АНОДНЫЙ ЗАЗЕМЛИТЕЛЬ
ANODE EARTHING ELECTRODE

Изобретение относится к технической электрохимии, а именно к защите от электрохимической коррозии подземных, подводных и наземных металлических сооружений, например нефтегазовых стальных трубопроводов, обсадных колонн, теплосетей. Основными показателями эффективности использования анодных заземлителей в системе защиты от электрохимической коррозии металлических объектов и коммуникаций в системе работы: катодной станции, анодного заземлителя и защищаемого объекта, величина и стабильность сопротивления растекания тока; растворимость под действием анодного тока; габариты и вес анодного заземлителя (АЗ), время непрерывной эксплуатации; технологичность монтажа и экономичность.
Известны АЗ и способы их изготовления на основе титана (см. В. Бэкман, В. Швенк. Катодная защита от коррозии. - Справочник. М.: Металлургия, 1984, с.197-210), а также способ изготовления нерастворимого АЗ из титана с покрытием из диоксида марганца (патент РФ №2468126, бюл. №33 от 27.11.12 г. ).
Общий недостаток известных AЗ с покрытием из диоксида марганца - относительно высокое сопротивление при их соединении в гирлянду из десяти-двадцати штук.
Цель настоящего изобретения - разработка конструкции АЗ с низким переходным сопротивлением в месте контакта токопроводящего кабеля и токоприемника, в месте контакта токоприемника и АЗ. Данный параметр определяет надежность конструкции при длительной эксплуатации, как правило, в агрессивной среде и возможность принимать анодом высокие токовые нагрузки без ущерба по надежности.
Наиболее близкий к описываемому по технический сущности и достигаемому эффекту является анодное заземление - патент РФ №2033476, 20.04.1995 г. - прототип, включающее магистральный проводник с заданными электрическими характеристиками, где анод выполнен в виде оболочки из малорастворимого полимерного материала, которая охватывает проводник, электрически контактируя с ним. Здесь основной недостаток - контактный узел и полимерный материал. Поставленная цель достигается тем, что цилиндрический анод изготовлен из титанового сплава с электроактивным покрытием из диоксида марганца снаружи и внутри, соединен с трубчатым биметаллическим токоотводом контактного узла, состоящим снаружи из титанового сплава, а внутри из меди, для электрической коммутации с токопроводящим медным кабелем, при этом контактный узел герметизирован посредством полимерного материала и термоусаживаемой трубки.
Принципиальное значение для надежности анодного заземлителя в целом при длительной эксплуатации в системах электрохимической защиты имеет предложенное решение контактного узла, выполненного в виде биметаллического трубчатого токоввода для соединительного проводника, связывающего электрод с магистральным кабелем. Известные сложности коммутации связаны с плохой паяемостью титана, вызванной устойчивой пассивной оксидной пленкой на его поверхности в зоне контакта. Поэтому в обычной практике электрические контакты титана с медным проводником выполняют механическим способом, который не удовлетворяет требованиям высокой надежности при длительной работе анодного заземлителя, в особенности, при повышенных токовых нагрузках.
Предложенный в конструкции электрода биметаллический токоввод предусматривает использование технологической пайки, что является определяющим параметром качества неразъемного соединения контактных поверхностей и надежности коммутаций.
Наряду с этим обеспечена надежная изоляция и механическая защита контактных узлов, достигаемая с помощью последовательного применения полимерного резинового материала, специального трехкомпонентного герметика на битумной основе с повышенными адгезионными и физико-химическими свойствами, термоусадочной муфты, помещенных в капсулу из химически и термически устойчивого полимера.
Разработанная технология изготовления анода включает стадии механической и физико-химической обработки поверхности титановой основы, нанесение и термохимическое получение внешнего слоя диоксида марганца в виде электроактивного модифицированного покрытия заданной толщины с плотной кристаллической структурой, исключающей проникание коррозионно-активной среды и продуктов анодной реакции (кислород, хлор) к поверхности анода.
2
Предлагаемый анодный заземлитель характеризуется низким стабильным омическим сопротивлением, высокой каталитической активностью поверхности, устойчивостью в грунтовых минерализационных средах и морской воде, допускает высокие (до 1000 А/м) токовые нагрузки, не образует растворимых токсичных соединений и отвечает современным требованиям экологической безопасности.
2
На Фиг.1 показана конструкция анодного заземлителя, включающая цилиндр 1 из титанового сплава (ВТ1-0); внутри и снаружи анода покрытие 2 из диоксида марганца (МnО); приваренный внутри анода трубчатый биметаллический токовод 3, состоящий снаружи из титана (ВТ1-0, толщиной 0,7-0,8 мм), внутри медь (M1, толщиной 0,3-0,4 мм); внутрь токовода вставляется медный кабель 4 (марка ВПП1×2,5); контактный узел 5, который обеспечивается путем применения специальных герметиков, полимерных резиновых материалов и термомуфт.
Разработанный анодный заземлитель на титановой основе с покрытием из диоксида марганца, где соединение анода с медным кабелем осуществляется через трубчатый токовод с внутренним медным слоем, практически нечувствителен к электрохимическому разрушению.
Пример конкретного выполнения анодного заземлителя
2
Освоено промышленное производство цилиндрических анодов из сплава титана ВТ1-0 в диапазоне диаметров: 38, 45, 60, 89, 102 мм, толщин стенок (1-2) мм, длиной 500 мм, 1000 мм (ТУ 3435-001-78220516-2013). Во всех случаях биметаллический токоотвод контактного узла анодного заземлителя имеет диаметр 8 мм, общую толщину стенки 1 мм, длину 75 мм, где внешний слой из титана ВТ1-0 имеет толщину ~0,7 мм, внутренний из меди (Ml), толщину ~0,3 мм. Биметаллический токоотвод 8×1×75 мм на длине 25 мм сплющивался и этот плоский край приваривается с внутренней поверхности цилиндрического анода в среде аргона. Полученная конструкция поступает в ванну обезжиривания, затем внешняя поверхность подвергается пескоструйке и подается в электролитическую ванну с раствором из диоксида марганца (МnО). Толщина покрытия до 100 мкм. Анод из ванны поступает в сушильную камеру, затем в печь, где подвергается отжигу при температуре ~350°С. Затем механически защищается внутренняя поверхность биметаллического токоотвода и обезжиривается для последующей пайки внутри медного кабеля марки ВПП1×2,5. Другой конец кабеля предназначен для соединения анода в сборку с магистральным кабелем, который соединяет сборку из анодов с катодной станцией. Контактный узел анодного заземлителя последовательно изолируется с помощью применения полимерного резинового материала специального трехкомпонентного герметика на битумной основе, затем накладывается термоусадочная муфта, помещенная в капсулу из химически и термически устойчивого полимера.