高ケイ素鋳鉄 vs MMO – 深井戸陽極材料選択の実践経験

高ケイ素鋳鉄 vs MMO – 深井戸陽極材料選択の実践経験

長年にわたって陰極防食設計を行ってきた中で、深井戸陽極プロジェクトが持ち上がるたびに、クライアントが最初に尋ねる質問は通常、「何かコスト効率の高いものを提案してください」というものです。 2つ目は「ハイシリコン鋳鉄を使うべきか、それともMMOを使うべきか？」です。正直に言うと、思いつきの答えだけでは答えられません。それは、現場の状況、予算、そして何よりもシステムが何年続くと予想されるかによって異なります。

現在、市場には深井戸陽極材料として主に 2 つのファミリーがあり、それは高シリコン鋳鉄と混合金属酸化物被覆チタン (略して MMO) です。 1 つは昔ながらの、丈夫で安価なものです。もう 1 つはより新しく、耐久性があり、より高価です。実世界の経験に基づいて、それらを詳しく見てみましょう。

高シリコン鋳鉄 – 主力製品

高シリコン鋳鉄には通常 14.5% ～ 17% のシリコンが含まれており、この範囲は数十年にわたって研究されてきました。シリコンが少ないと耐腐食性が低くなります。シリコンが増えると脆くなりすぎます。動作中、表面に二酸化ケイ素の不動態皮膜が形成され、鎧のように機能します。 pH 1 ～ 4 までの酸性環境および最大約 500 ppm の塩化物濃度に対応できます。しかし、強アルカリや高塩化物塩性の土壌に置くと、苦戦します。

電気的には、標準的な高シリコン鋳鉄アノード (Φ50×1000 mm) は約 1.5 ～ 2 A の出力を供給し、消費率はおよそ 0.05 ～ 0.2 kg/(A·yr) です。設計寿命は通常 15 ～ 20 年です。しかも価格は本当に安く、パッケージ化されたユニットの価格は約 300 元です。中規模の駅や地域の保護の場合、初期投資の圧力は低く、技術は十分に成熟しているため、建設作業員であれば誰でも設置できます。

欠点は、電流密度が約 10 ～ 15 A/m² であることです。数十キロメートルのパイプラインを保護する必要がある場合は、多数の陽極が必要になり、井戸の数が増えると、総コストが低く抑えられなくなる可能性があります。

MMO アノード – チタンベース、貴金属コーティング、耐久性に優れた構造

MMO (混合金属酸化物) アノードhttp://dinoer-anodes.comイリジウム、タンタル、プラチナなどの貴金属酸化物の薄層でコーティングされたチタン基板を使用します。コーティングの厚さはわずか数ミクロンですが、その触媒活性は非常に高いです。許容動作電流密度は 50 ～ 80 A/m² に達することがあり、これは鋳鉄の 4 ～ 5 倍です。消費率は驚くほど低く、約 2 mg/(A・yr) で、ほとんど無視できます。設計寿命は 20 年から始まり、よく作られたものでは 50 年に達する場合もあります。

新疆の砂漠ガス田プロジェクトでは、事前にパッケージ化された MMO 深井戸陽極を使用しました。単一の陽極は約 15 A を供給し、単一の十分に 60 km 近くのパイプラインを保護しました。高シリコン鋳鉄の場合、少なくとも 4 ～ 5 つの井戸が必要になり、掘削コストとその後のメンテナンスを合計すると、鋳鉄ソリューションの方が高価になったでしょう。

もちろん、MMO アノードの初期コストは高シリコン鋳鉄の数倍です。あらかじめパッケージ化された MMO 深井戸陽極 (通常、鋼製ケーシング内で直列に接続された 2 ～ 4 本の管状陽極、直径 273 mm、長さ 10 ～ 30 メートル) の価格は軽く 1 万元を超えます。しかし、ライフサイクル全体を通して見ると、特に 20 年以上にわたって設計された重要なプロジェクトの場合、MMO は交換する必要がほとんどなく、消費電力も低いため、最終的には安価になることがよくあります。

選び方 – 私が使用する経験則

まずは土を見てみましょう。抵抗率が 100 Ω・m 未満で、塩化物が少なく、pH が中性から弱酸性であれば、高シリコン鋳鉄が完全に適切です。砂漠、ゴビ、塩分濃度の高いアルカリ性の土地、または抵抗率が高いか塩分が多い沿岸地域にいる場合、MMO の利点は明らかです。分極電圧が低いため、同じ保護を得るために必要な駆動電圧が低くなり、電力が節約されます。

次に、必要な耐用年数を確認します。所有者が「このパイプラインは 15 年間しか使用されないため、ルートが変更されるか廃止される可能性があります」と言うのであれば、鋳鉄を選択するのが合理的です。少なくとも 30 年間掘削されない国の幹線の場合は、MMO を使用する必要があります。そうでないと、15 年後に戻ってきて新しい井戸を追加する必要があり、その頃には地面が舗装されているか、他の施設によって占有されており、掘削が不可能になっている可能性があります。

第三に、保護範囲を考慮します。長距離パイプラインは数十キロメートル、数百キロメートルにわたって走行します。単一の MMO 坑井の保護半径ははるかに大きく、これにより坑井の数が大幅に削減され、土地取得、掘削、埋め戻しにかかるコストが間接的に節約されます。ステーション内の数キロメートルのパイプ、またはいくつかのタンククラスターの場合、鋳鉄製の井戸の方が経済的であることがよくあります。

これは白か黒かの選択ではありません。私の通常のアプローチは、初期投資、運用電力コスト、保守および交換の費用、およびリスク損失を考慮してライフサイクルコスト分析を実行し、その後、数字に語らせることです。しかし、最終的にはどの素材を選んだとしても、適切なインストール方法が必要です。素晴らしい陽極を不適切に設置してもお金の無駄です。