Анодный заземлитель

 

Изобретение относится к катодной защите объектов от коррозии и электрохимической обработки почв, илов и др. дисперсных сред, в целях очистки от загрязнений, а также для изменения солесодержания, влажности, прочности и др. свойств. Устройство содержит токоввод и последовательно соединенные электроды, каждый из которых выполнен в виде концентрично расположенных кабеля, тонкостенного титанового корпуса с каталитическим покрытием наружной поверхности, контактными втулками, а также герметичным соединением торцев корпуса с кабелем путем обжима с обеспечением электрического контакта корпуса со втулкой путем контактной сварки, а свободные внутренние полости корпуса заполнены изоляционным компаундом. На поверхности контакта корпуса со втулкой может быть нанесен локально слой меди или др. металла методом фрикционного нанесения. Поверх слоя катализатора может быть нанесен слой материала с электронной или дырочной проводимостью. Для использования в качестве катода корпус заземлителя может выполняться из стали. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к катодной защите объектов от коррозии и электрохимической обработке почв, илов и др. увлажненных дисперсных сред, в целях очистки от загрязнений, а также для изменения солесодержания, влажности, прочности и др. свойств. Объектом изобретения является один из основных рабочих органов, в наибольшей мере подверженных износу, в физико-химических процессах электродиализа, электроосмоса и электрофореза, которые могут найти широкое применение, в частности для очистки илов, почв и др. объектов от загрязнений (например, для регенерации ила, используемого для очистки воды на городских станциях водоснабжения).

Известен анодный заземлитель по [1] содержащий токоввод и последовательно соединенные электроды, каждый из которых выполнен в виде концентрично расположенных стержня и металлического корпуса, пространство между которыми заполнено электропроводным материалом.

Недостаток анода по [1] быстрое растворение анодного материала в агрессивных средах.

В качестве прототипа использован анодный заземлитель по [2] в котором титановый пустотелый корпус, покрытый снаружи и изнутри специальным катализатором, соединен с коаксиальным кабелем путем обжима втулок на концах корпуса и по длине анода (в связи с ненадежностью обжимного контакта с пленкообразующим каталитическим материалом, этот контакт многократно дублируют).

Недостатки прототипа следующие: для обеспечения долговечности и требуемой электропроводности анода (титан или тантал металлы, стойкие к агрессивным средам, вместе с тем относятся к пленкообразующим материалам, окислы которых не электропроводны) всю поверхность корпуса как внутреннюю, так и внешнюю покрывают слоем катализатора из анодноактивного нерастворимого материала (двуокись рутения, соединения иридия и др. металлов). Этот дорогостоящий материал на внутреннюю поверхность корпуса прототипа наносится избыточно, т.к. он необходим только в местах обжима втулок, находящихся внутри корпуса, что определено способом осуществления электрического контакта в устройстве. При этом любая разгерметизация корпуса за счет коррозии, из-за температурных колебаний, механических повреждений и др. причин, приведет к снижению сроков службы анода и к загрязнению окружающей среды за чет коррозии кабеля, во избежание чего требуется увеличение толщины титанового или танталового корпуса.

Для устранения отмеченных недостатков [1] и [2] предлагается наносить катализатор только на наружную поверхность корпуса, электрический контакт внутренней поверхности со втулкой осуществлять контактной сваркой, а внутренние свободные полости корпуса заполнять изоляционным компаундом; на поверхность контакта титанового корпуса со втулкой может быть нанесен слой меди или др. электропроводного материала методом фрикционного нанесения; поверх слоя катализатора может быть нанесен слой металла или др. проводника с электронной или дырчатой проводимостью (например, магнетит, полимербетон с высоким содержанием графита и др.); при использовании предлагаемого заземлителя в качестве катода его корпус может изготавливаться из стали.

Устройство иллюстрируется чертежом, на котором в круге 1 изображен ввод кабеля, на который нанизаны как бусы линейные (в кругах 2 и 3) и концевой (в круге 4) электроды. Каждый электрод состоит из титанового или танталового тонкостенного корпуса 5, покрытого снаружи катализатором (двуокись рутения или др. ) 6 для обеспечения электрической проводимости от корпуса 5 к электропроводной засыпке 7 (кокс, активированный уголь или др.), удерживаемой водопроницаемой тканью 8 внутри перфорированной гибкой обсадной трубы (рукава) 9. Поверх катализатора для увеличения срока службы и снижения расхода драгметаллов наносится слой проводника, стойкого к условиям работы. Жила 10 кабеля из медной луженой крученой проволоки имеет электрическую и химически стойкую изоляции соответственно 11 и 12. Непосредственно на жиле 10 установлена путем обжима разрезная втулка 13. Свободное пространство между наружной поверхностью кабеля и корпусом 5 заполнено изоляционным компаундом (герметиком) 14, устойчивым к агрессивным средам. Снаружи корпуса 5 установлено обжимное кольцо 15. Электрический контакт между корпусом 5 и втулкой 13 обеспечивается контактной сваркой 16, которую производят пропуском тока с соответствующими параметрами от жилы кабеля 10 к корпусу 5 после обжатия кольца 15, а место контакта торцовой части корпуса 5 обжимным кольцом 17, а торец анодного заземлителя закрывают путем обжима заглушки 18 после заполнения свободных полостей корпуса 5 изоляционным компаундом 14. При этом втулка 13 пропускает сквозь себя компаунд по сквозным пазам 19.

Вместо слоя катализатора внутри поверхности корпуса 5 (на места контакта втулок 13 с корпусом 5) может быть нанесен слой меди или др. электропроводного материала методом фрикционного нанесения. Для этого соответствующий пояс корпуса очищают щеткой, состоящей из стальных и медных проволок. При этом стальные проволочки делают царапины на поверхности корпуса, которые заполняются металлом мягких проволочек (медью). Таким образом получают электропроводный слой, защищающий титан от окисной пленки, достаточный для обеспечения электрического контакта как обжимом, так и контактной сваркой.

Для использования заземлителя в качестве катода в системах обработки дисперсных сред корпус может быть выполнен из стали. На наружную поверхность корпуса наносят слой проводника с электронной или дырчатой проводимостью. Дополнительно в любом варианте исполнения заземлителя для увеличения поверхности электрода и фиксации из обрабатываемой среды примесей заземлитель помещают в гибкую перфорированную обсадную трубу с большой поверхностью пор, заполненную пористым углеродным материалом. В процессе эксплуатации при необходимости этой слой смачивают водой.

Работает устройство следующим образом.

Электрический ток, поступая с ввода 1 от жилы 10 кабеля, защищенной электрической 11 химически стойкой 12 изоляциями, идет на втулку 13 и через нее по сварке 16 на корпус 5 электродов-заземлителей 2, 3 и 4. Благодаря катализатору 6 электрический ток выходит со всей поверхности корпуса 5 в электропроводную засыпку 7, с которой может идти по жидкости через водопроницаемую ткань 8 и перфорированные стенки трубы (рукава) 9. При этом внутренние полости электродов защищены в случае разрушения корпуса изоляционным компаундом 14, проникающим и за втулки 13 по пазам 19, до обжатия колец 15, 17 и 18.

Новая совокупность существенных признаков проявляет новый технический эффект, а именно позволяет в условиях недоступности электрических сопряжений корпуса и кабеля обеспечить надежный электрический контакт, экономию дорогого катализатора, а также повысить надежность и производительность электродов, использовать их в принципиально новых технологиях многократного мобильного использования, когда электроды в виде намотанных на катушки труб разворачивают, например, на зараженной местности и проводят ее очистку, после чего увозят на другие территории.

Использование предлагаемого устройства позволяет значительно сократить время обработки сред, уменьшить капитальные затраты, исключить загрязнение и заражение окружающей среды в процессе катодной защиты, увеличить ресурс работы установок.

Раскрывая признак ".поверх катализатора наносят слой материала.", отметим, что это можно выполнять гальваническим путем (например, магнетит) путем засыпки графита, кокса и др. материала с последующей обвязкой, путем обмазки отверждающейся бетонной или др. тестообразной массой со стальной, медной и др. стружкой.

Формула изобретения

1. Анодный заземлитель, содержащий токоввод, концентрически расположенные кабель, корпус с каталитическим покрытием и контактную втулку, причем соединение торцов корпуса с кабелем выполнено герметичным, отличающийся тем, что каталитическое покрытие выполнено только на наружной поверхности корпуса, соединение внутренней поверхности корпуса с втулкой выполнено за счет контактной сварки, а свободные внутренние полости титанового корпуса заполнены изоляционным компаундом.

2. Заземлитель по п.1, отличающийся тем, что в месте контакта корпуса с контактной втулкой выполнен методом фрикционного нанесения слоя металла.

3. Заземлитель по п.2, отличающийся тем, что в качестве металла использована медь.

4. Заземлитель по п.1, отличающийся тем, что на внешней стороне каталитического покрытия расположен слой материала с электронной или дырочной проводимостью.

5. Заземлитель по п.1, отличающийся тем, что корпус выполнен из титана.

6. Заземлитель по п.1, отличающийся тем, что корпус выполнен из стали.

РИСУНКИ

Рисунок 1