가스 배관의 분산 양극 설계 계산 예

가스 배관의 분산 양극 설계 계산

가스 배관 시스템을 위한 분산 음극방식 시스템의 상세한 분산 양극 설계 계산 과정을 살펴보겠습니다.

1. 시스템 개요

• 총길이: 670m의 6cm 직경 메인 파이프
• 81개의 2.7cm 직경 코팅된 서비스 파이프 (길이 3-9m)
• 토양 비저항: 1,400 ohm_cm (94% 지역) 및 3,400 ohm-cm (6% 지역)
• 요구 수명: 20년

2. 초기 계산

2.1 순 구동 전위 계산

E = -1.750 V – (– 0.670 V) = –1.080 volts

여기서:

• -1.750V: 고전 위 마그네슘 애노드의 전위
• -0.670V: 가스 시스템의 평균 전위 (CSE 기준)

2.2 단일 양극 저항 계산 (Dwight의 공식 사용)

R = (ρ / (2πL)) * [ln(8L/d) - 1]

여기서:
ρ = 1,400 ohm_cm
L = 0.5 meter
d = 0.13 meter

R = (1400 / (2π * 0.5)) * [ln(8 * 0.5 / 0.13) - 1]
  = 4.456 * 2.43
  = 10.8 ohm/anode

 

2.3 단일 양극 최대 전류 출력

I = 1.08 V / 10.8 Ω = 0.100 A

 

3. 토양 비저항에 따른 계산

3.1 3,400 ohm_cm 토양 지역

R = 10.8 Ω * (3400/1400) = 26.2 ohms
I = 1.08 V / 26.2 Ω = 0.041 A

필요 전류: I(3400) = 0.06 * 3.0 A = 0.180 A

 

3.2 1,400 ohm_cm 토양 지역

필요 전류: 2.82 A (3.0 A - 0.180 A)

 

4. 필요 양극 수 계산

4.1 3,400 ohm-cm 토양 지역

N = 0.180 A / 0.041 A = 4.3 ≈ 5 anodes

4.2 1,400 ohm_cm 토양 지역

N = 2.82 A / 0.100 A = 28.2 ≈ 29 anodes

 

5. 양극 수명 계산

5.1 1,400 ohm-cm 토양 지역

I = 0.90 V / 10.8 Ω = 0.083 A

t = (fu * Ca * W) / I
  = (0.85 * 0.125 A-yr/kg * 14.5 kg) / 0.083 A
  = 18.6 years

5.2 3,400 ohm_cm 토양 지역

I = 0.90 V / 26.2 Ω = 0.034 A

t = (0.85 * 0.125 A-yr/kg * 14.5 kg) / 0.034 A
  = 45.3 years

 

6. 최종 설계 권장사항

1. 1,400 ohm_cm 토양 지역: 29개의 21.8 kg 마그네슘 애노드 설치
2. 3,400 ohm_cm 토양 지역: 5개의 14.5 kg 마그네슘 애노드 설치
3. 애노드 간 간격: 약 6m
4. 파이프로부터 애노드 오프셋: 약 1m
5. 애노드 상단 깊이: 파이프 깊이와 동일

이 설계를 통해 20년 이상의 수명을 가진 효과적인 음극방식 시스템을 구현할 수 있습니다. 총비용 심매법의 절반 이하입니다.