CN106222692A - 基于平台钢桩环式电解防污电极的防污装置及其实现方法 - Google Patents

基于平台钢桩环式电解防污电极的防污装置及其实现方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及基于平台钢桩环式电解防污电极的防污装置，包括：可控电源、导线、阳极和阴极；所述阳极和阴极均为环状，套于钢桩外，并分别通过导线与可控电源连接。方法包括：制备阳极和阴极，并与可控电源连接；可控电源输出直流电压使可控电源、阳极、阴极形成回路；在阳极上电解海水产生Cl2，阴极上产生OH‑，在桩腿周围形成有效氯浓度梯度，防止平台的桩腿附着生物。本发明采用可控电源电解海水产生有效氯达到防治生物附着的效果，可控电源的优点在于可以控制整个闭合回路的通电周期，从而达到实时防污的效果。制备工艺简单，操作简单，可控性强，性能可靠，装置结构简单、方便管理。

Description

基于平台钢桩环式电解防污电极的防污装置及其实现方法
技术领域
本发明涉及海洋环境防污损装置制备领域，具体的说是一种适用于海洋平台直接式电解防污装置及其实现方法，适用于防止海洋环境材料的生物的附着，以及海洋钢桩桥梁、平台的阴极保护的监测。
背景技术
人类自开发利用海洋资源以来，一直为海生物附着所引起的污损问题所困扰。海洋附着性微生物、植物和动物在人造海洋移动和固定设施上的造成附着污损，并对这些人工设施造成种种危害，统称为海洋生物污损。海洋平台导管架处于开放式的海水环境中，同时受到海水腐蚀和海生物污损的双重危害。
电解海水防污技术具有防污效果较好，各种海生物(贝类、藻类、黏液类)都能有效地得到防治；不会产生耐药性细菌、附加一定的电流，或电压就可控制污损生物；对环境无污染；处理量大等优点，但目前应用范围主要是海水管道和海水冷却系统，尚无在开放体系中的应用案例。鉴于平台的结构特点，亟需开展电解海水防污技术在该方面的应用研究。
因此，研制先进的适用于海洋平台直接式电解防污装置，可保证重大平台结构工程长期服役的可靠性和安全性。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种适用于海洋平台直接式电解防污装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：基于平台钢桩环式电解防污电极的防污装置，包括：可控电源、导线、阳极和阴极；所述阳极和阴极均为环状，套于钢桩外，并分别通过导线与可控电源连接。
所述阳极和阴极均设有端口，阳极端口、阴极端口分别与可控电源的正输出端、负输出端连接。
所述阳极为多个，任两个相邻的阳极之间间距为0.5m～0.8m。
所述阳极为表面涂有二氧化钌涂层的钛基体。
所述阴极为一个，设于多个阳极的下方，且距离最近的阳极0.8m～1.2m。
所述阴极为镍合金电极。
所述阳极和阴极设于桩腿浸入海水全浸区位置。
基于平台钢桩环式电解防污电极的防污实现方法，包括以下步骤：
制备阳极和阴极，并与可控电源连接；
可控电源输出直流电压使可控电源、阳极、阴极各自形成回路；
阳极、阴极通过电解，在阳极上电解海水产生Cl2，阴极上产生OH-，在桩腿周围形成有效氯浓度梯度，防止平台的桩腿附着生物。
所述制备阳极包括以下步骤：
1)将氯化钌加入到醇盐溶解后形成混合溶液；
2)将混合溶液均匀涂刷在经过预处理的基体钛上；
3)然后在温度100℃～200℃烘设定时间；
4)最后在温度300℃～500℃将基体上金属盐类进行处理形成二氧化钌；
5)将混合溶液均匀涂刷在涂有二氧化钌的基体上，并重复步骤3)-4)直至涂完所有溶液，得到需要的二氧化钌涂层厚度。
直流电压为2～8V。
本发明具有以下有益效果及优点：
1.本发明采用可控电源电解海水产生有效氯达到防治生物附着的效果，可控电源的优点在于可以控制整个闭合回路的通电周期，从而达到实时防污的效果。
2.本发明制备工艺简单，操作简单，可控性强，性能可靠，装置结构简单、方便管理。
3.本发明采用钛-二氧化钌电极，其制备方法简单、容易成型，电流效率可达90％，使用寿命可达5年。经过严格的测试，该电解装置电解产生的有效率符合国际氯含量的标准要求。
4.本发明能够在海洋平台开放体系有效的控制生物的附着，对海洋平台钢桩进行实时监测保护，并且具有良好的稳定性和长达五年寿命等优点。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明安装的示意图；
其中，1平台，2可控电源，3桩腿，4导线，5阳极，6阴极，7支架。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明。
本发明涉及海洋环境防污损技术，具体的说是一种适用于海洋平台导管架工程材料的防污损直接式电解防污装置及其实现方法。包括可控电源、连接导线、电解用钌钛阳极、网状镍合金为电解阴极，其中可控电源电解海水，通过内部的整流变压器将交流电压整流为直流电(输出直流电压约为0～60V)，施加到浸在海水中的阴、阳极上。电解用钌钛阳极、网状镍合金电解阴极做成适用于海洋平台钢桩的环状结构，通过导线与可控电源联结，经过实验表明电解电流在70～100A/m2范围(电压范围在2V～8V)时，通电一段时间(30～60分种)，在钢桩周围会形成0.2-0.3ppm的有效率氯浓度梯度，从而可以阻止海洋生物在钢桩上的附着。
钛-二氧化钌电极作为电解阳极、网状镍合金电解阴极，设计成环状，与被保护体形成管式组合，为使加工和安装方便，应将电解阳极加工成可敞口式环状结构。可控电源与电极之间采用电缆联结构成闭合回路。
如图1所示，本发明包括可控电源、电缆、电解阳极、电解阴极，通过支架固定在海洋平台结构上。电解阳极固定在桩腿浸入海水全浸区和潮差区的位置,海水潮差区从上至下分为高潮位、中潮位、低潮位，电极置于海水全浸区及海水潮差区的中潮位及以下范围内，本实施例为海平面以下5-10米的距离。防污所需的有效氯浓度是抑制海生物附着的有效氯浓度加上还原物质产生反应的消耗量的总和，要求既能防污又不会使金属引起腐蚀，经验证明此量一般在0.2～0.3ppm左右。本装置通过整流变压器将交流电压整流为直流电(输出直流电压约为0～60V)，施加到环状的阴、阳极上。实验表明电解电流在70～100A/m2范围(电压范围在2V-8V)时，实验钢管无生物附着。选择可控制电流大小的电源控制箱在此范围进行实验，从而选择最佳的电解电流密度。检测有效氯含量可以达到防止生物附着的效果。
如图2所示，本发明的阳极和阴极做成了适应海洋平台钢桩的环状结构，此结构有利于在钢桩周围形成有效率浓度梯度，并方便固定电解阳极，在海浪冲刷的环境下仍能保持正常工作。电解阳极和电解阴极通过绝缘固定支架与钢桩固定，这样可以保证通电过程中电解装置正常工作。阳极和阴极可以是环状，也可在环状的电极上设有敞口(豁口)；环状时电极上设有端口，带敞口时电极上敞口的一侧设有端口；端口通过导线与可控电源连接，阳极接正极，阴极接负极。
阳极和阴极的大小相同，内径大于钢桩外径，并留有空隙，本实施例钢桩的直径为1米，阳极和阴极的内径、外径分别为1米、1.2米；截面可为圆形；阳极可以为多个，水平设于桩腿外，且与桩腿无接触；本实施例中阳极为3个，阴极为一个，水平置于最下方。任两个阳极之间的间距相等，且间距范围为0.5m～0.8m，阴极与最近的阳极之间的间距范围为0.8m～1.2m。
本发明为使电解的有效氯较均匀地分散在钢桩周围海水介质中，将电解阳极设计成了环状结构。电解阳极材料是钛-二氧化钌电极。电解阳极为可敞口式环装结构。
本发明的制备方法是：
a.在涂刷金属氧化物之前,必须进行钛基体的表面处理。所使用的钛材料为柔性可弯曲钛材。其目的是除去基体表面油污及氧化膜,使基体处于活性状态,以改善涂层与钛基体的结合力,改善电极的导电性,延长电极的使用寿命。钛基体的预处理步骤为喷砂—脱脂—酸蚀—清洗与烘干。
b.采用热分解法制备金属氧化物阳极。把金属钌的氯化物溶解到异丙醇/浓盐酸混合溶液中(异丙醇和浓盐酸体积比1:1),金属钌的氯化物与混合溶液的体积之比为1:1,超声波搅拌使之混合均匀形成混合溶液,均匀涂刷在经过预处理的基体钛板上,然后在低温下略高于溶剂蒸发温度(100℃～200℃)蒸发溶剂,本实施用红外灯在温度100℃烘10min,最后在高温(300℃～500℃)下马弗炉中热氧化10min，将基体上氯化钌热分解形成相应的氧化物即二氧化钌。此过程重复多次(15～18次)直至涂完所有体积的溶液，得到需要的厚度(2mm～3mm)。
c.将制备的电解阳极和电解阴极按照钢桩的直径，制作成柔性环形结构。
本发明采用的钛-二氧化钌电极作为电解阳极，制备方法简单、容易成型，电流效率可达90％，使用寿命可达5年，是当前在电解海水防污和氯碱工业中用量最大的阳极材料。
本发明采用的钛-二氧化钌阳极涂层具有极高的稳定性和较小的极化率,在钛-二氧化钌阳极涂层表面，具有较低的析氯电位和较高的析氧电位。极化率的大小反应了阳极涂层随电流密度变化时电位稳定性的高低。极化率越小,阳极涂层性能越稳定。从而使本装置具有良好的稳定性和长寿命等优点，同时能起到更好的防污损的作用。
本发明的工作原理是通过可控电源通电，在电解阳极上电解海水产生Cl2，电解阴极上产生OH-，产生的Cl2具有杀死附着生物孢子、幼虫的作用进而防止生物污损。

Claims (10)

1.基于平台钢桩环式电解防污电极的防污装置，其特征在于包括：可控电源(2)、导线(4)、阳极(5)和阴极(6)；所述阳极(5)和阴极(6)均为环状，套于钢桩外，并分别通过导线(4)与可控电源(2)连接。
2.根据权利要求1所述的基于平台钢桩环式电解防污电极的防污装置，其特征在于所述阳极(5)和阴极(6)均设有端口，阳极(5)端口、阴极(6)端口分别与可控电源(2)的正输出端、负输出端连接。
3.根据权利要求1所述的基于平台钢柱环式电解防污电极的防污装置，其特征在于所述阳极(5)为多个，任两个相邻的阳极(5)之间间距为0.5m～0.8m。
4.根据权利要求1所述的基于平台钢桩环式电解防污电极的防污装置，其特征在于所述阳极(5)为表面涂有二氧化钌涂层的钛基体。
5.根据权利要求1所述的基于平台钢桩环式电解防污电极的防污装置，其特征在于所述阴极(6)为一个，设于多个阳极(5)的下方，且距离最近的阳极(5)0.8m～1.2m。
6.根据权利要求1所述的基于平台钢桩环式电解防污电极的防污装置，其特征在于所述阴极(6)为镍合金电极。
7.根据权利要求1所述的基于平台钢桩环式电解防污电极的防污装置，其特征在于所述阳极(5)和阴极(6)设于桩腿(3)浸入海水全浸区位置。
8.基于平台钢柱环式电解防污电极的防污实现方法，其特征在于包括以下步骤：
制备阳极(5)和阴极(6)，并与可控电源(2)连接；
可控电源(2)输出直流电压使可控电源(2)、阳极(5)、阴极(6)形成回路；
阳极(5)、阴极(6)通过电解，在阳极(5)上电解海水产生Cl2，阴极(6)上产生OH-，在桩腿(3)周围形成有效氯浓度梯度，防止平台的桩腿(3)附着生物。
9.根据权利要求8所述的基于平台钢柱环式电解防污电极的防污实现方法，其特征在于所述制备阳极包括以下步骤：
1)将氯化钌加入到醇盐溶解后形成混合溶液；
2)将混合溶液均匀涂刷在经过预处理的基体钛上；
3)然后在温度100℃～200℃烘设定时间；
4)最后在温度300℃～500℃将基体上金属盐类进行处理形成二氧化钌；
5)将混合溶液均匀涂刷在涂有二氧化钌的基体上，并重复步骤3)-4)直至涂完所有溶液，得到需要的二氧化钌涂层厚度。
10.根据权利要求8所述的基于平台钢柱环式电解防污电极的防污实现方法，其特征在于直流电压为2～8V。
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