DE3444290C1 - Einbettungsmasse fuer die Anoden von Fremdstrom-Korrosionsschutzanlagen,Verfahren zu deren Herstellung und Verfahren zum Einbetten der Anoden - Google Patents

Description

93-99 Gew.-% Kohlenstoff

0,2-1,8 Gew.-% Schwefel

0,3-1,2 Gew.-% Stickstoff

0,1-2,5 Gew.-% Asche

0,1 — 1,0 Gew.-°/o flüchtige Kohlenwasserstoffe Rest sonstige Verunreinigungen

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enthält und eine kubische Kornstruktur aus gebrochenen spannungs- und rißfreien Körnern hat.

2. Verfahren zur Herstellung einer Einbettungsmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus gebrochenen Kohleanodenresten stammender Petrolkoks verwendet wird.

3. Verfahren zur Herstellung einer Einbettungsmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein durch Erhitzen unter Luftabschluß auf ca. 2800° C angraphitierter Petrolkoks verwendet wird.

4. Verfahren zur Herstellung einer Einbettungsmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß grobes Ausgangsmaterial in einem zwei- oder dreistufigen Brechverfahren in Prallmühlen zerkleinert und zweistufig abgesiebt wird.

5. Verfahren zur Herstellung einer Einbettungsmasse nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Petrolkoks zusätzlich Graphitkörner und/oder Graphit-Feinmaterial aus gebrochenen Graphitelektrodenresten beigemischt werden.

6. Verfahren zum Einbetten der Anoden von Fremdstrom-Korrosionsschutzanlagen durch Einschütten oder Verpumpen von Einbettungsmassen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß beim Einbetten der Anoden in horizontalen Betten das Einbettungsmaterial durch Stampfen oder Rammen verdichtet wird.

Die Erfindung betrifft eine Einbettungsmasse für die Anoden von Fremdstrom-Korrosionsanlagen aus kalziniertem Petrolkoks, ein Verfahren zu deren Herstellung und ein Verfahren zum Einbetten der Anoden.

Nach dem Stand der Technik ist es üblich, die Opferanoden von Fremdstrom-Korrosionsschutzanlagen zum Beispiel für erdverlegte Rohrleitungen, Behälter, Industrieanlagen und Kraftwerke im Erdboden mit einer leitfähigen Einbettungsmasse zu umgeben. Die die Opferanode umgebende leitfähige Einbettungsmasse hat die Aufgabe, insbesondere bei Böden mit hohem spezifischem Widerstand die Kontaktfläche zu dem Boden hin zu vergrößern. Außerdem soll diese Einbettungsmasse den direkten Kontakt zwischen dem Erdboden und der Opferanode verhindern, damit eventuell im Erdboden vorhandene aggressive Bestandteile die Anoden nicht vorzeitig beschädigen können. Bei direktem Kontakt zwischen der Opferanode und dem Erdboden bestünde auch die Gefahr, daß die Opferanoden im Kontaktbereich mit besonders gut leitenden Bodenschichten wegen der dort auftretenden größeren Stromdichte verstärkt abgetragen wird. Durch die zwischengeschaltete gut leitende Einbettungsmasse wird der Kontakt über die gesamte Erstreckung der Anode vergleichmäßigt, so daß diese gleichmäßig abgetragen wird. Schließlich soll die Einbettungsmasse gasdurchlässig sein, damit die beim Betrieb der Fremdstrom-Korrosionsschutzanlage an der Opferanode entstehende Gase abgeführt werden können, ohne im Erdbereich isolierende Gasblasen zu bilden.

Nach dem Stand der Technik ist es üblich, die zumeist aus Eisen-Silizium (FeSi), Graphit, Eisenschrott oder Magnetit bestehenden Opferanoden dadurch einzubetten, daß die Einbettungsmasse in einen zuvor hergestellten Aufnahmehohlraum (ζ. Β. Bohrloch oder Graben) eingeschüttet oder mit Wasser vermischt eingepumpt wird, nachdem die einzubettenden Anoden in der richtigen Position fixiert worden sind. Teilweise werden die Opferanoden auch in perforierten Behältern oder Säkken mit Einbettungsmasse umgeben und zusammen mit diesen Behältern in den Erdboden eingebracht.

Aus den USA ist eine Einbettungsmasse aus Petrolkoks bekannt. Dabei handelt es sich um einen im Wirbelschichtverfahren hergestellten sogenannten fluidisierten Petrolkoks. Dieser Petrolkoks unterscheidet sich von anderen Petrolkoksen dadurch, daß er aus feinen, kugelförmigen Teilchen besteht, die sich mit Wasser vermischt leicht pumpen lassen und in der Schüttung gut gasdurchlässig sind. Dieser bekannte fluidisierte Petrolkoks hat in der Schüttung einen verhältnismäßig hohen spezifischen Widerstand. Dies ist zum einen darauf zurückzuführen, daß er einen verhältnismäßig geringen Kohlenstoffgehalt (92%) und einen relativ hohen Gehalt (8%) an Nebenbestandteilen (Schwefel, Asche und flüchtige Kohlenwasserstoffe) hat, und hängt zum anderen damit zusammen, daß er aus kugeligen Teilchen besteht. Die kugeligen Teilchen berühren sich nämlich untereinander jeweils nur punktförmig, so daß sich beim Übergang von einem Teilchen zum nächsten, insbesondere bei vorliegen einer losen Schüttung, ein verhältnismäßig großer Leitungswiderstand für die Stromfortleitung ergibt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einbettungsmasse zu schaffen, die auch bei loser Schüttung einen geringen spezifischen Widerstand hat und hinreichend gasdurchlässig ist. Durch diese Einbettungsmasse soll der Anodenabtrag weiter vergleichsmäßig und verringert werden. Weitere Aufgaben der Erfindung sind die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung der Einbettungsmasse und ein Verfahren zum Einbetten der Anoden.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ausgehend von einer Einbettungsmasse für die Anoden von Fremdstrom-Korrosionsschutzanlagen aus kalziniertem Petrolkoks vor, daß der Petrolkols

93-99 Gew.-%
0,2-1,8 Gew.-%
0,3-1,2 Gew.-%
0,l-2,5Gew.-%

Kohlenstoff

Schwefel

Stickstoff

., . _ Asche

0,1—1,0 Gew.-% flüchtige Kohlenwasserstoffe
Rest sonstige Verunreinigungen

enthält und eine kubische Kornstruktur aus gebrochenen spannungs- und rißfreien Körnern hat.

Die Einbettungsmasse gemäß der Erfindung hat gegenüber den nach dem Stand der Technik bekannten

Einbettungsmassen auch bei Verwendung als lose Schüttung einen bis zu vierfach geringeren spezifischen elektrischen Widerstand. Dieses ist zum Teil darauf zurückzuführen, daß dieser reinere Petrolkoks eine bessere Leitfähigkeit hat. Wesentlich ist, daß die Einbettungsmasse zusätzlich eine kubische Kornstruktur aus gebrochenen, spannungs- und rißfreien Körnern hat. Bei kubischer Kornstruktur ergeben sich im Vergleich zu kugeligen Körnern erheblich größere Kontaktflächen zwischen den einzelnen Körnern. Dadurch, daß die Körner spannungs- und rißfrei sind, wird die Stromleitung in den Körnern praktisch nicht behindert. Aufgrund der Kornstruktur ergibt sich darüber hinaus ein günstiges, geringes Schüttgewicht bei guter Gasdurchlässigkeit. Insgesamt ergibt sich durch die Verwendung des Einbettungsmaterials gemäß der Erfindung eine Verringerung und Vergleichsmäßigung des Anodenabtrages.

Zur Herstellung einer derartigen Einbettungsmasse sieht die Erfindung vor, daß ein aus gebrochenen Kohleanodenresten stammender Petrolkoks verwendet wird. Kohleanodenreste stehen als Abfall verhältnismäßig billig zur Verfügung und können auf diese Weise einer sinnvollen Verwendung zugeführt werden.

Zur weiteren Verringerung des elektrischen Widerstandes kann auch ein Petrolkoks verwendet werden, der durch Erhitzen unter Luftabschluß auf ca. 2800° C angraphitiert ist. Bei dieser Temperatur wird der in dem Petrolkoks enthaltene amorphe Kohlenstoff zumindest teilweise in die kristalline Form des Graphits umgewandelt, wodurch sich eine erhebliche Verbesserung der Leitfähigkeit ergibt.

Die Einbettungsmasse gemäß der Erfindung soll, wie bereits oben dargelegt ist, eine kubische Kornstruktur aus gebrochenen spannungs- und rißfreien Körnern haben. Eine solche kubische Kornstruktur aus gebrochenen spannungs- und rißfreien Körnern erzielt man vorzugsweise dadurch, daß grobes Ausgangsmaterial in einem zwei- oder dreistufigen Brechverfahren in Prallmühlen zerkleinert und zweistufig abgesiebt wird. Durch das Brechverfahren in einer mehrstufigen Prallmühlenanlage ergeben sich vorzugsweise Körner mit kubischer Kornstruktur, die spannungs- und rißfrei sind. Die spannungs- und rißfreien Körner ergeben sich dadurch, daß die im ersten Zerkleinerungsgang aus dem groben Material entstehenden Körner, die noch Spannungs- und Rißzonen haben, in den nachfolgenden Zerkleinerungsstufen nur noch in den Spannungs- und Rißzonen aufgespalten werden. Dies setzt natürlich voraus, daß die Umdrehungszahlen der Prallmühlen in den nachfolgenden Zerkleinerungsstufen entsprechend mit der im ersten Zerkleinerungsgang erzielten Korngröße abgestimmt werden.

Zur Verringerung des elektrischen Widerstandes der Einbettungsmasse können dem Petrolkoks zusätzlich Graphitkörner und/oder Graphit-Feinmaterial aus gebrochenen Graphitelektrodenresten beigemischt werden. Graphit hat bekanntlich einen sehr geringen elektrischen Widerstand. Durch Beimischung von Graphitkörnern oder Graphit-Feinmaterial läßt sich überraschender Weise der elektrische Widerstand des Einbettungsmaterials weiter stark verringern. Bei der Beimischung von Graphit-Feinmaterial wirkt sich besonders günstig aus, daß dieses Material intensiv an den stark strukturierten Oberflächen der Petrolkokskörner haften bleibt, so daß sich die beiden Materialien beim Einbringen in die Bettung nicht entmischen. Durch die Verwendung von Graphitelektrodenresten als Ausgangsmaterial für diese Beimischung wird auch dieses Abfall material einer sinnvollen Verwendung zugeführt.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Einbetten der Anoden von Fremdstromkorrosionsschutzanlagen durch Einschütten oder Verpumpen von Einbettungsmassen der oben angegebenen Art.

Beim Einbetten der Anoden in horizontalen Betten wird das Einbettungsmaterial durch Stampfen oder Rammen verdichtet, um auch bei diesem Material, welches unter geringem statischen Druck steht, einen geringeren elektrischen Widerstand zu erzielen.

Wegen der bei der horizontalen Bettung gegebenen geringeren statischen Drücke verwendet man für horizontale Betten zweckmäßig ein Material mit geringerem elektrischen Widerstand, beispielsweise das oben erwähnte angraphitierte Material oder einen Petrolkoks, dem Graphitkörner und/oder Graphit-Feinmaterial aus gebrochenen Graphitelektrodenresten beigemischt ist.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Beispiel 1

Ein grobstückiger, kalzinierter Petrolkoks mit 95-97 Gew.-% Kohlenstoff, 0,6-1,8 Gew.-% Schwefel, 0,5-1,2 Gew.-% Stickstoff, 0,3-0,7 Gew.-% Asche, 0,6—0,8 Gew.-% flüchtige Kohlenwasserstoffe und Rest sonstige Verunreinigungen wird in einem dreistufigen Zerkleinerungsverfahren in einer mehrstufigen Prallmühlenanlage mit Zwischenabsiebung derart zerkleinert, daß sich eine kubische Kornstruktur mit spannungs- und rißfreien Körnern ergibt. Diese Kornstruktur wird dadurch erreicht, daß die Rotorumfangsgeschwindigkeiten der Prallmühlen so aufeinander abgestimmt sind, daß die einzelnen Körner beginnend mit der Ausgangskorngröße von bis zu 150 mm bis in den Endkornbereich (0—5 oder 0—8 mm) mit etwa gleicher kinetischer Schlagenergie gebrochen werden. Dies erreicht man, indem die Rotorgeschwindigkeit in der Primärstufe 20—24 m/s beträgt und das Verhältnis der Rotorgeschwindigkeiten in der Primärmühle, der Sekundärmühle und der Tertiärmühle sich wie 2:3:5 bis 3:4:7 verhalten. Hinter der Primärmühle wird eine Vorabsiebung mit 15 mm Korngröße vorgenommen, wobei Korngrößen bis zu 15 mm in die Tertiärmühle und Korngrößen über 15 mm in die Sekundärmühle gegeben werden.

Das so gewonnene Material hat in loser Schüttung je nach Körnung einen spezifischen Widerstand von 9—20 Ω χ cm, der sich bei 20 bar Druck auf 0,01 bis 0,07 Ω χ cm verringert. Das Schüttgewicht beträgt je nach Körnung bei loser Schüttung 0,79—0,9 kg/dm³ und bei einem Druck von 20 bar 1,035 kg/dm³.

Dieses Material wird bei horizontalem oder vertikalem Einbau der Anoden dort vorgeschlagen, wo der Bodenwiderstand verhältnismäßig groß ist, so daß zwecks Vergrößerung der Kontaktfläche mit dem Boden mit einer sehr großen Dicke der Bettungsschicht gearbeitet wird.

Beispiel 2

Grobstückige Kohleanodenreste mit 93—95 Gew.-% Kohlenstoff, 0,8-1,5 Gew.-% Schwefel, 0,6 Gew.-% Stickstoff, 1,3-2 Gew.-% Asche, 0,6-1 Gew.-% flüchtige Kohlenwasserstoffe und Rest sonstige Verunreinigungen werden wie beim Beispiel 1 zerkleinert. Die so gewonnene Einbettungsmasse hat als lose Schüttung bei

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einer Korngröße von 0—1 mm einen spezifischen Wi- mischungserscheinungen in der Einbettungsmasse derstand von 15 Ω χ cm und bei einer Korngröße von kommt. 1—5 mm einen spezifischen Widerstand von 8 Ω χ cm.

Bei einem erhöhten Druck von 20 bar verringert sich Beispiel

der spezifische Widerstand des Materials auf

0,04—0,085 Ω χ cm. Unabhängig von der Körnung lie- Zur gezielten Einstellung von bestimmten spezifi-

gen die Schüttgewichte bei loser Schüttung zwischen sehen Widerstandswerten der Einbettungsmasse ist es 0,84 und 0,89 kg/dm³ und bei t^:nem Druck von 20 bar möglich, die Materialien gemäß den Beispielen 1, 2, bei 0,94—1,2 kg/dm³. Das Schüttgewicht nimmt mit dem und 4 beliebig zu mischen. Durch eine solche Mischung Druck etwa linear zu. Die Körner dieses Materials sind 10 der Bestandteile ist es möglich, beim Einbetten von Anextrem hart. Unabhängig von der Körnung ist dieses öden in vertikalen Bohrlöchern den spezifischen WiderMaterial bei niedrigen Bodenwiderständen für den stand der verwendeten Bettungsmasse jeweils so einzuhorizontalen oder den vertikalen Anodeneinbau geeig- stellen, daß der spezifische Widerstand des Materials im net. Bohrlochtiefsten am größten ist und nach oben hin ab-

15 nimmt. Hierdurch ist es möglich, die Widerstandsunter-

Beispiel 3 schiede, die sich aufgrund des von oben nach unten zu

nehmenden Druckes im Bohrloch ergeben, weitgehend

Ein grobstückiger Petrolkoks mit 93,5—98,8 Gew.-°/o auszugleichen. Kohlenstoff, 0,2-1,6 Gew.-% Schwefel,

0,l-0,6Gew.-% Stickstoff, 0,8—2,5 Gew.-% Asche, 0,3—1 Gew.-% flüchtige Kohlenwasserstoffe und Rest sonstige Verunreinigungen wird unter Luftabschluß auf ca. 2800⁰C erhitzt. Dabei wird der in dem Petrolkoks enthaltene amorphe Kohlenstoff teilweise in die geordneten Formen des Graphits überführt. Anschließend wird das Material wie bei den vorangehenden Ausführungsbeispielen gebrochen. Der spezifische Widerstand dieses Materials ist bereits bei loser Schüttung sehr niedrig und beträgt 4—8 Ω χ cm. Bei 20 bar Druck fällt der spezifische Widerstand dieses Materials auf 0,02—0,04 Ω χ cm ab. Das Schüttgewicht liegt je nach Körnung des Materials zwischen 0,71 und 1,075 kg/dm³.

Dieses Material ist vornehmlich als Bettungsmasse für den horizontalen Einbau von Anoden bei extrem geringem Bodenwiderstand bei dünnen Bettungsschichten geeignet. Der spezifische Widerstand kann durch Verdichten (Stampfen, Rammen) noch verringert werden, ohne daß die Porosität leidet. Die Korngröße ist bei diesem Material unwesentlich und kann bis zu 15 mm betragen.

Beispiel 4

Gegebenenfalls können den Petrolkoksen gemäß den Beispielen 1,2 oder 3 auch Graphitkörner oder Graphitfeinmaterial aus gebrochenen Graphitanodenresten beigemischt werden. Diese Graphitanodenreste enthalten 96-99,5 Gew.-% Kohlenstoff, 0,09-0,2 Gew.-% Schwefel, 0,03-0,1 Gew.-% Stickstoff, 0,1-1 Gew.-% Asche, 0,01 — 1 Gew.-°/o flüchtige Kohlenwasserstoffe und Rest sonstige Verunreinigungen. Sie haben einen sehr niedrigen spezifischen Widerstand, nämlich 3,5—5 Ω χ cm bei loser Schüttung und 0,01—0,02 Ω χ cm bei 20 bar Druck. Das Schüttgewicht liegt je nach Körnung zwischen 0,8 und 1,25 kg/ dm³. Durch die Beimischung dieses Materials zu Petrolkoksen gemäß den Beispielen 1, 2 oder 3 können diese auf niedrigere spezifische Widerstände eingestellt werden. Überraschender Weise hat sich herausgestellt, daß bereits bei Zumischung von 5—10% Graphit zu einem Petrolkoks der spezifische Widerstand des Petrolkokses im kritischen Druckbereich bis 4 bar auf etwa ein Drittel gesenkt werden kann. Die Verwendung von Graphitfeinmaterial in der Mischung hat insbesondere bei mit Wasser zu verpumpenden Einbettungsmassen den Vorteil, daß das Graphitfeinmaterial beim Pumpen einen Schmiermitteleffekt hat und danach gut an den Oberflächen der kubischen Körner haftet, ohne daß es zu Ent-

Claims (1)

10 Patentansprüche:

1. Einbettungsmasse für die Anoden von Fremdstrom-Korrosionsschutzanlagen aus kalziniertem Petrolkoks, dadurch gekennzeichnet, daß der Petrolkoks