RU2595787C1

RU2595787C1 - Packed anode bed

Info

Publication number: RU2595787C1
Application number: RU2015121460/02A
Authority: RU
Inventors: Игорь Робертович Геллерштейн; Евгений Сергеевич Толыпин; Сергей Александрович Паршин; Марина Васильевна Тарасевич; Виктор Анатольевич Богданченко; Юрий Николаевич Тимошенко
Original assignee: Открытое акционерное общество "МАГНИТ"
Priority date: 2015-06-04
Filing date: 2015-06-04
Publication date: 2016-08-27

Abstract

FIELD: electrochemistry.

SUBSTANCE: invention relates to electrochemical protection of metal structures from corrosion in soil and water reservoirs and can be used in construction of deep anode beds. Anode bed consists of a cylindrical housing, electrode filler and cable, wherein housing is made of perforated stiff plastic material with distance between holes of 0.8-1.1 times their diameter and is equipped with upper and lower stop and locking covers with gas outlet holes, at centre of housing there is a contact unit of hollow metal tube, at ends of which there are shrink sleeves, as well as split sleeves and inserts, welded together with cable at ends of pipe and insulated from moisture with silicon sealant, space between contact unit and housing is filled with electrode material in form of a packed bed of spherical elements made of high-silicon cast iron or magnetite pellet with minimum diameter 1.6-1.8 times diameter of perforation holes of housing, in upper and lower parts of housing there are fixing covers with gas outlet holes, between stop and locking covers in upper part of housing there is an elastic element in form of a spring or elastic gasket.

EFFECT: technical result is improved resistance of electrode to anodic dissolution, including in corrosive media.

3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области электрохимической защиты металлических сооружений от коррозии в почве и водоемах и может быть использовано при сооружении глубинных анодных заземлений.The invention relates to the field of electrochemical protection of metal structures from corrosion in soil and water bodies and can be used in the construction of deep anode earths.

Известна конструкция глубинного заземления [Описание полезной модели RU №44422 от 08.10.2004, МПК H01R 4/66 C23F 13/00, опубл. 10.03.2005], включающая рабочий электрод, размещенный в полом корпусе, заполненном активатором, и кабель присоединения, а также установленную на корпусе газоотводящую трубку с возможностью вывода ее вместе с кабелем на поверхность и средства для соединения блоков заземлителей в гирлянду, отличающееся тем, что в качестве активатора использована коксо-минеральная засыпка, содержащая смесь коксовой мелочи различных фракций и безгалогенидный минеральный активатор.The known design of deep grounding [Description of the utility model RU No. 44422 from 08.10.2004, IPC H01R 4/66 C23F 13/00, publ. 03/10/2005], including a working electrode placed in a hollow housing filled with an activator, and a connection cable, as well as a gas outlet pipe mounted on the housing with the possibility of outputting it together with the cable to the surface and means for connecting the grounding blocks to a garland, characterized in that as an activator, a coke-mineral filling was used containing a mixture of coke breeze of various fractions and a halogen-free mineral activator.

Недостатком этой конструкции является недостаточная стойкость материала рабочего электрода в условиях работы в водоемах за счет быстрого растворения тонкостенного внешнего корпуса и быстрого вымывания активатора.The disadvantage of this design is the insufficient resistance of the material of the working electrode under conditions of work in water bodies due to the rapid dissolution of the thin-walled outer casing and the rapid leaching of the activator.

Наиболее близким к заявляемому является система защиты от коррозии [патент RU №2126061 от 10.02.1999, МПК C23F 13/08, опубл. 02.11.95], содержащая удлиненный электрод в эластичной проводящей оболочке, а также тканевую оболочку, заполненную коксом и фиксируемую внешними стяжками. Данная конструкция предотвращает вымывание кокса в процессе эксплуатации и увеличивает срок службы анодного заземлителя.Closest to the claimed is a corrosion protection system [patent RU No. 2126061 of 02/10/1999, IPC C23F 13/08, publ. 02/11/95], containing an elongated electrode in an elastic conductive shell, as well as a fabric shell filled with coke and fixed by external screeds. This design prevents coke leaching during operation and increases the service life of the anode earthing switch.

Недостатком этого технического решения являются потери углеродного активного материала в средах с повышенным рН и содержанием хлорид-ионов, что приводит к преждевременному разрушению заземлителя.The disadvantage of this technical solution is the loss of carbon active material in environments with high pH and chloride ion content, which leads to premature destruction of the ground electrode.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение устойчивости электрода к анодному растворению, в том числе в коррозионно-активных средах.The problem to which the invention is directed, is to increase the resistance of the electrode to anodic dissolution, including in corrosive environments.

Поставленная задача решается тем, что в насадочном анодном заземлителе, состоящем из цилиндрического корпуса, электродного наполнителя и кабеля, корпус выполнен из перфорированного жесткого пластикового материала с расстоянием между отверстиями 0,8-1,1 их диаметра и снабжен верхними и нижними стопорными и фиксирующими крышками с газоотводными отверстиями, по центру корпуса расположен контактный узел из полой металлической трубы, на концах которого имеются термоусадочные муфты, а также разрезные втулки и вставки, запаянные вместе с кабелем в торцах трубы и изолированные от влаги силиконовым герметиком, пространство между контактным узлом и корпусом заполнено электродным материалом в виде насадки из сферических элементов из высококремнистого чугуна или магнетитового окатыша с минимальным диаметром 1,6-1,8 диаметра перфорационных отверстий корпуса, для обеспечения плотной фиксации сферических элементов в верхней и нижней части корпуса установлены фиксирующие крышки с газоотводными отверстиями, а между стопорной и фиксирующей крышками в верхней части корпуса установлен упругий элемент в виде пружины или эластичной прокладки.The problem is solved in that in the packed anode ground electrode, consisting of a cylindrical body, electrode filler and cable, the body is made of perforated rigid plastic material with a distance between the holes of 0.8-1.1 of their diameter and is equipped with upper and lower retaining and fixing covers with gas vents, in the center of the case there is a contact unit made of a hollow metal pipe, at the ends of which there are heat-shrinkable couplings, as well as split sleeves and inserts sealed together with the cable we use silicone sealant at the ends of the pipe and insulated from moisture, the space between the contact assembly and the housing is filled with electrode material in the form of a nozzle made of spherical elements made of high-silicon cast iron or magnetite pellets with a minimum diameter of 1.6-1.8 diameters of the perforation holes of the housing, fixing spherical elements in the upper and lower parts of the housing are installed locking covers with gas vents, and between the locking and fixing covers in the upper part of the housing n elastic element in the form of a spring or elastic gasket.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 показан эскиз конструкции насадочного анодного заземлителя.The invention is illustrated in the drawing, where in FIG. 1 shows a sketch of the design of a packed anode ground electrode system.

Перфорированный пластиковый корпус 1 с нижней стопорной 2, нижней фиксирующей 3, верхней фиксирующей 4 и верхней стопорной 5 крышками и упругим элементом 6 обеспечивает фиксацию насадки в виде сферических элементов материала 7, а также надежный электрический контакт между ними и полой трубой 8 контактного узла. Выбор минимального диаметра сферических элементов 1,6-1,8 диаметра перфорационных отверстий корпуса предотвращает их высыпание при фиксации. Перфорация боковой поверхности пластикового корпуса 1 обеспечивает контакт максимальной поверхности электродного материала 7 с коррозионной средой, которой может быть почва или природные растворы водоемов. Размеры перфорационных отверстий обеспечивают доступность для анодного процесса всех элементов электродного материала при сохранении механической прочности корпуса. В случае почвенного применения с внутренней поверхности корпуса может быть дополнительно проложена мембрана из полимерных волокон 9, а пространство между сферами электродного материала 10 заполнено коксо-минеральным активатором. Тем самым в этом случае создаются условия сохранения активатора в течение длительного периода работы электрода, а также равномерного и беспрепятственного поступление к поверхности электрода почвенных растворов, что будет минимизировать переходное сопротивление заземлителя. Увеличение рабочей поверхности электрода приводит к снижению плотности анодного тока и скорости растворения материала электрода даже в случае коррозионно-активных сред за счет пассивации поверхности, а также исключения побочных процессов транспассивного растворения электродного материала. Пассивация поверхности происходит при пониженных плотностях тока, что обеспечивается созданием большой поверхности электрода за счет выполнения его в виде сферических элементов. При этом в качестве электродного материала могут быть использованы высококремнистый чугун или магнетит. Газоотводные отверстия стопорных и фиксирующих крышек 11 обеспечивают беспрепятственный отвод газов с поверхности электрода, что исключает экранирование ими рабочей части поверхности. Упругий элемент 6, который может быть выполнен в виде пружины или эластичной прокладки, предназначен для создания надежного электрического контакта между сферами электродного материала. Контактный узел создает электрический контакт токоподводящего кабеля 12 с электродным материалом 7 за счет поджима к трубе 8 непосредственно прилегающего слоя насадки в виде сфер электродного материала 7 и фиксации кабеля 12 в трубе 8 с помощью разрезных втулок 13, вставки 14 и слоя припоя 15. Для предотвращения попадания в контактный узел влаги пространство под термоусадочными муфтами 16, 18 заполнено слоем силиконового герметика 17.A perforated plastic case 1 with a lower stopper 2, a lower retainer 3, an upper retainer 4 and an upper retainer 5 with lids and an elastic element 6 provides fixation of the nozzle in the form of spherical elements of the material 7, as well as reliable electrical contact between them and the hollow pipe 8 of the contact node. The choice of the minimum diameter of the spherical elements 1.6-1.8 of the diameter of the perforated holes of the housing prevents their precipitation during fixation. Perforation of the side surface of the plastic housing 1 provides contact of the maximum surface of the electrode material 7 with a corrosive environment, which may be soil or natural solutions of water bodies. The dimensions of the perforations provide accessibility for the anode process of all elements of the electrode material while maintaining the mechanical strength of the housing. In case of soil application, a membrane of polymer fibers 9 can be additionally laid from the inner surface of the housing, and the space between the spheres of the electrode material 10 is filled with a coke-mineral activator. Thus, in this case, the conditions for preserving the activator for a long period of operation of the electrode are created, as well as uniform and unhindered flow of soil solutions to the electrode surface, which will minimize the transition resistance of the ground electrode. An increase in the working surface of the electrode leads to a decrease in the density of the anode current and the dissolution rate of the electrode material even in the case of corrosive media due to passivation of the surface, as well as the elimination of side processes of passive dissolution of the electrode material. Passivation of the surface occurs at reduced current densities, which is ensured by the creation of a large electrode surface due to its implementation in the form of spherical elements. In this case, high-silicon cast iron or magnetite can be used as the electrode material. The vent holes of the locking and fixing covers 11 provide unhindered removal of gases from the electrode surface, which eliminates the screening of the working part of the surface. The elastic element 6, which can be made in the form of a spring or elastic strip, is designed to create reliable electrical contact between the spheres of the electrode material. The contact node creates an electrical contact of the current-supply cable 12 with the electrode material 7 by pressing the directly adjacent nozzle layer in the form of spheres of the electrode material 7 to the pipe 8 and fixing the cable 12 in the pipe 8 using the split sleeves 13, the insert 14 and the solder layer 15. To prevent If moisture enters the contact node, the space under the shrink sleeves 16, 18 is filled with a layer of silicone sealant 17.

Работа насадочного заземлителя осуществляется следующим образом. Положительный полюс станции катодной защиты подключается к заземлителю посредством кабеля 12 и контактного узла 8, 13, 15, 17, отрицательный полюс подключается к защищаемой конструкции. При включении станции создается цепь, в которой защищаемая конструкция становится катодом, на ее поверхности протекает процесс восстановления водорода, а растворение за счет коррозии полностью подавляется. Насадочный анодный заземлитель является в этой цепи анодом. Ток протекает через кабель 12, контактный узел 8, 13, 15, 17 и насадку электродного материала 7, на поверхности которого протекают процессы выделения кислорода и хлора. Выделяющиеся газы отводятся через газоотводные отверстия 11.The operation of the nozzle earthing is as follows. The positive pole of the cathodic protection station is connected to the ground electrode via cable 12 and the contact node 8, 13, 15, 17, the negative pole is connected to the protected structure. When the station is turned on, a circuit is created in which the protected structure becomes the cathode, the process of hydrogen reduction proceeds on its surface, and dissolution due to corrosion is completely suppressed. The packed anode ground electrode is an anode in this circuit. The current flows through the cable 12, the contact node 8, 13, 15, 17 and the nozzle of the electrode material 7, on the surface of which the processes of oxygen and chlorine evolution proceed. The evolved gases are discharged through the gas vents 11.

Заявляемая конструкция обеспечивает при общей массе 12 кг загрузку 10 кг электродного материала с общей площадью поверхности 28 дм². Максимальный ток на один электрод составляет при этом 8 А, номинальный ток 5 А. При этих показателях при использовании в качестве электродного материала высококремнистого чугуна достигается скорость растворения не более 0,1 кг/А год. Полевые испытания опытного образца анодного заземлителя подтвердили его промышленную применимость.The inventive design provides for a total mass of 12 kg, a load of 10 kg of electrode material with a total surface area of 28 dm ² . In this case, the maximum current per electrode is 8 A, the rated current is 5 A. With these indicators, when using high-silicon cast iron as the electrode material, a dissolution rate of not more than 0.1 kg / A is achieved. Field tests of a prototype anode ground electrode system confirmed its industrial applicability.

Таким образом, заявляемая конструкция насадочного анодного заземлителя обеспечивает повышение его устойчивости к анодному растворению.Thus, the claimed design of a packed anode ground electrode system provides an increase in its resistance to anodic dissolution.

На основе вышеизложенного и с учетом проведенного патентно-информационного поиска считаем, что разработанный насадочный анодный заземлитель может быть защищен патентом Российской Федерации.Based on the foregoing and taking into account the patent information search, we believe that the developed packed anode earthing can be protected by a patent of the Russian Federation.

Claims

1. Anode ground electrode consisting of a cylindrical body, electrode filler and cable, characterized in that the body is made of perforated hard plastic material with a distance between the holes of 0.8-1.1 of their diameter and is equipped with upper and lower retaining and fixing caps with gas vents holes, in the center of the housing there is a contact unit made of a hollow metal pipe, at the ends of which there are heat-shrinkable sleeves, as well as split sleeves and inserts sealed together with the cable at the ends of the pipe and insulated moisture-proof silicone sealant, the space between the contact node and the housing is filled with electrode material in the form of a nozzle made of spherical elements made of high-silicon cast iron or magnetite pellet with a minimum diameter of 1.6-1.8 diameters of the perforation holes of the housing, fixing clips are installed in the upper and lower parts of the housing lids with gas vents, and between the locking and fixing lids in the upper part of the housing there is an elastic element in the form of a spring or an elastic gasket.

2. The anode ground electrode according to claim 1, wherein the elastic gasket is made of layers of silicone rubber.

3. The anode ground electrode according to claim 1, wherein a membrane of polymer fibers is laid on the inner surface of the housing, and the space between the spheres of the electrode material is filled with coke-mineral activator.