用于冷凝管系阴极保护的复合电化学装置 |
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| 申请号 | CN201410824028.7 | 申请日 | 2014-12-26 | 公开(公告)号 | CN104532259B | 公开(公告)日 | 2017-10-20 |
| 申请人 | 青岛双瑞海洋环境工程股份有限公司; | 发明人 | 姚萍; 王洪仁; 刘光洲; 丁慧; | ||||
| 摘要 | 一种用于冷凝管系 阴极 保护 的复合电化学装置，在 冷凝器 的 外壳 的封闭端设有复合式 铁 阳极 ，在复合式铁阳极的相对的两侧设有绝缘板，一侧的绝缘板安装在外壳的封闭端内侧，另一侧的绝缘板外装有辅助阴极；在 水 室内的 管板 附近装有一个用于检测恒定电位值的参比 电极 ；所述的外壳、复合式铁阳极、参比电极和辅助阴极分别与控制装置的对应输出端连接。本 发明 的优点是：采用铁 合金 阳极外加 电流 阴极保护方法和 电解 铁阳极成膜联合保护，可以完全解决各自单独保护所存在的所有问题。在解决电厂及 船舶 冷凝器 铜 合金 管路的 腐蚀 问题方面具有广阔的推广应用前景，同时可以极大地节省原材料成本。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于冷凝管系阴极保护的复合电化学装置，包括冷凝器，该冷凝器包括外壳、管板和冷却管，铜合金材质的管板安装在软钢材质的外壳内，在管板的每一孔中装有铜合金材质的冷却管，管板与外壳的封闭端之间构成水室，在水室的内侧设有橡胶衬里，其特征在于，在所述的外壳的封闭端设有复合式铁阳极，在复合式铁阳极的相对的两侧设有绝缘板，一侧的绝缘板安装在外壳的封闭端内侧，另一侧的绝缘板外装有辅助阴极；在水室内的管板附近装有一个用于检测恒定电位值的参比电极；所述的外壳、复合式铁阳极、参比电极和辅助阴极分别与控制装置的对应输出端连接；所述的复合式铁阳极由不溶性磁性氧化铁阳极及软钢阳极组合而成，软钢圆环阳极套在不溶性磁性氧化铁阳极的外周面；所述的复合式铁阳极为圆柱形，其两端设有所述的绝缘板；在圆柱形的不溶性磁性氧化铁阳极的外周面套装所述的软钢圆环阳极；所述的软钢圆环阳极由多个软钢圆环叠加套在磁性氧化铁棒状阳极上，并用螺栓和螺帽相互固定。 |
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| 说明书全文 | 用于冷凝管系阴极保护的复合电化学装置技术领域背景技术[0002] 冷凝器是电厂发电机组的重要组成部分之一，一旦因腐蚀破损而出现故障，就会导致整个机组停机停产。冷凝器的冷凝管通常用铜合金制成。水室壁通常采用钛钢制造，管板材料通常用碳钢制造，管板材料通常用碳钢或锡黄铜制造。由于管束、管板和水室等异种金属的电偶腐蚀作用，紊流冷却水的冲击腐蚀作用等因素的影响，导致冷凝器成为电厂腐蚀破损事故发生频率最高的装置之一，因此冷凝器的腐蚀问题受到了极大的重视。采用阴极保护可显著地控制钢质水室、管板及冷凝管端的腐蚀。硫酸亚铁成膜处理广泛用冷凝器铜合金冷却管的防蚀。早在1940年就发现水中铁离子对铜管有保护作用。1955年美国首次对电厂冷凝器管实施硫酸亚铁处理。之后许多国家都进行了硫酸亚铁防止铜管腐蚀的研究，直到目前仍被用于电厂凝气器和船舶冷凝器管的腐蚀防护。 [0003] 铁电解法成膜由于具有亚铁离子浓度可用电解电流控制、阳极消耗可用累积电量预测、通过极性转换可以消除结垢、操作简单易行等优点，用其代替硫酸亚铁法具有十分广阔的前景。电解铁离子成膜虽然比硫酸亚铁成膜具有许多优点，但单纯电解铁离子成膜，在紊流严重处，硫化物污染海水中，管路可能有淤泥等沉积物的情况下，铁离子成膜质量可能得不到保证。在成膜质量达不到理想要求的地方，可能产生腐蚀问题。 [0004] 一般在电厂或船舶冷凝器中，为了对该结构中的铁制水室封头、铜合金制管路以及管板进行保护，采用了外加电流法或牺牲阳极法等电化学阴极保护方法。但是仅采用单纯阴极保护方法，由于铜合金管管壁对电流的屏蔽作用，保护电流不易深入铜管的中部，到达范围有限，要使被保护体完全得到保护效果是困难的。现有外加电流阴极保护系统不能在铜合金管路内壁上形成对铜合金冷凝管路起到有效的保护作用的富铁膜。必须单独采用投入硫酸亚铁或安装铁阳极的铁离子发生装置的铁离子供给方法在铜合金管壁形成富铁膜。在实际工程中投入硫酸亚铁的实施是困难的，而且有可能造成污染。采用安装电解铁离子发生装置，电路控制系统分别设置施加电化学阴极保护最佳电位的电路以及设置电解铁离子发生的电路，各电路单独控制，以达到最佳条件。但是因为电化学阴极保护电路与铁离子发生电路是分开的，故该装置存在着控制繁杂、费工费时的问题。 发明内容[0005] 本发明目的是提供一种用于冷凝管系阴极保护的复合电化学装置，以解决现有技术存在的上述各种问题。 [0006] 本发明的技术方案是：一种用于冷凝管系阴极保护的复合电化学装置，包括冷凝器，该冷凝器包括外壳、管板和冷却管，铜合金材质的管板安装在软钢材质的外壳内，在管板的每一孔中装有铜合金材质的冷却管，管板与外壳的封闭端之间构成水室，在水室的内侧设有橡胶衬里，其特征在于，在所述的外壳的封闭端设有复合式铁阳极，在复合式铁阳极的相对的两侧设有绝缘板，一侧的绝缘板安装在外壳的封闭端内侧，另一侧的绝缘板外装有辅助阴极；在水室内的管板附近装有一个用于检测恒定电位值的参比电极；所述的外壳、复合式铁阳极、参比电极和辅助阴极分别与控制装置的对应输出端连接。 [0008] 所述的复合式铁阳极为圆柱形，其两端设有所述的绝缘板；在圆柱形的不溶性磁性氧化铁阳极的外周面套装所述的软钢圆环阳极。 [0010] 所述的控制装置由恒电位外加电流阴极保护回路和恒电流电解回路组成，恒电位外加电流阴极保护回路主要用来使冷凝器水室内部所有构件得到阴极保护，恒电流电解回路用来产生足够的铁离子使铜合金表面形成富铁保护膜。 [0011] 所述的恒电流电解回路包括恒电流电路变压器、电流控制回路、恒电流控制电路、恒电流电路整流器、辅助阴极电流检测器和总电流检测器，恒电流电路变压器的次级的一端通过电流控制回路后与恒电流电路整流器的一个输入端连接，恒电流电路变压器的次级的另一端与恒电流电路整流器的另一个输入端连接，恒电流电路整流器的正极输出端依次串联辅助阴极电流检测器和总电流检测器后与所述的复合式铁阳极极连接，恒电流电路整流器的负极输出端与所述的辅助阴极连接；电流控制回路的电流输出端与恒电流控制电路的输入端连接，恒电流控制电路的两个输出端分别与总电流检测器的两端连接； [0012] 所述的恒电位外加电流阴极保护回路包括恒电位电路变压器、恒电位电路整流器、恒电位电解电流检测器和恒电位控制电路，恒电位电路变压器次级两端分别与恒电位电路整流器的两个输入端连接，恒电位电路整流器的正极输出端与恒电位电解电流检测器和恒电位控制电路的输入端连接，恒电位电解电流检测器的输出端与所述的总电流检测器的输入端连接，恒电位控制电路的两个输出端分别与所述的外壳和参比电极连接；恒电位电路整流器的负极输出端与外壳连接。 [0013] 所述的控制装置采用多通道恒电位仪。 [0014] 本发明的优点是：采用复合式阳极外加电流阴极保护方法和电解铁阳极成膜联合保护，可以完全解决各自单独保护所存在的所有问题，不仅充分发挥各自的优点，而且两者具有相符相成的优点。电解铁离子成膜保护不仅可以保护阴极保护方法保护不到的管段和钢制部件，而且由于富铁膜的形成，增加了铜合金表面的电阻，从而降低冷凝器阴极保护所需电流密度，外加电流阴极保护的管道保护距离也可得到延长。阴极保护不仅可以保护在铁离子成膜质量不好而缺乏保护的地方，而且研究结果表明，0.1mA/m2的微小阴极保护电流就可以促进富铁膜的形成，提高铁离子的成膜质量。因此，该发明在解决电厂及船舶冷凝器铜合金管路的腐蚀问题方面具有广阔的推广应用前景，同时可以极大地节省原材料成本，而不必选用昂贵的贵金属材料代替铜合金冷凝管材。附图说明 [0015] 图1是本发明安装在冷凝器中的结构示意图； [0016] 图2是自动控制式保护装置的原理框图。 [0017] 附图标记说明：A—冷凝器，1—（冷凝器）外壳，2—管板，3—冷却管，4—辅助阴极，5—复合式铁阳极，6—绝缘板，7—控制装置，8—参比电极，9—交流电源（输入端），10—恒电流电路变压器，11—电流控制回路，12—恒电流控制电路，13—恒电流电路整流器，14—辅助阴极电流检测器，15—总电流检测器，16—恒电位电路整流器，17—恒电位电解电流检测器，18—恒电位控制电路，19—恒电位电路变压器。 具体实施方式[0018] 参见图1和图2，一种用于冷凝管系阴极保护的复合电化学装置，包括冷凝器A，该冷凝器A包括外壳1、管板2和冷却管3，铜合金材质的管板2安装在软钢材质的外壳1内，在管板2的每一孔中装有铜合金材质的冷却管3，管板2与外壳1的封闭端之间构成水室20，在水室20的内侧设有橡胶衬里21。在所述的外壳1的封闭端设有复合式铁阳极5，在复合式铁阳极5的相对的两侧设有绝缘板6，一侧的绝缘板6安装在外壳1的封闭端内侧，另一侧的绝缘板6外装有辅助阴极4（支撑在复合式铁阳极5中心的通孔内）。在水室20内的管板2附近装有一个用于检测恒定电位值的参比电极8；所述的外壳1、复合式铁阳极5、参比电极8和辅助阴极4分别与一控制装置7的对应输出端连接。 [0019] 所述的复合式铁阳极5由（不溶性）磁性氧化铁阳极51及软钢阳极52组合而成，两部分的材料均为现有材料。复合式铁阳极5为圆柱形，组合方式是由多个质量较小的软钢圆环叠加套在圆柱形的磁性氧化铁阳极51的外周面，并用定制螺栓和螺帽牢固固定，并使磁性氧化铁阳极51端部暴露的有效表面满足冷凝器水室及管板外加电流阴极保护设计的需要。复合式铁阳极5安装在水室封头内并与水室壁绝缘。复合式铁阳极5的结构会大大提高使用寿命。 [0020] 所述的控制装置7由恒电流电解回路71和恒电位外加电流阴极保护回路72组成（次级图2）。 [0021] 该恒电流电解回路71包括恒电流电路变压器10、电流控制回路11、恒电流控制电路12、恒电流电路整流器13、辅助阴极电流检测器14和总电流检测器15，恒电流电路变压器10的次级的一端通过电流控制回路11后与恒电流电路整流器13的一个输入端连接，恒电流电路变压器10的次级的另一端与恒电流电路整流器13的另一个输入端连接，恒电流电路整流器13的正极输出端依次串联辅助阴极电流检测器14和总电流检测器15后（e端）与所述的复合式铁阳极5连接，恒电流电路整流器13的负极输出端（d端）与所述的辅助阴极4连接；电流控制回路11的电流输出端与恒电流控制电路12的输入端连接，恒电流控制电路12的两个输出端分别与总电流检测器15的两端连接。 [0022] 该恒电位外加电流阴极保护回路72包括恒电位电路变压器19、恒电位电路整流器16、恒电位电解电流检测器17和恒电位控制电路18，恒电位电路变压器19次级两端分别与恒电位电路整流器16的两个输入端连接，恒电位电路整流器16的正极输出端与恒电位电解电流检测器17和恒电位控制电路18的输入端连接，恒电位电解电流检测器17的输出端与所述的总电流检测器15的输入端连接，恒电位控制电路18的两个输出端（b端和c端）分别与所述的外壳1和参比电极8连接；恒电位电路整流器16的负极输出端（a端）与冷凝器水室或管板连接。 [0023] 恒电流电解回路71提供电解铁离子成膜所需电流，恒电位回路维持适当保护电位所需电流。恒电流电解回路71的正极e与复合式铁阳极5相连，负极d与辅助阴极4相连，专门用来电解复合式铁阳极5（外周面的软钢阳极52）使其产生铁离子。恒电位外加电流阴极保护回路72的正极与恒电流电解回路71输出端的正极（辅助阴极电流检测器14与总电流检测器15之间的接点）相连，通过总电流检测器15后再与复合式铁阳极5相连，负极a与水室壁（外壳1）相连，用于使水室内壁阴极极化到所需保护电位值。即由复合式铁阳极5流出的总电流i3绝大部分（i1）流向辅助阴极4，专门用来电解复合式铁阳极5（软钢阳极52）使其产生铁离子，部分电流（i2）通过复合式铁阳极5内部的不溶性磁性氧化铁阳极51流向水室及管板2，提供阴极保护作用。 [0024] 本发明的工作原理是： [0025] 参比电极8固定在管板表面或其附近的水室壁上，用来检测和控制水室的保护电位。 [0026] 用参比电极8检测被保护体（冷凝器）的电位，用控制装置7来控制输出电流。在该装置中，将用参比电极8检测出来的保护电位，自动地控制保持在预定的电位，达到最佳的电化学保护作用。同时，将用参比电极8检测出来的保护电位，自动地控制电流保持预定的值，使溶解产生的铁离子浓度保持恒定，所以不需要复杂的操作，可以明显地延长冷凝器管路的寿命。如以上所述，采用本发明即可获得结构简单、操作容易、保护效果非常好的外加电流保护装置，并达到工业上有利于广泛推广应用的保护效果。 [0027] 本发明发明用于电厂或船舶冷凝器的腐蚀防护。由外加电流保护装置、电解铁阳极、被保护体阴极、另设辅助阴极、检测被保护体电位的参比电极、连接这些电极及被保护体兼做电源并使被保护体的电位恒定而且把保护电流与辅助阴极电流之和控制在恒定值的恒电位恒电流装置所构成，操作简单，可以同时得到电化学保护效果以及电解铁离子保护的效果。采用本发明中铁合金阳极外加电流阴极保护方法和电解铁阳极成膜联合保护，则可以完全解决各自单独保护所存在的所有问题，不仅充分发挥各自的优点，而且两者具有相符相成的优点。 [0028] 本发明基于上述观点，研究开发用于冷凝器对外加电流电化学保护以及利用铁离子的保护并用的、整体结构简单、操作容易，而且实际工作效果好的复合电化学保护装置。得到以下结果： [0029] （1） 为了达到最佳保护效果，采用能自动控制对保护体的保护电流、并将被保护体的电位保持在预定电位的恒电流恒电位自动控制式保护装置。 [0030] （2） 在该自动控制式保护装置除被保护体作为阴极外另设置阴极，将被保护电流与流入辅助阴极的电流之和保持恒定，则可确保恒定量的铁离子，而且根据需要调节，对铁离子量可以简单地控制。 [0031] （3） 只使用一般外加电流阴极保护的电流（10-15A），不能得到充分浓度的铁离子。 [0032] （4）本发明是基于上述结论而做出的，其特征是：由外加电流阴极保护装置、铁合金电极、被保护体阴极、另设辅助阴极、检测被保护体电位的参比电极、连接这些电极及被保护体兼做电源并使被保护体的电位恒定而且把保护电流与辅助阴极电流之和控制在恒定值的恒电位恒电流装置所构成，操作非常简单，可以同时得到外加电流阴极保护效果以及电解铁离子成膜保护的效果。 [0033] 所述的控制装置7采用现有的多通道恒电位仪（例如：Biologic VWP3），能够同时实现恒电位恒电流电路自动控制。 |
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