RU175316U1

RU175316U1 - Оксидный электрод с композиционным токоподводом

Info

Publication number: RU175316U1
Application number: RU2016128509U
Authority: RU
Inventors: Борис Алексеевич Хоришко; Константин Николаевич Марценко; Ольга Валерьевна Иванова; Константин Владиславович Станиславчик; Кирилл Андреевич Еремин; Александр Алексеевич Алексеев; Татьяна Федоровна Юдина; Олег Игоревич Шора
Original assignee: АО "Нефтегазавтоматика"
Priority date: 2016-07-13
Filing date: 2016-07-13
Publication date: 2017-11-30

Abstract

Полезная модель относится к производству магнетитовых электродов, применяемых в процессах электролиза водных сред с рН 2÷44 и в качестве анодов для систем катодной защиты от коррозии.Задачей устройства является обеспечение низкоомного электрического контакта токоподводящего кабеля с магнетитовым корпусом и равномерного распределения тока по поверхности электрода. Указанная цель достигается тем, что корпус электрода выполнен в виде полого цилиндра, в который помещен коррозионно-стойкий ток подводящий узел, имеющий два низкоомных электрических контакта: «металл - заполнитель» и «заполнитель - магнетит».

Description

Изобретение относится к электрохимии, в частности к техническим средствам электрохимических производств и систем электрохимической защиты, конкретнее к технологии изготовления магнетитовых электродов для электролиза водных сред с рН 2÷14 и катодной электрохимической защиты от коррозии нефтегазопроводов, резервуаров и других металлоконструкций.

Известен электрод, состоящий из магнетитовой трубы, снабженной торцевыми крышками [1] (DE №1068675 от 28.06.60). Внутренняя часть трубы заполнена жидкой ртутью, которая служит ток подводящим и ток распределяющим элементом конструкции. Ртуть обеспечивает низкоомный электрический контакт с магнетитом по всей внутренней поверхности конструкции. Внешний токоподвод к ртути осуществляется через верхнюю металлическую крышку. Основным недостатком такого электрода является применение токсичной и дорогой ртути.

Известен оксидный анод, применяемый при катодной защите от коррозии [2] (ЕР №0102380 от 14.03.1984]. Полый цилиндрический корпус анода из оксида железа (магнетита) внутри покрыт слоем металла (сплава) или диоксида свинца, который служит ток распределяющим элементом. Токоподвод выполнен в форме спирали-пружины, которая образует с ток распределяющим покрытием электрический контакт с малой площадью контактной поверхности в центральной части полости отливки. Спираль-пружина соединяется с токоподводящим кабелем сваркой или пайкой. Внутренняя часть конструкции заполнена герметиком, который дополнительно усиливает прижим пружинного контакта к ток распределяющему покрытию. К недостаткам электрода относятся: ненадежность электрического контакта с малой площадью контактной поверхности, невозможность эксплуатации поврежденных электродов (наличие сквозных трещин или расколов отливки) из-за коррозии ток распределяющего металлического покрытия и узла токоподвода.

Известен анод для катодной защиты, выполненный в виде трубы [3] (US №4515669 от 07.05.1985). Токоподвод электрода изготовлен в виде двух клиновидных металлических блоков, к одному из них приваривается (припаивается) токоподводящий кабель. При аксиальном смещении блоки плотно прилегают к внутренней поверхности анода, образуя электрический контакт с внутренней поверхностью электрода. В отличие от пружинного контакта, примененного в предыдущем варианте анода, площадь поверхности контакта в данной конструкции существенно больше. Узел контакта защищен герметиком. Недостатки конструкции электрода: отсутствие ток распределяющего покрытия в полости анода, опасность появления критических механических напряжений для магнетитовой отливки в области токоподводящего узла и коррозионное разрушение узла токоподвода при появлении повреждений корпуса анода.

Ближайшим аналогом (прототипом) предполагаемого изобретения является анод, изготовленный из магнетитового литья. [4] (RU №46011 от 10.06.2004 г.). Этот анод имеет полый литой магнетитовый корпус с медным или никелевым ток распределяющим покрытием в полости отливки. Токоподводящий контакт с ток распределяющим покрытием находится в средней части полости. Он выполнен из сплава Pb - Bi, затвердевающего с увеличением объема, чем обеспечивает плотность контакта с ток распределяющим покрытием. Такой контакт является более надежным, чем пружинный, т.к. имеет повышенную площадь контактной поверхности. В качестве недостатка конструкции следует отметить, появление механических напряжений в магнетитовой отливке в области токоподводящего контакта, способствующих разрушению корпуса анода. Кроме того, сплавы Pb - Bi обладают токсичностью.

Задачами изобретения являются: повышение равномерности распределения тока по поверхности магнетитового анода с и понижение влияния механических повреждений литого корпуса электрода на его эксплуатационные параметры.

Сущность изобретения: анод для электролиза водных сред, содержащий полый литой цилиндрический корпус и ток подводящий узел, отличается от аналогов и прототипа тем, что ток подводящий узел выполнен в композиционном варианте (металл токоввода + заполнитель). Он включает два омических контакта: «металл токоввода - заполнитель» и «заполнитель -магнетит».

Дополнительное отличие состоит в том, что токоподводящий контакт «заполнитель - магнетит» реализуется по всей площади поверхности полости корпуса анода. Для создания надежного низкоомного контакта «заполнитель - магнетит» обеспечивающего достаточно равномерное распределение тока по внешней поверхности электрода применяются коррозионно-стойкие материалы. Их удельное электрическое сопротивление должно быть ниже, чем у магнетита.

Указанным требованиям отвечают природные графиты и синтезированные из них формы, - терморасширенные графиты (ТРГ)[5]. Графиты обладают достаточно высокой коррозионной стойкостью в слабокислых, слабощелочных и нейтральных водных средах [6] и низким удельным электрическим сопротивлением (таблица).

Наряду с графитами, в качестве заполнителя могут быть использованы их композиты. Прежде всего, это графитопласты - антегмиты. В химической промышленности антегмиты применяются как коррозионно-стойкий материал в виде труб, футеровочных плиток и других изделий [6-8]. Удельное электрическое сопротивление промышленных антегмитов марок АТМ-1, ATM-10, АТМ-ГГ ниже, чем у магнетита (таблица). Его можно еще более понизить, добавляя к графиту медного или железного порошка и меняя размер частиц токопроводящего наполнителя [9,10].

Температура формования антегмита составляет (170-190)°С при давлении 20 МПа (200 кгс/см²) [7,10], что не влияет на свойства магнетита, так как его структура не изменяется до 570°С[15].

Известно[16, 17], что композиты на основе ТРГ имеют низкий порог перколяций. Это позволяет применять их в жидкой консистенции и является существенным технологическим преимуществом.

Устройство предлагаемой полезной модели поясняет фигура 1.

Показанный на фиг. 1 анод, содержит корпус из магнетита (1), выполненный в виде полого цилиндра, внутрь которого вставлен токопроводящий кабель (5) с изоляцией (6). Полость корпуса с кабелем заполняется композитным материалом (антегмит) (2), что в результате образует токопроводящий узел. Торцевая полость анода заполнена герметизирующим материалом (герметиком) (3) и закрыта крышкой (4) из термореагирующей пластмассы.

Литература

1. Gieseke W. Magnetitelektrode

elektrochemische Verfahren und Verfahren zu ihrer Herstellung - DE №1068675.

2. Linder,

,

Oxide anode for use in impressed current cathodic corrosion protection - EP0102380. Publication Date: 1984.03.14.

3. James R., Diamond, Barton, and James B. Bushman Anode and connection US 4515669. Publication Date: 07.05.1985.

4. Хоришко Б.А., Марценко К.H., Давыдов А.Д., Захаров В.Ф., Иванова О.В., Земляков Ю.Д. Анод для катодной защиты патент RU 46011 от 10.06.2004 г.

5. Белова М.Ю. Графит, ИГ и ТРГ (краткий обзор). URL: http://www.sealur.ru/pdf/useful/reports/grafit.pdf.

6. Воробьева Г.Я. Коррозионная стойкость материалов в агрессивных средах химических производств. 2е изд. - М.: Химия, 1975. - 816 с.

7. Сагалаев Г.В. и др. Справочник по технологии изделий из пластмасс. - М.: Химия, 200. - 424 с.

8. Клипов И.Я., Удыма П.Г. Химическое оборудование в коррозионностойком исполнении. Справочник. - М.: Машиностроение, 1970. - 589 с.

9. Николаев А.Ф. Синтетические полимеры и пластические массы на их основе. - Л.: Химия, 1966. - 768 с.

10. Яковлев А.Д. Технология изготовления изделий из пластмасс. - Л.: Химия, 1977. - 360 с.

11. Хоришко Б.А., Давыдов А.Д., Иванова О.В. и др. Свойства и технология железо-оксидного электродного материала / Материалы VI Международной научной конференции «Современные методы в теоретической и экспериментальной электрохимии» - г. Плёс, 2014. С. 8.

12. R. Itai, М. Shibuya, Т. Matsumura, and G. Ishi, Electrical Resistivity of Magnetite Anodes, J. Electrochem. Soc: Electrochemical Technology, 1971. vol. 118, №10, p. 1709-1711.

13. Графит для изготовления фасонных изделий и заготовок. [Электронный ресурс] московский электродный завод «ГрафитЭл». URL: http://www.graphitel.ru/index.php?id=363.

14. Правила защиты от статического электричества в производствах химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности. М.: «Химия» 1973. URL:http://www.gosthelp.ru/text/PravilaPravilazashhityots.html

15. Третьяков Ю.Д. Термодинамика ферритов - Л.: Химия 1967. - 304 с.

16. Корсканов В.В., Мамуня Е.П., Бардаш Л.В., Файнлейб A.M. Электропроводность нанокомпозитов на основе сетчатых полимеровполимеров и карбонанотрубок // Доклады Национальной Академии Наук Украины, 2012 г. №12, с. 112 - 118

17. Тихонина К.В., Немзорова М.А., Тимофеева А.А. Исследование электрофизических свойств эпоксидных композитов на базе терморасширенного графита // Материалы XX Международной научно-практической коференции «Современные техника и технологии», Москва, 2014, с. 111-112.

Claims

1. Оксидный электрод, содержащий полый корпус из магнетита и ток подводящий узел на основе заполнителя из коррозионно-стойкого, электропроводного материала, обеспечивающего равномерное распределение тока на внешней поверхности электрода и понижение влияния механических повреждений корпуса электрода на его эксплуатационные параметры, отличающийся тем, что ток подводящий узел выполнен в композиционном варианте: «металл токоввода - заполнитель» и содержит два низкоомных поверхностных электрических контакта: «металл токоввода - заполнитель» и «заполнитель - магнетит».

2. Оксидный электрод по п. 1, отличающийся тем, что металлом токоввода является металлическая жила электрического кабеля.

3. Оксидный электрод по п. 1, отличающийся тем, что металлом токоввода является металлический стержень из стали Х18Н10, соединенный с электрическим кабелем.

4. Оксидный электрод по п. 1, отличающийся тем, что в качестве материала заполнителя используется графит.

5. Оксидный электрод по п. 1, отличающийся тем, что в качестве материала заполнителя используется графитопласт - антегмит (АТМ-1; ATM-10; АТМ-ГТ).

6. Оксидный электрод по п. 1, отличающийся тем, что в качестве материала заполнителя используется терморасширенный графит.

7. Оксидный электрод по п. 1, отличающийся тем, что в качестве материала заполнителя используется композит на основе терморасширенного графита.

8. Оксидный электрод по п. 1, отличающийся тем, что электрический контакт «заполнитель - магнетит» осуществляется по всей полости корпуса.

9. Оксидный электрод по п. 1, отличающийся тем, что ток подводящий узел изолируется с помощью герметика и крышки из термореактивной пластмассы.