Протектор

 

Изобретение относится к защите от корозии и может быть использовано при катодной защите подземных и подводных трубопроводов. Цель изобретения повышение КПД протектора путем снижения переходного сопротивления электрода, увеличения получаемой ЭДС и ее стабилизации. Протектор содержит электрод 1 с сердечником 2, выполненный из электрохимически активного материала с электронной проводимостью, непосредственно контактирующей с электродом 1 электролитический активатор 3, электропроводную оболочку 4 и подключенный к сердечнику 3 токоввод 5. Электрод, активатор и оболочка выполнены из n соответственных частей. Части электрода не имеют прямого электрического контакта. Между соответствующими частями электрода-активатора и активатора-оболочки осуществлен непосредственный контакт. Материал оболочки отличен от материала электрода 1, что обеспечивает получение составляющих ЭДС протектора. Токоввод (по меньшей мере один) подключен к сердечнику первой части электрода 1. Каждая i-я (i 1,2,3,) часть оболочки электрически соединена с i + 1 частью электрода либо проводником 6, либо контактирует со всей внутренней поверхностью i + 1 части электрода. Соответствующие части электрода, активатора и оболочки могут быть отделены одна от другой диэлектрическим слоем 7 в виде перегородок, дисков, торцовых съемных элементов 9, которые предотвращают закорачивание отдельных частей протектора через грунт. Концевая часть оболочки может быть снабжена гибким кабелем высокой проводимости. Весь протектор может быть выполнен в виде гибкого кабеля. Последняя часть оболочки может быть покрыта снаружи кожухом из материала с электронной проводимостью, величина собственного потенциала которого исключает образование противо-ЭДС в гальванопаре с металлом сооружения. Данный протектор обеспечивает стабильное значение ЭСД установки в расширенном диапазоне значений (до 4 6 В) при малых габаритах, простоте конструктивного исполнения и промышленной доступности используемых материалов. 6 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к области электрохимической защиты от коррозии металлических объектов, а именно к комплектным протекторам, которые могут быть использованы в протекторных установках для, например, катодной поляризации подземных или подводных сооружений, в частности трубопроводов. Цель изобретения повышение КПД протектора путем снижения переходного сопротивления, электрода, увеличения получаемой ЭДС и ее стабилизации. На фиг.1 представлен протектор в изометрии, четвертичный разрез; на фиг. 2 концентрический вариант выполнения протектора; на фиг.3 вариант выполнения протектора с полным окружением электрода оболочкой; на фиг.4 вариант выполнения протектора с концевой частью оболочки в виде гибкого кабеля; на фиг. 5 протектор, выполненный полностью в виде гибкого кабеля; на фиг.6 то же, вид наборного цилиндра; на фиг.7 то же, в кожухе, поперечный разрез. В комплектном протекторе электрод 1 с сердечником 2 состоит из n отдельных частей (фиг.1 из 4-х частей, фиг.2 из 3-х, фиг.3 из 2-х и т.п.). Отдельные части электрода не имеют прямого электрического контакта между собой и выполнены из электрохимически активного материала с электронной проводимостью (например, магния, эластомера с углеродсодержащим наполнителем, т.п.). Электролитический активатор 3 (например, бентонит) также состоит из отдельных частей, каждая из которых размещена между соответствующими ей частью электрода 1 и частью электропроводной оболочки 4. Таким образом, каждая часть активатора 3 покрывает внешнюю поверхность соответствующей части электрода 1 и покрыта внутренней поверхностью соответствующей части оболочки 4. При этом между указанными частями электрода и активатора, а также частями активатора и оболочки осуществлен непосредственный электрический контакт. Оболочка 4 выполнена из электропроводного материала (например, меди, олова, серебра, электропроводной резины и пр.). Главным условием выбора материала оболочки является его электрохимическая активность, которая должна отличаться от электрохимической активности материала электрода 1, дабы получить составляющие ЭДС протектора (примеры см. ниже). Токоввод 5 (по меньшей мере один) подключен к сердечнику 2 первой части электрода 1. Каждая i-я (i 1,2,3.) часть оболочки 4 электрически соединена с i+1 частью электрода 1 либо посредством проводника 6 (фиг.1), либо контактирует со всей внутренней поверхностью i+1 части электрода (фиг.2). В отдельных вариантах выполнения комплектного протектора (фиг.1, 2, 3, 4, 6, 7) соответствующие части электрода 1, активатора 3 и оболочки 4 отделены одна от другой диэлектрическим слоем 7. Диэлектрический слой 7 может быть выполнен в виде перегородок, в том числе в форме дисков 8 (фиг.6) и торцовых съемных элементов 9 (фиг.1, 2, 3, 4, 6), повторяющих форму торцевых поверхностей протектора. Элементы 9 служат для предотвращения закорачивания отдельных частей электрода оболочки и активатора через грунт. В одном из вариантов выполнения протектора (фиг.4) последняя часть оболочки 4 включает в себя концевой элемент в виде гибкого кабеля 10, выполненного из электропроводного материала с электронной проводимостью (например, из материала оболочки) и содержащего сердечник, электропроводность которого во много раз превышает электропроводность основного материала материала оболочки 4 или материала кабеля 10, если кабель выполнен из иного материала, нежели оболочка. Начальный торец кабеля 10 сопряжен с внешней поверхностью оболочки (торцевой или боковой). В одном из вариантов конструктивного исполнения протектора (фиг.7) последняя часть оболочки 4 покрыта снаружи кожухом 11 из электропроводного материала с электронным типом проводимости (например, медь). Выбор материала кожуха обусловлен величиной его собственного потенциала, которая должна исключать образование противо-ЭДС в гальванопаре с материалом защищаемого сооружения. Работа комплектного протектора осуществляется в протекторной установке путем его помещения в грунт и подключения токоввода к защищаемому сооружению, ЭДС этой установки, которая может практически достигать нескольких десятков вольт, создает в цепи защиты электрический ток, который поляризует и защищает сооружение, одновременно разрушая комплектный протектор. В зависимости от направления тока защиты разрушаются либо электрод (все его части) при катодном протекторе, либо оболочка (все ее части) при анодном протекторе. Специфика применения протекторной защиты предъявляет определенные требования к защитным установкам и режимам их работы. Одним из таких требований является обеспечение возможности управления токоотдачей протектора в условиях грунтов высокой проводимости. Это необходимо для повышения КПД защиты и продления срока службы протекторной установки. При низком сопротивлении внешней цепи защиты (сопротивления растеканию защищаемого объекта и протектора), возможность управления токоотдачей обеспечивает дифференциация внутреннего сопротивления комплектного протектора. Это возможно за счет регулирования сопротивления между электродом и оболочкой. Конструктивно регулировку осуществляют, модифицируя устройство комплектного протектора. Для ограничения токоотдачи за счет уменьшения диаметра электрода 1 последний выполняют в виде набора концентрических цилиндров переменного диаметра (фиг. 2). При этом оболочка 4 также разделена на соответствующее количество концентрических цилиндров переменного диаметра. Внутренний диаметр i+1 части электрода равен наружному диаметру i-й части оболочки. Пространство между соответствующими частями электрода 1 и оболочки 4 заполнено той же частью активатора 3. Во избежание закорачивания отдельных частей протектора через грунт торцы 1-й и n-й частей активатора 3 закрывают изолирующими крышками 9 (торцевыми съемными элементами). Для ограничения токоотдачи за счет уменьшения длины электрода последний выполняют в виде набора цилиндрических частей ограниченной длины и такого же количества цилиндрических частей оболочки 4 и активатора 3 такой же длины, разделенных диэлектрическими дисками 8 того же диаметра, что и части оболочки 4 (фиг.6). При этом торцы 1-й и n-й частей активатора также закрывают изолирующими крышками 9. В грунтах высокого сопротивления возникает необходимость снижения внутреннего сопротивления комплектного протектора, чтобы увеличить его токоотдачу. Для повышения токоотдачи за счет увеличения поверхности оболочки последнюю выполняют в виде частей, полностью окружающих соответствующие части электрода (фиг.3). При этом торцы 1-й и n-й частей активатора закрывают изолирующими крышками 9 для предотвращения закорачивания через грунт. Для повышения токоотдачи за счет снижения сопротивления растеканию тока с комплектного протектора в грунт весь протектор выполняют в виде гибкого электропроводного кабеля (фиг. 5) или n-ю, последнюю, оболочку протектора снабжают концевым элементом в виде гибкого электропроводного кабеля 10 с сердечником высокой проводимости (фиг.4). Оба конструкционных решения позволяют получить новый качественный эффект, заключающийся в формировании новой формы поля тока в земле, соответствующей протяженному линейному проводнику с утечкой. Повышения токоотдачи протектора можно добиться за счет дополнительного увеличения ЭДС протекторной установки. Это достигается путем нанесения на внешнюю поверхность n-й части оболочки, контактирующей с окружающим грунтом, n+1 ее части т.е. кожуха 11, выполненного из материала, собственный потенциал которого создает в гальванопаре с материалом защищаемого сооружения ЭДС того же направления, что и ЭДС всего комплектного протектора в целом (фиг. 7). Конкретный пример практической реализации и преимуществ предлагаемого протектора можно представить следующим образом. При необходимости автономно защитить от почвенной коррозии стальное подземное сооружение, например, резервуар, с переходным сопротивлением 3 Ом потребовался общий ток защиты 1 А. В грунте низкого сопротивления, где можно пренебречь собственным переходным сопротивлением протекторной установки и сопротивлением соединительных проводов, токоотдачу протектора определяет переходное сопротивление защищаемого сооружения. Исходя из этого даже наиболее эффективный протектор из магниевого сплава, имеющий ЭДС протекторной установки для защиты от коррозии стального сооружения со средним потенциалом коррозии 0,5 В м.с.э. равную 1,0 В (при установившемся потенциале протекторного материала 1,5 В м.с.э.), не может обеспечить требуемую токоотдачу, так как создает ток в цепи защиты лишь 0,33 А. В то же время заявляемый комплексный протектор легко позволяет обеспечить необходимую ЭДС протекторной установки 3В и создать ток защиты 1 А. Для этого электрод из магниевого сплава помещают в бентонитовый активатор и окружают медной оболочкой. Затем его разделяют на три части, каждую из которых помещают в соответствующую часть бентонитового активатора и окружают аналогичной частью медной оболочки с собственным потенциалом +0,3 В м.с.э. При этом первая часть оболочки имеет электроизолирующий слой, отделяющий ее от всех остальных частей элементов протектора. Такой же слой имеет и вторая часть оболочки, которая через вторую часть активатора окружает вторую часть магниевого электрода. Третья часть оболочки, окружающая только часть электрода, находится в электрическом контакте с защищаемым сооружением через грунт, в котором установлен весь комплектный протектор. При подключении токоввода протектора к сооружению происходит замыкание цепи защиты протекторной установки, ЭДС которой составляет 4,6 В. Эта ЭДС образуется за счет последовательно действующих разности потенциалов между каждой из частей электрода и оболочки и разности потенциалов между сооружением и третьей частью оболочки (при этом последняя направлена встречно всем предыдущим); -1,5-0,3+(-1,5)-0,3+(-1,5)+(-1,5)-0,3-(-0,5)+ +0,3 4,6 В. Лишнюю ЭДС протекторной установки (более 3В) можно в случае необходимости погасить за счет включения нагрузочного сопротивления в общей цепи защиты. При срабатывании части протектора и повышении его собственного сопротивления нагрузочное сопротивление можно отключить. Количество частей элементов протектора, необходимых для достижения требуемого значения ЭДС установки, например, 3В, можно сократить до двух, если вторую часть оболочки протектора по всей внешней поверхности окружить слоем магниевого сплава, контактирующего с защищаемым сооружением через грунт, в который установлен весь комплектный протектор. В этом случае ЭДС такой протекторной установки, образующаяся аналогичным образом, составит 4,6 В, так как разность потенциалов между сооружением и третьей частью оболочки действует в том же направлении, что и разности потенциалов между каждой из частей электрода и оболочки: -1,5-0,3+(-1,5)-0,3+(-1,5)+0,5 4,6 В Другим примером практической реализации протектора, протяженным вариантом исполнения, предпочтительным для использования в грунтах высокого сопротивления, где собственное переходное сопротивление протекторной установки является определяющим при достижении необходимого тока защиты, может служить протектор в виде гибкого кабеля или протектор с концевым элементом в виде гибкого кабеля с сердечником на последней, контактирующей с грунтом, части электропроводной оболочки. В этом случае каждая часть, например, магниевого электрода, например, гелеобразного бентонитового активатора и токопроводящей оболочки из, например, эластомера выполнена в виде концентрического цилиндра, а первая часть электрода с сердечником представляет собой сплошной цилиндр. Если в виде гибкого шланга выполнен только элемент последней части оболочки, то для дополнительного снижения переходного сопротивления протектора она может быть армирована дополнительным токопроводом высокой проводимости, например, медным проводником, размещенным по оси гибкого шланга. Концентрические части электрода, активатора и оболочки размещены таким образом, что вся внешняя поверхность каждой части электрода полностью покрыта соответствующей частью активатора, внешняя поверхность которого полностью контактирует с внутренней поверхностью соответствующей части оболочки. При этом внешняя поверхность этой части оболочки также полностью контактирует с внутренней поверхностью следующей части электрода. Аналогичное чередование остальных частей электрода, активатора и протектора повторяется до последней части оболочки. В случае необходимости, последняя часть оболочки может быть окружена дополнительным слоем магниевого сплава (или его носителя), создающим разность потенциалов с защищаемым стальным сооружением, действующую в том же направлении, что и разности потенциалов между каждой из частей электрода и оболочки. Таким образом, по сравнению с известными конструкциями протекторов, предлагаемый комплектный протектор, во-первых, обеспечивает стабильное значение ЭДС протекторной установки в расширенном диапазоне значений (до 4-6 В) при малых габаритах, простоте конструктивного исполнения и промышленной доступности используемых материалов. Кроме того, существенным преимуществом заявляемого комплектного протектора является возможность регулировки токоотдачи протекторной установки в зависимости от удельного сопротивления грунта путем оптимизации значения ЭДС протектора подбором наиболее рационального для данных условий варианта его конструктивного исполнения. При этом модификации конструкции протектора могут быть выполнены в полевых условиях. Все это расширяет область эффективного использования протекторной защиты.

Формула изобретения

1. ПРОТЕКТОР, содержащий электрод с сердечником, выполненный из электрохимически активного материала с электронной проводимостью, непосредственно контактирующий с электродом электролитический активатор, электропроводную оболочку и подключенный к сердечнику электрода токоввод, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД протектора путем снижения переходного сопротивления электрода, увеличения получаемой ЭДС и ее стабилизации, электрод выполнен в виде не имеющих прямого электрического контакта n частей, каждая часть электрода покрыта соответствующими частями активатора и оболочки, причем части активатора и части оболочки соответственно не имеют прямого электрического контакта между собой, токоввод подключен к сердечнику первой части электрода, а каждая i-я часть оболочки имеет прямой электрический контакт с i +1 частью электрода, при этом оболочка выполнена из материала с электрохимической активностью, отличающейся от электрохимической активности электрода. 2. Протектор по п.1, отличающийся тем, что все части электрода выполнены в виде тел вращения и размещены концентрически последовательно относительно центральной первой части, причем вся внутренняя поверхность каждого последующего из указанных тел вращения контактирует со всей наружной поверхностью соответствующей предыдущей части оболочки, а торцовые поверхности снабжены диэлектрическим покрытием. 3. Протектор по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что каждая часть электрода окружена частями активатора и оболочки. 4. Протектор по пп. 1 и 3, отличающийся тем, что n -я часть оболочки содержит гибкий кабель, выполненный из электропроводного материала с электронной проводимостью, с токоведущим сердечником, электропроводность которого больше электропроводности основного материала кабеля. 5. Протектор по п.2, отличающийся тем, что части электрода, активатора и оболочки выполнены в виде гибкого кабеля. 6. Протектор по пп. 1 и 3, отличающийся тем, что соответствующие части электрода, активатор и оболочки выполнены в виде наборного цилиндра и разделены диэлектрическими дисками. 7. Протектор по пп. 1 6, отличающийся тем, что n-я часть его оболочки покрыта снаружи электропроводящим кожухом из материала, например меди, собственный потенциал которого исключает образование противо-ЭДС в гальванопаре с материалом защищаемого сооружения, например, стали.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7