ХИМИЧЕСКИЙ ИСТОЧНИК ТОКА ДЛЯ КОРРОЗИОННОЙ ЗАЩИТЫ

Полезная модель относится к производству автономных источников тока, используемых для катодной защиты трубопроводов, в том числе находящихся в обводненных грунтах, в водной среде, может применяться также для автономного питания телеметрических приборов, контролирующих работу трубопроводов, других удаленных объектов.
Известен химический источник тока по патенту на изобретение Великобритании №1153736, H01M 6/16, 1969, в котором в качестве электролита используют галогениды щелочных и щелочноземельных металлов в растворе алифатического спирта. Положительные электроды состоят из серебра, двуокиси марганца, оксида ртути, отрицательные электроды состоят из цинка, магния, кадмия, олова и алюминия. Создаваемого таким устройством потенциала недостаточно для использования его в качестве источника тока для катодной защиты.
2
Известен гальванический марганцево-магниевый элемент по патенту РФ №2180070, F16L 58/00, 2000 на изобретение. Для электрохимической защиты локального участка магистрального газопровода в качестве источника тока используют гальванический элемент. Отрицательный полюс источника тока соединяют с локальным участком магистрального трубопоровода, положительный полюс источника тока соединен с анодным заземлением. Положительный электрод содержит угольный стержень-токовод и активную массу, имеющую в своем составе пиролюзит (МnО). Отрицательный электрод выполнен из магниевого сплава. Электролит представляет собой раствор хлоридов кальция, магния или натрия. Недостатком являются невысокие электропроводность, ЭДС, токоотдача, высокое внутреннее сопротивление, короткая длительность работы, отсутствие герметичности корпуса, выброс водорда, образующегося в результате химических реакций при работе источника тока.
В качестве ближайшего аналога заявляемому техническому решению выбран патент Японии на изобретение №56038773, по которому в источнике тока, который является аккумулятором, положительный электрод изготовлен из кальцинированной двуокиси марганца - 90,6 мас. %, графитового порошка - 7,4 мас. % и политетрафторэтилена - 2 мас. %. Отрицательный электрод изготовлен из такого металла как литий, натрий или магний. В качестве электролита используют один моль перхлората лития в единице раствора смеси растворителей. Смесь растворителей содержит карбонат пропилена и 1,2-диметоксиэтан. Недостатком является негерметичность корпуса источника тока, не позволяющая помещать его в грунт для использования в качестве катодной электрохимической защиты.
Технической задачей заявляемой полезной модели является повышение эксплуатационных свойств устройства, а именно, - обеспечение возможности использования устройства в качестве химического источника тока для коррозионной защиты трубопровода с помещением его в грунт.
Технический результат заключается в обеспечении герметичности корпуса химического источника тока и повышении значения создаваемого электрического потенциала.
Технический результат обеспечивается за счет того, что в химическом источнике тока для коррозионной защиты, содержащем корпус с клеммами, в котором размещены катод, анод, выполненный из магниевого сплава, согласно полезной модели, корпус выполнен герметичным, электролит выполнен на основе изопропилового спирта с использованием соли лития, катод содержит графитовый диск, помещенный в катодную массу, большую часть которой составляет графитовая пыль, меньшую - добавки оксида металла.
Технический результат достигается за счет использования в качестве электролита соли лития, в частности, хлорида лития, растворенного в органическом растворителе - в изопропиловом спирте. Анод в данном растворе имеет низкую поляризацию, позволяет получить высокую ЭДС. Применение соли лития и изопропилового спирта позволяет повысить напряжение разомкнутой цепи до 2,2 В. При использовании хлорида лития в качестве электролита, не происходит выделение водорода, что позволяет использовать герметичный корпус для источника тока. Это значительно улучшает эксплуатационные свойства изделия, т.к., позволяет применять устройство при погружении его в грунт вблизи защищаемого от коррозии объекта. Заявляемый химический источник тока может быть применен для грунтов различной степени обводненности и для водоемов. Кроме того, указанный состав электролита обеспечивает широкий интервал рабочих температур за счет применения органического растворителя, а именно, изопропилового спирта, температура замерзания которого составляет -90°С, а температура кипения +82,5°С. Химический источник тока сохраняет работоспособность при температуре от -40 до +75°С. Применение в составе катода помимо графитового диска и двуокиси марганца, большого количества графитовой пыли повышает электропроводность устройства. За счет этого уменьшается внутреннее сопротивление, значительно повышается величина тока, получаемая защищаемым объектом от источника.
На фигуре 1 представлена схема химического источника тока для защиты от коррозии.
На фигуре 2 представлена схема работы устройства, применяемого в качестве источника тока для защиты от коррозии.
Защищаемый объект 1 соединен с отрицательным электродом 2 химического источника тока 3, положительный электрод 4 соединен с анодным заземлителем 5. Химический источник тока 3 заключен в герметичный корпус 6. Отрицательный электрод 2 выполнен в виде диска 7 из магниевого сплава, положительный электрод 4 содержит графитовый диск 8 и катодную массу 9, состоящую в основном из графитовой пыли и двуокиси марганца. Положительный электрод 4 отделен от электролита 10 ионно-обменной мембраной 11. В качестве электролита 10 используется хлорид лития в растворе на основе изопропилового спирта, который обеспечивает широкий интервал рабочих температур электролита.
Химический источник тока, применяемый для защиты от коррозии работает следующим образом.
В химическом источнике тока 3 химическая энергия всех заложенных в него активных веществ преобразуется в электрическую энергию при протекании электрохимических реакций. При протекании электрохимических реакций не происходит выделение водорода за счет использования в качестве электролита 10 раствора на основе изопропилового спирта с использованием соли лития. Отсутсвие газообразных выделений при работе химического источника тока 3 позволило изготовить корпус 6 устройства герметичным. Корпус 6 может быть изготовлен как цельным, так и с вмонтированным выпускным клапаном. При установке выпускного клапана корпус 6 является герметичным. Герметичность корпуса 6 в свою очередь обеспечила возможность помещения его в грунт и возможность использования в качестве автономного источника тока для коррозионной защиты трубопроводов. За счет герметичности корпуса 6 внутрь источника тока 3 не попадает влага из грунта, морская и речная вода, это обеспечивает высокие эксплуатационные характеристики устройства, т.к., в процессе работы не нарушается протекание электрохимических реакций внутри химического источника тока 3. Химический источник тока 3 является необслуживаемым герметичным объектом, располагается под землей в непосредственной близости от защищаемого объекта 1 и выполняет функции источника бесперебойного питания. Химический источник тока 3, соединенный с защищаемым объектом 1 и анодным заземлителем 5 вырабатывает постоянный электрический ток. За счет разницы потенциалов подаваемых на защищаемый объект 1 и анодный заземлитель 5 по защищаемому объекту 1 протекает электрический ток, восстанавливая электронный баланс на защищаемой поверхности и нейтрализуя процесс образования коррозии. С помощью химического источника тока 3 задают нужный потенциал на поверхности защищаемого объекта 1. Для повышения защитного потенциала химические источники тока могут собирать в батарею. Срок службы химического источника тока 10-15 лет, интервал рабочих температур от -40 до +75°С. За счет того, что химический источник тока 3 находится под землей, слой грунта выполняет роль термостата.
Таким образом, заявляемое изобретение позволяет повысить такие эксплуатационные характеристики устройства для защиты от коррозии как ЭДС, электропроводность, расширить температурный интервал применения устройства, обеспечить возможность его применения в обводненных грунтах.