КОРРОЗИОННО-СТОЙКИЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ ЭЛЕКТРОД ДЛЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ

Полезная модель относится к области электрохимии и электротехники, а именно к конструкциям коррозионностойких электродов применяемых для катодной электрохимической защиты от коррозии металлических конструкций и сооружений: судов, трубопроводов и другого оборудования находящегося в контакте с грунтом или жидкостью.
2
2
Известен протяженный гибкий анод, состоящий из медного проводника тока и токопроводящей оболочки на основе полимерного связующего с наполнителем, в котором проводник тока выполнен в виде скрученных в жилу медных проволок в количестве 80-390 общим сечением 10-50 мм, токопроводящая оболочка выполнена из токопроводящей резины, включающей каучук и технический углерод с внешней удельной поверхностью 140-150 м/г (RU 2236483, оп. 20.09.2004)
Однако, для известного анода характерно неравномерное распределение потенциалов по длине защищаемой металлической конструкции, что приводит к неравномерному износу анода. В процессе эксплуатации анода происходит его разрушение с выделением газообразного углекислого газа. Поэтому срок службы таких анодов ограничен.
Известен электрод из вентильных металлов: титана, тантала, алюминия, гафния, ниобия, молибдена, вольфрама с покрытием из металлов платиновой группы и магнетита, шпинели, оксида кобальта, оксида олова, оксида сурьмы, полученный по способу, включающему предварительную подготовку поверхности одним из методов - межкристаллитное травление, дробеструйная обработка, шлифовка абразивным материалом, плазменное напыление (WО 2006/028443, 16.03.2006, RU №2007111999, оп. 10.10.2008, Заявитель ELTECH SISTEMS CORP (US)).
В указанных электродах отмечается недостаточная коррозионная стойкость промежуточного оксид керамического защитного слоя, особенно из оксидов олова, сурьмы, кобальта, а также неудовлетворительная адгезия покрытия к основе электрода, что в целом снижает качество электрода, уменьшает срок службы, затрудняет условия монтажа и эксплуатации.
Кроме того, вентильные металлы - титан, тантал, вольфрам, молибден и ниобий характеризуются низкой электропроводностью. В результате применения электродов, основа которых выполнена из указанных металлов, наблюдается высокое напряжение при осуществлении электрохимической защиты от коррозии и высокий расход электроэнергии.
Известен коррозионностойкий электрод-анод, основа которого содержит сердечник из электропроводного металла, размещенного внутри вентильного металла - титана, тантала, ниобия. На основу электрода после предварительной подготовки нанесено покрытие металлом платиновой группы (фирма МЕТАКЕМ PLATINIERTE ANODEN, http:www.metakem.de)
В указанном аноде, за счет введения сердечника из меди, улучшена электропроводность по сравнению с электропроводностью анодов с основою из вентильных металлов, особенно титана. Однако, при создании таких анодов, на границе вентильный металл - электропроводный металл, присутствуют оксидные пленки, как у металлов обладающих высокой электропроводностью, так и у вентильных металлов, что повышает удельное сопротивление на границе раздела металлов и снижает общую электропроводность анода. Кроме того, у этих анодов недостаточная коррозионная стойкость и механическая прочность покрытия из платиновых металлов, что ухудшает качество электрода, уменьшает срок его эксплуатации. К недостаткам известного анода следует отнести недостаточную его гибкость, что приводит к затруднениям при монтажных работах, значительно увеличивает трудозатраты при монтаже анода.
Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, является электрод для защиты от коррозии (US №4452683, оп.05.06.1984, з-ль Де Нора Оронцио). В данном патенте пористый, проницаемый электрод-анод выполнен из вентильного металла (титана или тантала) в виде полос или сетки приваренной к одной или нескольким стойкам. Сетка или сетчатые сегменты покрыты слоем анодно-стойкого материала, например металла платиновой группы или его оксида.
Особенно эффективно с точки зрения авторов патента покрытие анода смесью оксидов титана и рутения. Аноды с помощью сварки коаксиально присоединяют к специальным стойкам. Внутри находится силовой, усиленный стальной жилой медный кабель.
Недостатком данного устройства электрода является сложность конструкции, а, следовательно, и ее технологического монтажа. Недостаточная коррозионная стойкость электрода особенно в местах приваривания к стойкам, высокое сопротивление, как самого анода из вентильного металла, так и на границах контакта электрод - медный кабель.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является упрощение конструкции электрода и его технологического монтажа, снижение электрического сопротивления электрода, увеличение коррозионной стойкости и механической прочности внешнего покрытия, увеличение срока эксплуатации электрода.
Поставленная задача решается следующим образом. В коррозионностойком композиционном электроде для электрохимической защиты металлических сооружений, содержащем взаимосвязанные между собой основные элементы, согласно полезной модели, указанные основные элементы выполнены из вентильного металла, покрытого металлом платиновой группы, с электропроводным сердечником внутри и взаимосвязаны между собой соединительными элементами, выполненными в виде втулки.
Основной элемент выполнен в виде стержня или бруска или трубы.
Покрытие основного элемента подвергнуто термомеханической обработке для увеличения прочности и коррозионной стойкости.
Вентильный металл представляет собой титан или ниобий или их сплав.
Электропроводный сердечник выполнен из металла медь или железо.
В качестве металлов платиновой группы используют платину или рутений или иридий или их сплав.
Концевые части электропроводного сердечника основного элемента выступают за оболочку из вентильного металла - титана или ниобия или их сплава и имеют наружную резьбу, при этом концевые части оболочки из вентильного металла выполнены без покрытия металлом платиновой группы.
Электрод из основных элементов выполнен в виде цепочки или в виде решетки или в виде гребенки или в виде трехмерной конструкции
Втулка выполнена с внутренней резьбой.
Втулка выполнена 2-х или 3-х или 4-х ходовой и содержит слой из электропроводного металла - меди или железа, с внутренней резьбой, покрытый оболочкой из вентильного металла - титана или ниобия или их сплава.
Втулка выполнена из вентильного металла - титана или ниобия или их сплава в виде куба с отверстиями, снабженными резьбой, внутри которого установлен свинцовый вкладыш для обеспечения надежного электроконтакта основных элементов электрода.
На одном конце электрода установлен наконечник с внутренней резьбой, выполненный из вентильного металла - титана или ниобия или их сплава, другой конец электрода соединен с электрокабелем.
На фиг.1 представлен пример конструкции основного элемента электрода, выполненного в виде стержня, общий вид
На фиг.2. то же, вид А на фиг.1
На фиг.3. представлена конструкция соединительного элемента, выполненного в виде цилиндрической 2-х ходовой втулки, общий вид
На фиг.4. - наконечник, общий вид
На фиг.5. - то же, вид Б на фиг.4
На фиг.6. - представлен соединительный элемент в виде 4-х ходовой втулки, общий вид
На фиг.7 - то же, вид В на фиг 6
На фиг.8 - соединительный элемент - в виде втулки-куба, общий вид
На фиг.9 - то же, разрез А-А на фиг.8
На фиг.10 - узел крепления основных элементов электрода во втулке-кубе со свинцовым вкладышем внутри, общий вид
На фиг.11 - схематическое изображение конструкции электрода, выполненного из основных элементов в виде цепочки
На фиг.12 - схематическое изображение конструкции электрода, выполненного из основных элементов в виде гребенки
На фиг.13 - схематическое изображение конструкции электрода, выполненного из основных элементов в виде решетки
На фиг.14. - схематическое изображение трехмерной конструкции электрода.
2
Электрод содержит основные элементы 1, выполненные в виде стержня, или бруска, или трубы, соединенные с помощью втулок 2 (2а, 2б, 2в). Каждый основной элемент 1 содержит сердечник 3 из электропроводного металла: медь или железо (сталь) с поперечным сечением 10, 16, 25, 35, 50 мм, запрессованный в оболочку 4 из вентильного металла - титана, ниобия, или их сплава толщиной 0,2-2,0 см. На внешнюю поверхность вентильного металла нанесено покрытие 5 из металлов платиновой группы (платины или иридия, или рутения или их сплавов) толщиной 0,1-10 мкм, которое подвергнуто термомеханической обработке для увеличения прочности и коррозионной стойкости покрытия за счет изменения структуры металла платиновой группы.
Концевые части основных элементов 1 электродов выполнены следующим образом. Сердечник 3 на величину 20-40 мм выступает за оболочку 4 из вентильного металла, и на указанные выступающие части 6 нарезана внешняя резьба, размер которой соответствует поперечному сечению электропроводного метала. Поверхность оболочки 4 из вентильного металла на величину 20-40 мм от каждого торца не покрыта металлом платиновой группы, для предотвращения разрушение покрытия при монтаже, что ведет к снижению эксплуатационных характеристик электрода.
Такая конструкция основного элемента позволяет с помощью втулок 2 собирать электроды достаточно большой длины и различной конфигурации, а именно плоские электроды в виде цепочки или в виде решетки или в виде гребенки и объемные электроды в виде трехмерной конструкции.
Втулка 2 выполнена в виде 2-х (2а) или 3-х (2б) или 4-х (2в) ходового цилиндрического элемента, содержащего сердечник 7 из электропроводного металла (медь, железо), покрытый оболочкой 8 из вентильного металла (титана, ниобия, или их сплава). Концевые части сердечника 7 содержат пазы 9, выполненные с внутренней резьбой, соответствующие выступам 6 основного элемента 1
Втулка 2 может быть выполнена из вентильного металла в виде куба (2 г) с отверстиями 10, снабженными внутренней резьбой. Внутри втулки-куба при сборке устанавливается свинцовый вкладыш 11 для обеспечения надежного электроконтакта основных элементов 1 электрода.
Такие втулки - кубы используются предпочтительно для создания из основных элементов электродов трехмерной объемной конструкции. Использование свинцовых вкладышей внутри втулки при сборке обеспечивает надежный контакт основных элементов.
На одном конце электрода, собранного из основных элементов, установлен наконечник 12 с внутренней резьбой, выполненный из вентильного металла, предпочтительно титана, другой конец электрода соединен через муфту 13 с токоподводящим кабелем 14. Наконечник применяется для предохранения медного сердечника от контакта с внешней средой.
Конкретные конструкции электродов представлены в примерах
Пример 1 (фиг.11).
2
Коррозионностойкий композиционный электрод изготовлен из основных элементов 1, собранных в цепочку. Каждый основной элемент 1 выполнен в виде стержня с биметаллической основой - медный сердечник 3 с титановой оболочкой 4. Внешний диаметр 7,0 мм, диаметр внутреннего медного стержня 6 мм, что соответствует поперечному сечению 25 мм, толщина стенки из титана 0,5 мм, рабочая длина основного элемента 1000 мм. На титановую поверхность элемента нанесено платиновое покрытие 5 толщиной 2,9 мкм. Элемент с платиновым покрытием подвергнут термомеханической обработке, а именно, нагреванию в вакууме до 600°С, выдержке при этой температуре в течение 45 минут, с последующим медленным охлаждением в течение 3 часов до комнатной температуры.
После отжига основные элементы 1 с платиновым покрытием подвергли механической обработке, таким образом, что покрытие стало гладким блестящим и механически прочным, за счет изменения структуры покрытия, при этом толщина покрытия уменьшилась на 8,4%.
Полученные таким образом платино-медно-титановые основные элементы собрали с помощью втулок 2а и тефлоновых герметизирующих прокладок (на чертеже не указаны) в цепочку из десяти последовательно соединенных друг с другом элементов 1, так, что общая рабочая длина электрода стала 10 м. На конец последнего элемента 1 надели титановый наконечник 12, а первый элемент 1 соединили с помощью муфты 13 с электрокабелем 14, который присоединили к положительному полюсу станции катодной защиты.
Данное устройство электрода испытывали в качестве нерастворимого электрода для катодной электрохимической защиты стальной трубы длиной 20 м и диаметром 500 мм, помещенной в сильно минерализованную жидкость, содержащую до 8 г/л минеральных солей (хлориды, сульфаты, нитраты и карбонаты).
При эксплуатации электрода-анода при силе тока 20А напряжение на клеммах составляло 6,8 В. После 10 лет работы анод не потерял свои эксплуатационные характеристики. Заметных нарушений платинового покрытия (шелушения, растрескивания, отслоения) не обнаружено. Напряжение на клеммах повысилось до 7,6 В. Потеря массы платинового покрытия составила около 8,0%.
При эксплуатации в аналогичных условиях (сила тока 20А) цепочки из десяти, соединенных с помощью сварки, зарубежных электродов-анодов компании Де Нора напряжение на клеммах составило 8,4 В. Через 10 лет работы платиновое покрытие на элементах зарубежных анодов на местах сварки отслоилось. Убыль платины составила более 50%, сопротивление анодов повысилось, напряжение на клеммах повысилось до 18,6 В и анод практически потерял свои эксплуатационные характеристики.
Таким образом, данная полезная модель позволяет упростить монтаж электродов, снизить сопротивление электрода, тем самым снизить напряжение на клеммах и сопротивление растеканию тока с анода, осуществить выравнивание потенциалов по длине защищаемой от коррозии металлической конструкции. Одновременно за счет повышения коррозионной стойкости и прочности покрытия, увеличить срок эксплуатации электрода.
Пример 2 (фиг.13)
2
Коррозионностойкий композиционный электрод изготовлен из 24-х основных элементов 1 в виде решетки с размером ячеек 2 метра. Каждый элемент 1 это стержень с биметаллической основой - медный сердечник 3 с титановой оболочкой 4. Внешний диаметр 6,5 мм, диаметр внутреннего медного стержня 5,6 мм, что соответствует поперечному сечению 16 мм, толщина стенки из титана 0,45 мм, рабочая длина элемента 1000 мм. На титановую поверхность 4 основного элемента нанесено платиновое покрытие 5 толщиной 3,1 мкм.
Элемент 1 с платиновым покрытием подвергнут термомеханической обработке, а именно, нагреванию в вакууме до 600°С, выдержке при этой температуре в течение 45 минут, с последующим медленным охлаждением в течение 3 часов до комнатной температуры.
После отжига основные элементы 1 с платиновым покрытием подвергли механической обработке, таким образом, что покрытие стало гладким блестящим и механически прочным, за счет изменения структуры покрытия, при этом толщина покрытия уменьшилась на 7,7%.
2
Полученные таким, образом медно-титано-платиновые элементы собрали без применения сварки с помощью втулок 2б, 2в и тефлоновых герметизирующих прокладок (на чертеже не указаны) в электроды-аноды в форме решетки из 24-х соединенных друг с другом элементов 1, так чтобы суммарная площадь ячеек решетки составила 16 м. На конец последнего элемента 1 надели титановый наконечник 12, а первый элемент 1 соединили с помощью муфты 13 с электрокабелем 14, который присоединили к положительному полюсу станции катодной защиты.
3
3
3
Данное устройство испытывали в качестве нерастворимого электрода-анода для катодной электрохимической защиты стальной емкости для хранения нефтепродуктов объемом 100 м диаметром 10 м. Электрод был установлен под емкость во влажный грунт с высоким содержанием 12 г/м минеральных солей (хлориды сульфаты, карбонаты) и до 30 г /м нефтепродуктов. В процессе эксплуатации анода при силе тока 30 А напряжение на клеммах составляло 7,2 В. После 15 лет работы, анод не потерял свои эксплуатационные характеристики. Заметных нарушений платинового покрытия (шелушения, растрескивания, отслоения) не обнаружено. Напряжение на клеммах после 15 лет эксплуатации стало 7,9 В. Потеря массы платинового покрытия в процессе работы составила около 7,0%.
При эксплуатации в аналогичных условиях (сила тока 30 А) решетки из электродов-анодов компании Де Нора, соединенных, с помощью сварки, платиновое покрытие частично нарушилось в процесс монтажа. Напряжение на клеммах в начале эксплуатации составило 8,9 В. Через 15 лет работы платиновое покрытие на элементах зарубежных анодов на местах сварки полностью отслоилось и титан подвергся коррозии. Убыль платины составила более 40%, увеличилось сопротивление электрода, напряжение на клеммах повысилось до 24,4 В, и анод потерял свои эксплуатационные характеристики.
Таким образом, заявляемая полезная модель позволяет упростить монтаж, снизить сопротивление электрода, тем самым снизить напряжение и сопротивление растеканию тока с электрода-анода и осуществить выравнивание потенциалов по площади защищаемой от коррозии металлической конструкции. Одновременно, за счет повышения коррозионной стойкости и прочности покрытия увеличился срок эксплуатации электрода.
Пример 3 (фиг.14)
Коррозионностойкий композиционный электрод изготовлен в виде трехмерной конструкции из основных элементов 1 и соединительных элементов-втулок 2 г в форме куба. Каждый основной элемент 1 - выполнен в виде стержня с биметаллической основой, содержащей медный сердечник 3 и титановую оболочку 4. Внешний диаметр 8,0 мм, диаметр внутреннего медного стержня 6,5 мм, толщина стенки титановой оболочки 0,75 мм, рабочая длина элемента 1000 мм. На титановую поверхность элемента нанесли платиновое покрытие 5 толщиной 3,6 мкм. Элемент с платиновым покрытием подвергли термомеханической обработке, а именно нагреванию в вакууме до 600°С, выдержке при этой температуре в течение 60 минут, и медленному охлаждению в течение 4 часов до комнатной температуры.
После отжига стержень с платиновым покрытием 5 подвергли механической обработке, таким образом, что покрытие стало гладким блестящим и механически прочным, за счет изменения его структуры, при этом толщина покрытия уменьшилась на 10,1%.
Полученные таким образом медно-титано-платиновые элементы собрали без применения сварки в электроды с помощью титановых втулок 2 г со свинцовым внутренним вкладышем 11 и тефлоновых герметизирующих прокладок в кубический электрод с ребром куба 2 м. К одному из верхних элементов 1 с помощью титановой муфты 13 подсоединили токоподводящий кабель 14, который в свою очередь присоединили к положительному полюсу станции катодной защиты. Данное устройство испытывали в качестве нерастворимого электрода-анода для катодной электрохимической защиты погружного насоса для перекачки кислотных рассолов и пульпы, образующихся при подземном выщелачивании.
В процессе эксплуатации указанного анода при силе тока 15 А напряжение на клеммах составляло 12,2 В. После 5 лет работы электрод не потерял свои эксплуатационные характеристики. Заметных нарушений платинового покрытия (шелушения, растрескивания, отслоения) не обнаружено. Напряжение на клеммах после 10 лет эксплуатации повысилось до 13,6 В. Потеря массы платинового покрытия в процессе работы составила около 14,2%. Корпус и элементы погружного насоса не подверглись коррозии.
При эксплуатации в аналогичных условиях (сила тока 15 А) плоских электродов-анодов по прототипу компании Де Нора напряжение на клеммах составило 8,2 в. Через 2 года работы платиновое покрытие на сварных швах разрушилось. Убыль платины составила более 60%, напряжение на клеммах повысилось до 30 В и анод практически потерял свои эксплуатационные характеристики. Неравномерное распределение тока при использовании электрода-анода компании Де Нора и нарушение сплошности платинового покрытия привели к коррозии и выходу из строя погружного насоса.
Таким образом, заявляемая полезная модель позволяет упростить конструкцию электрода и его технологический монтаж, создать различные конфигурации конструкций электродов, за счет их сборки из отдельных основных элементов с использованием соединительных втулок, тем самым обеспечивая надежную защиту различных конструкций, которые подвергаются коррозии - трубопроводов, емкостей с большими объемами - нефть, вода, сложных подводных конструкций - морские суда, морские платформы.
В сложных конфигурациях для обеспечения оптимального контакта основных элементов электродов между собой используются свинцовые вкладыши внутри объемных втулок, обеспечивая более надежный электрический контакт основных элементов электрода за счет того, что при монтаже происходит заполнение податливым свинцовым вкладышем всего внутреннего объема втулки.
Во всем сборном электроде ток идет через сердечник из электропроводного металла, что снижает сопротивление электрода, тем самым снижается напряжение и сопротивление растеканию тока с электрода и осуществляется выравнивание потенциалов по объему (площади, длине) защищаемой от коррозии металлической конструкции. Одновременно, за счет повышения коррозионной стойкости и прочности покрытия увеличивается срок эксплуатации электрода.
Пример 4
Коррозионностойкий композиционный электрод изготовлен из элементов в виде цепочки. Каждый элемент это стержень с биметаллической основой: ниобий- медь. Внешний диаметр 6,0 мм, диаметр внутреннего медного стержня 5.4 мм, толщина стенки из ниобия 0,3 мм, рабочая длина элемента 1000 мм. На ниобиевую поверхность элемента нанесли платиновое покрытие толщиной 2,5 мкм. Элемент с платиновым покрытием подвергли термомеханической обработке, а именно нагреванию в вакууме до 620°С и выдерживали при этой температуре в течение 65 минут, затем медленно в течение 2 часов охлаждали до комнатной температуры. После отжига стержень с платиновым покрытием подвергли механической обработке, таким образом, что покрытие стало гладким блестящим и механически прочным, а толщина покрытия уменьшилась на 6,3%.
Полученные таким образом медь-ниобий-платиновые элементы собрали без применения сварки в аноды с помощью втулок и тефлоновых прокладок в цепочку из двадцати последовательно соединенных друг с другом элементов. Так что, общая рабочая длина стала 20 метров. На конец последнего элемента надели ниобиевый наконечник рис.3, а первый соединили с помощью муфты с кабелем, который присоединили к положительному полюсу станции катодной защиты. Данное устройство испытывали в качестве нерастворимого анода для катодной электрохимической защиты стальной трубы длиной 25 м и диаметром 700 мм, помещенной во влажный грунт, смоченный сильно минерализованной жидкостью, содержащей до 5 г/л минеральных солей (хлориды, нитраты, фосфаты и карбонаты)
В процессе эксплуатации анода при силе тока 25 А напряжение на клеммах составляло 5,6 В. После 12 лет работы, анод не потерял свои эксплуатационные характеристики. Заметных нарушений платинового покрытия (шелушения, растрескивания, отслоения) не обнаружено. Напряжение на клеммах после 12 лет эксплуатации повысилось до 6,2 В. Потеря массы платинового покрытия в процессе работы составила около 4,8%.
При эксплуатации в аналогичных условиях (сила тока 25 А) цепочки из десяти последовательно соединенных зарубежных анодов компании МАТКОР напряжение на клеммах составило 7,8 В. Через 12 лет работы платиновое покрытие на элементах зарубежных анодов на местах сварки отслоилось. Убыль платины составила более 40%, напряжение на клеммах повысилось до 16,5 В и анод практически потерял свои эксплуатационные характеристики.
Пример 5
Коррозионностойкий композиционный электрод изготовлен из 36 элементов в виде решетки с размером ячеек 2 метра. Каждый элемент это стержень с биметаллической медь-титан основой. Внешний диаметр 6,5 мм, диметр внутреннего медного стержня 5,6 мм, толщина стенки из титана 0,45 мм, рабочая длина элемента 1000 мм. На титановую поверхность элемента методом термического разложения солей нанесли покрытие из смеси рутения и иридия (в соотношении 7:3) толщиной 3,1 мкм. Стержень с покрытием подвергли термической обработке на воздухе при 600°С в течение 2 часов, после чего покрытие стало гладким, механически прочным с хорошей адгезией с титановой основой.
3
Полученные таким образом медь-титан-рутений-иридиевые элементы собрали без применения сварки в аноды в форме решетки с помощью втулок и тефлоновых прокладок в решетку из 36 соединенных друг с другом элементов. На конец крайнего элемента решетки с помощь, муфты подсоединяли кабель, который присоединили к положительному полюсу станции катодной защиты. Данное устройство испытывали в качестве нерастворимого анода для катодной электрохимической защиты стальной емкости для хранения воды объемом 140 м диаметром 16 м. Электрод был установлен под емкость во влажный грунт с содержанием минеральных солей (хлориды сульфаты, нитраты, карбонаты) 2,6 г/л. В процессе эксплуатации анода при силе тока 16 А напряжение на клеммах составляло 5,4 В. После 14 лет работы, анод не потерял свои эксплуатационные характеристики. Заметных нарушений покрытия из рутения и иридия (шелушения, отслоения, растрескивания) не обнаружено. Напряжение на клеммах после 14 лет эксплуатации стало равным 7,2 В. Потеря массы покрытия, в процессе работы составила около 10%.
При эксплуатации в аналогичных условиях (сила тока 16 А) анодов в виде решетки с покрытием на основе рутения и иридия компании Де Нора, соединенных, с помощью сварки, покрытие частично разрушилось уже в процесс монтажа. Напряжение на клеммах в начале эксплуатации составило 7,6 В. Через 14 лет работы, покрытие на элементах зарубежных анодов на местах сварки полностью отслоилось, На остальной поверхности также наблюдается значительные разрушение слоя покрытия. Убыль покрытия из рутения и иридия составила 52%, напряжение на клеммах повысилось до 24,4 В, и анод потерял свои эксплуатационные характеристики.
Пример 6
Коррозионностойкий композиционный электрод изготовлен из 32 элементов в виде гребенки с шагом 4 метра и глубиной 2 метра. Каждый элемент это стержень с биметаллической основой медь-титан. Внешний диаметр 6,5 мм, диметр внутреннего медного стержня 5,8 мм, толщина стенки из титана 0,35 мм, рабочая длина элемента 1000 мм. На титановую поверхность элемента гальваническим методом нанесли покрытие из рутения толщиной 3,6 мкм. Стержень с покрытием из рутения подвергли термической обработке при 610°С в течение 3 часов на воздухе для формирования устойчивого покрытия из рутения и титана. После термической обработки покрытие упрочнилось, стало гладким, механически прочным с хорошей адгезией.
Полученные таким образом медь-титан-рутениевые элементы собрали без применения сварки в аноды в форме гребенки с помощью титановых втулок и тефлоновых прокладок. На конец крайнего элемента решетки с помощь, муфты подсоединяли электропроводящий кабель, который присоединили к положительному полюсу станции катодной защиты. Данное устройство испытывали в качестве нерастворимого анода для катодной электрохимической защиты стального горизонтального трубопровода длиной 75 метров и диаметром 800 мм. Электрод был установлен вдоль трубопровода во влажный грунт с содержанием минеральных солей (хлориды, фосфаты, силикаты, карбонаты) 1,8 г/л. В процессе эксплуатации анода при силе тока 18 А напряжение на клеммах составляло 5,5 В. После 8 лет работы, анод не потерял свои эксплуатационные характеристики. Заметных нарушений покрытия из рутения (отслоения, растрескивания) не обнаружено. Напряжение на клеммах после 8 лет эксплуатации стало равным 6,2 В. Потеря массы рутениевого покрытия, в процессе работы составила около 8,3%.
При эксплуатации в аналогичных условиях (сила тока 18 А) анодов в виде гребенки с покрытием из рутения компании Де Нора, соединенных, с помощью сварки, рутениевое покрытие частично разрушилось уже в процесс монтажа. Напряжение на клеймах в начале эксплуатации составило 7,5 В. Через 8 лет работы, покрытие на элементах зарубежных анодов на местах сварки полностью отслоилось, На остальной поверхности также наблюдается значительные разрушение слоя покрытия. Убыль массы покрытия из рутения составила 44%, напряжение на клеммах повысилось до 20,8 В, и анод потерял свои эксплуатационные характеристики.
Пример 7
Коррозионностойкий композиционный электрод изготовлен из 80 элементов в виде гребенки с шагом 4 метра глубиной 5 метров. Каждый элемент это стержень с биметаллической основой титан - железо (сталь). Внешний диаметр 8,6 мм, диметр внутреннего стального стержня 8,1 мм, толщина стенки из титана 0,25 мм, рабочая длина элемента 1000 мм. На титановую поверхность элемента методом термического разложения солей нанесли покрытие из смеси рутения и иридия (в соотношении 80:20) толщиной 3,7 мкм. Стержень с покрытием подвергли термической обработке при 620°С в течение 3,0 часов, после чего покрытие стало гладким, механически прочным с хорошей адгезией.
Полученные таким образом железо (сталь)-титан-рутений-иридиевые элементы собрали без применения сварки в аноды в форме гребенки с помощью втулок и тефлоновых прокладок. На конец крайнего элемента решетки с помощью муфты подсоединяли кабель, который присоединили к положительному полюсу станции катодной защиты. Данное устройство испытывали в качестве нерастворимого анода для катодной электрохимической защиты металлических опор морского причала. Электрод был установлен в морской воде с содержанием минеральных солей (хлориды сульфаты, гидрокарбонаты) 17,5 г/л. В процессе эксплуатации анода при силе тока 15А напряжение на клеммах составляло 6,9 В. После 10 лет работы, анод не потерял свои эксплуатационные характеристики. Заметных нарушений покрытия из рутения и иридия (шелушения, отслоения, растрескивания) не обнаружено. Напряжение на клеммах после 10 лет эксплуатации стало равным 8,2 В. Потеря массы покрытия, в процессе работы составила около 12%.
При эксплуатации в аналогичных условиях (сила тока 15А) анодов в виде гребенки с покрытием из рутения и иридия компании Де Нора, соединенных, с помощью сварки, оксидное покрытие частично разрушилось уже в процесс монтажа. Напряжение на клеммах в начале эксплуатации составило 7,9 В. Через 10 лет работы, оксидное покрытие на элементах зарубежных анодов на местах сварки полностью отслоилось. На остальной поверхности наблюдались значительные разрушение слоя покрытия и коррозия титановой основы. Убыль массы покрытия из рутения и иридия составила до 40%, напряжение на клеммах повысилось до 19,0 В, анод потерял свои эксплуатационные характеристики.
Пример 8
Коррозионностойкий композиционный электрод изготовлен из 44 элементов в виде гребенки с шагом 2 метра и глубиной 2 метра. Каждый элемент это стержень с биметаллической основой медь-ниобий. Внешний диаметр 6,5 мм, диметр внутреннего медного стержня 6,0 мм, толщина стенки из ниобия 0,25 мм, рабочая длина элемента 1000 мм. На ниобиевую поверхность элемента термического разложения соли нанесли покрытие из иридия толщиной 3,1 мкм. Стержень с покрытием из иридия подвергли термической обработке при 640°С в течение 2 часов в атмосфере воздуха для формирования устойчивого покрытия из иридия и ниобия. После термической обработки покрытие стало гладким, механически прочным с хорошей адгезией.
Полученные таким образом медь-ниобий-иридиевые элементы, собрали без применения сварки в аноды в форме гребенки с помощью втулок и тефлоновых прокладок. На конец крайнего элемента решетки с помощь, муфты подсоединяли кабель, который присоединили к положительному полюсу станции катодной защиты. Данное устройство испытывали в качестве нерастворимого анода для катодной электрохимической защиты стального морского парома длиной 120 метров. Электрод был установлен вдоль боковой поверхности парома эксплуатируемого на балтийском море. В начале эксплуатации анода при силе тока 25 А напряжение на клеймах катодной станции составляло 6,6 В. После 10 лет работы, анод не потерял свои эксплуатационные характеристики. Заметных нарушений покрытия из иридия (отслоения, растрескивания) не обнаружено. Напряжение на клеймах после 12 лет эксплуатации стало равным 6,9 В. Потеря массы покрытия, в процессе работы составила около 8,3%.
При эксплуатации в аналогичных условиях (сила тока 25 А) анодов в виде гребенки с покрытием из иридия компании Де Нора, соединенных, с помощью сварки, иридиевое покрытие частично разрушилось уже в процесс монтажа. Напряжение на клеймах в начале эксплуатации составило 7,5 В. Через 10 лет работы, покрытие на элементах зарубежных анодов на местах сварки полностью отслоилось, На остальной поверхности также наблюдается значительные разрушение слоя покрытия. Убыль массы покрытия из рутения составила 44%, напряжение на клеммах повысилось до 20,8 В, и анод потерял свои эксплуатационные характеристики.
Остальные примеры (9-19) приведены в таблице 1
Таблица 1
№ п/п
Состав электрода
Вид электрода
Толщина покрытия, мкм
Сроки испытания, лет
Сила тока, А
Напряжение, вольт исход. конеч
Потеря массы покрытия %
Вид электрода после экспл.
9
Ti-Cu-Ir
Решетка
2,8
9
12
5,9 6,6
7,5
Без изменения
10
Ti-Fe-Ru
Гребенка
2,6
16
14
7,1 7,7
8,8
Без изменения
11
Ti-Fe-Ir
Гребенка
3,3
16
14
6,9 7,8
8,9
Без изменения
12
Nb-Fe Ru-Ir
Цепочка
3,3
15
14
6,3 7,5
10,1
Незначит. изменения
13
Nb-Cu-Ru-Ir
Решетка
3,4
14
16
6,6 7,5
9,8
Незначит. изменения
14
Nb-Cu-Ru
Цепочка
2,9
12
22
6,1 6,6
9,2
Без изменения
15
Nb-Cu-Pt
Гребенка
2,7
18
30
5,9 7,2
7,4
Без изменения
16
Nb-Fe-Ru
Решетка
3,8
12
15
6,8 7,5
9,6
Незначит. изменения
17
Nb-Fe-Ir
Цепочка
3,1
15
16
6,7 7,4
8,7
Без изменения
18
Nb-Fe-Pt
Цепочка
3,3
11
18
6,9 7,1
6,8
Без изменения
19
Сплав Ti-Nb (20%) - Fe-Pt
Гребенка
2,8
15
20
6,6 7,1
7,3
Без изменения
Во всех случаях при длительных испытаниях напряжение на клеммах катодной станции увеличилось незначительно, масса покрытия и поверхность электродов не претерпели существенных изменений. В случае прототипа напряжение увеличилось более чем в два раза, значительно уменьшилась масса покрытия, покрытие частично отслоилось.
Таким образом, заявляемая полезная модель позволяет упростить монтаж, снизить сопротивление электрода, тем самым снизить напряжение и сопротивление растеканию тока с анода и осуществить выравнивание потенциалов по площади защищаемой металлической конструкции. Одновременно, за счет повышения коррозионной стойкости и прочности покрытия увеличить срок эксплуатации