АНОДНЫЙ ЗАЗЕМЛИТЕЛЬ И КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ АНОДНОГО ЗАЗЕМЛИТЕЛЯ Российский патент 2000 года по МПК C01B31/00 C01B31/04 C23F13/00 C25B9/00 

Изобретение относится к электрохимии и электротехнике, в частности к процессам изготовления анодных заземлителей, и может найти применение в системах катодной защиты магистральных нефте- и газопроводов от подземной коррозии, а также в химической промышленности, в системах защиты от статического электричества и других системах электробезопасности.

Для катодной защиты длинных электропроводных конструкций, работающих под землей, создают разность потенциалов между защищаемым материалом, выполняющим роль катода, и длинным анодом, расположенным рядом с материалом, но отдаленным от него слоем земли. Анод представляет собой длинную полосу с гибкой металлической сердцевиной и полимерной оболочкой, а также различными прослойками, повышающими эффективность его работы.

Известен анодный заземлитель и состав для обмазки заземлителя.

Проводящий непористый материал для заземляющего анода представляет собой смесь, содержащую, мас.%: прокаленный пылевидный нефтяной кокс 83.5; портландцемент 15-16; графитовый порошок 0.75-10 и ПАВ 0.25-0.5. (См. патент США N 4786388, 1988).

Основным недостатком этого анодного заземлителя является то, что при затвердевании портландцемента из-за его объемной усадки образуется зазор между трубой и оболочкой, вследствие чего нарушается электрический контакт между средой и заземлителем.

Известен также электропроводный состав для катодной защиты. В состав входят, мас.%: углерод в элементарной форме 5-7; полимерное связующее 5-50; растворитель 5-50 и ПАВ 0-5. Углерод по меньшей мере частично присутствует в виде молотого кокса. Полимерное связующее после отвердевания становится влагопроницаемым. (См. заявка Европатента N0210058, кл. C 23 F 13/02, 1987).

Основным недостатком этого электропроводного состава является низкая долговечность за счет интенсивной растворимости в грунтах и низкая токоотдача.

Известен, кроме того, анодный заземлитель и композиция для него, состоящая из мас. %: углеродосодержащий наполнитель 40-80; каучуковый полимер 10-49.8; пластификатор 9-10 и инсектицид 0.2-1.0.

Анодный заземлитель представляет собой металлический проводник, на который нанесен слой адгезионно-активного покрытия, в качестве которого может быть использован полимерный клей или электропроводящая эмаль.

Известен способ получения композиции, включающий пластификацию каучукоосновного связующего при 40-160^oC, введение в смесь углеродсодержащего наполнителя и пластификатора, дополнительное перемешивание полученной смеси при диспергировании и вулканизацию при 40-160^oC с последующей расфасовкой композиции. (См. Европейский патент N 0580856 A1, 1994).

Основным недостатком анодного заземлителя и композиции является то, что электроды на их основе обладают низким значением предельно допустимого анодного тока и высоким электросопротивлением. Электроды, изготовленные из вышеописанной композиции, также обладают низким значением предельно допустимого анодного тока, повышение которого приводит к разогреву электрода и образованию высокоомной полимерной оксидной пленки на границе раздела фаз токоввод - полимерная электропроводная композиция и к полной блокировке работы заземлителя.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому техническому результату является анодный заземлитель, состоящий из токопроводника и токопроводной полимерной оболочки, в которой в качестве последнего используют каучукоосновное связующее в смеси с отходами металлургических производств с магнитными свойствами или их смесь с техническим углеродом.

При этом известна также композиция для анодного заземлителя, включающая каучукоосновное связующее и углеродсодержащий наполнитель, которая в качестве углеродсодержащего наполнителя содержит отходы металлургических производств с магнитными свойствами или их смесь с техническим углеродом, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Отходы металлургических производств с магнитными свойствами или их смесь с техническим углеродом - 32-54
Каучукоосновное связующее - Остальное
(Патент RU N2071510, кл. C 25 B 9/00, оп. 1997 г.).

Основным недостатком этого заземлителя является его недостаточно высокая долговечность.

Технический результат, достигаемый настоящим изобретением, состоит в повышении долговечности анодного заземлителя до сроков, соизмеримых со сроками службы трубопроводов, что составляет не менее 35 лет.

Указанный технический результат достигается анодным заземлителем, состоящим из токопроводника и токопроводной полимерной оболочки, в котором токопроводник выполнен в виде металлического или углеродного стержня, а токопроводная оболочка состоит из полимерного связующего в смеси с отходами металлургических производств и углеродными волокнами с фактором формы не менее единицы.

При этом в качестве токопроводника используют углеродный стержень с продольным сопротивлением не более 10^-4 Ом•м.

Технический результат достигается также композицией для анодного заземлителя, состоящей из полимерного связующего, отходов металлургических производств и углеродного компонента, которая в качестве последнего содержит углеродные волокна с фактором формы не менее 1, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Отходы металлургических производств - 2-5
Углеродные волокна - 20-70
Полимерное связующее - Остальное
При этом композиция для анодного заземлителя включает отходы металлургических производств с содержанием оксидов железа не менее 10 мас.% и оксида цинка не менее 3 мас.%.

Сущность изобретения состоит в том, что в состав предлагаемой композиции для анодного заземлителя помимо отходов металлургических производств, содержащих оксиды железа и цинка, и полимерного связующего включены в качестве углеродного компонента углеродные волокна с фактором формы не менее единицы.

Это обеспечивает повышенную долговечность анодных заземлителей за счет сверхвысокой электронной проводимости композиции.

Предлагаемые массовые соотношения компонентов обусловлены тем, что при их использовании достигается максимальный технический результат при сохранении всех свойств анодного заземлителя на высоком уровне.

Использование в качестве токопроводника помимо металлического стержня, выполненного из углерода с продольным сопротивлением не более 10^-4 Ом•м, также обеспечивает повышенную долговечность заземлителя.

Возможность реализации изобретения иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Полиизопреновый каучук марки СКИ-3 в количестве 100 кг подвергают пластификации на вальцах при температуре 90^oC в течение 5 мин. В полученный расплав вводят активатор - стеарин в количестве 3.5 кг, 2-меркаптобензотиазол в количестве 1 кг при перемешивании на вальцах в течение 9 мин. В смесь также вводят стабилизатор вулканизации н-фенил-н-азопропил-пара-фенилендиамин в количестве 1.5 кг. Отходы металлургических производств, например магнитный графит с чугунолитейного производства и доменного производства смешивают, измельчают до размера частиц, соизмеримых с частицами технического углерода марки И367Э и подвергают сепарации в магнитном поле. После чего отходы смешивают с измельченными углеродными волокнами с фактором формы 20 в массовом отношении отход:углерод = 2:60. Полученный продукт в количестве 137.8 кг вводят в течение 10 мин при перемешивании. Одновременно с этим в расплав вводят пластификатор - вазелиновое масло в количестве 4 кг. Затем в смесь вводят вулканизирующий агент - порошок серы в количестве 1.25 кг в течение 3 мин при перемешивании. Полученную смесь в количестве 143.05 кг состава, мас. %: отходы металлургических производств с магнитными свойствами в смеси с углеродом 50; каучукоосновное связующее 50 фасуют и направляют потребителю. Свойства композиции: предельно допустимое значение анодного тока, A равно 11±0,5, анодная растворимость кг/А год равна 0,25±0,3, эластичность составляет 45±27%.

Пример 2. Дивинилстирольный термоэластопласт марки ДСТ-3 в количестве 50 кг в смеси с 50 кг стирольного каучука СКС-30 подвергают пластификации на вальцах при температуре 90^oC в течение 10 мин. В полученный расплав вводят активатор вулканизации - оксид цинка в количестве 2 кг и ускоритель вулканизации дибензотиозолилдисульфид в количестве 3.5 кг при перемешивании в шнековом резиносмесителе в течение 10 мин. В смесь также вводят стабилизатор вулканизации фенил-нафтиламин в количестве 1 кг. Углеродосодержащие отходы, например доменный шлак и чугунный скрап смешивают, измельчают до размера частиц 50.0 и подвергают сепарации в магнитном поле. Полученный отход в количестве 32 кг смешивают с углеродными волокнами с фактором формы 35, измельчают и вводят в расплав термоэлектропласта и каучука в течение 15 мин при перемешивании. Одновременно с этим в расплав вводят пластификатор - индустриальное масло в количестве 4 кг. Затем в смесь вводят вулканизирующий агент - тетраметилдиурандисульфид в количестве 0.5 кг в течение 5 мин при перемешивании. Полученную смесь подвергают дополнительному перемешиванию при диспергировании в течение 5 мин, затем в количестве 143 кг состава, мас.%: отходы металлургических производств с магнитными свойствами 60; каучукоосновное связующее 40, фасуют и направляют потребителю.

Свойства композиции: предельно допустимое значение анодного тока, А равно 10,8±0,2, анодная растворимость кг/А год равна 0,24±0,2, эластичность составляет 46%.

Пример 3. Анодный заземлитель изготавливают следующим образом. Композицию изготовленную по примеру 1 нагревают на вальцах до 50^oC, снимают ее в виде ленты шириной 5 см и загружают ее в червячный пресс, в который одновременно подается токовод диаметром 8.5 мм, изготовленный из стальной латунированной проволоки, сформованной в металлический стержень, после чего на него наносят токопроводящую композицию при нагревании, затем охлаждают и направляют потребителю.

Токовод может быть изготовлен из графита с получением стержня аналогичного диаметра и имеющего продольное сопротивление 8•10^-5 Ом•м.

При использовании предлагаемого изобретения обеспечиваются следующие преимущества: упрощается технология изготовления анодного заземлителя за счет того, что на токопроводник наносится только один полимерный слой; удешевляется процесс изготовления анодного заземлителя за счет использования отходов металлургических производств, имеющих низкую стоимость.

Изготавливаемый согласно вышеописанной технологии анодный заземлитель обладает низким удельным электросопротивлением, высоким предельно допустимым значением анодного тока и при этом высокой эластичностью и низкой анодной растворимостью, высокой долговечностью, превышающей 35 лет. Продукция, изготавливаемая согласно изобретению, обладает высокой надежностью в эксплуатации и повышенным ресурсом работы. Повышается экологическая чистота использования изделия за счет того, что углеродосодержащие компоненты не закисляют почвы. Изобретение может быть использовано в водных, в т.ч. морской, средах и различных грунтах.

Изобретение предназначено для химической промышленности и может быть использовано при получении систем электробезопасности. Анодный заземлитель состоит из токопроводной полимерной оболочки и токопроводника. Токопроводник выполнен в виде металлического или углеродного стержня с продольным сопротивлением не более 10^-4 Ом•м. Токопроводная оболочка включает, мас.%: отходы металлургических производств 2 - 5; углеродные волокна с фактором формы не менее 1 20 - 70; полимерное связующее - остальное. Отходы металлургических производств содержат не менее 10 мас.% оксидов железа и не менее 3 мас.% оксида цинка. Заземлитель имеет низкое удельное электросопротивление, высокое предельно допустимое значение анодного тока, высокую эластичность, его долговечность превышает 35 лет. 2 с. и 2 з.п.ф-лы.

1. Анодный заземлитель, состоящий из токопроводника и токопроводной полимерной оболочки, отличающийся тем, что токопроводник выполнен в виде металлического или углеродного стержня, а токопроводная оболочка состоит из полимерного связующего в смеси с отходами металлургических производств и углеродными волокнами с фактором формы не менее 1. 2. Анодный заземлитель по п.1, отличающийся тем, что в качестве токопроводника используют углеродный стержень с продольным сопротивлением не более 10^-4 Ом • м. 3. Композиция для анодного заземлителя, состоящая из полимерного связующего и углеродного компонента, отличающаяся тем, что в качестве последнего она содержит углеродные волокна с фактором формы не менее 1 при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Отходы металлургических производств - 2 - 5
Углеродные волокна - 20 - 70
Полимерное связующее - Остальное
4. Композиция для анодного заземлителя по п.3, отличающаяся тем, что она включает отходы металлургических производств с содержанием оксидов железа не менее 10 мас.% и оксида цинка не менее 3 мас.%.