Устройство для защиты от коррозии металлических трубопроводов Советский патент 1984 года по МПК C23F13/00 

Изобретение относится к химической и металлургической промышленност в частности к устройствам для защиты от коррозии металлических трубопроГводов, применяемых в электрохимических производствах ряда отраслей народного хозяйства. При эксплуатации металлических тр бопроводов в электрохимических произ водствах, где применяются промьшшенные токи электролиза большой величины, эти трубопроводы подвергаются воздействию анодных и катодных токов утечки, которые могут приводить к коррозионному разрушению металла трубопроводов. Разрушению подвергаются участки металлических трубопроводов, контактирующие с трубопроводами или другими элементами из электроизоляционного материала, или явля ющиеся концевыми участками, из которых происходит истечение струй элек тролита... Известно устройство.применяемое для защиты от коррозии под действием анодных токов утечки на участках их воздействияi в котором применяются аноды из материала с низким перенапряжением окисления компонентов раствора, имеющие электрический контакт с защищаемым металлом lj . Б этом устройстве практически вес анодный ток стекает с защищаемого участка конструкции на анод, а с ано да - в электролит, расходуясь на про десс окисления компонентов раствора. Таким образом, предотвращается корро зионное разрушение конструкции под действием анодного тока. Эффективная защита достигается в данном случае при условии, если на защищаемый учас ток воздействует только ток анодного направления. Ток катодного направления восстанавливает анодно-активное покрытие, что приводит к его разруше нию. Если воздействие катодного тока приводит к разрушению основы анода и участка конструкции, то, в конечно счете, на участке его воздействия конструкция вместе с установленным анодом разрушается. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является устройство для защиты от коррозии металлических трубопроводов, содержащее гильзу из коррозионно-стойкого электроизоляционного материала, выполненную с перфорацией, и электроды, один из которых (катод) изготовлен из титана, а второй (анод) - с анодно-активным покрытием 2 . Известное устройство предназначено для защиты от коррозии только при воздействии катодных токов утечки. ри их воздействии внутри зазора, создаваемого гильзой, на участках натекания тока (титановый патрубок и конец трубы) образуются ионы гидроксила, а на участке стекания тока (патру: бок с анодно-активным покрытием) молекулярньй хлор, растворяющийся в электролите. При взаимодействии ионов гидроксила с растворенным хлором образуются кислородные соединения хлора, которые тормозят коррозию титана на защищаемом участке. Эти ин гибиторы коррозии накапливаются в зазоре, представляющем собой застойную зону. В случае, если в растворе уже содержится растворенньй хлор, устройство упрощается, так как нет необходимости устанавливать титановый патрубок и патрубок с анодно-активным покрытием, на котором генерируется хлор. При изменении на участке трубопровода, установлено указанное устройство, направления тока с катодного на анодный не обеспечивается зашита этого участка. Анодньй ток стекает при этом с концевого участка трубопровода, а не с устройства, которое изолировано от трубопрсздаода с помощью электроизоляционной прокладки. При этом происходит разрушейие не только концевого участка трубопровода, но и самого устройства, так как далее ток натекает на патрубок с анодно-активным покрытием и восстанавливает его. В растворах, содержащих растворенный хлор, при изменении направления тока с катодного на анодный также происходит разрушение концевого участкатрубопровода анодным током. IИзменение направления тока на участках его воздействия на конструкции часто встречается на практике. Его причинами, в частности, являются; изменение положения нулевой точки в серии электролизеров вследствие изменения числа работающих электролизеров на концах одной серии в раз ные периоды времени, изменение условий эксплуатации различных участков серии электролизеров, приводящее к колебаниям сопротивлений между ваЯнами и технологическими трубопрово дами и реверсирование тока в электрохимических производствах с осаждением металла с целью повышения эффективности работы электродов и качества катодного осадка. Возможны также и другие причины изменения величины и направления тока. Цель изобретения - повышение эффективности защиты от коррозии в усл виях воздействия токов меняющегося направления. Поставленная цель достигается тем что устройство для защиты от коррозии металлических трубопроводов, содержащее гильзу из коррозионно-стойкого электроизоляционного материала, ; выполненную с перфорацией, и электро ды, один из которых (катод) изготов.лен из титана, а второй (анод) - с анодно-активным покрытием,.снабжено диодом и параллельно соединенным с ним переключателем, расположенным между электродом и трубопроводом,при чем каТод диода подключен к трубопро воду, а длина электродов, имеющих форму патрубков или стержней, опреде ляется по формуле. N.a.Viiiiil.« UP 8 ае J ,) , . где Г, и.- потенциалы на концах элек трода, задаваемые в пре делах допустимых для мате риала, электродов значений i() - плотность тока как функци потенциала; i(l,2 плотность тока при значениях потенциала s 2 (находятся по данным поля ризационных измерений), -- - поляризационная характери ° стика (катодная или анодная) рассчитываемого элек трода в данной среде, q - радиус электрода, имеющег форму патрубка или рассто яние от центра трубы до центра электрода, имеющег форму стержня; р - электросопротивление раствора. На фиг. 1 изображено устройство для защиты от корройии металлических трубопроводов, вариант выполнения электродов в виде патрубковJ на фиг. 2 - то же, вариант выполнения электродов в виде стержней. . Устройство имеет гильзу 1 из электроизоляционного материала, снабженную перфорацией 2 и установленную с зазором X по отношению к электродам 3 и 4, которые могут быть вьтолнены в виде патрубков (фиг. 1) или стержней (фиг. 2). В первом случае зазор создаётся метсду внутренней поверхностью патрубков и наружной поверхностью гильзы, а во втором - между наружйой поверхностью стержней и внутренней поверхностью гильзы. Электрод 3 изготовлен из титана, а электрод 4 - из материала, характеризующегося высокой анодной активностью, т.е. имеющего низкое перенапряжение анодного окисления компонентов раствора. Обычно электрод 4 изготавливают из титана с анодноактивным покрытием 5. В хлорсодержащих растворах, в частности, анодноактивными являются покрытияна осно ве двуокиси рутения, двуокиси марганца и другие, обладающие низким перенапряжением вьщеления хлора из раствора. Электроды 3 и 4 электрически и механически соединены между собой. Это соединение может бить осуществлено с.помощью болтов, сварки или любым другим известньп способом. На фиг. 1 соединение электродов в форме патрубков осуществлено с помощью болтов, а на фиг. 2, где электроды выполнены в виде стержней, - путем их свинчивания- между собой. Если основой электрода 4 является титан, то электроды 3 и 4 могут быть выполнены в виде одной цельной детали, на часть поверхности которой нанесено анодно-активное шэкрытие 5. Электроды 3 и 4 электрически изолированы от защищенного трубопровода с помощью прокладки из электроизоля- . ционного материала 6 р На фиг. 1 эта изоляция осуществляется при расположении прокладки между фланцами трубопровода и электрода 4 (анода), а на фиг. 2 - при расположении прокладки между внутренней поверхностью трубопровода и металлическим крепежным кольцом 7, на котором крепятся элек5троды 3 и 4 в виде стержней. Возможиы и другие варианты крепления электродов 3 и 4 на защищаемом участке трубопровода и их изоляция от этого участка. Между электродами 3 и 4 и защищаемым участком трубопровода установлен диод 8, катод которого подключен к трубопроводу. Параллельно диоду установлен переключател 9. На фиг. 2 диод и переключатель присрединены только к одной паре электродов 3 , но все электроды, укрепленные на металлическом кольце 7, имеют между собой электрический контакт. Устройство работает следующим об разом. При воздействии катодного тока К на защищаемый участок трубопровода этот ток, проходя через отверстия2 в гильзе 15 натекает на электрод 3 (катод), генерируя в зазоре ионы гидроксила. При разомкнутом выключателе диод 8 препятствует переходу тока с электродов 3 и 4 на трубопро вод, поэтому ток стекает-с анодноактивного покрытия 5 электрода 4 в раствор, генерируя в хлоридсодержащ растворе молекулярньш хлор. Это воз можно благодаря низкому перенапряжению анодного вьщеления хлора на покрытии 5. При взаимодействии ионов гидроксила с растворенным в электролите . хлором происходит образование кислородных соединений хлора, которые тормозят коррозию титана на защищаемом участке трубопровода, на который также воздействует катодный ток Таким образом, при воздействии -катодного тока обеспечивается стойкос титанового электрода 3 за счет инги бирования коррозионного процесса ки лородными соединениями хлора, накап ливающегося в зазоре, ; Повышение потенциала вдоль электрода 3 по направлению к электроду 4 позволяет достичь при достаточной длине электрода 3 на электроде 4 значений потенциала, при которых не будет происходить разрушение ано но-активного покрытия на электроде катодным током. При изменении направления тока на обратное, с катодного на анодный ток, независимо от положения переключателя 9, переходит с защищаемого участка конструкции через диод 21 8, пропускающий ток в обратном направлении, на электрод 4. На этог электроде ток стекает с покрытия 5 в электролит в зазоре, расходуясь на образование хлора. Благодаря низкому перенапряжению образования хлора на покрытии 5 с электрода 4 стекает в электролит основная часть тока. Дли«а электродов 3 и 4 рассчитывается для условий воздействия анодного тока таким образом, чтобы длина электрода 4 бьша достаточно больщой для стекания с него основной части анодного тока, а длина электрода 3 бьша достаточно ограниченной для предотвращения смещения вдоль него потенциала металла (титана), из которого изготовлен этот электрод, до значения потенциалов его активации в данной среде. Предпосылкой для расчета длины электрода 3 в условиях воздействия катодного тока является повышение потенциала вдоль этого электрода до значений, безопасных для анодноактивного покрытия на электроде 4. Расчет длины Е электродов 3 и 4 производится по формуле: )(W где - потенциалы на концах эЛек- трода, длина которого рассчитывается в условиях воздействия тока данного напряжения. Эти потенциалы задаются в пределах допустимых значений, что позволяет.определять предельно допустимые (максимальные и минимальные) .значения длины электродов 3 и 4; i& плотность тока, являющаяся функцией потенциала-, i(y) плотность тока при значении потенциала с,эти величины определяются по данным поляризационной кривой, поляризационная характеристика (катодная или анодная) рассчитываемого электрода в данной среде;

d - радиус электрода, имеющего форму патрубка (фиг. 1).

Если электроды имеют форму стерж|ней и укреплены на конце трубы ;(фиг. 2), то при оценке их длины для расчета используется среднее рас: стояние от центра трубы до центра электрода (стержня);

р - электрос;опротивление раствора В электролите, содержащем растворенный хлор, отпадает необходимость в установке диода 8. В этом электрический контакт по металлу между электродами 3 и 4 и защищаемым участком трубоцровода обеспечивается при замкнутом переключателе 9. Катодный ток, поступаниций на электрод 3, генерирует при этом в заэор ионы гидроксила и далее через электрод 4 и

переключатель 9 попадает на защища: емый трубопровод. При изменении на- правления тока на обратное (анодный ток) устройство работает так же, как и в предьщущем случае при напич.ии диода, пропускающего ток с трубопровода на устройство. Электрический контакт между электродами и защищаемым трубопроводом может быть в этом случае обеспечен любым известным способом, например через соединительные болты между электродами в вйвде патрубков и трубопр.оводов или за счет присоединения электродов в виде стержней непосредственно к з.а1цйщаемому участку трубопровода.

1 ,

. - . .

Экономический эффект от внедрения Защиты с помощью предлагаемого устройства составляет 500 тыс.руб. в год

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ оТ КОРРОЗИИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ТРУБОПРОВОДОВ, , содержащее гильзу из коррозионно-стойкого электроизоляционного материала, выполненную с перфорацией, и электроды, один из которых изготовлен из титана, а второй - с анодно-активным покрытием, отлича:ющееся тем, что, с целью повышения эффективности защиты от коррозии в условиях воздействия .токой-меняющегося направления, оно снабжено диодом и параллельно соединенным с ним пере- , ключателем,расположенными между электродами и трубопроводом, причем катод диода подключен к трубопроводу, а длина Е электродов определяется.по формуле )J -|lUV i 1 где , и 2 потенциалы на концах электродов, задаваемые в пределах допустимых для материала электродов значений; i() - плотность тока как функция потенциала; 1