專利名稱：濃硫酸輸送管道的恒壓陽極保護(hù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電化學(xué)防腐蝕陽極保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種濃硫酸輸送管道的防腐蝕恒壓陽極保護(hù)方法。
背景技術(shù)：
目前，絕大多數(shù)硫酸生產(chǎn)廠家采用鑄鐵管道、不銹鋼管道輸送濃硫酸，這些管道在低溫濃硫酸中耐蝕性較強(qiáng)，但在高溫濃硫酸中(70～120℃，93～98％H2SO4)耐蝕性較差，不銹鋼管道年腐蝕率在1mm以上，鑄鐵管道腐蝕更嚴(yán)重，管道的使用壽命很短，經(jīng)常造成停產(chǎn)，無法滿足制酸生產(chǎn)的正常運(yùn)行，并且生產(chǎn)的硫酸質(zhì)量達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)。也有關(guān)于不銹鋼濃硫酸輸送管道采用恒電位法陽極保護(hù)的應(yīng)用，但此種使用恒電位儀控制管道電位的方法，不僅陽極保護(hù)系統(tǒng)組成復(fù)雜，而且恒電位儀的成本高。尤其當(dāng)工藝出現(xiàn)故障，如管道內(nèi)部未充滿酸、參比電極懸空，將導(dǎo)致陽極保護(hù)系統(tǒng)失控。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服恒電位法保護(hù)的以上缺點，本發(fā)明提供一種簡便、安全、可靠、成本低的輸送濃硫酸管道的恒壓陽極保護(hù)方法。
本發(fā)明提供的濃硫酸管道恒壓陽極保護(hù)方法的依據(jù)是測定不銹鋼在濃硫酸中的陽極極化曲線可知，不銹鋼在濃硫酸中有很寬的鈍化區(qū)。如304L不銹鋼在25℃、98％H2SO4中，鈍化電位區(qū)間為-400～+1,000mV(本文電位值均相對于Hg-Hg2SO4參比電極)，維鈍電流密度為0.03A/m2；在80℃、98％H2SO4中，鈍化電位區(qū)間為-200～+700mV，維鈍電流密度為0.13A/m2?？梢钥闯觯g化電位區(qū)范圍近1,000mV，為實施恒壓法陽極保護(hù)提供了足夠空間。若304L不銹鋼管道控制在此鈍化電位區(qū)間，年腐蝕率可控制在0.05mm以下，從而達(dá)到理想的保護(hù)效果。
表1 304L和316L不銹鋼在濃H2SO4中的電化學(xué)參數(shù)

鑒于以上方法依據(jù)，為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為濃硫酸輸送管道的恒壓陽極保護(hù)方法，是將濃硫酸輸送管道作為陽極，與管道保護(hù)控制儀的正極相連；輔助陰極起導(dǎo)通電流的作用，與管道保護(hù)控制儀的負(fù)極相連，陰極制成棒狀形式，沿管道徑向插入濃硫酸管道中，陰極面積和陰極間距隨著管道直徑、長度和形狀的變化而變化；管道保護(hù)控制儀可選擇能夠輸出穩(wěn)定直流電流、電壓可調(diào)的整流器、穩(wěn)壓電源、恒槽壓儀等。
恒壓法陽極保護(hù)系統(tǒng)以E槽壓作為控制指標(biāo)，經(jīng)過理論分析與現(xiàn)場試驗，根據(jù)不銹鋼管道在不同濃度的濃硫酸中的保護(hù)電位，列出如表2所示的控制指標(biāo)。
表2 304L/316L不銹鋼濃硫酸輸送管道的恒壓法陽極保護(hù)控制指標(biāo)

理想的陰極材料應(yīng)電位穩(wěn)定、耐腐蝕、成本低，并且具有一定的強(qiáng)度，如18-8型不銹鋼、25-20型不銹鋼、哈氏合金、Inconel合金等。陰極材料在93～98％H2SO4中應(yīng)表現(xiàn)出如圖2所示的陰極極化特性，也就是說，陽極保護(hù)系統(tǒng)正常工作時，陰極電位處于φ2值，相對應(yīng)的陰極電流密度為i2。若濃硫酸生產(chǎn)中工藝條件變化，如濃硫酸溫度、濃度變化，則管道的維鈍電流密度變化，導(dǎo)致陰極電流密度變?yōu)閕1或i3，相對應(yīng)的陰極電位為φ1和φ3。i2與i1和i3相比變化較大，但φ2與φ1和φ3較接近。即當(dāng)陰極電流密度變化的幅度較大時，陰極電位的變化很小。
對于電化學(xué)系統(tǒng)因為有i陰＝(S陽×i陽)÷S陰式中i陰-輔助陰極的電流密度，A/m2S陽-管道(陽極)的保護(hù)面積，m2S陰-陰極面積，m2；i陽-管道(陽極)處在鈍態(tài)時的維鈍電流密度，A/m2；在方法實施中，管道面積S陽確定，維鈍電流密度i陽確定，即S陽×i陽確定，因此，陰極面積的大小直接影響i陰的大小，一般情況下S陽∶S陰為300～700∶1。
陰極間距與管道的管徑和濃硫酸的濃度有關(guān)，其有關(guān)數(shù)據(jù)列于表3中。在保證陰極面積恒定和強(qiáng)度許可的情況下，增加陰極的長度有利于電流的分散，使管道的陽極保護(hù)電位更趨一致，以達(dá)到理想的保護(hù)狀態(tài)。
表3 陰極布置間距

本發(fā)明提供的濃硫酸輸送管道的恒壓陽極保護(hù)方法，充分挖掘、利用了該體系陽極保護(hù)的潛力，無論在陰極選擇，還是在電源方面與恒電位陽極保護(hù)方法相比具有以下突出的優(yōu)點(1)該方法參比電極不參與控制，克服了參比電極不穩(wěn)定對保護(hù)效果的影響。
(2)克服了參比電極故障導(dǎo)致的系統(tǒng)失控，即使在管道內(nèi)未充滿酸的情況下陽極保護(hù)系統(tǒng)也能正常工作。
(3)陰極材料在陽極保護(hù)系統(tǒng)正常工作時處于陰極保護(hù)狀態(tài)。試驗證明，在陽極保護(hù)系統(tǒng)正常工作時，陰極的保護(hù)度在75～90％，陰極材料得到很好的保護(hù)，延長了使用壽命，降低了陰極的更換費用。
(4)陽極保護(hù)電源簡便、可靠、穩(wěn)定、操作簡單且成本大大降低。
(5)濃硫酸輸送管道處于恒壓陽極保護(hù)狀態(tài)時，年腐蝕率可控制在0.05mm以下，可達(dá)到理想的保護(hù)效果。


圖1為濃硫酸輸送管道的恒壓法陽極保護(hù)的系統(tǒng)布置圖；圖2為陰極材料的陰極極化曲線圖。
具體實施例方式
實施例一對一條30米長、φ＝200mm的輸送濃硫酸管道進(jìn)行陽極保護(hù)，濃硫酸濃度為98％，溫度為85～90℃。陽極保護(hù)系統(tǒng)接線如圖1布置，將濃硫酸輸送管道1作為陽極，與管道保護(hù)控制儀3的正極相連；棒狀形式陰極2與管道保護(hù)控制儀3的負(fù)極相連，沿管道徑向插入濃硫酸管道中，陰極間距為2m，共布置陰極16支，沿管道1軸向一字排列，以并聯(lián)方式接管道保護(hù)控制儀3，S陽∶S陰＝500∶1。陽極保護(hù)系統(tǒng)開始工作時，調(diào)節(jié)陽極保護(hù)控制儀，使其輸出1.7V的電壓，在5～10分鐘后，測得管道(陽極)電位為200～250mV，此時，降低陽極保護(hù)控制儀的輸出電壓，使其輸出0.8V的穩(wěn)定電壓，管道(陽極)電位逐漸下降，最終穩(wěn)定在150～250mV區(qū)間內(nèi)，處于良好的保護(hù)狀態(tài)。陰極電位最終穩(wěn)定在-400～-500mV區(qū)間內(nèi)，處于陰極保護(hù)狀態(tài)。
實施例二對某制酸廠家的三條輸酸管道進(jìn)行陽極保護(hù)。輸酸管道管徑φ＝400mm，每條管線長度L≈35m，濃硫酸濃度為93％和98％，濃硫酸溫度為70～90℃。陽極保護(hù)系統(tǒng)接線如圖1布置，將濃硫酸輸送管道1作為陽極，與管道保護(hù)控制儀3的正極相連；棒狀形式陰極2與管道保護(hù)控制儀3的負(fù)極相連，沿管道徑向插入濃硫酸管道中，輸送93％和98％濃硫酸的管道由不同的控制儀控制。陰極間距為2.5m，共布置陰極45支，沿管道1軸向一字排列，以并聯(lián)方式接管道保護(hù)控制儀3，S陽∶S陰＝550∶1。陽極保護(hù)系統(tǒng)開始工作時，調(diào)節(jié)陽極保護(hù)控制儀，使其輸出1.7V的電壓，在5～10分鐘后，測得管道(陽極)電位為200～250mV，此時，降低陽極保護(hù)控制儀的輸出電壓，輸送93％濃硫酸的管道控制儀輸出700mV的電壓，管道(陽極)電位逐漸下降，最終穩(wěn)定在50～150mV區(qū)間內(nèi)，處于良好的保護(hù)狀態(tài)。輸送98％濃硫酸的管道控制儀輸出800mV的電壓，管道(陽極)電位逐漸下降，最終穩(wěn)定在150～250mV區(qū)間內(nèi)，處于良好的保護(hù)狀態(tài)。所有陰極電位最終為-400～-500mV區(qū)間內(nèi)，處于陰極保護(hù)狀態(tài)。
上述方法實施例中，陽極保護(hù)電位與管道直徑、材料、濃硫酸的濃度、溫度等有關(guān)，陰極的材料、設(shè)置的陰極個數(shù)與間距，也與濃硫酸的濃度、溫度、管道直徑及長度有關(guān)，具體數(shù)據(jù)可以在本發(fā)明技術(shù)方案及具體實施例的引導(dǎo)下，通過對具體的工藝條件做具體的試驗得到，沒有一個可以包容上述變量的函數(shù)式。
權(quán)利要求
1.一種濃硫酸輸送管道的恒壓陽極保護(hù)方法，其特征在于將濃硫酸輸送管道(1)作為陽極，與管道保護(hù)控制儀(3)的正極相連；輔助陰極(2)起導(dǎo)通電流的作用，與管道保護(hù)控制儀(3)的負(fù)極相連，陰極(2)制成棒狀形式，沿管道徑向插入濃硫酸管道中；管道保護(hù)控制儀可為能夠輸出穩(wěn)定直流電流、電壓可調(diào)的整流器、穩(wěn)壓電源、恒槽壓儀等。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濃硫酸輸送管道的恒壓陽極保護(hù)方法，其特征在于上述陽極保護(hù)系統(tǒng)以E槽壓作為控制指標(biāo)，對于304L、316L不銹鋼濃硫酸輸送管道，濃硫酸濃度為93％，保護(hù)電位范圍為-200～600mV，控制指標(biāo)E槽壓為200～1100mV；對于304L、316L不銹鋼濃硫酸輸送管道，濃硫酸濃度為98％，保護(hù)電位范圍為-300～700mV，控制指標(biāo)E槽壓為100～1200mV。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濃硫酸輸送管道的恒壓陽極保護(hù)方法，其特征在于上述陰極的材料選擇應(yīng)符合電位穩(wěn)定、耐腐蝕、成本低，并且具有一定的強(qiáng)度等特點，如18-8型不銹鋼、25-20型不銹鋼、哈氏合金、Inconel合金等；陰極材料在93～98％H2SO4中應(yīng)表現(xiàn)出的陰極極化特性為陰極電流密度變化的幅度較大時，陰極電位的變化卻很小。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的濃硫酸輸送管道的恒壓陽極保護(hù)方法，其特征在于上述陰極的間距與管道管徑和濃硫酸濃度有關(guān)，一般間距為2～5米，沿管道軸向一字排列，以并聯(lián)方式接管道保護(hù)控制儀(3)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的濃硫酸輸送管道的恒壓陽極保護(hù)方法，其特征在于上述陽極的保護(hù)面積S陽與陰極面積S陰的比例約為300～700∶1。
全文摘要
一種濃硫酸輸送管道的恒壓陽極保護(hù)方法，將濃硫酸輸送管道(1)作為陽極，與管道保護(hù)控制儀(3)的正極相連；輔助陰極(2)起導(dǎo)通電流的作用，與管道保護(hù)控制儀(3)的負(fù)極相連，陰極(2)制成棒狀形式，沿管道徑向插入濃硫酸管道中；管道保護(hù)控制儀(3)可為能夠輸出穩(wěn)定直流電流、電壓可調(diào)的整流器、穩(wěn)壓電源、恒槽壓儀等。該方法參比電極不參與控制，克服了參比電極不穩(wěn)定對保護(hù)效果的影響；克服了參比電極故障導(dǎo)致的系統(tǒng)失控，即使在管道內(nèi)未充滿酸的情況下陽極保護(hù)系統(tǒng)也能正常工作；陰極材料處于陰極保護(hù)狀態(tài)，延長了使用壽命，降低了更換費用；陽極保護(hù)電源簡便、可靠、穩(wěn)定、操作簡單且成本大大降低；濃硫酸輸送管道處于恒壓陽極保護(hù)狀態(tài)時，年腐蝕率在0.05mm以下，可達(dá)到理想的保護(hù)效果。
文檔編號C23F13/00GK1506497SQ0215441
公開日2004年6月23日 申請日期2002年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月10日
發(fā)明者鄭建國, 周斌, 史立軍, 王振華, 徐暾家, 陶永順, 肖世猛 申請人:天華化工機(jī)械及自動化研究設(shè)計院