МНОГОСЛОЙНОЕ ПОЛИМЕРНОЕ ИЗДЕЛИЕ ЭЛЕКТРОД АНОДНОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ

Область техники.
Полезная модель относится к изделиям, используемым в электрохимической защите металлических объектов и предназначена, в частности, для катодной защиты подземных сооружений. Область применения включает в себя любые объекты промышленного, бытового, индивидуального назначения.
Уровень техники.
Развитие современной полимерной химии позволило создать токопроводящие полимеры с особыми свойствами, которые позволяют использовать их в самых различных отраслях.
Данное устройство предназначено для работы в сложных климатических условиях при монтаже токоотдающих контуров анодных заземлений установок защиты от коррозии - катодной защиты металлических и железобетонных сооружений. Полимерсодержащие электроды - важный элемент в устройствах катодной защиты при контакте подземных сооружений с речной водой, с грунтом, с соленой водой, а также при контакте с другими электролитическими средами, и используется в устройствах заземлений защиты от грозы и защиты от высоких напряжений и статического электричества.
Из уровня техники известно комбинированные многослойные изделия из нескольких слоев эластомера с металлом - протяженный эластомерный электрод, анодное заземление и глубинный анодный заземлитель, выполненные в виде гибкого токопроводящего стержня, покрытого одной или несколькими токопроводными эластомерными оболочками и/или комбинациями эластомерных оболочек с углеграфитовыми волокнами по патенту РФ 2225420 опублик. 2004. Недостатками является то, что технология изготовления электродов на поточной линии непрерывной вулканизации в поле СВЧ и воздушном тепловом вулканизаторе (линия ЛВПР-300) очень сложна и многостадийна и, как любой многостадийный процесс обладает низкой надежностью.
Известно многослойное полимерное изделие эластомерный электрод по патенту РФ 2291226, содержащий оболочку из эластомера и выполненное в виде многослойного рукава, в котором чередуются слои из эластомерного материала и слои токоввода.
Одним из наиболее близких к заявленному техническому решению является электропроводная эластомерная композиция для заземляющих эластомерных электродов по патенту РФ 2225420, опублик. 2004 г., в котором описан заземляющий протяженный эластомерный электрод и анодное заземление, позволяющие повысить долговечность эластомерных электродов по сравнению с другими аналогами. Недостатком также является сложность и многостадийность технологии изготовления электродов.
Известна система с анодным элементом для катодной защиты от коррозии подземных сооружений, которая также является близким аналогом к заявленной полезной модели, раскрытая в RU 2111283 опубл. 1998. Система содержит токозадающую полимерную оболочку и токоввод, который снабжен дополнительным слоем-оболочкой с коксовой засыпкой (материалом богатым углеродом).
Недостатком описанной «системы» является то, что в ней не решен вопрос улучшения качества именно электрода, вопрос увеличения срока его эксплуатации, что приводит неизбежно к невысокой надежности. Данный недостаток устраняется заявленным решением.
Кроме того, при использовании в качестве элемента электрода нового материала засыпки кокса с особым содержанием не углерода - как это известно из уровня техники, а связанного углерода (как это описано в формуле заявленной полезной модели) улучшаются прочие основные рабочие характеристики эластомерного электрода, такие как постоянная распространения тока α [1/м]; характеристическое сопротивление Z [Ом]; номинальная удельная плотность анодного тока J [мА/м]; скорость анодного растворения q [кг/А*год].
В заявленном решении использована новая засыпка с характеристикой по такому параметру как содержание связанного углерода, то есть по беззольной части кокса.
Технический результат.
Техническим результатом заявленной полезной модели является повышение на величину до 50% срока службы такого электрода за счет выполнения такой оболочки, которая ранее не применялась, а именно - с коксовой засыпкой с содержанием в ней связанного углерода не менее 97 мас%. Следует отметить, что такое количество связанного углерода в оболочке с засыпкой помимо повышения надежности улучшает на 5-10% в среднем прочие рабочие характеристики.
Технический результат достигается следующей совокупностью существенных признаков полезной модели, а именно тем, что электрод анодного заземления, содержит токозадающую полимерную оболочку, токоввод, и дополнительный слой - оболочку с коксовой засыпкой с содержанием в ней связанного углерода не менее 97 мас%.
Дополнительно электрод может быть выполнен с наружным диаметром токопроводящего полимера размером 12,1-13,3 мм, составляющим 0,45-0,55 от общего диаметра электрода,
- типовое удельное сопротивление коксовой оболочки может составлять 4,0×10-3 Ом·м,
- удельное количество коксовой засыпки в оболочке, не менее 1,1 кг/м.п,
2
- токоввод может быть выполнен с эффективным сечением медного проводника, не менее 13,2 мм,
-3
- удельное сопротивление медного проводника может составлять не более 1,5×10 Ом·м.
Сущность полезной модели.
Снабжение устройства дополнительным слоем - оболочкой с коксовой засыпкой с содержанием в ней связанного углерода не менее 97 мас% обеспечивает заявленный технический результат не только улучшает на 5-10% в среднем рабочие характеристики, в том числе распределенную токоотдачу, но и увеличивает на величину до 50% срок службы такого электрода, т.е. повышается надежность полезной модели.
Применяется аявленное устройство в системах катодной защиты:
- портовых и причальных сооружений, морских платформ и иных гидротехнических сооружений.
- подводных переходов однониточных трубопроводов и их многониточных систем;
- магистральных, промысловых и иных трубопроводов и многониточных систем трубопроводов в любых грунтах, включая скальные, засушливые, пустынные и многолетнемерзлые;
- технологических резервуаров любого назначения, включая внутреннею поверхность;
- разветвленных коммуникаций компрессорных, газораспределительных, нефтеперекачивающих станций,
теплоэлектростанций и промышленных площадок иного назначения.
Заявленное устройство может работать в диапазонах температуры окружающей среды от минус 60°C до плюс 60°C.
Осуществление полезной модели.
Пример 1.
Электрод содержит токозадающую полимерную оболочку и токоввод, и состоящий из слоев токопроводящего полимера с металлом токоввода. Устройство снабжено дополнительным слоем - оболочкой с коксовой засыпкой.
Содержание в засыпке связанного углерода 99 мас%.
При монтаже питающего кабеля устройство снабжено изоляцией в виде муфты со слоем герметика и термоусаживаемой трубки.
Наружный диаметр токопроводящего полимера 13,0 мм.
-3
Типовое удельное сопротивление коксовой оболочки 4,0×10 Ом·м.
Удельное количество коксовой засыпки в оболочке, 1,1 кг/м.п.
2
Токоввод выполнен с эффективным сечением медного проводника 13,2 мм.
-3
Удельное сопротивление медного проводника 1,5×10 Ом·м.
Укладка произведена была с бухты с борта автомобиля.
Сравнение характеристик провели по отношению к характеристикам по патенту RU 2111283:
Испытания показали повышение надежности (т.е. соответственно срока службы) по сравнению с указанным аналогом на 47%, а прочие вышеуказанные рабочие характеристики улучшились в среднем на 7%.
Пример 2.
Испытывался электрод анодного заземления.
Структура электрода:
- токозадающая оболочка из полимерного материала,
- токоввод,
- дополнительный слой выполнен в виде оболочки,
- в оболочке засыпан кокс, удельное количество коксовой засыпки в оболочке, 1,2 кг/м.п,
- содержание связанного углерода 97,2 мас%.
При этом наружный диаметр токопроводящего полимера 12,9 мм.
-3
Типовое удельное сопротивление коксовой оболочки при этом было 4,0×10 Ом·м,
2
- токоввод имеет эффективное сечение медного проводника, 13,2 мм,
-3
- удельное сопротивление медного проводника 1,45×10 Ом·м.
Укладка произведена была с использованием устройства для протягивания.
Сравнение характеристик провели по отношению к характеристикам изделия по патенту RU 2291226:
Испытания показали, что повышение надежности (т.е. соответственно срока службы) по сравнению с указанным аналогом составляет 50%, а прочие вышеуказанные рабочие характеристики улучшились в среднем на 10%.
Пример 3.
Испытывался электрод анодного заземления.
Структура электрода:
- токозадающая оболочка из полимерного материала,
- токоввод,
- дополнительный слой выполнен в виде оболочки,
- в оболочке засыпан кокс, удельное количество коксовой засыпки в оболочке, 1,2 кг/м.п,
- содержание связанного углерода 97,2 мас%.
При этом наружный диаметр токопроводящего полимера 12,1 мм.
2
Типовое удельное сопротивление коксовой оболочки при этом было 4,0×10-3 Ом·м, а токоввод имеет эффективное сечение медного проводника, 13,3 мм,
Удельное сопротивление медного проводника 1,499×10-3 Ом·м.
Укладка произведена была с использованием устройства для протягивания.
Испытания показали, что срок службы электрода по сравнению с изделием по патенту RU 2111283 повысился на 50%, а прочие вышеуказанные рабочие характеристики улучшились в среднем на 8%,
Пример 4.
Структура изготовленного электрода:
- токозадающая оболочка из полимерного материала,
- токоввод,
- дополнительный слой выполнен в виде оболочки,
- в оболочке засыпан кокс с содержанием связанного углерода 97,0 мас%., удельное количество коксовой засыпки в оболочке 1,15 кг/м.п,
При этом наружный диаметр токопроводящего полимера 13,3 мм.
Такой диаметр соответствовал 0,55 от общего диаметра электрода,
-3
Типовое удельное сопротивление коксовой оболочки при этом было 4,0×10 Ом·м.
2
Токоввод имеет эффективное сечение медного проводника, 13,2 мм.
-3
А удельное сопротивление медного проводника может 1,5×10 Ом·м.
Укладка произведена была с барабана с помощью кабелеукладчика.
Сравнение характеристик провели по отношению к характеристикам изделия по патенту RU 2291226:
Испытания показали, что повышение надежности (т.е. соответственно срока службы) по сравнению с указанным аналогом составляет 49%, а прочие вышеуказанные рабочие характеристики улучшились в среднем на 10%.