太阳能光电池在管道工程阴极保护中的应用研究

太阳能光电池在管道工程阴极保护中的应用研究

苏启林

中国电建集团港航建设有限公司天津市300381

摘要：随着我国的经济不断的发展，现阶段我国工业上的施工工艺不断的改革更新，在各个行业上都有很大的发展，在现阶段，全球不可再生的资源日益紧缺，引起了全球人民的高度重视，随即对太阳能的开发应用当中取得了很大的收获，并且太阳能电池在管道工程进行阴极保护的技术也在不断的成熟，让我国的管道工程得到了有效的进步，在我国南水北调的施工过程中就使用了阴极保护技术对管道进行防腐，在我国的西气东输的工程中使用到了太阳能光电池对管道进行阴极保护，在这些项目中都使用了阴极保护技术，本文主演讲解了太阳光能电池在管道工程阴极保护中的研究引用。

关键词：太阳能光电池管道工程阴极保护应用研究

引言：现阶段，外加电流阴极保护系统在国外国内广泛的使用，主要使用的工程是地下油气管道、船舶、码头及海上钻井平台等金属的防腐蚀。这样的阴极保护技术需要持续的直流电源，为所有的阴极提供电流，需要电流能够长期在使用的过程当中稳定可靠，要确保大量的输出电流，可以在较大的范围内进行调节，有足够的输出电压，避免在系统的中电阻带来的影响，可以提供直接电流的装置有蓄电池组、直流发电机、太阳能电池以及风力发电机等等，以下主要介绍了太阳能光电池在管道工程中的阴极保护技术的研究应用。

1.太阳能电池的安装以及运用

我国在太阳能光电池的主要应用就是在我国的西气东输的工程项目中，这个项目是新中国建立以来最大的天然气能源的建设项目，为了确保天然气的输送管道能够适应输送的距离，以及地质地貌变化的特点，对阴极保护系统的供电方式，阳极材料以及安装方式等等做出了相应的构想，并且进行了深入的研究。

2.供电方式的选择

在西气东输的整个管线上需要对沿途管线的环境变化做出相应的输电调整，并且避免在其他自然因素的变化影响下发生电位变化，所以，国内很多都采用了恒电仪。恒电仪主要采用了太阳能电池、热点发生器密闭循环发电机组和风力发电机等等提供供电设备，并且部分的阴极保护站可以建设在没有市电的地区。同时还可以根据不同的地区的具体条件进行选用。

2.1太阳能电池

太阳能阴极保护主要由太阳能电池和蓄电池以及控制系统组合而成的，蓄电池的容量需要根据相应的天气来确定，因为太阳能具有不需要燃料、无污染、自动供电、使用寿命非常的长等等优势，为油气管道阴极保护装置节省了很大的成本费用。现阶段世界上已经有很多的太阳能发电站，并且我国的太阳能阴极保护站在最近几年中迅速的发展，在很多的输油管线中都是采用了太阳能电源，在实际的应用过程当中，需要考虑到地理环境、日照能量、蓄电池的温度影响等。

2.2密闭循环发电机组（CCVT）

ClosedCyclcVapourTurbinc就是CCVT的缩写，这是一种没有任何人看管的自动控制的发电机组，具有稳定转速的小型旋涡轮发装置。这项装置曾经在以色列国家应用于飞机的研究，并且取得了成功，这项装置的热源可以是各种的气体或者液体燃料，并且非常的可靠，在目前的阶段已经有很多的CCVT装置在全球各地被广泛的使用，但是在我国还没有被应用。

2.3热点发生器

热电发生在太阳能光电池的应用中起到非常大的作用。热电发生器主要由三个部分组成，分别是热源、热电以及冷却片。可以利用油和气管道本身进行输送来发电，也可以通过一些相应的可燃气体进行发电，非常的适用于小型的发电机。

2.3风力发电机

现阶段全球对没有污染的可持续利用的自然资源广泛的应用起来，风能是自然界中取之不尽的自然资源，目前全球的资源以及环境被人类的利用导致逐渐的恶化，现阶段风能对人类来说是一项非常值得开发的能源。因为风能具有非常强的随机性，因为风力的大小方向都是在不停的变化，引起风轮机转速不断的变化，所以发电机的发电频率就没有那么稳定，因此风力发电机阴极保护在国外的油气管线阴极保护系统中有过应用，但是在我国只有在塔里油田轮库输油关心啊的太阳能阴极保护站，并且使用了风力发电机组作为备用电源。

3.太阳能阴极保护在管道中的应用以及原理

阴极保护在国外很多的项目工程上被广泛的应用，主要就是用于防止管道外防腐绝缘层与保护的联合使用是最经济合理的防腐措施。阴极保护技术主要分为两种，一种牺牲阳极的阴极保护，就在金属管道上连接中电位更负的金属或合金，然后形成一个新的腐蚀电池。另一个就是外加电流的阴极保护，就是将被保护金属和外加的直接电流的负极相连接，然后把辅助阳极接到电源的征集，从而实现对金属的保护。太阳能电站是为被保护装置的金属管道提供强制的电流的装置，太阳能电池要与蓄电池等蓄能原件进行配合使用才行，因为当太阳下山之后或者阴天下雨天没有太阳的情况也能够保证能够供电。管道的阴极保护系统就是对管道施加直接电流，让管道的表面产生阴极极化，从而减少或消除造成钢管上腐蚀的电极电位差，有效的进行防腐蚀作用，从而达到防腐蚀的目的。油气管道太阳能阴极保护系统在很多的情况下，完全能够满足仪器正常运行的需要。并且太阳能的维护非常的简单，没有任何污染，同时还能够提供稳定的电流以及电压，能够保证阴极保护装置正常的运行。但是受环境的影响，发电量受天气的影响非常的大。

4.太阳能光电池的安装方式以及材料选择

4.1阳极材料的选择

在太阳能光电池提供直接电流的油气输送管道中，对管道进行阴极保护有很多的辅助阳极材料，主要以高硅铸铁阳极、石墨阳极以及钢铁阳极，并且还采用了一定磁性的氧化阳极。钢铁阳极主要就是在外加电流阴极保护中起到通电的效果，在最早的时候，阴极保护装置最早使用的就是废弃钢管，并且不得受到任何电流的限制，非常的适用于电阻非常高的土壤中，但是这中材料没有较好的耐腐蚀性能，并且使用的寿命也很短。石墨阳极主要就是一种溶性阳极材料，具有非常良好的导电性，非常的耐腐蚀，在很大的电流下能够有效的工作，并且阳极的表面生成大量的二氧化碳，通常情况下，都会经过石蜡浸渍处理。在天阳能光电池的管道阴极保护中对辅助材料的选择很大程度的影响到了管道的主要功能，以及管线的使用寿命，所以，材料的选择至关重要。

4.2特殊地段阴极保护

在管道的应用中，很多的地方因为地理环境和天气变化会对管线造成一定的影响。在管道穿越公路铁路等地方时候应该采用不用的措施，在跨河流部门应该做好管道与桥梁的绝缘维护工作，如果说管道需要穿越河流的话，就需要将绝缘法将相应的部位断开，同时将跨接电缆穿越，在施工之前对防腐的等级进行识别。对于电阻非常大的山坡石方的地段，应该采用柔性阳极与管道同沟敷设。

5.太阳能电源系统的整体设计

在太阳能电池的整体这几中，存在不少的影响因素，主要因素有，光照条件，太阳能电池方阵的光电转换率，以及组合损耗和环境、蓄电池充放电的效率等等问题。在天阳能阴极保护站中要确定相关的负载基本数据，并且做出相关的记录，同时要对当地的地理位置以及气象做出相应的研究，并且确定出每天的用电量，通过天气的原因以及发电的总量进行选择合理的蓄电池。蓄电池的容量大小就是取决于负载的耗电情况，对发电的量进行有效的控制。

6.高效低成本的天阳能电池研制的可行性

随着工业的发展，很多的工业施工技术和施工工艺都得到了有效的发展，在太阳光能电池在管道工程中的应用是非常的有必要的。光电池技术在不断的突破，不断的进入到了市场经济中，我国现阶段对原子结构的理论有很大的进步，根据新的材料进行特殊的组合，可以有效的将光电池的转换效率提高，同时能够降低很大的成本，从而很大的提高了企业得的经济效益，并且在阴极保护当中，为了能够持续的为管道外加直接的电流，只有通过太阳能光电池以及蓄电池对电力进行合理的储存。在外加电源能够持续的提供稳定的电流，就能够有效的保证管线的使用寿命。所以，太阳能光电池在管道工程的施工中是非常适用的。

结束语：随着我国的工业不断发展，对资源的有效利用，太阳光能电池在管道中的应用取得了很大的成果，根据国际上的消费市场表明，因为全球的能源现在逐渐的缺乏，利用阳光为人类服务是非常科学的雅趣，太阳能家电的品种非常的多。但是在太阳能光电池在管道的阴极保护技术当中，还没有被广泛的应用起来，太阳能光电池在管道中的应用能够有效的增加管线的使用寿命，并且能够对管线的金属进行有效的防腐蚀的效果。我国在西气东输的管线项目中就建设了太阳能光电池阴极保护站，为管线提供了直接的电流，随着各项技术的发展，希望太阳能能技术能够不断的发展与突破，给人类带来更多的利益。

参考文献

[1]熊靖.太阳能光电池在管道工程阴极保护中的应用[J].石油工程建设，1997（02）：41-43.