器，所述陽極組件設置為通過連接至所述電連接器的電導體與所述陰極保護系統連接，所述陽極組件的所述基極包括設置為充滿壓載物以形成加重構件的空心構件，所述加重構件設置為置于所述水體的所述水床上，所述陽極支架包括從所述基極向上突出且具有頂部的伸長構件組件，所述陽極呈球形并焊接至所述伸長構件的所述頂部，因此，所述陽極組件置于所述水體的所述水床上時，所述陽極置于所述水體的所述水床上方。
2.根據權利要求I所述的一種用于陰極保護系統的陽極組件，其中所述陽極包括空心體。
3.根據權利要求2所述的一種用于陰極保護系統的陽極組件，其中所述陽極充滿非導電材料。
4.根據權利要求I所述的一種用于陰極保護系統的陽極組件，其中所述陽極由鈦、鈮或其他貴金屬構成。
5.根據權利要求4所述的一種用于陰極保護系統的陽極組件，其中所述陽極具有包括混合金屬氧化物鍍層或鉬鍍層或氧化鉬鍍層的外球面。
6.根據權利要求I所述的一種用于陰極保護系統的陽極組件，其中所述壓載物包括混凝土。
7.根據權利要求I所述的一種用于陰極保護系統的陽極組件，其中所述基極包括玻璃纖維。
8.根據權利要求I所述的一種用于陰極保護系統的陽極組件，其中所述陽極支架還包括板和若干加強角撐板，所述板焊接至所述空心管狀構件底部，所述角撐板均焊接至所述空心管狀構件的相應部分和所述板的相應部分。
9.根據權利要求I所述的一種用于陰極保護系統的陽極組件，其中所述電連接器包括以盒子形式容納所述電連接器的連接插座。
10.根據權利要求9所述的一種用于陰極保護系統的陽極組件，其中所述連接插座還包括設置為與所述電導體耦合的應變消除構件。
11.根據權利要求9所述的一種用于陰極保護系統的陽極組件，還包括置于所述盒子內的防水化合物。
專利摘要本實用新型公開了一種用于外加電流陰極保護系統的陽極組件。所述陽極組件設置為置于水體的水床上，以保護相關建筑物。所述陽極組件包括陽極、陽極支架和基極。所述陽極組件設置為通過電導體與所述陰極保護系統電連接，所述基極為加重構件，例如充滿混凝土的玻璃纖維空心體。所述陽極呈球形，包括具有混合金屬氧化物鍍層且充滿非導電材料的鈦制空心體，所述陽極支架最好是包括從所述基極向上突出且具有頂部的鈦制伸長構件(例如伸長管)的整體式構件。所述陽極安裝(例如焊接)至所述伸長構件的所述頂部，因此置于所述水體的所述水床上方。通過包括電連接器的插座完成所述陽極組件與所述電導體的連接，所述電連接器安裝在所述陽極支架組件的盒子內。
文檔編號C23F13/08GK202786438SQ20122012147
公開日2013年3月13日 申請日期2012年3月28日 優先權日2011年5月31日
發明者威廉R·舒特 申請人:曼特克股份有限公司