CN108468051A - 具有恒槽压控制的电流防腐蚀保护装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种具有恒槽压控制的电流防腐蚀保护装置及其使用方法。具有恒槽压控制的电流防腐蚀保护装置，包括恒电位仪、参比电极和辅助阳极，还包括采样器，采样器设置有切换开关、第一接线端口、第二接线端口、第三接线端口和第四接线端口，切换开关用于切换第一接线端口与第二接线端口或第三接线端口连接，第二接线端口与切换开关之间还连接有第二采样电阻，第二采样电阻与第四接线端口之间连接有第一采样电阻；第一接线端口与参比端口连接，第四接线端口与零阴端口连接，参比电极与第三接线端口连接，第四接线端口连接零阴电缆，第二接线端口与辅助阳极连接。实现提高具有恒槽压控制的电流防腐蚀保护装置的使用可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及电流防腐蚀技术领域，尤其涉及一种具有恒槽压控制的电流防腐蚀保护装置及其使用方法。
背景技术
目前，用于在海洋中使用的金属设备(例如：输送海水的循环泵)，常见的防腐方式是采用外加电流阴极保护的具有恒槽压控制的电流防腐蚀保护装置，控制方式多以恒电位为主，具有恒槽压控制的电流防腐蚀保护装置一般包括恒电位仪、参比电极和辅助阳极，参比电极和辅助阳极安装在金属设备上，而恒电位仪配置有阳极端口、参比端口、零阴端口和阴极端口，具体工作原理和连接方式可以参考中国专利号2017202705307公开的技术方案。但是，在实际应用中发现，所应用的各类参比电极中，会经常发生诸如：参比电极不稳定或出现失效或意外损坏等情况，结果会使得阴极极化不足或过极化，严重时还会导致保护系统的瘫痪，造成直接和间接的经济损失，导致具有恒槽压控制的电流防腐蚀保护装置的使用可靠性降低。如何设计一种使用可靠性高的防腐蚀装置是本发明所要解决的技术问题。
发明内容
本发明提供一种具有恒槽压控制的电流防腐蚀保护装置及其使用方法，实现提高具有恒槽压控制的电流防腐蚀保护装置的使用可靠性。
本发明提供一种具有恒槽压控制的电流防腐蚀保护装置，包括恒电位仪、参比电极和辅助阳极，所述恒电位仪设置有阳极端口、参比端口、零阴端口和阴极端口，所述辅助阳极连接所述阳极端口，所述阴极端口连接阴极电缆，其特征在于，还包括采样器，所述采样器设置有切换开关、第一接线端口、第二接线端口、第三接线端口和第四接线端口，所述第一接线端口、所述第二接线端口和所述第三接线端口通过所述切换开关连接，所述切换开关用于切换所述第一接线端口与所述第二接线端口或所述第三接线端口连接，所述第二接线端口与所述切换开关之间还连接有第二采样电阻，所述第二采样电阻与所述第四接线端口之间连接有第一采样电阻，所述第一采样电阻连接所述切换开关和所述第二采样电阻之间的线路；所述第一接线端口与所述参比端口连接，所述第四接线端口与所述零阴端口连接，所述参比电极与所述第三接线端口连接，所述第四接线端口连接零阴电缆，所述第二接线端口与所述辅助阳极连接。
进一步的，所述辅助阳极和所述阳极端口之间的连接电缆、与所述辅助阳极和所述第二接线端口之间的连接电缆相互绝缘设置。
进一步的，所述辅助阳极设置有双芯电缆，所述双芯电缆包括保护套以及设置在保护套中的两条电缆芯，两条所述电缆芯相互绝缘设置，其中一所述电缆芯连接所述阳极端口，另一所述电缆芯连接所述第二接线端口。
进一步的，所述第一采样电阻的电阻值远大于所述第二采样电阻的电阻值。
本发明还提供一种金属设备，包括金属主体，还包括上述具有恒槽压控制的电流防腐蚀保护装置，所述具有恒槽压控制的电流防腐蚀保护装置的参比电极和辅助阳极设置在所述金属主体上，所述具有恒槽压控制的电流防腐蚀保护装置的阴极电缆和零阴电缆连接所述金属主体。
进一步的，所述阴极电缆和所述金属主体形成第一连接部，所述零阴电缆和所述金属主体形成第二连接部，所述第一连接部与所述第二连接部的距离大于500mm。
进一步的，所述金属主体上设置有多个安装基座，所述安装基座设置有螺纹孔，所述参比电极和所述辅助阳极分别螺纹连接在对应的所述螺纹孔中。
本发明还提供一种上述具有恒槽压控制的电流防腐蚀保护装置的使用方法，所述具有恒槽压控制的电流防腐蚀保护装置的参比电极和辅助阳极设置在待保护的金属设备上，所述具有恒槽压控制的电流防腐蚀保护装置的阴极电缆和零阴电缆连接待保护的金属设备上；所述使用方法包括：恒电位模式和恒槽压模式；
所述恒电位模式具体为：切换开关切换第一接线端口与第三接线端口连接，恒电位仪通过参比电极进行采样以测量出金属设备表面的测量电位值，恒电位仪根据事先设定的保护电位值和测量电位值的差值来调节输出电压的大小，以使得金属设备表面的电位值等于设定的保护电位值；
所述恒槽压模式具体为：切换开关切换第一接线端口与第二接线端口连接，恒电位仪测量阳极端口的电位值和阴极端口的电位值以获得阳极端口和阴极端口之间的测量电位差，恒电位仪根据事先设定的恒定电位差和测量电位差的差值来调节输出电压的大小，以使得阳极端口和阴极端口之间的电位差值等于设定的恒定电位差。
本发明提供的具有恒槽压控制的电流防腐蚀保护装置及其使用方法，通过增加采样器，采样器配置有切换开关，并且，通过采样器连接零阴电缆和辅助阳极，在实际使用过程中，采用恒电位法进行防腐蚀保护时，则切换开关连接第一接线端口与第三接线端口，使得恒电位仪根据参比电极反馈的信号来对金属设备进行保护，而当参比电极发生损坏时，则通过切换开关连接第一接线端口与第二接线端口，这样，可以通过恒槽压控制的方法来继续对金属设备进行防腐蚀进行保护，从而提高了防腐蚀装置的使用可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明具有恒槽压控制的电流防腐蚀保护装置实施例的结构原理图；
图2为本发明具有恒槽压控制的电流防腐蚀保护装置实施例的使用状态局部参考图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-图2所示，本实施例具有恒槽压控制的电流防腐蚀保护装置，包括恒电位仪1、参比电极21和辅助阳极22，所述恒电位仪1设置有阳极端口 101、参比端口102、零阴端口103和阴极端口104，所述辅助阳极22连接所述阳极端口101，所述阴极端口104连接阴极电缆(未标记)，还包括采样器3，所述采样器3设置有切换开关31、第一接线端口301、第二接线端口 302、第三接线端口303和第四接线端口304，第一接线端口301、第二接线端口302、第三接线端口303通过所述切换开关31连接，所述切换开关31 用于切换所述第一接线端口301与所述第二接线端口302或所述第三接线端口303连接，所述第二接线端口302与所述切换开关31之间还连接有第二采样电阻32，所述第二采样电阻32与所述第四接线端口304之间连接有第一采样电阻33，所述第一采样电阻33连接所述切换开关31和所述第二采样电阻32之间的线路；所述第一接线端口301与所述参比端口102连接，所述第四接线端口304与所述零阴端口103连接，所述参比电极21与所述第三接线端口303连接，所述第四接线端口304连接零阴电缆(未标记)，所述第二接线端口302与所述辅助阳极22连接。
具体而言，本实施例具有恒槽压控制的电流防腐蚀保护装置增加有采样器3，采样器3中配置有切换开关31以根据需要切换保护的模式，具体为，在实际使用时，参比电极21和辅助阳极22安装在待保护的金属设备100上，同时将阴极电缆和零阴电缆连接到金属设备100上，切换开关31切换所述第一接线端口301与所述第三接线端口303连接，则恒电位仪1利用参比电极21采集的信号来控制输出的电压和电流的大小，以满足恒电位控制方法的要求，使得被保护的金属设备100获得的外加电流阴极保护，在长时间使用后，当参比电极21不稳定或出现失效发生故障时，则无法可靠的通过恒电位法对金属设备100进行阴极保护，则操作人员操作切换开关31使得第一接线端口 301与所述第二接线端口302连接，此时，恒电位仪1可以利用第二接线端口302测量的信号值实现恒槽压法对属设备100进行电流防腐蚀保护，这样，便可以在参比电极21出现故障时，确保具有恒槽压控制的电流防腐蚀保护装置能够继续良好的对金属设备100进行电流防腐蚀保护，以提高使用可靠性。其中，采样器3可以为一独立的模块，也可以将采样器3集成在恒电位仪1 中。
进一步的，为了提高恒槽压法的保护可靠性，辅助阳极22和所述阳极端口101之间的连接电缆、与所述辅助阳极22和所述第二接线端口302之间的连接电缆相互绝缘设置，具体的，采样电阻与辅助阳极22相连接的电缆和与零阴电缆必须无电流通过，否则采样电阻采样数值会跟随外加电流而波动，而导致恒槽压控制法控制上的较大误差，通过将辅助阳极22和所述第二接线端口302之间的连接电缆设置为与辅助阳极22和所述阳极端口101之间的连接电缆相互绝缘隔离，可以有效的避免采样电阻采样数值跟随外加电流而发生波动，以提高采样信号的精确性，确保恒槽压法控制阴极保护电位的稳定并，从而获得良好的保护效果。优选的，为了现场方便电缆连接，进一步的，所述辅助阳极22设置有双芯电缆23，所述双芯电缆23包括保护套231以及设置在保护套231中的两条电缆芯232，两条所述电缆芯232相互绝缘设置，其中一所述电缆芯232连接所述阳极端口101，另一所述电缆芯232连接所述第二接线端口302。另外，第一采样电阻33的电阻值R1远大于所述第二采样电阻32的电阻值R2，具体的，在实际使用时，第二采样电阻32可以用第二接线端口302与第一采样电阻33之间的线缆来替代，而第一采样电阻 33一般使用一个不小于20KΩ的电阻。恒电位仪1通过输出直流电压加在辅助阳极22上，也即构成了槽压，电解质中离子通过离子迁移放电，使得金属设备进行极化而获得阴极保护得到防腐需要。
更进一步的，为了方便在金属设备100上连接具有恒槽压控制的电流防腐蚀保护装置的相关部件，所述金属设备100上设置有多个安装基座101，所述安装基座101设置有螺纹孔，所述参比电极21和所述辅助阳极22分别螺纹连接在对应的所述螺纹孔中。而阴极电缆和金属设备100形成第一连接部，所述零阴电缆和金属设备100形成第二连接部，所述第一连接部与所述第二连接部的距离大于500mm。
本发明还提供一种上述具有恒槽压控制的电流防腐蚀保护装置的使用方法，所述具有恒槽压控制的电流防腐蚀保护装置的参比电极和辅助阳极设置在待保护的金属设备上，所述具有恒槽压控制的电流防腐蚀保护装置的阴极电缆和零阴电缆连接待保护的金属设备上；所述使用方法包括：恒电位模式和恒槽压模式；
所述恒电位模式具体为：切换开关切换第一接线端口与第三接线端口连接，恒电位仪通过参比电极进行采样以测量出金属设备表面的测量电位值，恒电位仪根据事先设定的保护电位值和测量电位值的差值来调节输出电压的大小，以使得金属设备表面的电位值等于设定的保护电位值。具体的，实际使用时，转动恒电位仪的输出旋钮，以调节阳极端口的输出电压，调节时由小到大，电流会随之由小到大，随着电压输出由小到大，电流相应由小变大，随着输出电流的加大，金属设备表面的电位逐渐变负，金属设备表面的电位直到负到一定程度，即电位进入到规定的相应负电位的范围内，金属的腐蚀既得到了抑制，也即达到了金属的防腐保护效果。
所述恒槽压模式具体为：切换开关切换第一接线端口与第二接线端口连接，恒电位仪测量阳极端口的电位值和阴极端口的电位值以获得阳极端口和阴极端口之间的测量电位差，恒电位仪根据事先设定的恒定电位差和测量电位差的差值来调节输出电压的大小，以使得阳极端口和阴极端口之间的电位差值等于设定的恒定电位差。具体的，在恒电位法控制基础上，当参比电极不稳定或出现失效以及意外损坏不能工作情况下，寻找一可替代参比电极测量的信号值方法，即是恒槽压控制法，实际使用时，切换至恒槽压模式。其中，恒槽压法理论上是把阴阳极之间的电位差也即槽压做成具有恒定值ΔV，这时ΔV只单一反映保护体表面电位值情况，然后把该槽压值ΔV作为极化电源采样信号，并将此采样信号与同样预设的恒定电位差(控制信号)一起送入比较放大器，经高精度、高稳定性的比较放大器进行比较放大，然后输出误差控制信号，将这个误差信号送入恒电位仪的移相触发器，移相触发器再根据该信号的大小，自动调节脉冲的移相时间，通过恒电位仪的脉冲变压器输出触发脉冲来调整极化回路中可控硅的导通角，改变输出电压、电流的大小，使得槽压值ΔV等于设定的给定电位，这就是所述的本发明恒槽压控制方法。
在恒槽压模式下，恒槽压控制前提必须ΔV是恒定值，根据电化学极化原理可知：因为海水强电解质V介质相对而言可忽略不计，故：V1:V＝R1:(R1+R2)，如果阳极电位和阴极电位是恒定值，ΔV就是恒定值。恒槽压控制原理是：采样信号通过采样电阻R1的端电位V1取回，作为极化电源的控制信号。当电位变化时，即引起ΔV变化，从而使V1也变化，此时恒电位仪内的给定电位V与V1就有一差值信号，该差值信号经放大器放大K倍后，供给脉冲触发器，使可控硅导通仪器自动调整保护电流I，使ΔV(或V1)恒定不变，这就是恒槽压法工作原理。其中，所述的是常数，是通过选择具有在特定工作电流密度范围内的阳极工作电位具有恒定值的阳极材料来获得的，通常可选择的阳极材料有铂铌和MMO混合金属氧化物以及镀铂钛等。以铂铌阳极材料为例，它在海水中阳极工作时表面放电析出氯气，其曲线主要服从析出氯气的Tafel方程，即阳极在特定的电流密度工作区域，铂铌材料的阳极极化在较小电流密度下，电位增加很快，再增加电流密度时，在相当宽的电流密度范围内，电位增加很小，表现在曲线上是平坦极化电位区，阳取平坦极化电位区电位即2.25V(相对甘汞)。所述的在海水中的表观极化曲线是受浓差极化的扩散步骤控制，其方程式是， 而阴极(待保护金属主体采用A3钢为例)却恰恰相反，电流略微变化即会引起较大的电位变化，取-0.80V(相对甘汞参比电极)。以铂铌材料为例，在上述所述的特定区域内，所述的ΔV恒定值计算：是常数，可满足了阴、阳极电位差ΔV是恒定值的条件。所述的稳定性控制过程分析，根据 从恒槽压控制原理可知，恒槽压法采样是通过采样电阻R1上的分压获得，根据所述公式分析恒槽压法自动实现阴稳定性的过程如下：保护电位正移，当流速加大以及温度上升，漆膜老化破损等情况时往往会出现正移。从公式的中间一项可知，正移必然i阴下降。而公式的前、后项也可见，因i阴下降，使得iCl2(iCl2＝i阴×S阴/S阳)下降而导致减少负移；因I总×R介质＝V介质，I总下降，导致V介质下降；而及V介质任何一方的减少，都会立即引起ΔV的减少，从而使V1减少，此时仪器内的给定电位V与V1就有一差值信号，这时恒电位仪就会迅速自动增加极化电流I总。而当I阴即Icl2以及I总增加时， 首先产生极化，电位随之负移。这是因为从A3钢的阴极极化曲线分析知：因它处在氧浓差极化扩散控制区，I总以及i阴稍微增加，就会使电位产生较大的极化值。而极化值几乎不变，V介质较小可忽略。所以当I总增加时， 首先产生极化，并使电位迅速恢复到-850mv，而及V介质基本不变；保护电位负移，当流速降低以及温度下降等情况时往往会出现负移，这时恒电位仪就会迅速自动减少极化电流I总，其调节原理与上述类似。可见当出现保护电位不稳定时，恒槽压法能迅速自动调整极化电流I总，使电位恒定不变，因此恒槽压法控制阴极保护电位是非常稳定的，保护效果很好。基于上述理论原理，优选的，恒槽压模式还包括计算恒定槽压ΔV，具体为：通过实验做阳极的模拟极化曲线，通过阳极极化曲线，找出近于恒定的阳极电位值其中，值为是阳极材料在设定工作电流范围内取多点的平均值 (例如：阳极材料采用铂铌材料，则对应的为2.2V)；然后，根据公式Δ计算出恒定槽压ΔV，其中，为待保护的金属设备所设定的最小保护电位值(例如：以待保护金属主体采用A3钢为例，为-0.85V)。
本发明提供的具有恒槽压控制的电流防腐蚀保护装置及其使用方法，通过增加采样器，采样器配置有切换开关，并且，通过采样器连接零阴电缆和辅助阳极，在实际使用过程中，采用恒电位法进行防腐蚀保护时，则切换开关连接第一接线端口与第三接线端口，使得恒电位仪根据参比电极反馈的信号来对金属设备进行保护，而当参比电极发生损坏时，则通过切换开关连接第一接线端口与第二接线端口，这样，可以通过恒槽压控制的方法来继续对金属设备进行防腐蚀进行保护，从而提高了防腐蚀装置的使用可靠性。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种具有恒槽压控制的电流防腐蚀保护装置，包括恒电位仪、参比电极和辅助阳极，所述恒电位仪设置有阳极端口、参比端口、零阴端口和阴极端口，所述辅助阳极连接所述阳极端口，所述阴极端口连接阴极电缆，其特征在于，还包括采样器，所述采样器设置有切换开关、第一接线端口、第二接线端口、第三接线端口和第四接线端口，所述第一接线端口、所述第二接线端口和所述第三接线端口通过所述切换开关连接，所述切换开关用于切换所述第一接线端口与所述第二接线端口或所述第三接线端口连接，所述第二接线端口与所述切换开关之间还连接有第二采样电阻，所述第二采样电阻与所述第四接线端口之间连接有第一采样电阻，所述第一采样电阻连接所述切换开关和所述第二采样电阻之间的线路；所述第一接线端口与所述参比端口连接，所述第四接线端口与所述零阴端口连接，所述参比电极与所述第三接线端口连接，所述第四接线端口连接零阴电缆，所述第二接线端口与所述辅助阳极连接。
2.根据权利要求1所述的具有恒槽压控制的电流防腐蚀保护装置，其特征在于，所述辅助阳极和所述阳极端口之间的连接电缆、与所述辅助阳极和所述第二接线端口之间的连接电缆相互绝缘设置。
3.根据权利要求2所述的具有恒槽压控制的电流防腐蚀保护装置，其特征在于，所述辅助阳极设置有双芯电缆，所述双芯电缆包括保护套以及设置在保护套中的两条电缆芯，两条所述电缆芯相互绝缘设置，其中一所述电缆芯连接所述阳极端口，另一所述电缆芯连接所述第二接线端口。
4.根据权利要求1所述的具有恒槽压控制的电流防腐蚀保护装置，其特征在于，所述第一采样电阻的电阻值远大于所述第二采样电阻的电阻值。
5.一种金属设备，包括金属主体，其特征在于，还包括如权利要求1-4任一所述的具有恒槽压控制的电流防腐蚀保护装置，所述具有恒槽压控制的电流防腐蚀保护装置的参比电极和辅助阳极设置在所述金属主体上，所述具有恒槽压控制的电流防腐蚀保护装置的阴极电缆和零阴电缆连接所述金属主体。
6.根据权利要求5所述的金属设备，其特征在于，所述阴极电缆和所述金属主体形成第一连接部，所述零阴电缆和所述金属主体形成第二连接部，所述第一连接部与所述第二连接部的距离大于500mm。
7.根据权利要求5所述的金属设备，其特征在于，所述金属主体上设置有多个安装基座，所述安装基座设置有螺纹孔，所述参比电极和所述辅助阳极分别螺纹连接在对应的所述螺纹孔中。
8.一种如权利要求1-4任一所述的具有恒槽压控制的电流防腐蚀保护装置的使用方法，其特征在于，所述具有恒槽压控制的电流防腐蚀保护装置的参比电极和辅助阳极设置在待保护的金属设备上，所述具有恒槽压控制的电流防腐蚀保护装置的阴极电缆和零阴电缆连接待保护的金属设备上；所述使用方法包括：恒电位模式和恒槽压模式；
所述恒电位模式具体为：切换开关切换第一接线端口与第三接线端口连接，恒电位仪通过参比电极进行采样以测量出金属设备表面的测量电位值，恒电位仪根据事先设定的保护电位值和测量电位值的差值来调节输出电压的大小，以使得金属设备表面的电位值等于设定的保护电位值；
所述恒槽压模式具体为：切换开关切换第一接线端口与第二接线端口连接，恒电位仪测量阳极端口的电位值和阴极端口的电位值以获得阳极端口和阴极端口之间的测量电位差，恒电位仪根据事先设定的恒定电位差和测量电位差的差值来调节输出电压的大小，以使得阳极端口和阴极端口之间的电位差值等于设定的恒定电位差。
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