CN107686991A - 控制加热装置运行的方法 - Google Patents

Abstract

控制加热装置（10）运行的方法，该加热装置（10）包括用于容纳电解溶液的槽（12）、浸没在电解溶液中的电极（13）、连接到电极（13）和槽（12）的电能发生器（14）、以及设有测量器（15）的控制器（16），该测量器（15）测量在电极（13）和槽（12）之间产生的至少一个电量。该方法提供，调节电能发生器（14）以在电解溶液中维持适合于保证保护槽（12）免受腐蚀的保护电位（Vp）；并且包括至少一个步骤：检测在测量器（15）测量至少一个电量和控制器（16）处理所述至少一个电量以确定电分散体的存在期间存在于槽（12）中的电分散体。

Description

控制加热装置运行的方法

技术领域

本发明涉及一种控制加热装置运行的方法，其有利地用于减少与继续使用所述装置关联的腐蚀现象。

特别地，根据本发明的方法可以在加热装置中实施，该加热装置包括针对容器腐蚀的电阴极保护设备、包含水的槽或金属部件（诸如例如，锅炉）。

背景技术

对于针对腐蚀的加热装置的阴极保护，适用于锅炉或水加热器的设备是已知的。

特别地，锅炉型装置已知用于加热水，其中，由例如钛制成的电极（也被称为阳极）浸没在包含在锅炉中的水中。电能发生器的正极连接到阳极并且负极连接到锅炉，以免受腐蚀。

阳极和锅炉之间产生的电流的强度相对于正常操作值在确定的时间间隔内周期性地随时间而变化，并且在该变化期间，测量发生器的两极之间产生的电位差。

所测量的电位差与所预先确定的基准值进行比较，该基准值对应于其中阻止腐蚀的已知值；相对于该基准值的任何偏差用于确定待被施加到阳极和锅炉之间的电流强度，以便获得基本上等于所预先确定的的基准值的电位差。

例如参照Pourbaix图或电位/pH图以已知的方式来确定已知的电位差值（以下被简称为保护电位），该电位/pH图是水溶液中的电化学系统的平衡下可能的稳定条件的表示。该模型用于预测金属材料关于腐蚀的行为，该金属材料在这种情况下被称为铁合金，但也适用于其它金属，虽然采用不同的电位。

了解制成锅炉的材料，因此可能确定待被施加到阳极和锅炉之间的保护电位。

虽然该保护方法保证足够防护锅炉免受腐蚀，但是它是自身封闭的系统，并且不能检测到由于加热装置的外部因素而造成的可能影响（诸如例如，静电载荷、电分散体或其它）。

现有技术文献WO 2009/029287 A1、WO 2007/010335 A2和US 6.080.973 A描述了控制用于水槽和加热器的腐蚀和/或其它运行异常的系统。

本发明的一个目的是完善一种控制加热装置运行的方法，该加热装置是高效的，并且允许延长运用其的加热装置的工作寿命。

本发明的另一个目的是完善一种提高加热装置的安全性的方法。

本申请人已经设计、试验并且体现了本发明，以克服现有技术的缺点并且获得这些和其它目的和优点。

发明内容

本发明在独立权利要求中进行了描述，并且以其为特征，同时从属权利要求描述了本发明的其它特征或对主要发明构思的变形。

根据上述目的，根据本发明的方法应用于控制加热装置的运行，其中，该加热装置包括：

-包含电解溶液（例如，水）的槽，

-浸没于电解溶液的电极，

-连接到电极和槽的电能发生器，

-设有测量器的控制器，该测量器测量在电极和槽之间产生的至少一个电量。

该方法提供，调节电能发生器，以便在电解溶液中保持保护电位，该保护电位具有第一已知值，该第一已知值随时间基本上恒定，适合于保证保护该槽免受腐蚀。

根据本发明的一个方面，该方法包括步骤：检测存在于槽中的电分散体，在此期间，测量器测量至少一个电量并且控制器处理该至少一个电量，以便确定电分散体的存在，该电分散体因为是发生在槽壁上的腐蚀效应的原因，所以要被避免。

根据本发明的第一形式的实施例，检测步骤提供，检测存在于槽中的电分散体的直流电。根据这种形式的实施例，直流电检测步骤包括：

-暂时中断或减少由电能发生器供给的电能的步骤；

-测量残余电位的步骤，该残余电位具有第二值，其在电极和槽之间产生；

-比较所测量的残余电位的第二值和基准电位的第三值的步骤；

并且其中，如果所测量的第二值大于基准电位的第三值，则控制器识别正常范围内的运行条件，并且其中，如果所测量的第二值小于基准电位的第三值，则控制器识别源于槽中的直流电的电分散体的存在。

本发明还涉及一种与包括槽的加热装置相关联的电阴极保护设备，该槽包含电解溶液。该设备包括在使用期间浸没在电解溶液中的电极、连接到电极并且在使用期间连接到槽的电能发生器、和设有被配置成测量在电极和槽之间产生的电量的测量器。根据本发明的一个特征，控制器包括处理单元，该处理单元被配置成接收由测量器检测到的电量的数据并且处理电量以便确定电分散体的存在。该设备还包括与控制器相关联的以便指示电分散体的存在的指示器。

附图说明

参照附图，本发明的这些和其它特征将从作为非限制性示例的优选形式的实施例的下列描述中变得显而易见，其中：

-图1是根据本发明的使用控制方法的加热装置的示意性表示；

-图2a是根据第一形式的实施例示出了在正常运行期间施加到加热装置的电位随时间的发展的曲线图；

-图2b是根据第一形式的实施例示出了在加热装置中测量的随时间的电位差的曲线图；

-图3a是根据不属于本发明的第二形式的实施例示出了在正常运行期间施加到加热装置的电位随时间的发展的曲线图；

-图3b是根据第二形式的实施例和在运行条件下在加热装置中检测到的电流随时间的发展的曲线图；

-图3c是根据第二形式的实施例和在另一运行条件下在加热装置中检测到的电流随时间的发展的曲线图。

为了便于理解，如果可能，使用相同的附图标记以确定附图中相同的元件。应当理解，一种形式的实施例的元件和特点可以方便地并入其它形式的实施例，而无需进一步的澄清。

具体实施方式

根据本发明的加热装置整体上由附图标记10表示并且包括针对腐蚀的电阴极保护设备11。

特别地，加热装置10包括具有金属表面的槽12，该金属表面与电解溶液（诸如水）接触。

反过来，电阴极保护设备11包括电极13或阳极、电能发生器14和控制器16。

电极13可以包括可能用贵重材料激活的钛棒。

本发明的一种形式的实施例提供，电能发生器是以直流电控制的发生器，以下被简称为电流发生器14。

电流发生器14反过来连接到控制器16，该控制器16控制并且管理电流发生器14的运行，并且可能发加热装置10的特定运行条件（如电分散体的存在）的信号。

更具体地，控制器16设有测量器15，该测量器15测量至少一个电量，被配置成检测例如在电阴极保护设备11中（在这种情况下，在电极13和槽12之间）产生的电流或电压值。

测量器15可以是电压表、电流表、瓦特表或简单的设备以比较待被检测的电量中的至少一个。

一些形式的实施例提供控制器16包括处理单元19，该处理单元被提供以处理由测量器15检测到的数据并且发由于电分散体的存在而导致的可能异常运行条件的信号。

为此目的，控制器16可以与指示器17（例如，发光指示器）相关联，每个指示器标识加热装置10的运行条件。

为了保证足够保护槽12免受腐蚀，在加热装置10的正常运行期间，电流发生器14在电极13和槽12之间维持保护电位，该保护电位随时间基本上恒定，在图2a中被指示为保护电位Vp。

如上所述，确定作为制成槽12的材料的功能并且参照Pourbaix图，保护电位Vp是已知的值。

仅通过示例的方式，如果该槽12由钢制成，则保护电位Vp假设包括在900 mV和1200 mV之间的值。

通过调节由电流发生器14供给的电流并且用测量器15检测电阴极保护设备11内部的电流的产生可以迭代地生成待在电解溶液中产生的保护电位Vp。

电流的检测标识了槽12中的电位的不稳定条件。

如果测量器15检测到电流相对于先前测量的相当大的偏差，则控制器16调节由电流发生器14供给的电流，以把它带到对应于平衡电流的恒定值。参考图2a、图2b、图3a、图3b和图3c，描述了一种控制加热装置10运行并且特别是检测可能的电分散体（例如，影响槽12并且可以显著有助于其内部的腐蚀的杂散电流）的方法。

杂散电流的实体可以很小，并且因此不会产生直接干涉电气安全设备（诸如通常设在电网络中的断路器）。

虽然它们不损害电网络或加热装置10的总体安全性，但是杂散电流是关于产生腐蚀性现象的重要因素。

在直流电分散体的情况下并且还有在交流电分散体的情况下，均出现这样的问题。

参照图2a和图2b，第一形式的实施例描述了根据本发明的方法，用于检测直流电中的电分散体。

在加热装置10的正常运行期间，控制器16调节由电流发生器14供给的电流，如上所述，以维持电极13和槽12之间的保护电位Vp的平衡条件。

随后，进行以下步骤，在提供由电流发生器供给的电能的受控变化期间，检测电分散体。

如图2a所示，检测步骤发生比根据本发明的加热装置10的总体运行时间短的时间间隔T。仅通过示例的方式，可以假定，时间间隔T持续约一分钟，并且在12个小时的循环性的情况下执行，即，一天两次周期性地进行检测。

一些形式的实施例提供，在检测步骤期间，暂时中断电流供给到电流发生器14，并且测量由测量器15进行。

清楚的是，在加热装置10的正常运行期间，时间间隔T的暂时中断不影响免受一般由加热装置10进行的腐蚀的保护效果。

其它形式的实施例提供，减少仅由电流发生器14供给的电流，而非中断该电流。

在检测期间，测量器15检测电位差，以下被指示为所测量的电位Vm。所测量的电位Vm对应于在电极13和槽12之间产生的残余电位。

依据实验分析，申请人发现，在缺乏电分散体的情况下，所测量的电位Vm或残余电位快速移动到随时间基本上稳定的渐近值，如类似于其中检测到所测量的电位Vm1的曲线的图2b所示。

如果加热装置10中有电分散体，则应当注意，所测量的电位Vm（而非移动到随时间的渐近电位）的发展迅速减小，从而促进腐蚀作用。该条件由其中检测到电位值Vm2的图2b中的曲线所示。

在这些观察的基础上，根据本发明的方法提供所测量的电位Vm值由控制器16与基准电位Vr进行比较。仅以示例的方式，基准电位Vr包括在保护电位Vp的20 ％和40 ％之间。

如果所测量的电位Vm大于基准电位Vr，则控制器16识别正常范围内的运行条件。为此，在图2b中，所测量的电位被指示为Vm1，并且可以看出Vm1>Vr。

如果所测量的电位Vm小于基准电位Vr，则控制器16识别槽12中的有害电分散体的存在并且指令激活指示器17。在该条件下，在图2b中，所测量的电位被指示为Vm2，并且可以看出Vm2<Vr。

本发明的一个形式的实施例提供，从当指令保护电位Vp的受控变化的时刻开始的时间段S之后，测量电位。使用理论实验评价还与电位的稳定时间有关的时间段S以移动到如上所述的渐近值。

本发明的一个形式的实施例提供了时间段S包括在30秒和60秒之间。在测量之前，该时间S段防止检测到短暂效果，并且允许暂时稳定加热装置10的运行。

示例

-在加热装置10的正常运行期间维持的保护电位的值：Vp=-1000 mV；

-在没有直流电分散体的情况下，暂时中断电流发生器14之后的60秒所测量的电位Vm的值：Vm1=-750 mV；

-在存在直流电分散体下，暂时中断电流发生器14之后的60秒所测量的电位Vm的值：Vm2=-290 mV。

一旦已经测量了所测量的电位Vm，即，时间间隔T（图2a）之后，加热装置10就恢复正常运行，从而将电位差返回到保护电位Vp的值。

参照图3a、图3b和图3c，描述了不属于本发明的方法的另一形式的实施例，用于检测交流电中的电分散体。

在加热装置10的正常运行期间，控制器16指令电流发生器14以在电极13和槽12之间生成具有所期望的发展并且随时间可变的电位差。

特别是，电流发生器14在非常短的时间内（也就是说，约每200 μs内）交替生成第一电位V1和第二电位V2，与第一电位V1比较，该第二电位V2的强度降低。

确定第一电位V1和第二电位V2的值，以便获得将电解溶液极化到对应于保护电位Vp的值。

一些形式的实施例提供，第二电位V2包括在第一电位V1的30 ％与70 ％之间。

在可以例如为约200 μs的周期P的方波发展的情况下，第一电位V1和第二电位V2之间的电位变化可以发生（图3a）。

在加热装置10的正常运行期间并且在缺乏由于交流电而导致的电分散体的情况下，控制器16通过调制待被供给到电流发生器14的电流作用，从而保证电解溶液中的所述保护电位Vp。

在该步骤期间，测量器15测量电量（在这种情况下，电流在电阴极保护设备11中循环）以评估是否已经达到平衡条件。由测量器15所测量的电流在图3b和图3c中由Im指示。

平衡条件由随时间基本上均匀的所测量的电流Im的连贯检测表示（图3b）。

当电流发生器14的各头的电位假设第二电位V2的值时，测量由测量器15进行。

在缺乏杂散电流的情况下，因此，所测量的电流值Im没有遭受大的偏差，并且保持被限于围绕如在图3b中表示的平衡电流Ie变化的值带18。

在存在交流电分散体的情况下，测量器15检测到近似于或相当于电分散体的交流电的波动的随周期性而变化的所测量的电流Im的波动。

为此目的，在每个场合下通过测量器15检测的数据被传输到处理单元19以重构随所测量的电流Im随时间的发展。处理单元19能够识别所检测到的值的循环性，该所检测到的值的循环性在存在杂散交流电的情况下，随基本上等于或是后者的倍数的频率变化，例如，随为50 Hz或60 Hz的频率或其数倍变化。

十分清楚的是，为了允许正确采集杂散电流的循环性，进行测量的频率必须大于杂散电流的频率。

如果处理单元19识别如上所指示的所进行的测量的循环性发展，则它指令激活指示器17以向用户发异常运行条件的信号。

本发明的一些形式的实施例可以提供，光指示器包括多个光源，在这种情况（图1）下，红色LED 17a、绿色LED 17b和黄色LED 17c，其中每一个标识加热装置10的特定运行条件。

如上所述的控制器16还可以提供计数电阴极保护设备11的工作时间的功能。

例如，可以提供在对加热装置10的第一电馈送中，指示器17向用户指示所述工作时间，例如，指示对应于红色LED 17a的闪烁次数的工作年限、指示对应于绿色LED17b的闪烁次数的工作月数。为此目的，可以假定，该控制器16还包括确定工作时间的计时器装置。

在加热装置10的正常运行期间，并且如果没有检测到电分散体，则绿色LED 17b保持接通。

如果检测到电分散体，则接通黄色LED 17C并且保持接通直到请求维护操作。

红色LED 17a可以用于通过加热装置10指示过度电吸收条件，或者用于指示加热装置10中的短路条件或开路。

清楚的是，如之前所述，在不偏离本发明的领域和范围的情况下，可以对控制加热装置运行的方法做出部件的变型和/或添加。

还清楚的是，虽然本发明已参照一些具体的示例进行了描述，但是本领域的技术人员一定能够实施许多其它等效形式的方法以控制加热装置的运行，这些其它等效形式的方法具有如权利要求书中阐述的特点并且因此都落入由此限定的保护范围内。

Claims (6)

1.控制加热装置（10）运行的方法，该加热装置（10）包括包含其内部的电解溶液的槽（12）、浸没在所述电解溶液中的电极（13）、连接到所述电极（13）和所述槽（12）的电能发生器（14）、以及设有测量器（15）的控制器（16），该测量器（15）测量在所述电极（13）和所述槽（12）之间产生的至少一个电量，所述方法提供至少一个保护步骤，其中，调节所述电能发生器（14）以在所述电极（13）和所述槽（12）之间维持具有第一值（Vp）的保护电位，该保护电位是已知的并且随时间基本上恒定，适合于保证保护所述槽（12）免受腐蚀，所述保护步骤提供对由电能发生器（14）供给的电流进行调节、用所述测量器（15）对产生的电流进行检测以及对由电能发生器（14）供给的电流进行调节以维持所述保护电位至所述第一值（Vp）的平衡条件，其特征在于，它包括至少一个步骤：检测存在于所述槽（12）中的电分散体，其中，所述检测步骤包括：

-暂时中断或减少电能的步骤，该电能由所述电能发生器（14）供给；

-测量残余电位的步骤，该残余电位在所述电极（13）和所述槽（12）之间产生，该残余电位具有第二值（Vm），所述测量残余电位的步骤在所述暂时中断或减少电能的步骤期间进行；

-比较所测量的残余电位的所述第二值（Vm）和基准电位的第三值（Vr）的步骤；

其中，如果所测量的所述第二值（Vm）大于基准电位的所述第三值（Vr），则所述控制器（16）识别正常范围内的运行条件，并且其中，如果所测量的所述第二值（Vm）小于基准电位的所述第三值（Vr），则所述控制器（16）识别源于所述槽（12）中的直流电的电分散体的存在。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，如果所测量的电位的所述第二值（Vm）小于基准电位（Vr），则指示器（17）被激活以警告电分散体的存在。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，基准电位的所述第三值（Vr）包括在保护电位的所述第一值（Vp）的20 ％和40 ％之间。

4.根据任一前述权利要求所述的方法，其特征在于，由所述电能发生器（14）供给的电能的所述中断或减少具有时间间隔（T）的持续时间，并且在于，从所述中断或减少的开始的时间段（S）之后，所测量的所述电位的第二值（Vm）的检测发生。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述时间段（S）包括在30秒和60秒之间。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述时间间隔（T）之后，所述保护电位返回至所述第一值（Vp）。