ЭЛЕКТРОД СРАВНЕНИЯ ДЛЯ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ
REFERENCE ELECTRODE FOR ELECTROCHEMICAL PROTECTION SYSTEMS

Изобретение относится к защите от коррозии подземных металлических сооружений и может быть использовано для измерения потенциала защищаемых сооружений и анодных заземлителей.
Известен электрод сравнения длительного действия [Патент RU №2367725, МПК C23F 13/00 от 26.02.2008], содержащий диэлектрический корпус, заполненный раствором медносульфатного электролита, в который погружен медный электрод в форме спирали, на дне корпуса герметично установлена мембрана для обеспечения электрохимического контакта электрода с грунтом, на боковой стенке корпуса закреплен датчик потенциала, а выходные проводники медного электрода и датчика потенциала соединены с клеммами для подключения к измерительному прибору, при этом в качестве мембраны использована гетерогенная ионопроводящая мембрана, выполненная из спрессованной смеси равномерно распределенных частиц гидрофильного материала в гидрофобном связующем.
Недостатком данного технического решения является изменение потенциала и внутреннего сопротивления электрода при изменении влажности грунта и температуры вследствие пересыхания или кристаллизации солей в мембране, возникновения в ней трещин, невозможность замены электрода вследствие сложности установки. Все эти факторы обусловили даже приостановку закупки и установки Газпромом электродов сравнения длительного действия с ионообменной мембраной в 2006 г.
Наиболее близким к заявляемому является техническое решение, принятое за прототип, электрод биметаллический длительного действия [Патент RU №2219290, МПК C23F от 31.07.2001], состоящий из двух биметаллических пластин (у нас датчик потенциала), которые напылены на противоположных поверхностях пластины - подложки из диэлектрика (изолирующий элемент) и соединены между собой электрически напыленной на боковые поверхности подложки по всему их периметру окантовкой из меди, к которой припаян выводной кабель с наконечником на свободном конце, при этом пластины электрода напылены смесью порошков меди и титана с соотношением массовых частей 3:1 соответственно сплошным однородным полем на каждой противолежащей поверхности подложки.
Недостатком прототипа является отсутствие устойчивости электрода к колебаниям состава коррозионной среды, а также возможность повреждения напыленных покрытий при монтаже электрода в грунт.
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение устойчивости работы электрода сравнения для систем электрохимической защиты к повреждениям при монтаже, снижение ресурсных затрат при установке электрода, расширение возможности измерения электрохимического потенциала защищаемых деталей и тем самым повышение надежности и эффективности катодной защиты.
Техническим результатом изобретения является снижение поляризуемости электрода сравнения, а также повышение его механической устойчивости, повышение количества информации о качестве катодной защиты.
Поставленная задача решается предлагаемой конструкцией электрода сравнения для систем электрохимической защиты подземных сооружений от коррозии, содержащего датчик потенциала, соединенный с выводным кабелем, и изолирующий элемент, причем в качестве изолирующего элемента используется цилиндр из полипропилена с перфорационными отверстиями, внутри которого с помощью эластичного запорно-фиксирующего элемента, находящегося в торце цилиндра из полипропилена с перфорационными отверстиями, зафиксирован датчик потенциала, выполненный из подпрессованного медного порошка, содержащего фракции 30-40 мкм и 100-500 мкм в соотношении 4:1, внутри датчика потенциала расположен контактный наконечник выводного кабеля, перфорированный цилиндр из полипропилена обернут полипропиленовой пленкой толщиной 0,02 мм и размером пор 10-25 мкм, которая зафиксирована на цилиндре из полипропилена с перфорационными отверстиями перфорированной эластичной термоусадочной оболочкой. Выполнение датчика потенциала в виде подпрессованного медного порошка увеличивает площадь поверхности контакта электрода с электролитом за счет высокой удельной поверхности медного порошка, что снижает его внутреннее сопротивление за счет снижения поляризуемости, в результате равновесный потенциал устанавливается за 2-3 часа, что обеспечивает возможность установки электрода в грунт без предварительной выдержки в растворе и снижает временные затраты на его монтаж. Конструкция электрода сравнения выполнена из полипропилена, что повышает его механическую устойчивость. Фракционный состав медного порошка выбран из соображений максимальной площади межзеренных контактов, что сводит к минимуму омическое сопротивление датчика потенциала и способствует снижению поляризуемости. Применение высокопористого датчика потенциала в совокупности с механической устойчивостью конструкции электрода сравнения повышает устойчивость работы датчика в различных типах коррозионных сред. Проведенными исследованиями было показано, что в случае увеличения содержания мелкой фракции более 80% (4:1) межзеренные контакты ухудшаются, что не устраняется подпрессовкой порошка с помощью запорно-фиксирующего элемента. При использовании порошка с фракцией менее 30 мкм часть частиц этой фракции плохо контактирует с контактным наконечником, что не позволяет достичь низкой поляризуемости. При использовании крупной фракции с размерами более 500 мкм создаются поры слишком большого размера, что приводит к вымыванию потенциалопределяющих ионов меди из внутреннего пространства датчика. Расположение датчика потенциала, контактного наконечника и эластичного запорно-фиксирующего элемента внутри цилиндра из полипропилена с перфорационными отверстиями позволяет проводить установку электрода сравнения в грунт без обустройства шурфа, предполагающего использование буровой техники, что способствует снижению ресурсных затрат на установку электрода сравнения.
Устойчивость работы электрода сравнения обеспечивают: выполнение цилиндра перфорированным в совокупности с закреплением на его боковой поверхности полипропиленовой пленки, что создает надежный, быстро устанавливающийся контакт электрода сравнения с почвенными растворами и, вместе с тем, препятствует вымыванию частиц медного порошка в процессе длительной работы; толщина 0,02 мм и размер пор 10-25 мкм полипропиленовой пленки, что способствует сохранению контакта электрода сравнения с почвенной влагой при пониженной влажности и в условиях низких температур; крепление пленки на боковой поверхности с помощью термоусадочной оболочки, что делает контакт электрода сравнения с почвенными растворами надежным даже при частичном зарастании пор пленки.
Таким образом, совокупность существенных признаков, выполнение датчика потенциала из медного порошка, размещение контактного наконечника внутри датчика потенциала, помещение его внутрь цилиндра из полипропилена с перфорационными отверстиями с закрепленной с помощью термоусадочной оболочки на боковой поверхности полипропиленовой пленкой, наличие в конструкции электрода сравнения запорно-фиксирующего элемента обеспечивает устойчивость работы электрода сравнения в различных условиях эксплуатации, снижение затрат на установку и повышение количества информации о качестве катодной защиты.
Сущность изобретения поясняется чертежом. На фиг. 1 показан вид электрода сравнения для систем электрохимической защиты в поперечном сечении, где
1 - датчик потенциала;
2 - цилиндр из полипропилена;
3 - перфорированная эластичная термоусадочная оболочка;
4 - полипропиленовая пленка;
5 - выводной кабель;
6 - эластичный запорно-фиксирующий элемент;
7 - контактный наконечник;
8 - перфорационные отверстия.
Электрод сравнения для систем электрохимической защиты подземных сооружений от коррозии содержит цилиндр из полипропилена 2 с перфорационными отверстиями 8, внутри которого с помощью эластичного запорно-фиксирующего элемента 6, находящегося в торце цилиндра из полипропилена 2 с перфорационными отверстиями 8, зафиксирован датчик потенциала 1, выполненный из подпрессованного медного порошка, что обеспечивает создание устойчивой макроструктуры проницаемых для электролита пор, содержащего фракции 30-40 мкм и 100-500 мкм в соотношении 4:1, внутри датчика потенциала 1 расположен контактный наконечник выводного кабеля 7, цилиндр из полипропилена 2 с перфорационными отверстиями 8 обернут полипропиленовой пленкой 4 толщиной 0,02 мм и размером пор 10-25 мкм, которая зафиксирована на цилиндре из полипропилена 2 с перфорационными отверстиями 8 перфорированной эластичной термоусадочной оболочкой 3. Толщина 0,02 мм и размер пор 10-25 мкм полипропиленовой пленки обеспечивают сохранение контакта электрода сравнения с почвенной влагой при пониженной влажности и в условиях низких температур.
Электрод сравнения для систем электрохимической защиты работает следующим образом. Электрод сравнения устанавливается в необходимую точку в грунт, после чего выводной кабель 5 подключается к соответствующему разъему прибора для измерения поляризационного потенциала. Почвенный раствор проникает через перфорационные отверстия (позицией не обозначены) в перфорированной эластичной термоусадочной оболочке 3, поры (позицией не обозначены) полипропиленовой пленки 4 и перфорационные отверстия 8 на боковой поверхности цилиндра из полипропилена 2 к датчику потенциала 1. Это обеспечивает электрохимический контакт датчика потенциала 1 с окружающей средой. Толщина 0,02 мм и размер пор 10-25 мкм полипропиленовой пленки обеспечивают сохранение контакта электрода сравнения с почвенной влагой при пониженной влажности и в условиях низких температур. За счет такого контакта образуется электрохимическая цепь между защищаемой конструкцией и электродом сравнения. Скачок потенциала на границе датчик потенциала-раствор является при этом стабильным во времени, не зависит от состава почвенного раствора, так как образуется за счет адсорбированных поверхностью порошка ионов меди, появляющихся в результате установления электрохимического равновесия на поверхности медного порошка. Высокая удельная поверхность датчика потенциала 1, выполненного из медного порошка, обеспечивает низкую поляризуемость электрода сравнения. Увеличению сопротивления электрода сравнения во времени вследствие ухудшения межзеренных контактов между частицами медного порошка препятствует подпрессовка медного порошка с помощью эластичного запорно-фиксирующего элемента 6, расположенного внутри цилиндра из полипропилена 2 с перфорационными отверстиями 8, его фиксация внутри цилиндра из полипропилена 2 с перфорационными отверстиями 8 с помощью полипропиленовой пленки 4 и перфорированной эластичной термоусадочной оболочки 3, а также фракционный состав порошка, содержащий фракции 30-40 мкм и 100-500 мкм в соотношении 4:1. Электрод сравнения может быть без повреждений извлечен из точки установки и установлен в любом требуемом месте контроля, что позволяет осуществлять измерение потенциала защищаемой конструкции в нескольких точках вдоль ее поверхности, что увеличивает количество информации о качестве катодной защиты.
Испытания электрода сравнения в лабораторных условиях в модельных растворах сульфата натрия и ячейке с образцами почвы показали, что его потенциал относительно насыщенного хлорсеребряного электрода составляет 100±25 мВ, поляризуемость относительно медно-сульфатного электрода составляет не более 5 мВ. Изменение влажности почвы до 10% не приводит к выходу потенциала датчика за пределы указанных значений. Полученные результаты доказывают промышленную применимость предлагаемого технического решения.