Трубчатый анодный заземлитель
Изобретение относится к области электрохимической защиты металлических сооружений от коррозии в почве. Заземлитель содержит трубчатый электрод и провод токоввода с контактным узлом, состоящим из запрессованной в электрод разрезной втулки высотой 20-40 мм с внешним диаметром, на 0,5-2,0 мм меньшим внутреннего диаметра электрода, выполненной с прямоугольным разрезом по диаметру шириной 2-4 мм и глубиной 1,2-1,3 радиуса втулки, причем по центру втулки имеется сквозное отверстие диаметром 8-12 мм, в которое вместе с проводом запрессована металлическая вставка высотой на 10-40 мм больше высоты втулки, диаметр которой меньше диаметра отверстия втулки на 0,4-1,5 мм, а на боковой поверхности вставки с одной стороны выполнена контактная площадка в виде плоского среза под углом 10-12 градусов по отношению к центральной оси, контактный узел загерметизирован, причём трубчатый электрод выполнен из титана с покрытием из смешанных оксидов титана, рутения и иридия с содержанием иридия 8-12%, на внешней поверхности электрода закреплена стальная спираль, контактный узел расположен симметрично относительно средней точки оси трубчатого электрода и с обеих сторон загерметизирован, в разрезной втулке выполнены три отверстия для перетекания компаунда, в торцах электрода закреплены заглушки, причем в верхней заглушке выполнено отверстие для вывода провода. Технический результат - снижение сопротивления электрода и исключение пассивации его поверхности в области высоких плотностей анодного тока в течение длительного срока его эксплуатации. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к области электрохимической защиты металлических сооружений от коррозии в почве и может быть использовано при изготовлении глубинныхи поверхностных анодных заземлений.
Известен анодный зазсмлитель (Патент RU №132079, опубликованный 10.09.2013, MПK C23F 13/06), включающий провод токоввода и подсоединенный к нему по меньшей мере один металлический электрод, выполненный в виде полой сквозной или глухойтрубы, отличающийся тем, что контакт провода токоввода с электродом выполнен в виде по меньшей мере одной пружины сжатия.
Недостатками данного технического решения являются: малая площадь контакта провода токоввода с электродом, а также отсутствие внешней защиты поверхности электрода от механических повреждений.
Известен способ изготовления нерастворимого анода на титановой основе (Патент RU №2468126, опубликованный 27.11.2012, МПК C23F 13/00). Титановая основа анода выполнена из тонкостенной титановой трубы с навитой на нее титановой проволокой, образующей внешний рельефный слой, при этом на трубу резьбой наносят канавку, глубиной 0,1-0,3 мм, с шагом, равным 1,5-3 диаметра титановой проволоки, которую укладывают намоткой по резьбовой канавке и фиксируют на поверхности трубы точечной сваркой, с последующим заполнением пространства между витками проволоки слоем диоксида марганца.
Недостатком данного технического решения является слабая адгезия активного слоя диоксида марганца вследствие сложного профиля покрываемой им поверхности, а также отсутствие защиты поверхности электрода от механических повреждений.
Наиболее близким к заявляемому является трубчатый анодный заземлитель (Патент RU №2594221, опубликованный 10.08.2016, МПК C23F 13/08), содержащий трубчатый электрод из материала на основе магнетита или высококремнистого чугуна, токоввод и термоусадочные муфты, при этом токоввод состоит из двух контактных узлов, расположенных на концах электрода, соединенных жилами токоподводящего кабеля и состоящих из запрессованных в электрод разрезных втулок высотой 20-40 мм, с внешнимдиаметром, на 0,5-2,0 мм меньшим внутреннего диаметра электрода, выполненных с прямоугольными разрезами но диаметру шириной 2-4 мм и глубиной 1,2- 1,3 радиуса втулок, причем но центру втулок имеются сквозные отверстия диаметром 8-12 мм, в которые одновременно с жилами кабеля запрессованы металлические вставки высотой на 10-40 мм больше высоты втулки, диаметр которых меньше диаметра отверстия втулки на 0,4-1,5 мм, а на боковых поверхностях вставок с одной стороны выполнены контактные площадки в виде плоских срезов под углом 10-12 градусов по отношению к центральной оси, начинающиеся на середине вставки, при этом контактные узлы залиты легкоплавким припоем на основе олова толщиной до 12 мм (изолирующий компаунд), а вывод кабеля изолирован силиконовым герметиком.
Недостатками прототипа является отсутствие защиты внешней поверхности электрода от механических повреждений при монтаже, а также использование в качестве материала электрода магнетита, обладающего высоким удельным сопротивлением, что ограничивает диапазон используемых плотностей тока.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение диапазона допустимых плотностей тока анодного заземлителя в течение длительного срока его эксплуатации.
Техническим результатом изобретения является снижение сопротивления электрода и исключение пассивации его поверхности в области высоких плотностей анодного тока в течение длительного срока эксплуатации.
Поставленная задача решается конструкцией трубчатого анодного заземлителя, содержащего трубчатый электрод и провод токоввода с контактным узлом, состоящим из запрессованной в электрод разрезной втулки высотой 20-40 мм, с внешним диаметром на 0,5-2,0 мм меньшим внутреннего диаметра электрода, выполненной с прямоугольным разрезом по диаметру шириной 2-4 мм и глубиной 1,2-1,3 радиуса втулки, причем по центру втулки имеется сквозное отверстие цилиндрической формы диаметром 8-12 мм, в которое одновременно с жилами провода токоввода запрессована металлическая вставка высотой на 10-40 мм больше высоты втулки, диаметр которой меньше диаметра отверстия втулки на 0,4-1,5 мм, а на боковой поверхности вставки с одной стороны выполнена контактная площадка в виде плоского среза под углом 10-12 градусов по отношению к центральной оси, начинающаяся на середине вставки, контактный узел загерметизирован изолирующим компаундом, причем трубчатый электрод выполнен из титана с нанесенным на его поверхность покрытием из смешанных оксидов титана, рутения и иридия с содержанием иридия по закладке 8-12%, на внешней поверхности электрода закреплена стальная защитная спираль, контактный узел расположен симметрично относительно средней точки оси трубчатого электрода и с обеих сторон загерметизирован изолирующим компаундом, в разрезной втулке выполнены три отверстия для перетекания компаунда, в торцах электрода закреплены верхняя и нижняя заглушки, причем в верхней заглушке выполнено отверстие для вывода провода токоввода. В качестве изолирующего компаунда используется силиконовый герметик, легкоплавкий припой на основе олова, эпоксидная смола и т.д.
Использование покрытия из смешанных оксидов титана, иридия и рутения (ОИРТА) на поверхности электрода исключает его анодную пассивацию в повышенных плотностях анодного тока, так как на этом покрытии протекают процессы окисления воды, гидроксид-ионов и ионов хлора, которым соответствует низкое поляризационное сопротивление и отсутствие пассивирующих продуктов. Протекание упомянутых электродных процессов значительно ускоряет каталитически активный слой ОИРТА. Проведенные исследования показали, что максимальной коррозионной стойкостью и каталитической активностью обладает покрытие, содержащее по закладке 8-12% иридия. Содержание иридия по закладке означает его количество, использованное для нанесения активного покрытия. При содержании иридия менее 8% в средах с малым содержанием хлорид-ионов в щелочной области при плотностях анодного тока выше 300 А/м2 в растворах происходит растворение покрытия, что ограничивает диапазон допустимых плотностей анодного тока и сокращает срок службы. При содержании иридия более 12% снижается каталитическая активность электрода, что приводит, к росту поляризации, увеличению сопротивления электрода, что снижает верхний предел допустимых плотностей анодного тока до 220-250 А/м2 в водоемах и 20 А/м2 в грунте. Высокая адгезия оксидного слоя к поверхности титана обеспечивает устойчивость электрода к действию давления крупных частиц кокса и/или грунта, то есть сохранение высоких каталитических свойств и коррозионной устойчивости в почвенных условиях в течение длительного (до 30 лет) срока эксплуатации. В результате анодный заземлитель может длительно работать при плотностях тока до 500 А/м2 в водоемах и при плотностях тока до 50 А/м2 в условиях грунта. Защитой электрода при монтаже является стальная спираль, закрепленная на его внешней поверхности, принимающая на себя истирающие усилия при скольжении электрода по скважине, что, в совокупности с высокой адгезией активного покрытия, позволяет повысить максимальное значение анодной плотности тока до 50 А/м2 в грунте с сохранением этого значения на протяжении требуемого срока эксплуатации. Материал спирали, сталь, выбран из соображений его быстрого растворения в процессе работы и, тем самым, снятия экранирования поверхности электрода спиралью, что повышает активную поверхность электрода и позволяет реализовывать достигнутое максимальное значение плотности тока. Расположение контактного узла в центре симметрии трубы обеспечивает равномерное распределение тока по поверхности электрода, а также позволяет повысить надежность герметизации контактного узла изолирующим компаундом, в качестве которого может использоваться пластичный и гидрофобный силиконовый герметик, легкоплавкий припой на основе олова или эпоксидная смола. Во втулке предусмотрены отверстия для равномерного заполнения компаундом всего внутреннего пространства электрода, что исключает коррозию контактного узла, из-за чего может повышаться внутреннее сопротивление электрода. Этим снимаются факторы преждевременного выхода из строя анодного заземлителя по причинам, не связанным с природой активного слоя на его поверхности. Закрепление в торцах электрода заглушек предотвращает повреждение изолирующего компаунда под действием давления грунта, а также обеспечивает элемент жесткости конструкции электрода по отношению к сминающим усилиям, что является дополнительным фактором продления срока службы электрода. Отверстие в верхней заглушке обеспечивает вывод провода токоввода и его фиксацию по отношению к растягивающим и скручивающим усилиям, что исключает повреждения контактного узла при монтаже. В результатепредотвращается снижение допустимой максимальной плотности тока при длительной эксплуатации. Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг. 1 изображенвид анодного заземлителя в поперечном сечении.
На фиг. 2 изображена конструкция крепления провода токоввода в поперечном сечении.
На фиг. 3 показана конструкция крепления провода токоввода в продольном сечении.
Трубчатый анодный заземлитель содержит трубчатый электрод 1, выполненный из титана с нанесенным на его поверхность покрытием из смешанных оксидов титана, рутения и иридия с содержанием иридия по закладке 8-12% и провод токоввода 2 с контактным узлом, состоящим из запрессованной в электрод разрезной втулки 3, расположенной симметрично относительно средней точки оси электрода 1, высотой 20-40 мм, с внешним диаметром на 0,5-2,0 мм меньшим внутреннего диаметра электрода 1, выполненной с прямоугольным разрезом по диаметру 4 шириной 2-4 мм и глубиной 1,2-1,3 радиуса втулки 3, причем по центру втулки 3 имеется сквозное отверстие 5 цилиндрической формы диаметром 8-12 мм, в которое одновременно с жилами 6 провода токоввода 2 запрессована металлическая вставка 7 высотой на 10-40 мм больше высоты втулки 3, диаметр которой меньше диаметра отверстия втулки 5 на 0,4-1,5 мм, а на боковой поверхности вставки 7 с одной стороны выполнена контактная площадка в виде плоского среза под углом 10-12 градусов по отношению к центральной оси, начинающаяся на середине вставки 7. На внешней поверхности электрода закреплена стальная защитная спираль 8. В торцах электрода 1 закреплены верхняя 9 и нижняя 10 заглушки, причем в верхней заглушке выполнено отверстие для вывода провода токоввода 2. Контактный узел с обеих сторон загерметизирован изолирующим компаундом 11, в качестве которого может использоваться силиконовый герметик, легкоплавкий припой на основе олова, эпоксидная смола и т.д. Во втулке 3 выполнены отверстия 12 для перетекания изолирующего компаунда 11 при заполнении трубчатого анодного заземлителя.
Трубчатый анодный зазсмлитель работает следующим образом. Трубчатый анодный заземлитель помещают в подготовленную в грунте скважину. В этом процессе защитная спираль 8 предотвращает повреждение каталитически активного ОИРТА-покрытия, чем обеспечивается сохранение свойств покрытия на максимально возможный срок эксплуатации. После засыпки установленного анодного заземлителя грунтом на торцах анодного заземлителя возггикает повышенное давление, действие которого на контактный узел и провод токоввода 2 компенсируют верхняя 9 и нижняя 10 заглушки. Провод токоввода 2 подключают к положительному полюсу станции катодной защиты. По проводу токоввода 2, через жилы 6, металлическую вставку 7, запрессованную одновременно с жилами 6 провода токоввода 2 в сквозное отверстие втулки 3, трубчатому электроду 1 протекает ток расчетной силы и напряжения. Основными электродными процессами, протекающими на поверхности электрода 1, являются выделение кислорода и хлора, обладающие низким поляризационным сопротивлением. Равномерность распределения тока по поверхности трубчатого электрода 1 обеспечивается расположением разрезной втулки 3 симметрично относительно средней точки оси электрода 1. Равномерность распределения тока снижает потери от коррозии активного покрытия, чем продляет срок службы анодного заземлителя. Каталитически активное покрытие поверхности электрода 1, состоящее из оксидов титана, рутения и иридия, обеспечивает возможность протекания через электрод 1 тока плотностью до 50 А/м2 в грунте. В процессе длительной работы проникновение почвенной влаги в контактный узел блокируется расположением изолирующего компаунда 11 с обеих сторон. В качестве изолирующего компаунда может использоваться силиконовый герметик, легкоплавкий припой на основе олова, эпоксидная смола и т.д. Равномерность распределения изолирующего компаунда по внутреннему объему электрода обеспечивается отверстиями 12 во втулке 3.
1. Трубчатый анодный заземлитель, содержащий трубчатый электрод и провод токоввода с контактным узлом, состоящим из запрессованной в электрод разрезной втулки высотой 20-40 мм с внешним диаметром, на 0,5-2,0 мм меньшим внутреннего диаметра электрода, выполненной с прямоугольным разрезом по диаметру шириной 2-4 мм и глубиной 1,2-1,3 радиуса втулки, причем по центру втулки имеется сквозное отверстие цилиндрической формы диаметром 8-12 мм, в которое одновременно с жилами провода токоввода запрессована металлическая вставка высотой на 10-40 мм больше высоты втулки, диаметр которой меньше диаметра отверстия втулки на 0,4-1,5 мм, а на боковой поверхности вставки с одной стороны выполнена контактная площадка в виде плоского среза под углом 10-12 градусов по отношению к центральной оси, начинающаяся на середине вставки, при этом контактный узел загерметизирован изолирующим компаундом, отличающийся тем, что трубчатый электрод выполнен из титана с нанесенным на его поверхность покрытием из смешанных оксидов титана, рутения и иридия с содержанием иридия по закладке 8-12 %, на внешней поверхности электрода закреплена стальная защитная спираль, а контактный узел расположен симметрично относительно средней точки оси трубчатого электрода и с обеих сторон загерметизирован изолирующим компаундом, при этом в разрезной втулке выполнены три отверстия для перетекания компаунда, в торцах электрода закреплены верхняя и нижняя заглушки, а в верхней заглушке выполнено отверстие для вывода провода токоввода.
2. Трубчатый анодный заземлитель по п. 1, отличающийся тем, что в качестве изолирующего компаунда используется силиконовый герметик, легкоплавкий припой на основе олова, эпоксидная смола.
