Двухкамерный электрод сравнения систем электрохимической защиты от коррозии внутренней поверхности емкостного оборудования

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована при электрохимической защите от коррозии внутренней поверхности емкостного оборудования (резервуар вертикальный стальной (РВС) и горизонтальный отстойник (ГО)) при определении защитного потенциала внутренней поверхности емкостного оборудования, а в случае катодной защиты внутренней поверхности РВС, автоматически поддерживать защитный потенциал в заданных пределах.
Известен электрод сравнения с длительным сроком службы для катодной защиты (патент CN № 207313710, опубл. 2018). Электрод сравнения содержит керамический корпус с медным проводом внутри, соединенным с кабелем. Внутри корпуса помещен наполнитель из кристаллов сульфата меди. Большая часть керамического корпуса покрыта герметизирующей эмалью.
Недостатком является невысокая эффективность устройства. Повышенная пористость в местах отсутствия покрытия не исключает возможности вытекания электролита, перешедшего в жидкое состояние, его загрязнение и забивание пор грязью, что приводит к ухудшению работы устройства, снижает точность измерений защитного потенциала. Устройство имеет ограниченную область применения измерения потенциала внутренней поверхности емкостного оборудования.
Известен двухкамерный медно-сульфатный электрод сравнения неполяризующийся (патент RU № 2339740, опубл. 27.11.2008), содержащий токонепроводящий корпус с электролитической камерой с вмонтированным в него медным стержнем с сигнальным проводником и датчиком потенциала, установленным на корпусе. Корпус электролитической камеры заполнен электролитом, состоящим из воды дистиллированной, сульфата меди и этиленгликоля. Корпус содержит керамическую пористую диафрагму и ионообменную мембрану. Корпус дополнительно снабжен бентонитовой камерой, заполненной бентонитовой глиной. В месте сочленения камер установлены пластмассовая стабилизирующая шайба, ионообменная мембрана и пластмассовая шайба с впрессованной в нее керамической пористой диафрагмой. В нижней части на корпусе бентонитовой камеры установлена пластмассовая шайба с впрессованной в нее керамической пористой диафрагмой. Диафрагма выполнена с возможностью обеспечения электролитического контакта.
Недостатками устройства являются сложность конструкции, недостаточная надежность работы электрода сравнения из-за возможности попадания жидкости внутрь электрода, замазучивания бентонитовой глины нефтепродуктами, находящимися внутри емкости, в следствие чего произойдет увеличение сопротивления электролита и невозможность точного измерения потенциала внутренней поверхности емкости.
Известен электрод сравнения длительного действия (патент RU № 178871). Электрод сравнения для коррозионных измерений при электрохимической защите подземных металлических конструкций содержит диэлектрический корпус и перфорированную крышку. В корпус, заполненный активатором, установлены пластины из разнородных металлов. В состав активатора входит медный купорос в количестве 30 мас.%, гипс - 10 мас.%, глина - 40 мас.% и вода в количестве 20 мас.%. Применение гипса в количестве 10 мас.% не позволяет полностью перевести активатор в твердое состояние и предотвратить его утечку в грунт, сложностью является применение глины для создания хорошего электролитического контакта. Это обуславливает невысокую надежность работы электрода сравнения.
Недостатками устройства являются недостаточная надежность работы электрода сравнения в жидких средах из-за возможности попадания жидкости внутрь электрода, вследствие чего концентрация электролита изменится, что приведет к снижению точности измерения.
Известен электрод сравнения длительного действия (патент RU № 88355). Электрод сравнения содержит токонепроводящий корпус с вмонтированным медным стержнем с сигнальным проводником и датчиком потенциала, установленным на корпусе. Корпус состоит из электролитической камеры, заполненной электролитом, содержащим 35-36 вес.% сульфата меди, 25-30 вес.% этиленгликоля, и 5-8 вес.% загустителя - мелкодисперсного кремнезема (аэросила). Диафрагма выполнена из пластины пористого оксидированного титана толщиной 3,5÷4 мм и средним диаметром пор 0,04÷0,08 мкм.
Недостаточная надежность работы электрода сравнения длительного действия обусловлена малым количеством загустителя, не предотвращающим возможность вытекания электролита через пористую пластину, также работа электрода сравнения в жидких средах из-за возможности попадания жидкости внутрь электрода может привести к изменению концентрации электролита, и как следствие к снижению точности измерения.
Известен электрод сравнения, содержащий токонепроводящий корпус с медным электродом внутри, заполненный электролитом, содержащим соль меди и этиленгликоль. Корпус выполнен из керамического материала с открытой пористостью, которая занимает от 20 до 40% его площади, электролит дополнительно содержит перлит при следующем соотношении компонентов, мас.%:
перлит
10-50
соль меди
5-30
вода
5-30
этиленгликоль
5-15
(патент RU № 2706251, опубл. 15.11.2019).
Выполнение корпуса из керамического материала с открытой пористостью, в котором эта пористость достигает от 20 до 40% площади всего корпуса, позволяет использовать поверхность корпуса в качестве ионообменного элемента для создания обмена электрическими частицами между грунтом и медным электродом. Корпус с указанной пористостью одновременно служит фильтром от загрязнения электролита грунтовой влагой. Благодаря такому конструктивному исполнению корпуса обеспечивается достаточно широкий контакт с рабочей средой, повышается надежность и точность измерений защитного потенциала. Указанные значения пористости являются оптимальными. При меньшей пористости снижается потенциал самого электрода сравнения, что недопустимо, т.к., согласно эксплуатационным нормативным документам электрод сравнения должен иметь постоянное значение базового потенциала, например, «-100±20 мV» относительно эталонного хлорсеребряного электрода с нулевым потенциалом. При увеличении степени пористости керамического корпуса внутрь электролита попадает грязь, что ухудшает работу электрода сравнения. Забивание грязью самих пор может привести к отказу в работе устройства.
Недостатками устройства являются недостаточная надежность работы электрода сравнения в жидких средах. Указанные значения пористости являются оптимальными для использования электрода в грунте. При использовании электрода в жидких средах существует возможность попадания жидкости внутрь электрода, в следствие чего концентрация электролита изменится, что приведет к снижению точности измерения. Все медно-сульфатные электроды сравнения изготавливаются для использования их в грунте. Поэтому применение бентонитовой глины, гипса и др. не приемлемо для использования их в жидких средах. Через пористые прокладки и мембраны жидкость емкости будет попадать внутрь электрода (давление в емкостях до 5 атм.) глина, гипс и др. будут размягчаться, терять свои свойства, замазучиваться, и устройство будет выдавать неверную информацию.
Наиболее близким является электрод сравнения, применяемый при потенциометрических исследованиях в контролируемом растворе, включающий полый корпус, выполненный из диэлектрического материала, с укрепленным внутри металлическим контактом, заполненный электролитом и разделенный на камеры перегородкой (ав. св. SU № 138763, опубл. 1961). Электрод выполнен в виде прозрачного стеклянного корпуса с серебряным контактом. Полость, в которой расположен контакт - первая камера заполнена электролитом, в состав которого входит труднорастворимая соль металла контакта - хлористое серебро. Электролит отделен от остальной части электрода перегородкой - мембраной из эластичного материала. Вторая камера также заполнена электролитом и отделена от контролируемого раствора в емкости. Электролитический контакт электролита, находящегося во второй камере с контактом и контролируемым раствором осуществляется через солевые мостики, образующиеся между внутренней поверхностью корпуса и прилегающими к ней поверхностями эластичных мембран. Благодаря наличию мембран колебания температуры электрода  и давления контролируемого раствора будут приводить лишь к деформации мембран, не создавая разности давлений, вызывающей проникновение контролируемого раствора в электролит и обратно.
Недостатками устройства являются:
- низкая эффективность и узкая область применения из-за невозможности использования электрода внутри емкостного оборудования при полном погружении в жидкую среду;
- низкий срок службы из-за чувствительности к изменению давления и температуры, а также из-за хрупкого материала корпуса;
- высокие материальные расходы из-за использования серебряного контакта.
Техническими задачами полезной модели являются повышение эффективности применения электрода сравнения за счет повышения качества проведения замеров защитных потенциалов внутренней поверхности емкостного оборудования (РВС и ГО) и обеспечение автоматической поддержки защитного потенциала в заданных значениях при катодной защите внутренней поверхности емкостного оборудования, повышение надежности работы электрода сравнения при простоте изготовления, снижение расходов на процесс защиты от коррозии РВС и ГО, повышение срока службы, а также расширение технических средств измерения потенциала внутренней поверхности емкостного оборудования.
Технические задачи решаются двухкамерным электродом сравнения систем электрохимической защиты внутренней поверхности емкостного оборудования от коррозии, содержащим полый корпус, выполненный из диэлектрического материала, с закрепленным внутри металлическим контактом, заполненный электролитом и разделенный на камеры перегородкой.
Новым является то, что корпус выполнен из фторопласта цилиндрической формы с внутренней резьбой в верхней части корпуса и с наружной резьбой в нижней части корпуса, корпус разделен на две внутренние камеры пористой гигроскопичной перегородкой, верхняя камера корпуса заполнена насыщенным раствором медного купороса, а нижняя камера корпуса заглушена гигроскопичной перегородкой с крышкой и заполнена электропроводным гелем, контакт выполнен из медного стержня и размещен в верхней камере корпуса, верхний конец медного стержня соединен припоем к изолированному концу кабеля, верхний торец камеры вместе с местом соединения кабеля и медного стержня герметично закреплен и заизолирован эпоксидным компаундом.
На фигуре изображен общий вид двухкамерного электрода сравнения систем электрохимической защиты внутренней поверхности емкостного оборудования от коррозии.
Сущность полезной модели заключается в следующем.
Двухкамерный электрод сравнения систем электрохимической защиты внутренней поверхности емкостного оборудования от коррозии содержит полый корпус 1, выполненный из диэлектрического материала, например из фторопласта с закрепленным внутри металлическим контактом 2. Корпус 1 выполнен из фторопласта цилиндрической формы с внутренней резьбой в верхней части корпуса, обеспечивающей прочную и герметичную изоляцию кабельного вывода с корпусом эпоксидным компаундом, и с наружной резьбой в нижней части корпуса. Диаметр корпуса выполняют от 30 мм до 50 мм. Корпус разделен на две внутренние камеры пористой гигроскопичной перегородкой 3. Верхняя камера корпуса заполнена насыщенным раствором медного купороса 4. Нижняя камера заполнена электропроводным гелем 5. В торец нижней камеры устанавливается гигроскопичная заглушка 6, которая прижимается к корпусу крышкой 7, для создания электролитической связи в крышке выполняют отверстие. В качестве электропроводной гели 5 используют, например желатин, который позволит электроду сравнения оставаться в работоспособном состоянии даже в случае попадания жидкости внутрь нижней камеры. Контакт выполнен из медного стержня 2. Стержень выполняют из медного прутка или проволоки диаметром 3-5° мм, длиной равной внутренней полости верхней камеры. Верхний конец медного стержня припаян к изолированному концу кабеля 8. Место соединения кабеля и медного стержня герметично закреплено в верхнем торце камеры эпоксиднымкомпаундом 9.
Двухкамерный электрод сравнения позволяет повысить качество проведения замеров защитных потенциалов внутренней поверхности емкостного оборудования (РВС и ГО) и обеспечить автоматическую поддержку защитного потенциала в заданных значениях при катодной защите внутренней поверхности РВС, повысить надежность работы электрода сравнения при простоте изготовления, снизить материальные расходы на процесс защиты от коррозии РВС и ГО, повысить срок службы, а также расширить арсенал технических средств измерения потенциала внутренней поверхности емкости заполненной жидкой средой.
Собирают двухкамерный электрод сравнения систем электрохимической защиты внутренней поверхности емкостного оборудования от коррозии в следующей последовательности.
4
Через верхний торец фторопластового цилиндрического корпуса устанавливают медный стержень с припаянным изолированным кабельным выводом. Изолированная жила кабеля КПБП диаметром по изоляции 11 мм. Кабельный ввод герметизируют путем заливки эпоксидного компаунда с одновременной герметизацией верхнего торца корпуса. Для герметичного сцепления эпоксидного компаунда с материалом корпуса электрода на внутренней поверхности верхней части верхней камеры выполняют резьбу, обеспечивающую шероховатость поверхности для надежного сцепления эпоксидного компаунда. Переворачивают электрод. Заполняют полностью верхнюю камеру насыщенным раствором медного купороса CuSO. Герметизируют (запрессовывают) верхнюю камеру пористой керамической гигроскопичной перегородкой-проставкой, разделяющей корпус на две камеры равных объемов. Вторую камеру заполняют электропроводным гелем, например желатином. В торец корпуса устанавливают (запрессовывают) пористую керамическую гигроскопичную заглушку. Герметизация гигроскопичной заглушки обеспечивается прокладкой, которая прижимается фторопластовой крышкой, навинченной на нижний конец корпуса электрода по наружной резьбе. Для создания электролитической связи на крышке выполнено отверстие.
Закрепляют электрод сравнения внутри РВС или ГО и кабель выводят из емкости. В случае катодной защиты, электрод подключают к станции катодной защиты.
Двухкамерный электрод сравнения обеспечивает высокое качество проведения замеров защитных потенциалов внутренней поверхности емкостного оборудования (РВС и ГО) и обеспечивает автоматическую поддержку защитного потенциала в заданных значениях при катодной защите внутренней поверхности РВС и ГО, конструкция электрода сравнения обеспечивает повышение надежности работы электрода сравнения, и как следствие увеличение межремонтного периода, позволяющего выполнять ревизию электрода сравнения в период остановки емкостного оборудования на ремонт и профилактическое обслуживание, установленное регламентом, через пять лет, при простоте изготовления, снижение расходов на процесс защиты от коррозии РВС и ГО, повышение срока службы, а также расширяет арсенал технических средств измерения потенциала внутренней поверхности емкости.