ДВУХКАМЕРНЫЙ МЕДНО-СУЛЬФАТНЫЙ ЭЛЕКТРОД СРАВНЕНИЯ НЕПОЛЯРИЗУЮЩИЙСЯ Российский патент 2008 года по МПК C23F13/00 G01N27/30 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к защите от коррозии подземных металлических сооружений, в частности к двухкамерным медно-сульфатным электродам сравнения неполяризующимся, и может быть использовано для измерения суммарного и поляризационного потенциалов, например, у трубопровода.

Уровень техники

Известен электрод сравнения неполяризующийся, содержащий токонепроводящий корпус с муфтой, заполненный электролитом из насыщенного раствора сульфата меди в смеси воды и этиленгликоля, расположенный в корпусе медный стержень, ионообменную мембрану, смонтированный на корпусе датчик потенциала, при этом датчик потенциала снабжен съемной насадкой, на корпусе электрода смонтированы по крайней мере две ионообменные мембраны, а дно муфты, монтируемой на корпусе, имеет перфорацию (см. пат. RU № 2122047, кл. С23F 13/00, опубл. 20.11.1998 г.).

Недостатком данного электрода является сокращенный срок службы, вызванный применением только ионообменных мембран, которые не исключают проникновение грунтовых вод в корпус электрода сравнения, а в грунтах с высоким содержанием ионов металлов, например кальция, в электролите происходит реакция замещения ионов меди ионами кальция и, как следствие, необратимое изменение собственного потенциала электрода. Использование двух ионообменных мембран ограничивает применение электрода в сухих грунтах из-за отсутствия контакта электролита электрода с наружной мембраной, что приводит к высыханию наружной мембраны и увеличению внутреннего сопротивления электрода до полной потери проводимости.

Известна аппаратура для определения смещения разности потенциалов между подземным металлическим сооружением и электродом сравнения, содержащая вольтметр с внутренним сопротивлением не менее 20 кОм на 1 В шкалы, регистрирующий или показывающий медно-сульфатный электрод сравнения, стальной электрод сравнения, с помощью которой выполняют измерения в контрольно-измерительных пунктах, колодцах, шурфах и т.д. контактным методом с применением регистрирующих или показывающих приборов, при этом положительную клемму измерительного прибора присоединяют к сооружению, отрицательную - к электроду сравнения с последующей обработкой результатов измерений, причем разность между измеренным потенциалом сооружения и значением его стационарного потенциала вычисляют по формуле

ΔU=U_изм-U_с,

где U_изм - наименее отрицательная или наиболее положительная за период измерений мгновенная разность потенциалов между сооружением и медно-сульфатным электродом сравнения;

U_с - стационарный потенциал сооружения

(см. Единая система защиты от коррозии и старения. Сооружения подземные. Общие требования к защите от коррозии. ГОСТ 9.602-89, Москва).

Недостатком данной аппаратуры является относительно невысокий срок службы.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту и принятым авторами за прототип является электрод сравнения длительного действия, содержащий токонепроводящий корпус с пористым дном, заполненный электролитом, расположенный в корпусе медный стержень и смонтированный на корпусе датчик потенциала, при этом он снабжен ионообменной мембраной, смонтированной на пористом дне корпуса, а электролит содержит насыщенный раствор сульфата меди в смеси воды и этиленгликоля в соотношении 3:2-2:1.

В электроде используется ионообменная мембрана, полученная рациональной привитой сополимеризацией акриловой или метакриловой кислоты в количестве 100-170% на двуосноорентированную полипропиленовую пленку (см. авт. св. SU № 1601199, кл. С23Р 13/00, опубл. 23.10.1990 г.).

Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения, следующие. Электрод сравнения длительного действия содержит медный стержень, диэлектрический корпус, заполненный электролитом из насыщенного раствора сульфата меди в смеси воды и этиленгликоля. Электрод имеет также керамическую пористую диафрагму и ионообменную мембрану. На корпусе крепится датчик потенциала.

Причиной, препятствующей получению требуемого технического результата по прототипу, является использование только ионообменной мембраны, в недостаточной мере препятствующей проникновению грунтовых вод в электрод и электролита в грунт, что приводит к истощению электролита и его модификации за счет замещения в электролите ионов меди ионами других металлов, содержащихся в грунте, и, как следствие, к изменению потенциала электрода.

Раскрытие изобретения

Задачей предлагаемого изобретения является разработка двухкамерного медно-сульфатного электрода сравнения неполяризующегося, обладающего увеличением срока службы электрода сравнения и стабильностью его собственного потенциала, расширением зоны использования в грунтах с различным химическим составом и влажностью.

Технический результат, который может быть получен с помощью предлагаемого изобретения сводится к увеличению срока службы электродов сравнения и стабильности его собственного потенциала, расширению зоны использования с различным химическим составом и влажностью.

Технический результат достигается с помощью двухкамерного медно-сульфатного электрода сравнения неполяризующегося, содержащего токонепроводящий корпус с электролитической камерой с вмонтированным в него медным стрежнем с сигнальным проводником и датчиком потенциала, установленным на корпусе, при этом корпус электролитической камеры заполнен электролитом, состоящим из воды дистиллированной, сульфата меди и этиленгликоля, причем соотношение воды и этиленгликоля равно 2:1, керамическую пористую диафрагму и ионообменную мембрану, при этом токонепроводящий корпус дополнительно снабжен бентонитовой камерой, заполненной бентонитовой глиной, размоченной в воде в соотношении 1:1, и установленной в его нижней части с возможностью сочленения камер посредством пластмассовой гайки, при этом в месте сочленения камер установлены: пластмассовая стабилизирующая шайба, ионообменная мембрана и пластмассовая шайба с впрессованной в нее керамической пористой диафрагмой, а в нижней части на корпусе бентонитовой камеры установлена пластмассовая шайба с впрессованной в нее керамической пористой диафрагмой, которая выполнена с возможностью обеспечения электролитического контакта электрода с грунтом.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении данного изобретения, достигается следующим образом. Корпус электрода состоит из двух камер, выполненных их токонепроводящего материала, - электролитической камеры, заполненной электролитом, и бентонитовой камеры. В месте сочленения камер установлены ионообменная мембрана и керамическая пористая диафрагма. В основании электрода установлена вторая керамическая пористая диафрагма для замыкания объема бентонитовой камеры.

Существенные признаки заявляемого изобретения следующие.

Неполяризующийся медно-сульфатный электрод сравнения содержит токонепроводящий корпус, состоящий из двух камер. Электролитическая камера заполнена электролитом из насыщенного раствора сульфата меди в смеси воды и этиленгликоля, в камере расположен медный стержень. Бентонитовая камера заполнена порошком бентонитовой глины, размоченной в воде в объемном соотношении 1:1, при этом бентонитовая глина имеет гелеобразное состояние. В месте сочленения камер установлены ионообменная мембрана и керамическая пористая диафрагма. В основании электрода установлена вторая керамическая пористая диафрагма для замыкания объема бентонитовой камеры. На корпусе электрода укреплен датчик потенциала.

В отличие от прототипа корпус заявляемого электрода состоит из двух камер. Электролитическая камера заполнена электролитом. Бентонитовая камера заполнена бентонитовой глиной, размоченной в воде. Применение бентонита обусловлено его свойствами - способностью разбухать при гидратации. При ограничении пространства для свободного разбухания в присутствии воды образуется плотный гель, который препятствует дальнейшему проникновению влаги при сохранении ионной проводимости. Применение бентонитовой камеры в значительной мере ограничивает проникновение грунтовых вод в электролитическую камеру и электролита в грунт, что позволяет увеличить срок службы электрода, при сохранении стабильности его потенциала.

Краткое описание чертежей

На чертеже дан предлагаемый двухкамерный медно-сульфатный электрод сравнения неполяризующийся, общий вид.

Осуществление изобретения

Двухкамерный медно-сульфатный электрод сравнения неполяризующийся содержит токонепроводящий корпус с электролитической камерой 1 с вмонтированным в него медным стержнем 2, к которому присоединен сигнальный проводник 3. Корпус электролитической камеры 1 заполнен электролитом 4, в состав которого входят вода дистиллированная, сульфат меди и этиленгликоль. Объемное соотношение воды и этиленгликоля 2:1. Содержание сульфата меди обеспечивает насыщенность раствора с выделением свободных кристаллов. На корпусе электролитической камеры 1 укреплен датчик потенциала 5 с присоединенным к нему сигнальным проводником 6, при этом токонепроводящий корпус снабжен бентонитовой камерой 7, заполненной бентонитовой глиной 8, размоченной в воде, в объемном соотношении 1:1. В месте сочленения камер 1 и 7 установлены: пластмассовая стабилизирующая шайба 9, ионообменная мембрана 10 и пластмассовая шайба с впрессованной в нее керамической пористой диафрагмой 11. Герметизация электролитической камеры 1 обеспечивается резиновой прокладкой 12. Сочленение камер 1 и 7 производится посредством пластмассовой гайки 13. Пластмассовая шайба с впрессованной в нее керамической пористой диафрагмой 14, которая обеспечивает электролитический контакт электрода с грунтом, фиксируется в нижней части на корпусе бентонитовой камеры 7 пластмассовой гайкой 15.

Двухкамерный медно-сульфатный электрод сравнения неполяризующийся эксплуатируется следующим образом.

Пример. В качестве образцов были взяты по 3 экземпляра стандартных медно-сульфатных электродов сравнения ЭСН-МС1 с одной ионообменной мембраной, ЭСН-МС2 с двумя ионообменными мембранами и предлагаемых двухкамерных электродов сравнения. Все электроды были размещены в емкости, заполненные насыщенным раствором хлористого кальция.

Потенциалы всех электродов по отношению к хлоридсеребряному электроду сравнения имели значение 120 мВ, с допустимым отклонением менее ±30 мВ. Выбор раствора хлористого кальция оправдан с точки зрения практики применения медно-сульфатных электродов, так как именно в грунтах с высоким содержанием кальция отмечается сокращенный срок службы стандартных электродов. Испытания состояли из двухнедельных циклов. В течение первой недели электроды выдерживались в насыщенном растворе хлористого кальция. Потом электроды извлекались из раствора, размещались на перфорированной поверхности и обдувались потоком подогретого до 40-50°С воздухом от калорифера по 8 часов в сутки в течение пяти суток, для имитации применения электродов в сухих грунтах. Далее электроды снова погружались в раствор хлористого кальция. Все последующие двухнедельные циклы начинались с измерения потенциалов относительно хлоридсеребряного электрода сравнения. Испытания продолжались 6 месяцев. Первыми вышли из строя (основным критерием выхода из строя являлось отклонение потенциала электрода более чем на ±30 мВ от потенциала 120 мВ по отношению к хлоридсеребряному электроду сравнения) два электрода ЭСН-МС2 - после первого цикла испытаний. Третий ЭСН-МС2 отказал после второго двухнедельного цикла испытаний. В ходе испытаний у электродов ЭСН-МС1 присутствовала стабильная тенденция к снижению потенциала и по истечении первых трех месяцев все 3 электрода вышли из строя. На момент завершения испытаний двухкамерные электроды имели потенциал 120±15 мВ.

По окончании испытаний все электроды были демонтированы. В электродах ЭСН-МС электролит был прозрачным, с желтоватым оттенком, на внутренней стороне мембраны, со стороны электролита, присутствовал осадок в виде хлопьев белого цвета. Электролит двухкамерных электродов имел характерный для сульфата меди голубой оттенок с присутствием нерастворенных кристаллов.

Неполяризующийся хлоридсеребряный электрод сравнения длительного действия устанавливают в грунт в непосредственной близости от подземного сооружения, в частности, трубопровода (не показан), соединенного с проводником, выходящим на поверхность земли. Для измерения разности потенциалов между проводником (не показан), соединенным с подземным сооружением, и сигнальным проводником 3, соединенным с медным стержнем 2 электрода, подключают вольтметр постоянного тока, имеющий входное сопротивление не менее 20 кОм/В на пределе измерения 0-3 В или близком к указанному пределе измерения, причем положительную клемму присоединяют к проводнику от подземного сооружения, отрицательную клемму вольтметра присоединяют к сигнальному проводнику 3.

Измерения поляризационного потенциала выполняют с помощью приборов, содержащих прерыватель тока, например 43313.1, ОРИОН - ИП01, при этом клемма «С» прибора присоединяется к проводнику от подземного сооружения, клемма «ИЭ» присоединяется к проводнику 3, соединенного с медным стержнем 2 электрода, а клемма «ВЭ» - к сигнальному проводнику 6, соединенному с датчиком потенциала 5.

Таким образом, предложенная конструкция позволяет существенно увеличить срок службы медно-сульфатного электрода, по сравнению с существующими промышленными образцами, при сохранении собственного потенциала вне зависимости от химического состава грунта и его влажности.

Двухкамерный медно-сульфатный электрод сравнения неполяризующийся может быть использован в качестве стационарного электрода длительного действия в системах электрохимической защиты подземных металлических сооружений, в частности трубопроводов, для создания электролитического контакта с грунтом при определении эффективности противокоррозионной защиты указанных сооружений. Относительно электрода производятся замеры потенциалов сооружения, как суммарного (с омической составляющей), так и поляризационного. Также электрод может быть применен как источник потенциала в системе регулирования автоматических станциях катодной защиты.

Предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом и другими известными техническими решениями имеет следующие преимущества:

- увеличение срока службы электродов сравнения;

- стабильность его собственного потенциала;

- расширение зоны использования с различным химическим составом и влажностью;

- высокая надежность электрода сравнения.

Изобретение относится к защите от коррозии подземных металлических сооружений и может быть использовано для измерения суммарного и поляризационного потенциалов, например, у трубопровода. Электрод содержит токонепроводящий корпус с электролитической камерой с вмонтированным в него медным стрежнем с сигнальным проводником и датчиком потенциала, установленным на корпусе, при этом корпус электролитической камеры заполнен электролитом, состоящим из воды дистиллированной, сульфата меди и этиленгликоля, керамическую пористую диафрагму и ионообменную мембрану, при этом токонепроводящий корпус дополнительно снабжен бентонитовой камерой, заполненной бентонитовой глиной, размоченной в воде, и установленной в его нижней части с возможностью сочленения камер, при этом в месте сочленения камер установлены пластмассовая стабилизирующая шайба, ионообменная мембрана и пластмассовая шайба с впрессованной в нее керамической пористой диафрагмой, а в нижней части на корпусе бентонитовой камеры установлена пластмассовая шайба с впрессованной в нее керамической пористой диафрагмой, которая выполнена с возможностью обеспечения электролитического контакта электрода с грунтом. Технический результат: увеличение срока службы электрода сравнения и стабильности его собственного потенциала, расширение зоны использования с различным химическим составом и влажностью. 1 ил.

Двухкамерный медно-сульфатный электрод сравнения неполяризующийся, содержащий токонепроводящий корпус с электролитической камерой с вмонтированным в него медным стержнем с сигнальным проводником и датчиком потенциала, установленным на корпусе, при этом корпус электролитической камеры заполнен электролитом, состоящим из воды дистиллированной, сульфата меди и этиленгликоля, причем соотношение воды и этиленгликоля равно 2:1, керамическую пористую диафрагму и ионообменную мембрану, отличающийся тем, что токонепроводящий корпус дополнительно снабжен бентонитовой камерой, заполненной бентонитовой глиной, размоченной в воде в соотношении 1:1 и установленной в его нижней части с возможностью сочленения камер посредством пластмассовой гайки, при этом в месте сочленения камер установлены пластмассовая стабилизирующая шайба, ионообменная мембрана и пластмассовая шайба с впрессованной в нее керамической пористой диафрагмой, а в нижней части на корпусе бентонитовой камеры установлена пластмассовая шайба с впрессованной в нее керамической пористой диафрагмой, которая выполнена с возможностью обеспечения электролитического контакта.