전기방식 설계 계산

계산

 

전류 요구 사항

 

예상 노출 표면적을 기반으로 한 전류 요구 사항은 항상 오차의 대상입니다. 결과에 영향을 미치는 많은 요소가 있습니다.

 

다음과 같은 요소를 고려하십시요.

 

• 토양이나 다른 전해질과 접촉하는 총 표면적

• 보호 코팅의 유전체 특성 • 설치 중에 보호 코팅을 손상시킬 수 있는 요인

• 서비스 조건에서 예상되는 보호 코팅 수명

• 보호 코팅에 의한 예상 백분율 커버리지

• 코팅 어플리케이터 및 건설 계약자와의 과거 경험

• 환경에서 금속의 전기방식에 필요한 전류 밀도 최종적으로 예상되는 전류 요구 사항은 전해질과 접촉하는 노출된 금속 면적을 계산하고 현재 상황에 대한 "최상의 추정치"로 곱함에 따라 달라집니다.

 

코팅된 전기적으로 절연된 구조물 (파이프, 지하 저장 탱크 등)의 경우 기존 전기방식 시스템에 대한 데이터가 있는 경우 대체 접근 방식이 있습니다.

 

이 접근 방식은 다음을 필요로 합니다

 

• 특정 코팅 클래스 (에폭시, 폴리에틸렌 테이프 등) 및 서비스 유형 (전송 파이프 라인, 가스 분포, 연료 탱크)에 대한 1000    Ω -cm. 토양에서 예상되는 유출 전도도 (Siemens/단위 면적)

• 서비스 지역의 토양 전도율

• 전기방식 기준을 충족하기 위해 필요한 극화를 생성하기 위해 필요한 구조물과 전해질 간의 전위 변화. 이것은 전기방식이 적용될 때 "원격 대지"에서 측정한 절연된 구조물의 즉시 전위 변화입니다. 이 값은 보호를 위한 기준이 아닙니다. 그러나 특정한 운영 및 노출 조건 하에서 전위 변화는 수용된 기준을 충족하기 위해 필요한 전류를 잘 추정해줄 것입니다. 이 접근 방식은 예제를 사용하여 가장 잘 이해됩니다.

 

예제 1

가스 회사는 신규 개발 지역에 3,049미터(10,000 feet피트)의 5.1cm(2 inch) 코팅된 강철 배관을 설치하려고 합니다. 지역의 평균 토양 저항성은 5,000 [Ω- cm]입니다. 부식 엔지니어는 이 파이프를 카소딕으로 보호하기 위해 대략적인 전류를 추정하려고 합니다.

공공시설에서 얻은 경험을 토대로 다음과 같은 전기방식 전류 요구 사항 데이터가 개발되었습니다.

• 분배형 서비스의 평균 특정 누설 전도도 g'은 1000 [Ω- cm] 토양에서 2.14 x 10-3 S/m2입니다.

• 보호를 달성하기 위해 "원격 대지"에서 측정한 평균 전위 변화(∆V)는 -0.250 볼트입니다.

계산

 

제안된 파이프의 총 표면적:

 

As = π d L = (5.1cm x 3.1416/100cm/m) x 3049m = 488 ㎡

 

토양비저항 1000 [Ω- cm] 에서 새로운 파이프의 추정 누설 전도도 :

 

G = g' A = 2.14 x 10-3 S/m2 x 488m2 = 1.04 Siemens

 

Resistance = 1 / 전도도 이므로

 

원격 대지까지의 저항 = 1/1.04 S = 0.96 Ω  5000 [Ω- cm] 토양에서 원격 대지까지의 추정 저항

(저항은 저항율에 직접 비례함)

 

0.96 [Ω] x 5 = 4.8 [Ω]

 

배관 전위를 원격 대지로 이동하기 위한 추정 전류 –0.250 V

 

오옴의 법칙 (I = E/R)에 따라

 

I = 0.250 V / 4.8 Ω = 0.052 A.

 

표 4.1은 1000 [Ω- cm] 토양에서 다양한 서비스 클래스의 파이핑에 대한 코팅 전도도 범위를 나열하고 있습니다.

 

Cathodic Protection Calculator

Pipe Diameter (cm): Pipe Length (m): Soil Resistivity (ohm cm): Potential Shift (V):

 

현장 시험을 통한 현재 요구량 추정

 

 현장 시험은 기존 구조물의 현재 요구량을 추정하는 가장 신뢰할 수 있는 방법을 제공합니다. 가통전 시험이라고도 한다.

구조물이 전기적으로 고립되어 있고 절연 보호 코팅(묻힌 파이프 및 지하 저장 탱크와 같은)이 적용되어 있다면 현재 요구량을 직접 결정할 수 있어야 합니다. 임시 양극(그라운드베드)를 구성하고 이 구조물과 아노드 사이에 휴대용 전원원(배터리, 발전기 또는 정류기)를 연결하는 과정을 포함합니다. 가능한 경우 테스트 아노드는 영구 설치에 적합한 위치에 설치되어야 합니다.

 

예제 2

 공항 연료 이송용 배관 시스템에는 전기방식이 적용되어야 합니다. 이 배관은 코팅되어 있으며 20.3cm(8inch) 이하의 배관으로 약 1524 m(5000 feets)을 입니다. 이 배관은 공항의 한 부분인 탱크 팜에서 시작하여 터미널 복합체의 연료 히드랜트까지 연장됩니다. 연료 탱크, 펌프 및 접지된 구조물과의 모든 연결은 전기적으로 절연되어 있습니다. 연료 히드랜트는 배관과 절연되어 있지 않으며 그들에게 연결된 구동 지뢰 막대가 있습니다. 대부분의 배관은 콘크리트 포장 아래에 있기 때문에 전기방식 양극을  설치할 수 있는 위치는 탱크 팜 근처 입니다. 토양 전도율은 평균 4000 ohm-cm입니다.

 

방식 엔지니어는 이 연료 시스템을 보호하기 위해 어떻게 설계를 해야 할 까요?

 

단계 1. 배관의 전기적 절연과 연속성(Bonding) 확인

배관에 전기적 연결이 가능한 지점 식별(연료 히드랜트, 라인 밸브, 지상 매니폴드 등).

시스템의 스케치를 준비합니다. Figure 4.1 참조.

Figure 4.1 - Tank Farm 레이아웃

배관과 대지 간 전기 저항 측정. 이 경우, 탱크 팜에는 접지된 펌프가 있고 배관 시스템에 비해 원격 대지에 대한 전기 저항이 매우 낮기 때문에 탱크 팜의 절연 조인트를 통한 전기 저항은 배관에서 원격 대지까지의 저항을 근사화합니다. Figure 4.1의 각 측면에 2개의 부착물을 사용하여 저항 R1,1은 0.80 Ω으로 측정되었습니다. 배관의 총 표면적은 약 1000㎡(10,500  평방 피트)입니다. 0.80 Ω 의 저항은 1.25 Siemens의 전도율과 동일합니다. 코팅의 단위 면적당 평균 전도도(4,000 ohm-cm 토양에서)은 다음과 같습니다.

g' = 1.25 S/ 1000 ㎡ = 1.25 x 10-3 S/ ㎡ (1.2 x 10-4 S/ft2)

또는:

g' = 1.25 x 10-3 S/ ㎡ x 4 = 5 x 10- S/m2 in 1000 Ω - cm

 

soil Table 4.1에 따르면 이는 다양한 피폭의 분포형 배관에 고르게 부여된 양질의 코팅에 해당합니다. 연료 히드랜트에 접지봉이 부착되어 있으므로 주요 접지 구조물에 전기적 접촉이 예상되지 않습니다.

배관의 절연 및 본딩을 확인합니다. Figure 4.1의 터미널 1에서 전류를 적용하고 터미널 지역에서 배관과 전기 파워 그라운드 간의 전압 변화를 측정합니다. 전기적 결합 값은 R2,1 및 R3,1에 대해 각각 0.75 V/A 및 0.70 V/A 입니다. 전기적 결합에 대한 설명은 첨부 파일 J - DC 네트워크 분석을 참조하십시오.

만약 배관이 접지된 구조물에 단락되었다면 배관-지구 저항은 일반적으로 0.1 옴 이하가 될 것입니다. 파이프에 탱크 팜과 터미널 사이에 알려지지 않은 절연 조인트가 포함되어 있다면 R2,1 및 R3,1은 R1,1보다 훨씬 작을 것입니다.

 

단계 2. 배관 방식 하기 위해 필요한 전류 결정

• 탱크 팜에 강철 막대를 박아 테스트용 양극봉 설치합니다(터미널 4, Figure 4.1).

• 해당 지역에서 코팅된 강철 배관을 분극시키기 위해 배관과 대지 간의 -0.300 V의 전위 변화가 일반적으로 필요하며 전기적 결합 값이 0.70 V/A인 경우, 터미널 3에서 배관을 보호하기 위해 필요한 추정 전류는 (Ohm의 법칙에 따라) 다음과 같을 것입니다.

I = 0.300 V / 0.7 V/A = 0.429 A

• 연료 히드랜트에서 구리/구리 황화물 참조 기준전극을 히드랜트 옆에 배치하여 pipe-to-soil 전위를 측정합니다. 가능하다면 기준적극을 히드랜트 피트에 원래 토양과 접촉한 상태로 배치합니다.

• 가통전 양극봉에서 0.450 A의 테스트 전류를 적용하고 터미널 5에서 기준전극까지의 전위를 모니터합니다. 전류 흐름을 중단하고 근사치로 변화하는 분극된 전위의 변경이 0에 가까워질 때까지 (즉, ΔEp/.Δt 0) 주기적으로 인스턴트 오프(instance off ) 전위 (Ep)를 측정합니다. 그런 다음 다음과 같이 디자인 전류를 계산합니다.

 

•  절연되지 않은 광범위한 구조물의 경우 지역적으로 테스트를 여러 차례 수행하고 전체 구조물에 결과를 추정 할 수 있습니다.