CN110846666B - 一种凝汽器阴极保护机构及凝汽器阴极保护电位监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种凝汽器阴极保护机构及凝汽器阴极保护电位监测系统，阴极保护机构包括多组牺牲阳极,牺牲阳极包括阳极本体、与阳极本体固定连接的安装件，阳极本体具有第一侧表面和第二侧表面，牺牲阳极安装在凝汽器水室内壁上时，第一侧表面靠近凝汽器内的钛换热管，第二侧表面远离凝汽器内的钛换热管，第一侧表面与安装件长度方向上的中心线之间的距离大于第二侧表面与安装件长度方向上的中心线之间的距离；本发明通过牺牲阳极的结构优化设计，使得牺牲阳极设计使用寿命至少达到18个月（1轮次检修周期时间），能够在设计使用周期内为凝汽器水室内壁提供有效保护，确保其有效保护寿命能够满足电厂检修周期的更换要求。
Description
技术领域
本发明涉及凝汽器水室内壁防腐领域，具体涉及一种凝汽器阴极保护机构及凝汽器阴极保护电位监测系统。
背景技术
凝汽器是将驱动汽轮机做功后排出的水蒸汽转变成凝结水的热量交换设备，是汽轮机组的重要组成部分。电厂运行中工质状态变化遵循朗肯循环。凝汽器是此循环的重要组成设备之一，在汽轮机装置的热力循环中起到冷源的作用。一是在汽轮机排汽口建立并保持高度真空，二是在汽轮机排汽凝结的水作为系统给水，构成一个完整的循环。降低汽轮机排气温度和排气压力，可以提高热循环效率供给水，同时使凝汽器保持较高的真空度。
凝汽器主要由碳钢筒体和钛合金材质冷却管组成，换热介质为海水，凝汽器几何尺寸大，内部蒸汽流动与凝结换热过程复杂。以材料腐蚀的角度，上述几方面条件可概括为强烈的腐蚀电偶对、较强的腐蚀介质、复杂的汽/液两相传质条件以及复杂的稳定变化规律，以上因素直接导致凝汽器水室内壁具有极高的腐蚀倾向。目前，对于凝汽器水室内壁的保护主要采用物理隔绝与电化学保护的方式，具体为单独衬胶、衬胶+外加电流阴极保护、衬胶+牺牲阳极阴极保护等。基于凝汽器水室内极端的腐蚀环境，一旦其保护措施失效将导致水室外壳的腐蚀穿孔，影响机组安全运行。
所谓阴极保护，就是对被保护的金属施加一定的阴极电流，使被保护金属的电极电位向负方向偏离于其平衡电极电位，使得阳极的反应过程被抑制，从而使金属的腐蚀得到有效的控制。阴极保护技术分为外加强制电流保护技术和牺牲阳极保护技术两种。所谓牺牲阳极保护，就是将被保护的金属与另一种电极电位更低的金属或合金相连接，使得该金属或合金作为阳极优先被消耗，被保护的金属获得阴极电流而被保护。牺牲阳极保护系统具有保护效果稳定、安装工艺成熟，且在后期运行过程中不需经常维护管理的优点，适用于不具备维护条件的或外界无法提供电源的工况中，目前在工程上广泛使用。
目前现存相关专利中， CN203890445U《凝汽器阴极保护装置》、CN205722818U《核电站凝汽器水室电化学保护装置》、CN205122201U《一种核电站凝汽器牺牲阳极块装置》均采用锌合金作为凝汽器水室内壁的牺牲阳极，并将包含钢套筒铁芯的牺牲阳极安装焊接在水室内壁的螺杆上，实现了采用单一安装螺栓将牺牲阳极与水室内壁的紧固安装及电连接。但该类锌合金牺牲阳极在现场使用中，多次出现牺牲阳极溶解过快，无法满足阳极设计保护年限的问题，甚至还出现锌合金阳极耗尽后，阳极内十字架状铁芯腐蚀断裂划伤换热管板的情况。
发明内容
本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种凝汽器阴极保护机构。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种凝汽器阴极保护机构，阴极保护机构包括设于凝汽器水室内壁上的多组牺牲阳极,牺牲阳极包括阳极本体、与阳极本体固定连接的安装件，阳极本体呈长块状，安装件呈长板状，安装件沿阳极本体的长度方向贯穿阳极本体，阳极本体具有沿其长度方向延伸且相对应的第一侧表面和第二侧表面，牺牲阳极安装在凝汽器水室内壁上时，第一侧表面靠近凝汽器内的钛换热管，第二侧表面远离凝汽器内的钛换热管，第一侧表面与安装件长度方向上的中心线之间的距离大于第二侧表面与安装件长度方向上的中心线之间的距离。
优选地，设第二侧表面与安装件长度方向上的中心线之间的距离为a，第一侧表面与安装件长度方向上的中心线之间的距离为a+4mm~a+6mm。
优选地，长块状的阳极本体的横截面轮廓呈梯形，阳极本体长度方向上的中心线与安装件长度方向上的中心线在阳极本体的宽度方向上不重合。
优选地，牺牲阳极安装在凝汽器水室内壁上时，阳极本体的底面至凝汽器水室内壁之间形成有间隔。
优选地，安装件具有埋设于阳极本体内部且与阳极本体冶金结合的埋设段、连接在埋设段两端且位于阳极本体外部的安装段，埋设段上依次间隔开设有多个通孔。
优选地，阳极本体的底面长度和宽度分别为395~405mm和130~140mm；阳极本体的顶面长度和宽度分别为375~385mm和110~120mm；阳极本体的高度为125~135mm。
优选地，阳极本体由铝锌铟镁钛铝合金材质构成。
一种凝汽器阴极保护电位监测系统,监测系统用于对本发明所叙述的阴极保护机构的保护效果进行监测及判断。
优选地，监测系统包括用于感应其与凝汽器水室内钛换热管和换热管板和水室内壁碳钢及牺牲阳极之间耦合电位的电位差信号的电位监测传感器、对电位差信号进行模数转换的AD扩展模块、对AD扩展模块转化后的数字信号进行逻辑计算的数据处理模块、对数据处理模块的计算结果进行显示的上位机。
优选地，电位监测传感器设置有银/氯化银参比电极。
优选地，凝汽器水室的两端均设置有电位监测传感器，由电位监测传感器引出的导线与AD扩展模块的负极电连接，凝汽器水室的两端还固定有铜鼻子，AD扩展模块的正极通过导线与铜鼻子电连接。
由于以上技术方案的实施，本发明与现有技术相比具有如下优点：
本发明通过阳极本体与安装件的偏心设计，增加了靠近钛换热管侧的阳极本体体积，防止钛管板侧的阳极本体优先溶解消耗脱落，本发明通过牺牲阳极的结构优化设计，使得牺牲阳极设计使用寿命至少达到18个月（1轮次检修周期时间），能够在设计使用周期内为凝汽器水室内壁提供有效保护，确保其有效保护寿命能够满足电厂检修周期的更换要求。
附图说明
图1为本发明牺牲阳极安装在凝汽器水室内壁上的主向剖面结构示意图；
图2为本发明牺牲阳极安装在凝汽器水室内壁上的俯视结构示意图；
图3为本发明牺牲阳极安装在凝汽器水室内壁上的侧视结构示意图；
图4为本发明电位监测传感器安装在凝汽器水室内壁上的侧视结构示意图；
图5为本发明电位监测系统的结构原理示意图；
其中：100、凝汽器水室内壁；10、阳极本体；11、安装件；1001、通孔；101、第一侧表面；102、第二侧表面；20、电位监测传感器；21、铜鼻子；M1、电位隔离变送器；M2、AD扩展模块；M3、数据处理模块；M4、上位机；L1、螺栓杆。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明做进一步详细的说明。
如图1至图5所示，一种凝汽器阴极保护机构，阴极保护机构包括设于凝汽器水室内壁100上的多组牺牲阳极,牺牲阳极包括阳极本体10、与阳极本体10固定连接的安装件11（铁芯），阳极本体10呈长块状，长块状的阳极本体10的横截面轮廓呈梯形，安装件11则呈长板状，安装件11沿阳极本体10的长度方向贯穿阳极本体10，阳极本体10具有沿其长度方向延伸且相对应的第一侧表面101和第二侧表面102，牺牲阳极安装在凝汽器水室内壁100上时，第一侧表面101靠近凝汽器内的钛换热管，第二侧表面102远离凝汽器内的钛换热管，第一侧表面101与安装件11长度方向上的中心线之间的距离大于第二侧表面102与安装件11长度方向上的中心线之间的距离，阳极本体10长度方向上的中心线与安装件11长度方向上的中心线在阳极本体10的宽度方向上是间隔开的，即非重合。
阳极本体10由铝锌铟镁钛铝合金材质构成，其电容量是锌合金牺牲阳极的3倍，阳极本体10材质及成分参照GB/T4948要求，阳极本体10的底面长度和宽度分别为400mm和135mm；阳极本体10的顶面长度和宽度分别为380mm和115mm；阳极本体10的高度为130mm，净重为16.4kg,毛重18.5kg；
具体地，设第二侧表面102与安装件11长度方向上的中心线之间的距离为a，第一侧表面101与安装件11长度方向上的中心线之间的距离为a+5mm。即，阳极本体10长度方向上的中心线与安装件11长度方向上的中心线间隔偏差5mm，通过阳极本体10与安装件11的偏心设计，增加了靠近钛换热管侧的阳极本体10体积，防止钛管板侧的阳极本体10优先溶解消耗脱落。
安装件11具有埋设于阳极本体10内部且与阳极本体10冶金结合的埋设段、连接在埋设段两端且位于阳极本体10外部的安装段，埋设段上依次间隔开设有多个通孔1001（间隔50mm开1个∅10mm的通孔1001，增加铁芯上下侧阳极本体10熔融连接的面积）。牺牲阳极安装在凝汽器水室内壁100上时，阳极本体10的底面至凝汽器水室内壁100之间形成有间隔，
两侧的安装段上均开设有安装孔，并通过螺栓杆L1与凝汽器水室内壁100固定连接，即采用两点式支架安装的T型牺牲阳极结构形式，能够对更大的阳极本体10进行支撑，且能够让阳极本体10的底面悬空，使得阳极本体10的消耗更慢且均匀；
将所需安装的牺牲阳极逐一安装在凝汽器水室内壁100上的M20安装螺栓上，并采用M20螺母进行紧固，每个水室内安装8组牺牲阳极，牺牲阳极安装时阳极本体10的第一侧表面101应靠近凝汽器水室内的钛换热管所在侧；
另外，使用长宽高尺寸分别为600mm、50mm、10mm的316L不锈钢作为安装件11（铁芯）材料，通过铁芯结构形式，减少了铁芯的弯曲面；
为确保阳极本体10与铁芯完全冶金熔合，在微观上增大阳极本体10与铁芯的熔合接触面积，阳极本体10浇筑前应将不锈钢铁芯浇筑在阳极本体10中的部分（埋设段）进行表面喷砂，表面清洁度不低于Sa2.5，表面粗糙度Ra12.5。铁芯埋设段设有通孔1001结构及表面喷射处理，可以防止阳极不均匀溶解导致的阳极脱落；
本发明专利针对现有技术中的不足，从牺牲阳极材质、牺牲阳极铁芯结构、阳极使用寿命计算等多方面入手，本发明通过阳极本体10与安装件11的偏心设计，增加了靠近钛换热管侧的阳极本体10体积，防止钛管板侧的阳极本体10优先溶解消耗脱落，本发明通过牺牲阳极的结构优化设计，使得牺牲阳极设计使用寿命至少达到18个月（1轮次检修周期时间），能够在设计使用周期内为凝汽器水室内壁100提供有效保护，确保其有效保护寿命能够满足电厂检修周期的更换要求。
此外，本发明一种凝汽器阴极保护电位监测系统,监测系统用于对本发明所叙述的阴极保护机构的保护效果进行监测及判断。该监测系统包括用于感应其与凝汽器水室内钛换热管和换热管板和水室内壁碳钢及牺牲阳极之间耦合电位的电位差信号的电位监测传感器20、对电位监测传感器20传送的电位差信号进行隔离滤波的电位隔离变送器M1、对电位差信号进行模数转换的AD扩展模块M2、对AD扩展模块M2转化后的数字信号进行逻辑计算的数据处理模块M3、对数据处理模块M3的计算结果进行显示的上位机M4，本例中，在电位监测传感器20与AD扩展模块M2之间还设置有对电位差信号进行隔离、滤波的电位隔离变送器M1。
凝汽器水室的两端均设置有电位监测传感器20（使用M18的六角螺栓将电位监测传感器20安装在凝汽器水室两端内壁开孔处），由电位监测传感器20引出的导线与AD扩展模块M2的负极电连接，凝汽器水室的一端还固定有铜鼻子21，AD扩展模块M2的正极通过导线与铜鼻子21电连接。
本例中，电位监测传感器20设置有银/氯化银参比电极。通过测量参比电极与凝汽器水室内壁100钛换热管、换热管板、水室内壁碳钢及牺牲阳极之间耦合电位的电位差，来判断凝汽器水室内壁100的阴极保护电位，以对牺牲阳极保护效果进行监测与评估。可实现测量电位数据的记录、存储、查询、报警。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种凝汽器阴极保护机构，所述阴极保护机构包括设于所述凝汽器水室内壁上的多组牺牲阳极,所述牺牲阳极包括阳极本体、与所述阳极本体固定连接的安装件，其特征在于：所述阳极本体呈长块状，所述安装件呈长板状，所述安装件沿所述阳极本体的长度方向贯穿所述阳极本体，所述阳极本体具有沿其长度方向延伸且相对应的第一侧表面和第二侧表面，所述牺牲阳极安装在所述凝汽器水室内壁上时，所述第一侧表面靠近所述凝汽器内的钛换热管，所述第二侧表面远离所述凝汽器内的钛换热管，设所述第二侧表面与所述安装件长度方向上的中心线之间的距离为a，所述第一侧表面与所述安装件长度方向上的中心线之间的距离为a+4mm~a+6mm；所述安装件具有埋设于所述阳极本体内部且与所述阳极本体冶金结合的埋设段、连接在所述埋设段两端且位于所述阳极本体外部的安装段，所述埋设段上依次间隔开设有多个通孔。
2.根据权利要求1所述的凝汽器阴极保护机构，其特征在于：长块状的所述阳极本体的横截面轮廓呈梯形，所述阳极本体长度方向上的中心线与所述安装件长度方向上的中心线在所述阳极本体的宽度方向上不重合。
3.根据权利要求2所述的凝汽器阴极保护机构，其特征在于：所述牺牲阳极安装在凝汽器水室内壁上时，所述阳极本体的底面至凝汽器水室内壁之间形成有间隔。
4.一种凝汽器阴极保护电位监测系统,其特征在于：所述监测系统用于对权利要求1~3中任一项所述的阴极保护机构的保护效果进行监测及判断。
5.根据权利要求4所述的凝汽器阴极保护电位监测系统,其特征在于：所述监测系统包括用于感应其与凝汽器水室内钛换热管和换热管板和水室内壁碳钢及牺牲阳极之间耦合电位的电位差信号的电位监测传感器、对电位差信号进行模数转换的AD扩展模块、对所述AD扩展模块转化后的数字信号进行逻辑计算的数据处理模块、对所述数据处理模块的计算结果进行显示的上位机。
6.根据权利要求5所述的凝汽器阴极保护电位监测系统,其特征在于：所述电位监测传感器设置有银/氯化银参比电极。
7.根据权利要求5所述的凝汽器阴极保护电位监测系统,其特征在于：所述凝汽器水室的两端均设置有所述电位监测传感器，由所述电位监测传感器引出的导线与AD扩展模块的负极电连接，所述凝汽器水室的两端还固定有铜鼻子，所述AD扩展模块的正极通过导线与所述铜鼻子电连接。
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Citations (7)
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| JPH01184290A (ja) * | 1988-01-14 | 1989-07-21 | Toshiba Corp | 海水を用いる循環水系の防食装置 |
| CN1035685A (zh) * | 1988-01-14 | 1989-09-20 | 东芝有限公司 | 全钛热交换器的电气防蚀装置及其方法 |
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| CN1201080A (zh) * | 1997-06-03 | 1998-12-09 | 福建炼油化工有限公司 | 碳钢冷却器防海水腐蚀的方法与装置 |
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2019
- 2019-12-11 CN CN201911265101.0A patent/CN110846666B/zh active Active
Patent Citations (7)
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| 某核电站凝汽器在海水中阴极保护参数的研究及应用;王廷勇;马兰英;汪相辰;张海兵;陈凯;闫永贵;;中国腐蚀与防护学报;20161215(06);全文 * |
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