CN1506497A - 浓硫酸输送管道的恒压阳极保护方法 - Google Patents

浓硫酸输送管道的恒压阳极保护方法 Download PDF

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Abstract

一种浓硫酸输送管道的恒压阳极保护方法，将浓硫酸输送管道(1)作为阳极，与管道保护控制仪(3)的正极相连；辅助阴极(2)起导通电流的作用，与管道保护控制仪(3)的负极相连，阴极(2)制成棒状形式，沿管道径向插入浓硫酸管道中；管道保护控制仪(3)可为能够输出稳定直流电流、电压可调的整流器、稳压电源、恒槽压仪等。该方法参比电极不参与控制，克服了参比电极不稳定对保护效果的影响；克服了参比电极故障导致的系统失控，即使在管道内未充满酸的情况下阳极保护系统也能正常工作；阴极材料处于阴极保护状态，延长了使用寿命，降低了更换费用；阳极保护电源简便、可靠、稳定、操作简单且成本大大降低；浓硫酸输送管道处于恒压阳极保护状态时，年腐蚀率在0.05mm以下，可达到理想的保护效果。

Description

浓硫酸输送管道的恒压阳极保护方法
技术领域  本发明属于电化学防腐蚀阳极保护技术领域，特别是一种浓硫酸输送管道的防腐蚀恒压阳极保护方法。
背景技术  目前，绝大多数硫酸生产厂家采用铸铁管道、不锈钢管道输送浓硫酸，这些管道在低温浓硫酸中耐蚀性较强，但在高温浓硫酸中(70～120℃，93～98％H2SO4)耐蚀性较差，不锈钢管道年腐蚀率在1mm以上，铸铁管道腐蚀更严重，管道的使用寿命很短，经常造成停产，无法满足制酸生产的正常运行，并且生产的硫酸质量达不到标准。也有关于不锈钢浓硫酸输送管道采用恒电位法阳极保护的应用，但此种使用恒电位仪控制管道电位的方法，不仅阳极保护系统组成复杂，而且恒电位仪的成本高。尤其当工艺出现故障，如管道内部未充满酸、参比电极悬空，将导致阳极保护系统失控。
发明内容  为了克服恒电位法保护的以上缺点，本发明提供一种简便、安全、可靠、成本低的输送浓硫酸管道的恒压阳极保护方法。
本发明提供的浓硫酸管道恒压阳极保护方法的依据是：测定不锈钢在浓硫酸中的阳极极化曲线可知，不锈钢在浓硫酸中有很宽的钝化区。如：304L不锈钢在25℃、98％H2SO4中，钝化电位区间为-400～+1,000mV(本文电位值均相对于Hg-Hg2SO4参比电极)，维钝电流密度为0.03A/m2；在80℃、98％H2SO4中，钝化电位区间为-200～+700mV，维钝电流密度为0.13A/m2。可以看出，钝化电位区范围近1,000mV，为实施恒压法阳极保护提供了足够空间。若304L不锈钢管道控制在此钝化电位区间，年腐蚀率可控制在0.05mm以下，从而达到理想的保护效果。
表1  304L和316L不锈钢在浓H2SO4中的电化学参数
材质 浓度(％) 温度(℃)   致钝电流密度(A/m2)    维钝电流密度(A/m2)     钝化区间(mV)       腐蚀率(mm/a)
  自然    保护
304L 93     25     0.45     0.030       -   -    -
    50     5.66     0.046       -   -    -
    80     9.72     0.124       -   2.00    ＜0.10
98     25     2.30     0.033       -400～+1000   -    -
    50     2.51     0.049       -200～+900   -    -
    80     4.92     0.133       -200～+700   0.60    ＜0.05
316L 93     25     1.00     0.032       -   -    -
    50     1.30     0.041       -   -    -
    80     5.45     0.160       -   1.20    ＜0.10
98     25     自钝化     0.014       -200～+1000   -    -
50 0.16 0.019 -200～+800 - -
    80     0.23     0.064       -200～+600   0.30    ＜0.02
    100     0.20     0.365       -   -    -
    120     6.80     1.14       -   -    -
鉴于以上方法依据，为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：浓硫酸输送管道的恒压阳极保护方法，是将浓硫酸输送管道作为阳极，与管道保护控制仪的正极相连；辅助阴极起导通电流的作用，与管道保护控制仪的负极相连，阴极制成棒状形式，沿管道径向插入浓硫酸管道中，阴极面积和阴极间距随着管道直径、长度和形状的变化而变化；管道保护控制仪可选择能够输出稳定直流电流、电压可调的整流器、稳压电源、恒槽压仪等。
恒压法阳极保护系统以E槽压作为控制指标，经过理论分析与现场试验，根据不锈钢管道在不同浓度的浓硫酸中的保护电位，列出如表2所示的控制指标。
表2 304L/316L不锈钢浓硫酸输送管道的恒压法阳极保护控制指标
材质   浓度   保护电位范围(mV) 控制指标E槽压(mV)
304L   93％     -200～600     200～1100
316L   98％     -300～700     100～1200
理想的阴极材料应电位稳定、耐腐蚀、成本低，并且具有一定的强度，如18-8型不锈钢、25-20型不锈钢、哈氏合金、Inconel合金等。阴极材料在93～98％H2SO4中应表现出如图2所示的阴极极化特性，也就是说，阳极保护系统正常工作时，阴极电位处于φ2值，相对应的阴极电流密度为i2。若浓硫酸生产中工艺条件变化，如浓硫酸温度、浓度变化，则管道的维钝电流密度变化，导致阴极电流密度变为i1或i3，相对应的阴极电位为φ1和φ3。i2与i1和i3相比变化较大，但φ2与φ1和φ3较接近。即当阴极电流密度变化的幅度较大时，阴极电位的变化很小。
对于电化学系统因为有：i阴＝(S阳×i阳)÷S阴
式中：i阴-辅助阴极的电流密度，A/m2
      S阳-管道(阳极)的保护面积，m2
      S阴-阴极面积，m2；
      i阳-管道(阳极)处在钝态时的维钝电流密度，A/m2；
在方法实施中，管道面积S阳确定，维钝电流密度i阳确定，即S阳×i阳确定，因此，阴极面积的大小直接影响i阴的大小，一般情况下S阳∶S阴为300～700∶1。
阴极间距与管道的管径和浓硫酸的浓度有关，其有关数据列于表3中。在保证阴极面积恒定和强度许可的情况下，增加阴极的长度有利于电流的分散，使管道的阳极保护电位更趋一致，以达到理想的保护状态。
               表3  阴极布置间距
        管径(mm)     ≤300     300～500     ≥500
间距(m)   93％H2SO4     2～3     2～4     3～5
  98％H2SO4     2～4     2～4     3～5
本发明提供的浓硫酸输送管道的恒压阳极保护方法，充分挖掘、利用了该体系阳极保护的潜力，无论在阴极选择，还是在电源方面与恒电位阳极保护方法相比具有以下突出的优点：
(1)该方法参比电极不参与控制，克服了参比电极不稳定对保护效果的影响。
(2)克服了参比电极故障导致的系统失控，即使在管道内未充满酸的情况下阳极保护系统也能正常工作。
(3)阴极材料在阳极保护系统正常工作时处于阴极保护状态。试验证明，在阳极保护系统正常工作时，阴极的保护度在75～90％，阴极材料得到很好的保护，延长了使用寿命，降低了阴极的更换费用。
(4)阳极保护电源简便、可靠、稳定、操作简单且成本大大降低。
(5)浓硫酸输送管道处于恒压阳极保护状态时，年腐蚀率可控制在0.05mm以下，可达到理想的保护效果。
附图说明  图1为浓硫酸输送管道的恒压法阳极保护的系统布置图；
          图2为阴极材料的阴极极化曲线图。
具体实施方式
实施例一：
对一条30米长、φ＝200mm的输送浓硫酸管道进行阳极保护，浓硫酸浓度为98％，温度为85～90℃。阳极保护系统接线如图1布置，将浓硫酸输送管道1作为阳极，与管道保护控制仪3的正极相连；棒状形式阴极2与管道保护控制仪3的负极相连，沿管道径向插入浓硫酸管道中，阴极间距为2m，共布置阴极16支，沿管道1轴向一字排列，以并联方式接管道保护控制仪3，S阳∶S阴＝500∶1。阳极保护系统开始工作时，调节阳极保护控制仪，使其输出1.7V的电压，在5～10分钟后，测得管道(阳极)电位为200～250mV，此时，降低阳极保护控制仪的输出电压，使其输出0.8V的稳定电压，管道(阳极)电位逐渐下降，最终稳定在150～250mV区间内，处于良好的保护状态。阴极电位最终稳定在-400～-500mV区间内，处于阴极保护状态。
实施例二：
对某制酸厂家的三条输酸管道进行阳极保护。输酸管道管径φ＝400mm，每条管线长度L≈35m，浓硫酸浓度为93％和98％，浓硫酸温度为70～90℃。阳极保护系统接线如图1布置，将浓硫酸输送管道1作为阳极，与管道保护控制仪3的正极相连；棒状形式阴极2与管道保护控制仪3的负极相连，沿管道径向插入浓硫酸管道中，输送93％和98％浓硫酸的管道由不同的控制仪控制。阴极间距为2.5m，共布置阴极45支，沿管道1轴向一字排列，以并联方式接管道保护控制仪3，S阳∶S阴＝550∶1。阳极保护系统开始工作时，调节阳极保护控制仪，使其输出1.7V的电压，在5～10分钟后，测得管道(阳极)电位为200～250mV，此时，降低阳极保护控制仪的输出电压，输送93％浓硫酸的管道控制仪输出700mV的电压，管道(阳极)电位逐渐下降，最终稳定在50～150mV区间内，处于良好的保护状态。输送98％浓硫酸的管道控制仪输出800mV的电压，管道(阳极)电位逐渐下降，最终稳定在150～250mV区间内，处于良好的保护状态。所有阴极电位最终为-400～-500mV区间内，处于阴极保护状态。
上述方法实施例中，阳极保护电位与管道直径、材料、浓硫酸的浓度、温度等有关，阴极的材料、设置的阴极个数与间距，也与浓硫酸的浓度、温度、管道直径及长度有关，具体数据可以在本发明技术方案及具体实施例的引导下，通过对具体的工艺条件做具体的试验得到，没有一个可以包容上述变量的函数式。

Claims (5)

1、一种浓硫酸输送管道的恒压阳极保护方法，其特征在于将浓硫酸输送管道(1)作为阳极，与管道保护控制仪(3)的正极相连；辅助阴极(2)起导通电流的作用，与管道保护控制仪(3)的负极相连，阴极(2)制成棒状形式，沿管道径向插入浓硫酸管道中；管道保护控制仪可为能够输出稳定直流电流、电压可调的整流器、稳压电源、恒槽压仪等。
2、根据权利要求1所述的浓硫酸输送管道的恒压阳极保护方法，其特征在于上述阳极保护系统以E槽压作为控制指标，对于304L、316L不锈钢浓硫酸输送管道，浓硫酸浓度为93％，保护电位范围为-200～600mV，控制指标E槽压为200～1100mV；对于304L、316L不锈钢浓硫酸输送管道，浓硫酸浓度为98％，保护电位范围为-300～700mV，控制指标E槽压为100～1200mV。
3、根据权利要求1所述的浓硫酸输送管道的恒压阳极保护方法，其特征在于上述阴极的材料选择应符合电位稳定、耐腐蚀、成本低，并且具有一定的强度等特点，如18-8型不锈钢、25-20型不锈钢、哈氏合金、Inconel合金等；阴极材料在93～98％H2SO4中应表现出的阴极极化特性为：阴极电流密度变化的幅度较大时，阴极电位的变化却很小。
4、根据权利要求1或3所述的浓硫酸输送管道的恒压阳极保护方法，其特征在于上述阴极的间距与管道管径和浓硫酸浓度有关，一般间距为2～5米，沿管道轴向一字排列，以并联方式接管道保护控制仪(3)。
5、根据权利要求1或3所述的浓硫酸输送管道的恒压阳极保护方法，其特征在于上述阳极的保护面积S阳与阴极面积S阴的比例约为300～700∶1。
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