1. 5. Thiết kế bảo vệ chống ăn mòn bằng anode hy sinh :
Sử dụng anode – các kim loại hoặc hợp kim có điện thế thấp hơn điện thế của
kim loại cần bảo vệ trong môi trường ăn mòn.
Vật liệu chế tạo anode thường là nhôm, kẽm, hợp kim của nhôm và kẽm.
Có các loại anode sau:
Kiểu hình trụ: “Slender stand-off”
Sử dụng cho những đường ống không bọc gia tải.
Hình 3.21: Anode hình trụ
Kiểu hình thang: “Elongated flush mounted”
Sử dụng cho những đường ống không bọc gia tải.
Hình 3.22: Anode hình thang

2. Kiểu hình bán khuyên:”Half shell bracelet”
Sử dụng cho những đường ống có bọc gia tải.
Hình 3.23: Anode hình bán khuyên
Đặc trưng môi trường nước biển.
Trong tính toán thiết kế hệ thống bảo vệ cathode thì các đặc điểm môi
trường nước biển cần chú ý như sau:
- Độ mặn của nước biển.
- Nhiệt độ của nước biển.
- Điện trở riêng của nước biển.
- Độ sâu của đáy biển.
Đặc tính của anode.
- Khối lượng tịnh của anode hy sinh.
- Khối lượng của anode hy sinh kể cả lõi.
- Dạng anode.
- Đặc trưng kích thước của anode.
- Điện thế làm việc của anode.
- Dung lượng điện hoá thực tế.
Các thông số thiết kế.
Các thông số bảo vệ:
- Điện thế bảo vệ tối thiểu để bảo vệ thép trần khỏi bị ăn mòn E0c là - 0,8 V
theo điện cực Ag/AgCl/nước biển.
- Mật độ dòng điện để bảo vệ thép trần khỏi ăn mòn là 0.06 - 0.065 A/m2.
Các thông số sử dụng trong tính toán :

3. - Điện thế của thép cacbon trong nước biển là (-) 650mV theo điện cực so
sánh Ag/AgCl/nước biển.
-
Hệ số phá hủy sơn lấy theo DnV RP - B401 - 2005.
Hệ số sử dụng anode hy sinh được tiếp nhận là 90%.
Số lượng, phân bố và lắp đặt anode :
- Số anode cần bảo vệ phần ngập nước phụ thuộc vào dung lượng điện hoá
của anode, thời gian vận hành của công trình và hệ số phá huỷ sơn.
- Phân bố các anode tuân theo các bản vẽ thiết kế.
-
Lắp đặt anode tuân theo các quy trình kỹ thuật ANSI/AWA D1.1 - 94.
5.1 Lý thuyết tính toán :
Cơ sở cho việc tính toán chống ăn mòn bằng anode theo quy phạm DnV
RP B401-2005. ( Cathodic Protection Design ).
Tuổi thọ của hệ thống bảo vệ bằng tuổi thọ của công trình (năm).
Diện tích bề mặt tuyến ống cần bảo vệ Ac, m2.
.D.L(m 2 ).
Ac
Trong đó:
D: Đường kính ngoài của ống thép, m
L: Chiều dài của tuyến ống, m
Cường độ dòng điện yêu cầu IC , (A) .
Ic
Ac .ic . f c
Trong đó:
Ac là diện tích bề mặt tuyến ống cần bảo vệ
fc là hệ số phá huỷ sơn,phụ thuộc vào đặc tính của chất sơn phủ
được lấy theo mục 6.4.4 – RP B401 – 2005, dùng hệ số phá hủy
sơn trung bình để tính toán
fcm = a + b.
tf
2
 tf là tuổi thọ thiết kế của công trình, tf = 30 năm.
 Các hệ số a, b tra theo bảng 10.4 - DnV RP-B401 - 2005.

4. Ở đây giả thiết sơn chống ăn mòn loại III ( chiều dày nhỏ nhất của mỗi lớp là
350 m ), độ sâu nước là 46 m, tra bảng 10-4 DnV RP-B401 - 2005 ta được
a = 0,02 ; b = 0,012
fcm = 0,02+ 0,008.
30
= 0,14
2
ic là mật độ dòng điện bảo vệ( A/m2). Mật độ của dòng điện bảo vệ
- mật độ dòng điện thiết kế ban đầu phụ thuộc vào sự thay đổi độ sâu
đáy biển và nhiệt độ vùng cần bảo vệ, được lấy theo bảng sau :
Bảng 5.1: Mật độ dòng điện thiết kế ban đầu /cuối cùng cho thép trần đối với các
vùng khí hậu khác nhau (A/m2).
Độ sâu
m
0
> 30
Cận nhiệt đới
120- 200C
ôn đới
70-120C
Vùng lạnh
< 70
0.150
0.10
0.170
0.110
0.200
0.130
0.250
0.170
0.120
0.080
30
Nhiệt đới
>200C
0.140
0.090
0.170
0.110
0.200
0.130
Bảng 5.2 Mật độ dòng điện thiết kế trung bình cho thép trần, A/m2
Độ sâu
m
0
30
> 30
Nhiệt đới
>200C
Cận nhiệt đới
120- 200C
Ôn đới
70-120C
Vùng lạnh
< 70
0.07
0.08
0.10
0.120
0.06
0.07
0.08
0.100
Theo như điều kiện vùng thuộc nhiệt đới, độ sâu công trình 46 m > 30 m nên
ic=0,06 A/m2.
Lựa chọn loại anode.

5. Do đường ống ngầm bọc bê tông gia tải nên không sử dụng anode dạng
hình trụ và dạng hình thang. Ta sử dụng loại anode dạng hình bán
khuyên,vật liệu chế tạo anode sử dụng là hợp kim của nhôm và kẽm, loại
này được áp dụng cho nhiều đường ống với các đặc trưng thích hợp như
hình dạng mặt cắt có dạng vành khuyên dễ dàng lắp đặt vào các đường ống
có tiết diện hình tròn. Do đó, chiều dày anode loại này thường được chế tạo
bằng chiều dày lớp bọc bê tông gia tải để thuận lợi cho việc thi công thả
ống. Do lắp sát vào bề mặt ngoài của ống nên chúng không bị phá hủy do
các hoạt động thả neo hay kéo lưới đánh bắt cá của tàu thuyền ngoài khơi.
Điện trở bề mặt của anode - Ra (omh).
Tuỳ từng loại anode được chọn mà công thức xác định điện trở là khác nhau và
được xác định theo bảng sau:
Bảng 5.3: Công thức xác định điện trở anode.
Loại anode
L
4.r
L
L
Công thức xác định điện trở
4.r
4 bề dày
Dạng hình bán khuyên
Ra
Ra
2. .L
2.L
ln
1
2. .L
r
Ra
Ra
1
ln
4.L
1
r
r
2.L
2
1
2 S
0.315.
Aa
Trong đó:
: Điện trở suất của môi trường, ohm.m, tra đồ thị 10.1 – RP
B401 – 2005 phụ thuộc vào nhiệt độ và độ mặn của nước biển.
r
2.L

6. L: Chiều dài của anode, m.
r: Bán kính của anode, m.Nếu anode không ở dạng hình trụ thì r =
C/2 , với C là chu vi mặt cắt ngang của anode.
S: Trung bình chiều rộng và dài của anode, m.
Aa: Diện tích bề mặt của anode, m2
Dòng điện ra của anode - Ia (A):
Ia
U
Ra
0
Ec0 Ea
( A).
Ra
Trong đó:
U là hiệu điện thế giữa điện thế làm việc tối thiểu của anode (V).
E0c điện thế tuỳ thuộc vào loại anode được chọn (V)
E0a điện thế nhỏ nhất để bảo vệ thép trần,E0a = 0.8 V
Số lượng anode N.

7. N
Ic
(anode).
I a .u
u : Hệ số sử dụng anode, tra bảng 10.8 RP B401 – 2005.
Bảng 5.4 : Hệ số sử dụng anode, u.
Hệ số sử dụng (u)
Loại anode
4r
0.9
L <4r
0.85
chiều dày
0.85
L
L
Loại nhiều cạnh hình xuyến
0.8
5.2
Tính toán các thông số hệ thống Anode :
5.2.1 Số liệu đầu vào :
Tuyến đường ống nối 2 dàn RC6 – RP1 :
Chiều dài tuyến ống ( m )
5899
Đường kính ngoài (mm)
323,8
Mác thép
API 5L X60
Tuổi thọ thiết kế của công trình ( năm )
30
Lớp sơn phủ:
Vật liệu sơn
Fussion Bouded Epoxy
Chiều dày, (mm)
0,5
Môi trường nước biển:
Nhiệt độ ( 0C)
30
Điện trở riêng , ohm-m
0,10
5.2.2 Tính toán các thông số Anode :
Diện tích bề mặt tuyến ống :
Ac
.D.L
.0,3238 .5899
6000 ,74 m2
Hệ số phá huỷ sơn , fc = fcm = 0,14
Mật độ dòng điện bảo vệ : ic =0,06 A/m2
Cường độ dòng điện yêu cầu bảo vệ, (A ):
Ic
A c . f cm .ic
6000 ,74 .0,14 .0,06
50 ,4 (A)

8. 57/63
Lựa chọn anode cho tuyến ống : Tuyến ống có đường kính D = 323,8 mm, chiều
dày sơn chống ăn mòn là 0.5 mm,ta chọn anode loại BA 57 có các thông số kỹ
thuật :
Đường kính trong : 328 mm
Đường kính ngoài : 424 mm
Chiều dài : 440 mm
Điện thế bảo vệ : 1,09 ( V )
Khối lượg tịnh của 1 anode : 57 kg
Các thông số tính toán cho anode lựa chọn :
Chiều dài tuyến ống cần bảo vệ : 5889 m
Diện tích bề mặt tuyến ống cần bảo vệ : Ac =6000,74 m2 .
Điện trở của 1 anode :
Ra
0,315.
0,135.0,1
Aa
.0,424.0,44
0,018 (ohm)
Dòng điện ra của 1 anode :
Ia
U
Ra
Eco
o
Ea
Ra
1,09 0.8
16,11( A )
0,018
Số lượng anode yêu cầu :
N
Ic
I a .u
50 ,4
16 ,11 .0,8
3,91 (anode)
Vậy chọn 4 anode dùng cho tuyến ống RC6 – RP1
Khoảng cách giữa các anode :
L
5889
1472,75 ( m ).
4
Theo quy phạm Norsok Common Requirements Cathodic Protection (M-CR-503 –
1994 mục 6.7) khoảng cách giữa các anode không nên quá 200 m.Như vậy số
lượng anode cần dùng là :
N
5889
200
29,44 ( anode ).
Ta chọn 30 anode cho tuyến ống.Khoảng cách giữa các anode là :
L
5889
196,3 ( m ).
30

9. Do tuyến ống có bọc bê tông gia tải nên các anode được lắp đặt ở điểm hàn nối hai
ống.Chiều dài mỗi ống khi sử dụng tầu Conson để thả ống là 12 (m).Vậy khoảng
cách để lắp đặt giữa 2 anode ta chọn là 192 (m)
Loại
anode
BA
57
Bảng 5.5 : Thống kê anode sử dụng
Đường
Đường
Chiều
kính
kính
dài
Số
trong
ngoài
anode
lượng
(mm)
(mm)
(mm)
328
424
440
30
Khoảng
cách (m)
192
5.2.3. Kiểm tra hệ thống Anode đã thiết kế
Hệ thống anode đã thiết kế phải tạo được dòng điện duy trì trong suốt tuổi
thọ của đường ống đảm bảo khả năng bảo vệ chống ăn mòn ( Icm ), đồng thời
dòng điện do hệ thống anode tạo ra trong giai đoạn cuối cũng phải đáp ứng
được yêu cầu về cường độ dòng điện bảo vệ trong giai đoạn cuối ( Icf ).
Hệ thống anode tính toán cần thỏa mãn các yêu cầu sau ( mục 7.8.4 RP B401)
Ca tot = N.Ca Icm . tf .8760 ( 1 )
Ia tot i = N.Iai Ici
(2)
Ia tot f = N.Iaf Icf
(3)
Trong đó :
Ca tot : Tổng điện dung dòng điện do hệ thống anode tạo ra ( A.h )
N : Số anode sử dụng
Ca : Điện dung dòng điện của 1 anode ( A.h ).
Icm : Cường độ dòng điện trung bình yêu cầu ( A )
tf : Tuổi thọ của công trình , lấy bằng 30 năm.
8760 : Số giờ trong 1 năm.
Ia tot i , Ia tot f : Tổng cường độ dòng điện ra của hệ thống anode lúc đầu và
trong giai đoạn cuối, ( A )
Iai , Iaf : Cường độ dòng điện ra của 1 anode lúc đầu và trong giai đoạn
cuối.
Ici , Icf : Cường độ dòng điện yêu cầu lúc đầu và trong giai đoạn cuối.

10. Tính toán các thông số :
Tính Ca
Ca = ma . .u
ma = 57 kg : Khối lượng tịnh của 1 anode
: Điện dung điện hóa thiết kế , = 2540 (Ah/kg )
u : Hệ số sử dụng anode, u = 0,8
 Ca = 57.2540.0,8 = 115824 ( A.h )
Tính Icm , Ici , Icf
I cm
Ac .icm . f cm
I ci
Ac .ici . f ci
I cf
Ac .icf . f cf
ici , icm, icf : Mật độ dòng điện ban đầu, trung bình, cuối cùng , tra bảng 10.1
và 10.2 RP B401 – 2005, ta được :
Bảng 5.6 : Xác định mật độ dòng điện
ici ( A/m2 )
icm ( A/m2 )
icf ( A/m2 )
0,120
0,060
0,080
fci , fcm , fcf : Hệ số phá hủy sơn ban đầu, trung bình và cuối cùng, xác định
theo các công thức sau :
f ci
a
f cm
a b.
f cf
a b.t f
tf
2
Kết quả tính toán :
Bảng 5.7 : Xác định hệ số phá hủy sơn
b
tf
fci
fcm
0,015
30
0,05
0,275
a
0,05
Ac
.D.L
.0.325 .1100
1123 .12 m2
Do đó :
Bảng 5.8 : Xác định cường độ dòng điện yêu cầu
Ici ( A )
Icm ( A )
Icf ( A )
6.74
18.53
44.93
fcf
0,5

11. Tính Iai , Iaf
Công thức xác định :
I ai
0
Ec0 Ea
Rai
I af
0
Ec0 Ea
Raf
Rai
0,315.
Ai
Raf
0,315.
Af
;
Ai = 3,1416.0,491.0,804 = 1,24 ( m2 ).
Af = 3,1416.[ 0,491 – 2.(0,491 – 0,411).(1 - 0,8)].0,804 = 1,159 ( m2 ).
Kết quả tính Iai , Iaf
Bảng 5.9 : Xác định cường độ dòng điện ra của 1 anode
Rai ( ohm
Raf ( ohm
Iai ( A )
Iaf ( A )
)
)
0, 05657
0,05852
5,126
4,956
Vậy ta có các bảng kiểm tra các điều kiện trên như sau :
Bảng 5.10 : Kiểm tra điều kiện ( 1 )
Ca
Ca tot
N
Icm.tf.8760
Kết luận
A.h
A.h
Không thỏa
5
243840
1219200
4869684
mãn
Ncần
thiết
19.9
7
Bảng 5.11 : Kiểm tra điều kiện ( 2 )
N
5
Iai
Ia tot i
Ici
Kết luận
5,126
25.63
6.74
Thỏa mãn
Ncần
thiết
5
Bảng 5.12 : Kiểm tra điều kiện ( 3 )
N
5
Iaf
Ia tot f
Icf
Kết luận
4,956
24.78
44.93
Không thỏa
mãn
Ncần
thiết
Kết luận : Chọn 20 anode, khoảng cách giữa các anode là 55 ( m )
9.06
6