CN104914148A - 适用于高温高压腐蚀环境下的长寿命参比电极 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种适用于高温高压腐蚀环境下的长寿命参比电极。电极芯体为热压烧结的电极芯体，电极壳体由上端体、中端体和下端体构成，中端体与下端体连成一体，上端盖与上端体通过螺纹连接且上端体与中端体之间设置由第一氟橡胶垫和第一微孔陶瓷构成的隔离套件，上端体与上端盖之间设置防爆垫，电极耐高温引线一端穿过电极上端盖、防爆垫与电极芯体连接，电极芯体利用定位垫固定在上端体内，在定位垫与防爆垫之间由固态粉末环氧树脂密封，下端盖与下端体之间安装第二氟橡胶垫与第二微孔陶瓷芯。本发明所述参比电极能够在高温高压环境中使用，从而达到耐高温、耐高压、免维护、长寿命的使用效果。

Description

适用于高温高压腐蚀环境下的长寿命参比电极

技术领域

本发明涉及的是一种参比电极，具体地说是一种能够在高温高压腐蚀环境中稳定使用的长寿命参比电极。

背景技术

参比电极用于准确测量所在环境中的金属及其结构物的电极电位、在金属及其结构物进行适当阴极保护，还可以为自动控制设备提供电位控制信号，应用领域十分广泛。目前，在石油化工、原油输送领域一个重要的特征就是采用输送塔、管道密封结构进行生产作业，这种环境中存在着高温高压的服役条件。在石油化工、原油输送领域，由于其恶劣的腐蚀环境，结构件的腐蚀失效事件严重影响生产设备的安全运行。因此，材料腐蚀的监测、预警、阴极保护都变得异常重要，这些工作的开展都离不开高性能的高温高压参比电极的参与。一般的参比电极都需要在温度低于70℃的环境中才能稳定运行，温度越高参比电极的使用寿命就越短，电极性能也越差。然而实际工业环境中的温度和压力条件都远远高于普通参比电极的耐受指标，这种工业环境的高温高压特征带来的问题阻碍了的此类参比电极的商业应用。因此，市场上至今还没有一种在高温高压环境中能够长期、免维护、稳定使用的参比电极出现。

参比电极在正常使用时，由于氯化银在高浓度的氯离子溶液中可形成溶解性的银氯络合离子，反应如下：这种银氯络合离子在参比电极的液接界面处如果遇到较低浓度的氯离子溶液时其反应逆向进行，形成氯化银沉淀物，从而在液接隔膜处发生堵塞；其次，由于外界环境的溶液由于浓差扩散的作用对参比电极内盐桥溶液的稀释作用，内盐桥填充溶液还需定期更换；还有，可能在高温高压环境中的溶液通过隔膜进入电极内盐桥填充液，进而污染内电极，从而使参比电极的电极电位发生偏移影响其使用寿命。另外，参比电极腔体内由于是液体盐桥，在加工、运输、储存、使用的过程中容易造成参比电极内部的盐桥填充液渗出或流失，如果在使用时未有发现其盐桥填充液渗出或流失而直接使用，特别是在高温高压环境中使用，由于隔膜的堵塞和外部巨大的压力作用很容易造成参比电极的爆裂，导致参比电极失效，失去准确测量电极电位的功能，从而引起误判，甚至造成巨大的经济损失。

目前，用于高温高压环境中的参比电极主要分为两类：内置式参比电极和外置式参比电极。前者和工作电极处于相同的温度、压力和溶液环境；而后者是把参比电极置于测试体系外部，通过盐桥和高压容器内溶液连通。两种电极由于放置环境的不同，在特性上表现出了很大的差异：

(1)内置式参比电极与被测对象同处于测试体系内，测试体系封闭性较好，因此测试溶液不易泄露。内置式参比电极的内阻通常也较小。但为了保证电极的内盐桥填充溶液不泄露，内置式参比电极通常结构较复杂，且寿命较短，因此很难应用于实际工业环境中。

(2)外置式参比电极通常工作于室温或近室温环境中，因此电极电位较为稳定，寿命也比较长。但由于使用了较多的内盐桥填充溶液，外置式参比电极的内阻通常较大。

张清等人在对美国Cortest公司设计的Ag/AgCl参比电极进行改进的基础上,采用电解法制备了一种内置式Ag/AgCl参比电极，但此种Ag/AgCl参比电极的内室结构较为复杂，内部较多的填充物虽然在一定程度上保证了Ag/AgCl元件不受污染，但同时提高了电极制备和保养的难度。

MacDonald等研制的电极体系采用细长的Al₂O₃管作为盐桥，盐桥的下部采用柔软的PTFE薄壁管，管顶端的液连接使用了多孔氧化锆塞。此种设计利用PTFE的可变形的特性使参比电极室与高压容器内部形成压力平衡。但这种方法受到PTFE薄壁管最大工作温度的限制，在超出PTFE薄壁管的温度耐受极限后这种参比电极就不再可用。

随着各种新兴工业体系的发展，以前被限制在亚临界温度以下的生产过程开始使用或计划使用超临界状态进行工业生产，因此新型参比电极的设计越来越受到重视。设计一种可用于高温高压体系的参比电极有着重要的科学和实践意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够在高温、高压环境中长期稳定使用，耐高压、耐高温、免维护、寿命长的适用于高温高压腐蚀环境下的长寿命参比电极。

本发明的目的是这样实现的：包括电极壳体、设置在电极壳体上下两端的上下端盖、设置于电极壳体上端内部的电极芯体、以及灌注于电极壳体内部的盐桥，所述电极芯体为热压烧结的电极芯体，所述的电极壳体由上端体、中端体和下端体构成，中端体与下端体连成一体，上端盖与上端体通过螺纹连接且上端体与中端体之间设置由第一氟橡胶垫和第一微孔陶瓷构成的隔离套件，上端体与上端盖之间设置防爆垫，电极耐高温引线一端穿过电极上端盖、防爆垫与电极芯体连接，电极芯体利用定位垫固定在上端体内，在定位垫与防爆垫之间由固态粉末环氧树脂密封，下端盖与下端体之间安装第二氟橡胶垫与第二微孔陶瓷芯。

本发明还可以包括：

1、中端体上安装有中通的可调安装套件。

2、所述盐桥包括位于上部的饱和氯化钾溶胶凝胶固态盐桥和位于下部的饱和氯化钾溶胶凝胶盐桥。

3、所述的电极壳体为316L厚壁金属外壳。

为了克服现有常规参比电极无法在高温高压腐蚀环境中正常使用、使用过程中需要频繁更换盐桥溶液、在高压作用下引起的电极管体变形甚至破裂失效的问题，本发明提供了一种适用于高温高压腐蚀环境的长寿命参比电极，该参比电极不仅能准确测量普通腐蚀环境中金属及其结构物的电极电位、金属及其结构物的阴极保护，为自动控制设备提供电位控制信号，无需定期更换盐桥、免维护，尤其能够在高温、高压环境中长期稳定使用，实现参比电极耐高压、耐高温、免维护、长寿命的特点。

本发明为解决三大技术难题所采用的技术方案的只要特点体现在：在参比电极外壳使用316L金属管增强电极外壳强度，避免在高温高压环境中使用时参比电极外壳腔体内外巨大的压力差导致参比电极的外壳形变或压裂。在参比电极内部使用饱和氯化钾溶胶凝胶盐桥，使用固态盐桥，减缓银离子和银氯络合离子向液接界面扩散，氯化银在液接界面上的沉积速度急剧降低；使用热压烧结方法对近纳米粉末进行烧结获得高稳定性的银、氯化银烧结体作为参比电极芯体，实现电极电位的稳定性的极大提高；使用双超微孔陶瓷设计配合，作为参比电极的第二液接界面，防止在电极芯体上的银离子和银氯络合离子在第一界面上形成的氯化银沉淀而引起的堵塞电极的液接界面从而引起的电极电位的漂移；在参比电极饱和氯化钾溶胶凝胶中大量均匀弥散分布放置氯化钾颗粒，使银/氯化银内电极一直处于稳定的饱和氯离子浓度，不用频繁更换；最后，本发明所涉及的参比电极使用上、下两级设计，实现在高温体系中的有效散热，解决了参比电极芯体直接工作于高温高压环境中容易失效的问题，达到在高温环境中稳定、长寿命的使用要求。通过采用上述四种技术措施极大地降低了氯化钾的溶解和扩散速度，有效地防止电极电位的漂移，获得了稳定的电极电位，实现本发明所述参比电极能够在高温高压环境中使用，从而达到耐高温、耐高压、免维护、长寿命的使用效果。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的性能曲线图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细的描述。

结合图1，电极耐高温引线13一端连接导线头14，一端穿过电极上端盖1、防爆垫2，与热压烧结的电极芯体5连接，电极芯体5利用定位垫4固定在电极上端体6上，在定位垫4与防爆垫2之间利用固态粉末环氧树脂3密封，上端盖与上端体通过螺纹连接，上端体6与中端体9之间设置一个由氟橡胶密封垫7和微孔陶瓷8构成的隔离套件，中端体9上安装一个中通的可调安装套件10，用于在高温高压环境的设备上配套安装使用，中端体9下端为下端体11，下端体11末端利用下端盖16密封，下端盖16与下端体11之间安装氟橡胶垫15与微孔陶瓷芯12组成的密封套件，在电极内部空腔注满饱和氯化钾溶胶凝胶作为稳定的盐桥。

本实施方式采用双层结构，参比电极内盐桥使用饱和氯化钾溶胶凝胶固态盐桥位于参比电极上端部分，下端部分采用饱和氯化钾溶胶凝胶进行填充。

参比电极外壳为316L厚壁金属外壳，呈柱状，为上下两部分组成，中空两端均有通孔，增强电极耐压强度。

在参比电极上端部分的参比电极氯化银/银热压烧结芯体的电极电位在高温环境中使用能够保持优异的电化学性能。

使用双层微孔陶瓷芯与氟橡胶密封垫组件作为参比电极隔膜，保障参比电极在高温高压腐蚀环境中的长寿命使用要求。

本发明实施方式的适用于高温高压腐蚀环境下的长寿命参比电极，包括：适用于高温高压腐蚀环境下测量的高稳定性、长寿命参比电极主体外壳为316L不锈钢金属骨架，呈柱状，中空两端均有通孔，由3段连接而成；电极芯体为银/氯化银热压烧结圆柱实心柱体；电极芯体通过环氧树脂固定在参比电极壳体内部；电极导线一端通过与镶嵌在银/氯化银热压烧结圆柱实心芯体，另一端贯穿电极主体延伸至参比电极上端外部；内电极芯体银/氯化银圆柱实心柱体下表面与饱和氯化钾溶胶凝胶相接；饱和氯化钾溶胶凝胶充满参比电极主体内部形成溶胶凝胶盐桥；饱和氯化钾溶胶凝胶内部均匀弥散分布固体氯化钾颗粒；电极主体通过氟橡胶密封垫与微孔陶瓷芯的隔离组件与下端部分连通；超微孔陶瓷柱固定在参比电极套管下端内部通孔处，其中一端作为参比电极的第一液接面与饱和氯化钾溶胶凝胶相接触，另一端作为第二液接面与外部高温高压腐蚀环境相接触。

本发明设计科学，结构合理，性能可靠，耐高温耐高压性能好，能够有效克服现有常规参比电极无法在高温高压腐蚀环境中正常使用、使用过程中需要频繁更换盐桥溶液、在高温高压作用下引起的电极管体变形甚至破裂失效的问题，本发明提供了一种适用于高温高压腐蚀环境的长寿命参比电极，该参比电极不仅能准确测量普通腐蚀环境中金属及其结构物的电极电位、金属及其结构物的阴极保护，为自动控制设备提供电位控制信号，无需定期更换盐桥、免维护，尤其能够在高温、高压环境中长期稳定使用，实现参比电极耐高压、免维护、长寿命的特点。

Claims (5)

1.一种适用于高温高压腐蚀环境下的长寿命参比电极，包括电极壳体、设置在电极壳体上下两端的上下端盖、设置于电极壳体上端内部的电极芯体、以及灌注于电极壳体内部的盐桥，其特征是：所述电极芯体为热压烧结的电极芯体，所述的电极壳体由上端体、中端体和下端体构成，中端体与下端体连成一体，上端盖与上端体通过螺纹连接且上端体与中端体之间设置由第一氟橡胶垫和第一微孔陶瓷构成的隔离套件，上端体与上端盖之间设置防爆垫，电极耐高温引线一端穿过电极上端盖、防爆垫与电极芯体连接，电极芯体利用定位垫固定在上端体内，在定位垫与防爆垫之间由固态粉末环氧树脂密封，下端盖与下端体之间安装第二氟橡胶垫与第二微孔陶瓷芯。

2.根据权利要求1所述的适用于高温高压腐蚀环境下的长寿命参比电极，其特征是：中端体上安装有中通的可调安装套件。

3.根据权利要求1或2所述的适用于高温高压腐蚀环境下的长寿命参比电极，其特征是：所述盐桥包括位于上部的饱和氯化钾溶胶凝胶固态盐桥和位于下部的饱和氯化钾溶胶凝胶盐桥。

4.根据权利要求1或2所述的适用于高温高压腐蚀环境下的长寿命参比电极，其特征是：所述的电极壳体为316L厚壁金属外壳。

5.根据权利要求3所述的适用于高温高压腐蚀环境下的长寿命参比电极，其特征是：所述的电极壳体为316L厚壁金属外壳。