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鋁合金犧牲陽極、鎂陽極、鋅陽極

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用強(qiáng)制電流的陰極保護(hù)

  • 作者:立博
  • 來源:wwww.hellobodies.com
  • 發(fā)布時(shí)間:2024-08-30
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用強(qiáng)制電流措施實(shí)施陰極保護(hù)是非常合適的,也是很經(jīng)濟(jì)的,因?yàn)殛枠O非常耐用,而且陽極材料的數(shù)量很多,形狀各異。在此介紹的只是個(gè)別例子。11.7節(jié)已經(jīng)闡述過燃油罐的內(nèi)部陰極保護(hù),水罐的內(nèi)部陰極保護(hù)詳見第20章。21.3.1 含水原油儲(chǔ)罐的內(nèi)部陰極保護(hù)

油藏實(shí)施工次采油和三次采油工藝后[7,油田所產(chǎn)原油通常都是“含水原油”,它包含油田鹽水和原油,伴生氣里的COz含量很高,在某些情況下,還可能含有少量HS,含水原油總是含有來自地層的固體顆粒。

根據(jù)應(yīng)用要求,將含水原油匯集到 100~10000m:的大型鋼質(zhì)儲(chǔ)罐(分離罐)里進(jìn)行處理。在處理過程中將排出廢水,因?yàn)閺U水中含鹽濃度(1mol/L)高、COz含量(相當(dāng)于1bar,即 1X10Pa的分壓)高,用CaCO:緩沖后維持在pH值一6,以及含有少量 H2S和痕量的 O[?],所以廢水具有腐蝕性。調(diào)研結(jié)果表明,在這些條件下并且運(yùn)行溫度最高70℃時(shí),必須采用 Uc-cuso,--0.95V的保護(hù)電位。在沒有緩沖的介質(zhì)中pH 值一4,此時(shí)必須使保護(hù)電位再降低0.1V。如果總的電流密度-電位曲線很陡,說明必須采取相應(yīng)較高的保護(hù)電流要求。最低的電流密度為10A·m-2,但是如果發(fā)生結(jié)垢,它們變得小得多[7。票

如果單獨(dú)采用涂料防腐,要求防腐層完美無損,在整個(gè)使用期間不出現(xiàn)任何針孔或缺陷。因?yàn)檫@是很難保證做到的,所以存在形成腐蝕電池的危險(xiǎn)(見5.1節(jié)),因此,防腐層結(jié)合采用陰極保護(hù)是明智的。所選的防腐層必須與陰極保護(hù)相容,并且必須適應(yīng)運(yùn)行條件(見5.2.1.4節(jié)),參考文獻(xiàn)[5]列出了這類決策的依據(jù)。由于忽視了防腐層的陰極損壞危險(xiǎn),過去發(fā)生過防腐層嚴(yán)重?fù)p壞的事件,導(dǎo)致保護(hù)電流密度顯著增加。只有采用電阻足夠高的樹脂類涂料,并且厚度超過800pm,才可能實(shí)施內(nèi)部陰極保護(hù)而不致?lián)p壞防腐層。可以通過長期試驗(yàn)和加速試驗(yàn)來確定防腐層抗陰極液泡的穩(wěn)定性,而且要在實(shí)際運(yùn)行條件下驗(yàn)證這種特性。

  內(nèi)部強(qiáng)制電流電化學(xué)保護(hù)通常用有金屬氧化物鍍層的鈮陽極(見7.2.3節(jié)),在小儲(chǔ)罐里,也用過鋅犧牲陽極;要實(shí)施電位控制以免出現(xiàn)不可接受的負(fù)電位;要用純鋅電極作臨視和控制外露區(qū)域的參比電極,在整個(gè)運(yùn)行過程中,這樣的外露區(qū)域必須陽極性清潔的;用Ag-AgCl電極檢查這些參比電極。

因?yàn)殡娊赓|(zhì)有良好的電導(dǎo)率,預(yù)期會(huì)有良好的電流分布。但是,假如防腐層大面積損壞,由于極化電阻較低,局部欠保護(hù)是難以避免的,因此,用多支電極控制是明智的。21.3.2 含水氣柜的內(nèi)部陰極保護(hù)并部合

  圖21-1所示是要保護(hù)的氣柜以及輔助陽極與參比電極的布置。在此安裝有一支直徑3mm 的鍍鉑鈦中央陽極和兩支環(huán)形陽極,以及額外的銅導(dǎo)線。值得注意的是中央陽極是用一浮子懸浮在水里的,而環(huán)形陽極是安裝在塑料支架上的。鋅參比電極也用浮子懸浮在水里,靠近鐘罩的里側(cè),而17支參比電極或者安裝在氣柜座底部的塑料棒上,或者安裝在氣柜鐘罩與氣柜座之間的環(huán)形空間里。三支陽極由各自的保護(hù)電流裝置供電,兩支環(huán)形陽極的電流輸出是用恒電位方法調(diào)節(jié)的,所以保護(hù)電流能夠適應(yīng)不斷變化的表面積。

21.3.3/用海水冷卻的電廠冷凝器的內(nèi)部陰極保護(hù)

用海水冷卻的電廠冷凝器實(shí)施強(qiáng)制電流內(nèi)部陰極保護(hù)是近年來正在發(fā)展中的新技術(shù)以下是內(nèi)有銅管與鋁合金管的大型冷凝器內(nèi)部陰極保護(hù)的應(yīng)用實(shí)例。這是一臺(tái)沒有分路的單程管束熱交換器,帶有箱式總管;每座電站需要兩臺(tái)這樣的冷凝器;有防腐層的鋼質(zhì)箱式總管需要保護(hù)的表面積是65m?;管道、入口與出口部位的表面積合計(jì)有20m2;30~40℃的冷卻水以大約2m·s-1的速度流過冷凝器。不僅是有防腐層的鋼質(zhì)箱式總管內(nèi)防腐需要陰極保護(hù),而且也是為了防止鋼與銅鋁管道材料之間發(fā)生雙金屬腐蝕。

  此外,冷卻水的固體含量較高、流速較快、表面膜持續(xù)不斷損壞構(gòu)成嚴(yán)重的腐蝕條件。僅僅實(shí)施陰極保護(hù)是不夠的,還必須采取額外措施促進(jìn)表面膜的形成。用鐵陽極來做到這一點(diǎn)是可能的,因?yàn)殛枠O作用下生成的水化的鐵的氧化物促進(jìn)了銅上表面膜的形成。每臺(tái)冷凝器需要六支鐵陽極防腐,每支陽極質(zhì)量13kg。每一流出室內(nèi)有14支棒狀鈦陽極,鍍鉑層厚5pm,質(zhì)量0.73g。這些鐵陽極的質(zhì)量損耗率為10kg·A-1·a-1(見表7-1),鉑陽極的質(zhì)量損耗率為10mg·A-1。a-1(見表7-3)。有防腐層的冷凝器內(nèi)表面的保護(hù)電流密度0.1A·m-2,銅合金管的保護(hù)電流密度1A,m-2,這相當(dāng)于保護(hù)電流27A。為每臺(tái)主冷凝器安裝了一臺(tái)容量為125A/10V的自動(dòng)電位控制的變壓整流器,用固定安裝的鋅參比電極實(shí)施電位控制與監(jiān)視。圖21-2所示是入口室里的陽極布置[9]。

21.3.4 水力渦輪機(jī)的內(nèi)部陰極保護(hù)

在歐洲,1965年首套內(nèi)部陰極保護(hù)裝置在24臺(tái)水力卡普蘭渦輪機(jī)上投入運(yùn)行,這些渦輪機(jī)的槳葉直徑7.6m,它們安裝在法國拉蘭絲(LaRance)的潮汐電站上。受保護(hù)的設(shè)備是用普通碳鋼和高合金不銹鋼做成的。每臺(tái)渦輪機(jī)用36支鍍有50μm鉑的鍍鉑鈮陽極保護(hù)定子、葉輪轉(zhuǎn)子區(qū)域以及吸力頭。每三臺(tái)渦輪機(jī)配備一臺(tái)輸出120A/24V不可調(diào)節(jié)的變壓整流器,并用可變電阻在各陽極上達(dá)到所需要的電位均衡。安裝了100支固定的Ag-AgCl參比電極實(shí)施控制[10,11]

1987年在威拉河,兩座電站的4臺(tái)直徑2.65m的卡普蘭渦輪機(jī)實(shí)施了陰極保護(hù)。這

些渦輪機(jī)采用高合金CrNi鋼與非合金的鋼鐵材料的混合結(jié)構(gòu),鋼鐵部件上有焦油環(huán)氧防腐層。實(shí)施陰極保護(hù)前,發(fā)生的腐蝕損壞是嚴(yán)重的,這是因?yàn)殡p金屬腐蝕與河水含鹽濃度偏高c(C1)=0.4~20g·L-1。

  電化學(xué)保護(hù)采用板狀陽極以免磨蝕和空泡腐蝕損壞。這些陽極采用了搪瓷防腐層的鋼板基座,上面裝有表面積1dm?的鈦陽極,鈦陽極表面有金屬氧化物鍍層,搪瓷防腐層進(jìn)一步起到使陽極與受保護(hù)設(shè)備絕緣的作用。在富含離子的河水中,6年的有效使用期里這些陽極的電流負(fù)荷總量達(dá)到50A。用固定的Ag-AgC1參比電極進(jìn)行電位調(diào)節(jié)與監(jiān)視,電位需要控制,因?yàn)楦鶕?jù)渦輪機(jī)的運(yùn)行狀況和水的電導(dǎo)率的變化,電流需要量波動(dòng)很大。

  圖21-3所示是這種渦輪機(jī)的示意,圖中黑色部位是CrNi鋼。這些板狀陽極安置在吸人總管區(qū)域(A1~A3),在葉輪環(huán)里它們成三角形布置(A4~A6),它們還分布在扇段狀水人口環(huán)附近(A7~A10)(見圖21-4)。這四支陽極各自用抗氯化物的耐壓電纜連接到變壓整流器上。

用4支棒狀磁性氧化鐵陽極(A11~A14)保護(hù)箱式總管、流入蓋、入口箱以及CrN鋼油冷器,每支陽極質(zhì)量9kg,裝在多孔的聚丙烯防護(hù)管里。防護(hù)管可以排除掉河水里攜帶的固體雜質(zhì),油冷器用其自己的陰極導(dǎo)體連接到保護(hù)設(shè)備上。

每一保護(hù)區(qū)域內(nèi)對(duì)電流分布最不利的位置上固定一支參比電極,用于調(diào)節(jié)電位。在渦輪部分的 Ag-AgCl參比電極(E1~E4)有螺紋接頭,可以承受 60bar 的壓力。在箱式總

管里的電極E5是純鋅做的。

主要根據(jù)無覆蓋層的不銹鋼表面積來確定保護(hù)電流需要量,不銹鋼的保護(hù)電位比普通碳鋼正零點(diǎn)幾伏,用以防止點(diǎn)蝕(見2.4節(jié))。渦輪部分的保護(hù)電流需要量大約是10A因此板式陽極僅僅只有大約1A的負(fù)荷。

保護(hù)電流設(shè)備采用慢速調(diào)節(jié)的交流三相橋式電路控制電位。用一臺(tái)電動(dòng)調(diào)節(jié)柱型變壓器作為伺服元件,用一個(gè)帶有最大與最小限制的毫伏限值控制器控制此變壓器。每一受保護(hù)區(qū)域的第10與第4陽極引出線配備有3A安全熔斷器,并有熔絲監(jiān)視系統(tǒng)。操作工從此監(jiān)視器發(fā)出的熱過載和電位控制信號(hào)判斷每臺(tái)整流器存在干擾,用一臺(tái)圓形圖形記錄儀連續(xù)監(jiān)視電位。系統(tǒng)內(nèi)裝額外的監(jiān)視系統(tǒng),如果正在運(yùn)行的或空載的渦輪機(jī)內(nèi)水位下降它會(huì)發(fā)出早期警告。表21-1列出了保護(hù)裝置開啟前后實(shí)際測量的電位,按照這些數(shù)據(jù)極化狀況對(duì)陰極保護(hù)是足夠的。

  根據(jù)測量數(shù)據(jù),業(yè)已確定在渦輪軸與殼體之間存在0.45V的電位差。為此,安裝了個(gè)軸匯流環(huán)系統(tǒng),它能夠起到必要的電位均衡作用(見圖21-5)。安裝此滑環(huán)系統(tǒng)后電位差還不到5mV。按照渦輪機(jī)的運(yùn)行條件,最大1.5A電流會(huì)流過這一系統(tǒng)。


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