CN201890935U

CN201890935U - 阳极保护浓硫酸槽

Info

Publication number: CN201890935U
Application number: CN 201020641446
Authority: CN
Inventors: 史立军; 周斌; 王振华; 郑建国; 肖世猛; 莫春萍; 谢生龙; 李丕兴
Original assignee: Tianhua Institute of Chemical Machinery and Automation Co Ltd
Current assignee: Tianhua Institute of Chemical Machinery and Automation Co Ltd
Priority date: 2009-12-11
Filing date: 2010-12-04
Publication date: 2011-07-06
Anticipated expiration: 2020-12-04

Abstract

本实用新型提供了一种阳极保护浓硫酸槽，槽体由碳钢、不锈钢、碳钢—不锈钢复合材料或合金材料制成，槽体与浓硫酸的接触面为阳极；阴极设置在槽体内，由石墨、铅、不锈钢或合金材料制成；1～10支参比电极分别设置在槽体的不同位置；阳极保护控制仪与阳极、阴极和参比电极分别接通；所述的阴极为多根，其布置方式为平行于槽体轴线方向均布在槽体内部，阴极间距为2t,其中t²=-2(E_t-E₀)h／ρi_p，-0.8V≤E_t-E₀＜0。该阳极保护浓硫酸槽施工周期短、使用寿命长、易于维护、安全可靠，针对浓硫酸槽的特点，建立相应的电位分布的数学模型，依据数学模型对阴极合理布置，在保证阳极保护效果的同时节约了成本。

Description

阳极保护浓硫酸槽

技术领域 本实用新型属于电化学防腐蚀阳极保护技术领域，特别涉及一种阳极保护浓硫酸槽。

背景技术 浓硫酸槽主要包括浓硫酸循环槽和浓硫酸储槽。由于浓硫酸的强腐蚀性，硫酸生产装置中干吸工段的浓硫酸循环槽大都由传统的碳钢内衬耐酸砖制成，近年来也有采用碳钢内松衬高硅不锈钢。采用碳钢内衬耐酸砖的，衬砖的施工难度大、周期长，对施工质量要求高，且一旦发生泄漏，完整修复极为困难；而采用碳钢内松衬高硅不锈钢存在的问题是一旦内层高硅不锈钢发生泄漏，硫酸渗漏到夹层内，无法清除，导致大面积腐蚀，整台设备最终报废。浓硫酸储槽均为碳钢结构，浓硫酸进入储槽前应经过成品酸冷却器将温度降至常温，而没有成品酸冷却器的系统中槽体会遭到腐蚀，影响使用寿命，且易发生槽体开裂漏酸，造成人员伤亡。

目前，虽然市场上已有应用阳极保护的设备，如浓硫酸冷却器、分酸器及浓硫酸管道，这些设备的尺寸较小，阴极系统的设计大都根据阳极保护实验数据和使用经验进行估算。然而，浓硫酸槽尺寸大，仅靠估算得到的阴极布置方式，会增加成本或者导致保护效果不佳。

发明内容 本实用新型的目的在于提供一种施工周期短、使用寿命长、易于维护、安全可靠的阳极保护浓硫酸槽，其阴极布置合理，阳极保护效果好且节约成本。

为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案是：

一种阳极保护浓硫酸槽，包括槽体、阴极、参比电极和阳极保护控制仪，槽体由碳钢、不锈钢、碳钢—不锈钢复合材料或合金材料制成，槽体与浓硫酸的接触面为阳极；起导通电流作用的阴极设置在槽体内，由石墨、铅、不锈钢或合金材料制成；1～10支参比电极分别设置在槽体的不同位置；阳极保护控制仪与阳极、阴极和参比电极分别接通；所述的阴极为多根，其布置方式为平行于槽体轴线方向均布在槽体内部，阴极间距为2t,其中t²=-2(E_t- E₀)h／ρi_p，式中：-0.8V≤E_t- E₀＜0 ，E₀为阳极距阴极最近点X₀点的电位，E_t为与X_０点距离为t的点的电位，h为阴极与阳极间的距离，ρ为浓硫酸比电阻，i_p为维钝电流密度。

所述的阴极还平行于槽底面等距设置。

所述的E_t- E₀为-0.3Ｖ～-0.1V。

所述的参比电极为2～4支。

所述的阳极保护控制仪为恒电位仪、恒槽压仪或整流器。

本实用新型提供的上述阳极保护浓硫酸槽，利用碳钢、不锈钢及多种合金在浓硫酸中具有活化—钝化特性，对其施加阳极保护后，可使其处于稳定的钝化状态，在浓硫酸中的腐蚀率大大降低，从而保证工业应用中浓硫酸槽施工周期短、使用寿命长、易于维护、安全可靠。

另外，由于浓硫酸槽体积大，如浓硫酸储槽直径可达20米，高度可达15米。估算得到的阴极布置方式或则增加成本，或则保护效果不佳。本实用新型是针对浓硫酸槽的特点，建立相应的电位分布的数学模型，依据数学模型对阴极合理布置，在保证阳极保护效果的同时节约了成本。阴极布置的原理如下：

由于浓硫酸槽体积足够大，可近似认为筒体局部为平面。选取一只平行于板面的阴极，将其与其附近的板面作为研究对象。在阴极电场作用下，沿阴极径向的阳极电位梯度服从欧姆定律：

Figure 201020641446X100002DEST_PATH_IMAGE001

根据柯西霍夫定律，沿阴极径向的电流为：i_mhl

板面上，在ｘ与x+dx间电流变化量为：i_aldx，则有：

假定阴极系统已处于稳定钝化状态，即i_a=i_p，可以得到一级微分方程：

上式积分得：

当x-x₀=0，

=0

对于板面上任一点， x-x₀=t，其电位降为：

再积分，得：

以上推导中各参数意义如下：ρ—浓硫酸比电阻；ｈ—阴极与板面（阳极）距离；Ｅ—电位；x —板面沿阴极径向的坐标；i_m—在阴极电场作用下的电流密度；ｌ—阴极长度；i_a—板面上的电流密度；i_p—维钝电流密度； E₀—阳极距阴极最近点（ｘ₀点）的电位；E_t—与X_０点距离为t点的电位。

将阴极平行于筒体轴线方向均布在设备内部，根据设备直径不同，数量可以是一支或多支；当槽底面积≥25m²时，阴极还需平行于槽底面等距设置。

金属在硫酸中钝化电位区的宽度约为800mV，即约为0.8V，因此，在理论上-0.8 V≤E_t- E₀＜0。但阳极保护技术的实现希望电流在阳极表面分布得较为均匀，E_t- E₀的取值越小，阴极间距越小，阳极表面电位分布越均匀，但考虑到实际应用中，存在控制成本的问题，E_t- E₀的取值不宜过小。一般要求阳极表面各点间电位差不大于300mV，因而E_t- E₀取值范围在-0.3V ～-0.1Ｖ之间较为合理。于是，在对E_t- E₀作合理取值后即可计算出t值。阴极间距即为2t。

附图说明 图1为本实用新型的阴阳极位置关系剖面示意图；

图2为本实用新型的阴极和参比电极布置示意图；

图3为本实用新型的电气示意图。

图中：1-槽体（阳极）；2、2′-第一阴极；3、3′-第二阴极；4、4′-第三阴极；5-第四阴极；6-第一参比电极；7-第二参比电极；8-控制参比电极；9-第一监测参比电极；10-第二监测参比电极；11-恒电位仪；X₀₁一第一阴极距槽体最近点；X₀₂-第二阴极距槽体最近点；T-与X₀₁距离为t的点。

具体实施方式 如图1～2所示的是本实用新型的阳极保护浓硫酸槽的一个实施例，即为某套100kt/a制酸装置一吸酸循环塔配套设计制作浓硫酸循环槽，其包括槽体1、四支阴极即第一阴极2、第二阴极3、第三阴极4、第四阴极5、第一参比电极6、第二参比电极7和恒槽压仪。

槽体1为筒状，外型尺寸为ф4900×2000mm，由碳钢-不锈钢复合钢板制成，与浓硫酸接触的内壁为304L不锈钢。介质参数：硫酸浓度约为98%，温度约为85℃，浓硫酸比电阻约为0.1Ω·m。槽体还可由碳钢、不锈钢或合金材料制成。

起导通电流作用的阴极为四支，呈棒状，由合金材料制成，平行于槽体1轴线方向，从槽顶盖竖直伸入，均布于槽体1内。阴极也可以由石墨、铅、不锈钢制成。对于阴极与阳极的间距h，考虑到硫酸比电阻的影响，不宜过大，一般不大于2米；同时，对阳极的控制范围不宜太窄，h也不宜过小，一般不小于0.5米。本实施例的h取值为1米，当E_t- E₀取值为-0.2V，维钝电流密度i_p取值1.0 A/m²，根据：

t²=-2(E_t- E₀)h／ρi_p

计算出2t的数值为4.0米，继而计算得出阴极数量为四支，槽体周长为15.39米，考虑到四支阴极均布，2t实际取值应为3.85米，阴极布置如图2所示：第一阴极2距槽体1最近X₀₁点的间距设计为1米， X₀₁点处放置第一参比电极6；第二阴极3距槽体1最近X₀₂点的间距设计为1米，T点处放置第二参比电极7。X₀₁点与T点的间距为1.9米。

根据槽体的不同，可以在槽体的不同位置设置1～10支参比电极，一般情况下设置2～4支参比电极即可。控制方式采用恒电压法，阳极保护控制仪为恒槽压仪，恒槽压仪与槽体1、各阴极和各参比电极分别接通。控制方式也可以采用恒槽压法，采用仪器为恒槽压仪或整流器。

为了证实理论推导的准确性，本实用新型做了如下验证：首先，通过第一阴极1为阳极2通电，槽压控制在大约1.1V，维钝电流密度约1.0A/m²， X₀₁点电位稳定在600mV左右，距X₀₁点1.9米的T点电位稳定在430mV左右。现场实测E_t- E₀=-0.17 V，与E_t- E₀理论取值-0.2 V偏差不大，证明以上公式对阳极保护浓硫酸槽的阴极布置具有指导意义。然后将四支阴极全部接入系统，阳极电位总体稳定在500～800mV范围内，处于良好的阳极保护状态。

上述设备在运行一年后，采用表面观察、表面着色探伤、超声波测厚方式对阳极保护系统及设备使用情况进行现场评估：槽体1壁厚没有发生变化，其焊缝及焊接热影响区也未发生腐蚀，各阴极未发生明显腐蚀，本实用新型阳极保护浓硫酸槽运行正常。

如图3所示的是本实用新型的阳极保护浓硫酸槽的第二个实施例，与第一个实施例相比，其区别在于：槽体1外型尺寸为ф3900×2400mm，根据：

t²=-2(E_t- E₀)h／ρi_p

计算出2t的数值为4.0米，继而计算得出阴极数量为三支，槽体周长为12.25米，考虑到三支阴极均布，2t实际取值应为4.08米，阴极布置如图3所示：即第一阴极2′、第二阴极3′及第三阴极4′。控制方式采用恒电位法，阳极保护控制仪为恒电位仪11。恒电位仪11与槽体1、各阴极、控制参比电极8、第一监测参比电极9、和第二监测参比电极10分别接通。保护电位设定为500mV，运行稳定后的保护电位为500mV，阳极电位总体稳定在400～700mV范围内，处于良好的阳极保护状态。

如果所述的槽体为不规则形状，阴极根据槽体形状象形设计。

以上所述的仅是本实用新型具体实施例。应当指出：对于本领域的技术人员来说，在本实用新型所提供的技术启示下，还可以做出其它等同变型和改进，都应视为本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种阳极保护浓硫酸槽，其特征是：它包括槽体、阴极、参比电极和阳极保护控制仪，槽体由碳钢、不锈钢、碳钢—不锈钢复合材料或合金材料制成，槽体与浓硫酸的接触面为阳极；起导通电流作用的阴极设置在槽体内，由石墨、铅、不锈钢或合金材料制成；1～10支参比电极分别设置在槽体的不同位置；阳极保护控制仪与阳极、阴极和参比电极分别接通；所述的阴极为多根，其布置方式为平行于槽体轴线方向均布在槽体内部，阴极间距为2t,其中t²=-2(E_t- E₀)h／ρi_p，式中：-0.8V≤E_t- E₀＜0，E₀为阳极距阴极最近点X₀点的电位，E_t为与X_０点距离为t的点的电位，h为阴极与阳极间的距离，ρ为浓硫酸比电阻，i_p为维钝电流密度。

2.根据权利要求1所述的阳极保护浓硫酸槽，其特征是：所述的阴极还平行于槽底面等距设置。

3.根据权利要求1所述的阳极保护浓硫酸槽，其特征是：所述的E_t- E₀为-0.3Ｖ～-0.1V。

4.根据权利要求1所述的阳极保护浓硫酸槽，其特征是：所述的参比电极为2～4支。

5.根据权利要求1所述的阳极保护浓硫酸槽，其特征是：所述的阳极保护控制仪为恒电位仪、恒槽压仪或整流器。