CS257156B1 - ) Způsob odstranění interference proudových protielektrod při elektrochemické ochraně trubkových výměníků tepla - Google Patents

Abstract

Kolem každé proudové protielektrody při elektrochemické protikorozní ochraně trubkových výměníků tepla se vytvoří volný prostor válcového tvaru (je-li protielektroda tyčová nebo trubková), popř. kulového tvaru, má-li proudová protielektroda bodový charakter. Minimální rozměry tohoto prostoru se vypočtou z dat předem získaných v laboratoři dosazením do vztahu (1) .

Description

Vynález řeší odstranění nežádoucí inteťference při elektrochemické protikorozní ochraně trubkových výměníků tepla.

Elektrochemicky chráněné výměníky tepla jsou konstrukčně složité a jejich vnitřní prostory jsou zcela zaplněny různými vestavbami a proto rozmístění proudových protielektrod je nesnadné. Z těchto důvodů dochází k případům, kde určitá část nebo i většina povrchup rotielektrod je v těsné blízkosti chráněného povrchu a může dojít k tzv. přechránění, tj. posunu ochranného potenciálu chráněného zařízení do nežádoucí oblasti, kde je naopak korozní rychlost zvýšena místo snížena. Při přechránění se obvykle rozvinou nerovnoměrné formy koroze (mezikrystalová, bodová, vodíkové křehnutí, korozní praskání a jiné), které vedou k velmi rychlému zničení chráněného zařízení.

Všechny uvedené· nedostatky odstraňuje řešení podle vynálezu spočívající ve vytvoření dostatečně volného prostoru kolem proudových protielektrod, přičemž potřebnou velikost tohoto prostoru je možno předem stanovit následujcíím výpočtem.

Seznam použitých symbolů

E_m ..... mezní přípustný potenciál konstrukčního materiálu výměníku v daném prostředí (V) ;

E_q ..... ochranný potenciál (V);

I ..... ochranný proud (A);

J ..... délková proudová hustota na katodě (A.111^), „2 jp ..... pasivní proudová hustota (A.m );

l_min ··· minimální možná vzdálenost elektrochemicky chráněného kovového povrchu od povrchu proudové protielektrody (m);

n ..... počet trubek výměníku;

R^ ..... poloměr katody (m);

^Rřef '‘‘ ^ne5^men®í vzdálenost referentní elektrody od osy podlouhlé protielektrody nebo středu bodové elektrody (m)

R_fc ..... poloměr trubek výměníku (m);

R_v ..... vnitřní poloměr výměníku (m);

H .....měrná elektrická vodivost daného prostředí (S.m ³) .

Pro výměník s jednou protielektrodou v jeho podélné ose platí vztah (1) n^.^.Rp \ - ^Rk ^min ^{+ R}k>

2.Ί .H(E„ - E ).(1 - n

R² - R^{3 R}v ^Rk ref . + R, min k + j_r

n.2.# ,R_t

R - R,

V k ^min ^{+ R}k - ^Rref> ⁺

S přesností pro praxi dostačující lze použít i vztah ⁽²⁾ ^in ^{= R}ref ^exp jj

n.2.# .R,

R.. - R,

2.ÍY.H(1 - n -^5—^—5·) /E - E ) + j_T <*k - ^Rref>

n.2.W .R.

rfef _r2 _ 2' '“o “m' ' ^Jp _ ^Rk ³n v k v k k v k

Pro výměník s proudovými protielektrodami kolmými k jeho podélné ose platí vztah ⁽³⁾ ^in = ^Rref ^{exp 2}·«ΙΓ.Η(Εο - E_m)

Má-li protielektroda bodový charakter, platí vztah (4) i = ... __^rer_ „ _R min 4.Ί .H.R_ref(E_m - Ε_θ) ₊ I V

Při anodické ochraně mají veličiny JC a J znaménko kladné, při katodické ochraně záporné.

Výhodou vytvoření volného prostoru v okolí proudové protielektrody při elektrochemické ochraně trubkových výměníků tepla je odstranění nežádoucí interference s vnitřními vestavbami výměníku, což prokázaly laboratorní i provozní zkoušky. Dále není nutné používat různé stínící kryty, pouzdra a návleky na proudových protielektrodách, což komplikovalo jejich konstrukci, prodražovalo jejich výrobu a v některých agresivních prostředích bylo neřešitelné

Na obr. 1 je v půdorysném řezu vertikálním trubkovým výměníkem znázorněn nutný volný prostor kolem tyčové proudové protielektrody umístěné souběžně s podélnou osou výměníku.

Na obr. 2 je v půdorysném řezu vertikálním výměníkem znázorněn minimální volný prostor kolem proudových protielektrod umístěných kolmo k podélné ose výměníku. Na obr. 3 a 4 je v příčném a podélném řezu znázorněn minimální volný prostor kolem bodové protielektrody v topném registru.

Výpočet minimálních rozměrů volného prostoru kolem proudových protielektrod podle vynálezu v konkrétních výměnících nejlépe vysvětlí dále uvedené příklady.

Příklad 1 - obr, 1 (schematický příčný řez výměníkem)

Anodicky chráněný chladič 98,5% H-SO. z 95 na 65 °C má velikost výměnné plochy 220 m^

2 4 (celková chráněná plocha je 250 m ) a je vyroben z korozivzdorné oceli ČSN 17 348. Průměr pláště .1 je 800 mm, 489 trubek 2 o průměru 25 x 2,5 mm má délku 6 090 mm. Katoda 2 j^e umístěna v podélné ose chladiče a má průměr 22 mm, činnou délku 6 090 mm. V laboratoři bylo z potenciostatických a potenciokinetických křivek zjištěno, že optimální ochranný potenciál oceli ČSN 17 348 je v tomto případě +0,6 V proti MSE při pasivní proudové hustotě 0,3 A/m , nejvyšší přípustný potenciál je +0,9 V (MSE), Nejmenší elektrická vodivost má kyselina sírová při 65 °C, a sice 25 S.m \

Dosazením do vztahu (2) při E = 0,9 V, E = 0,6 V, j - 0,3 A.m J = 250.0,3/6,09 = η ΤΠ O p = 12,3 A.m , n = 489, R_r = 0,011 m, R_ref = 0,4 m, R_fc = 0,025 m, R_y = 0,4 m, H = 25 S.m dostaneme 1 = 0,0124 m. Minimální volný prostor _4 kolem katody 2 tedy tvar válce o průměru 2(R, + 1 . ) = 0,0468 m.

k min

Příklad 2 - obr. 2 (schematický příčný řez výměníkem)

20% kyselina mravenčí je ohřívána glycerínem z 40 na 55 °C v malém výměníku o průměru pláště 1 rovným 200 mm a délce 4 000 mm vyrobeném z korozivzdorné ocele CSN 17 249. Kyselina proudí v mezitrubkovém prostoru, který je anodicky chráněn, v trubkách 2 o průměru 12x1,5 mm je glycerín. Měrná elektrická vodivost kyseliny je 1,2 S.m při 40 °C a 1,4 S.m při °C. Napříč výměníkem (kolmo k podélné ose) je zasunuto do mezitrubkového prostoru _§. katod 3 ze slitiny Hastelloy B o průměru 6 nim, pravidelně rozmístěných. Trubek je 94, chráněná plocha má 17 m , potřebná proudová ochranná hustota dosahuje 0,22 A.m . Optimální ochranný potenciál byl zjištěn 0,3 V proti argentochloridové referentní elektrodě, referentní elektroda je umístěna v plášti výměníku. NejvyŠŠí přípustný potenciál oceli CSN 17 249 byl zjištěn 0,95 V (ACLE).

Dosazujeme E^ = 0,95 V, E_q = 0,3 V, J = 17.0,22/8.0,2 - 2,34 A.m ¹, R^ = 0,003 m,

R , = 0.1 m, H = 1.2 S.m“¹ do vztahu (3) a získáme 1 . = 0,0063 m. Minimální rozteč trubek ref min kolem katody musí být 2.(R^ + l_m^_n ⁺ ~ 0,0306 m.

Příklad 3 - obr. 3 a 4

Topný registr v odparce na roztok s převahou NaOH je vyroben z chromniklových trubek ČSN 17 241 o průměru 18x2 mm a je vytápěn parou na 180 °C. Měrná elektrická vodivost směsi je 120 S.m^-1. Ochranný potenciál je - 0,4 V (molybdenové referentní elektrody). Referentní elektroda je umístěna ve spodní části pláště odparky ve vzdálenosti 1 010 mm od anody J3· Nejnižší přípustný potenciál oceli ČSN 17 241 z hlediska vodíkového kfehnutí je - 0,55 V (Mo). U-trubky 2 jsou tvarovány tak, že ve středu registru vzniká volný prostor kulového tvaru 4, v jehož středu je umístěna platinová anoda 2 ^s přívodem 5, jejíž pomocí je registr katodicky chráněn proudem 21 A. Pro výpočet minimální velikosti volného prostoru 2 použijeme vztah (4) a dosadíme Em = -0,55 V, Εθ = -0,4 V, I = -21 A, Rref = 1,01 m, H = 120 S.m^-i. Získáme 1 f - 0,086 m. Vnitřní trubky registru se musi vytvarovat tak, aby opsaly kouli o průměru 172 mm.

Jak vidíme z posledního příkladu, lze řešení podle vynálezu použít i pro teplosměnná zařízeni (registry), která jsou součástí jiných větších aparátů - odparek, reaktorů, kolon apod. Kromě eliminace nežádoucího zvýšení korozní rychlosti má řešení podle vynálezu ještě další účinky. Zamezí nebo silně sníží nežádoucí elektrochemické reakce na chráněném povrchu, které by jednak mohly vést k rozkladu nebo změně vlastnosti média uvnitř výměníku nebo spotřebovávat většinu ochranného proudu a tím snižovat nebo zcela odstraňovat účinek elektro chemické ochrany.

Claims (2)

1. PŘEDMĚT VYNALEZU

   1. Způsob odstranění nežádoucí interference proudových protielektrod při elektrochemické protikorozni ochraně trubkových výměníků tepla vyznačující se tim, že se kolem každé proudové protielektrody vytvoří volný prostor, jehož minimální rozměry lze stanovit podle vztahu

   J + j_r

   n.2.(jf .R_fc ^Rv - ^Rk ⁽¹min ^{+ R}k>

   ref
2. 2.<X.H,E_o - E_ra).(l - -ATS “ °^Rv ^Rk (1) kde E^ ..... mezní přípustný potenciál konstrukčního materiálu výměníku v daném prostředí (V) ;

   Εθ ..... ochranný potenciál (V);

   J ..... délková proudová hustota na katodě (A.m ¹)t _2 j ..... pasivní proudová hustota (A.m );

   ²min ' ' ' ^mi^n:i-^mální možná vzdálenost elektrochemicky chráněného kovového povrchu od povrchu proudové protielektrody (m);

   n ..... počet trubek výměníku;

   R^ ..... poloměr katody (m);

   ^Rref‘··* ^neÍ^men·^ vzdálenost referentní elektrody od osy podlouhlé protielektrody nebo středu bodové elektrody (m);

   R_t ..... poloměr trubek výměníku (m);

   R ..... vnitřní poloměr výměníku (m);

   ^V -I

   H ..... měrná elektrická vodivost daného prostřed! (S.m ).

   a tento volný prostor má kolem proudové protielektrody protáhlého tvaru tvar válce, kolem proudové protielektrody s bodovým charakterem tvar koule.

   2. Způsob podle bodu 1 vyznačený tím, že trubky svazkových výměníků tepla se uspořádají takovým způsobem, že zaplní nejméně dva oddělené prostory, vzdálené od sebe minimálně o hodnotu kde l^jj a mají shora uvedený význam a do volného prostoru se umístí proudová protielektroda tak, aby byla od obou oddělených prostorů stejně vzdálena.