專利名稱：一種分布式鈦合金管路電解防污裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，涉及到一種分布式鈦合金管路電解防污裝置。
背景技術(shù)：
鈦合金具有重量輕和耐海水腐蝕與沖刷的優(yōu)點，可廣泛應(yīng)用于各種海水冷卻系統(tǒng)和換熱系統(tǒng)或其它關(guān)鍵部件的制造，從而縮小管徑、增大流速，達到降低重量及減輕腐蝕的作用。但是鈦合金在海水中使用時海洋生物附著極為嚴重，直接電解海水制造次氯酸鈉、氯氣等強氧化性防污劑防止海生物污損，不僅比傳統(tǒng)的添加氯氣更為安全和經(jīng)濟，而且裝置也相對比較簡單。目前廣泛使用的電解防污裝置是先采用電解槽大電流電解海水，然后將濃度很高的防污劑注入管路的進水口，通過控制出水口防污劑濃度保證防污效果。防污劑次氯酸鹽不穩(wěn)定，在管路中會由于發(fā)生歧化反應(yīng)而損失，且損失量隨時間的延長加大。因此在長距離的海水管路中，系統(tǒng)的電流需要較大的裕量才能保證防污效果，同時，由于加藥管路比較復(fù)雜，在空間和重量要求較高的場合使用有很大的限制。大衛(wèi) 泰勒海軍艦船研究與發(fā)展中心開展了鈦冷凝器的海洋生物污損試驗，表明鈦換熱器管中的海水流速小于1. 2m/s 時必須提供電解海水防污，在較高流速下工作的熱交換器的氯化處理也是合理的選擇。日本特許公開公報(A)61-120687提供了一種海水管道防止海生物附著的方法，采用疏水筒式電極直接電解海水防污，采用疏水筒式襯套進行絕緣，陰極材料選用金屬管壁或疏水筒式陰極，但是這些技術(shù)和設(shè)備均基于在進水口采用大電流制備防污劑并注入管路的傳統(tǒng)系統(tǒng)，且需要另外引入電解防污系統(tǒng)中的電極組件，存在著許多有待于改進的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點，尋求一種分布式鈦合金管路電解防污技術(shù)和裝置，通過分布式電解防污系統(tǒng)裝置的設(shè)計，提高管路電解海水防污的電流效率， 延長系統(tǒng)使用壽命；通過利用鈦合金管路本身作為電解陽極的載體材料，對管路的功能不會產(chǎn)生任何影響，可有效降低鈦合金管路防污用電解陽極的成本。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明涉及的分布式鈦合金管路電解防污裝置將鈦合金管路內(nèi)壁進行處理，制備成能夠電解海水產(chǎn)生氯氣和次氯酸根有效防污劑的電解陽極；電解陽極位于鈦合金管路連接處，電解陽極的間隔長度由水的最大流量及直流電源的電流輸出能力確定，該分布式鈦合金管路電解防污裝置的主體結(jié)構(gòu)包括直流電源、電解陽極、法蘭式陰極、電纜、開關(guān)元件和鈦合金管路，在選擇的直流電源上的正極輸出端分別電連通安裝有十個開關(guān)元件，構(gòu)成相對獨立的十路正電壓輸出端，在鈦合金管路上分別間隔式分布置有十個電解陽極，開關(guān)元件通過電纜分別獨立連接電解陽極；在鈦合金管路的一端處安裝有法蘭式陰極，法蘭式陰極與直流電源的負極輸出端電連接。本發(fā)明涉及的直流電源具有可調(diào)的電流輸出能力，具備輸出電壓、短路電流保護功能，多路輸出，且每一路輸出獨立可控，內(nèi)含恒電流儀的直流電源采用模塊化設(shè)計，采用功率半導(dǎo)體器件作為開關(guān)元件，使每個模塊單元作為一個恒電流儀使用；為了防止電解陽極失效導(dǎo)致槽壓升高幅度過大，設(shè)計每個模塊單元的輸出電壓上限，若超出上限即自動停止輸出電流，避免含恒電流儀的直流電源燒毀；為了防止鈦合金管路中電解陽極和法蘭式陰極短路，保證良好絕緣，在恒電流儀模塊單元中加入短路保護模塊，一旦發(fā)生短路即自動停止輸出電流。本發(fā)明涉及的電解陽極通過將部分鈦合金管路分段涂覆上活性的電催化活性物質(zhì)制得，電催化活性物質(zhì)是金屬鉬類涂層或混合金屬氧化物涂層，其中混合金屬氧化物包括RuO2, IrO2, SnO2, PtO2, Ta2O5中的一種或幾種，由三氯化釕(RuCl3 · 3H20)、氯銥酸 (H2IrCl6 · XH2O)、二月桂酸二丁基錫(C32H64O4Sn)、氯鉬酸(H2PtCl6)和氯化鉭(TaCl5)熱氧化制得；或采用加熱后能形成所需氧化物的化合物；鈦合金管路上的涂覆層長度為50cm， 為較長鈦合金管路的一端，或是單獨的一個鈦合金管路，活性電催化物質(zhì)為10 20 μ m的涂層，對管路的通水能力及其它功能不會產(chǎn)生影響。本發(fā)明涉及的法蘭式陰極用來傳導(dǎo)防污裝置所需的電流，具有良好的導(dǎo)電性能， 法蘭式陰極制成管狀結(jié)構(gòu)，與電解陽極絕緣后裝在鈦合金管路連接位置的法蘭處，與電解陽極靠近以減少電壓降，法蘭式陰極的材料為鎳基合金，耐蝕性較好，析氫過電位低，以 HastelloyC鎳合金最佳。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，在鈦合金管路的電解防污、電化學(xué)污水處理及海水消毒等領(lǐng)域廣泛使用時，由于直接利用鈦合金管路本身作為電解陽極的載體材料，降低鈦合金管路電解防污技術(shù)的成本，簡化常規(guī)電解防污系統(tǒng)的安裝，避免使用加藥支管導(dǎo)致的增重、 腐蝕及空間問題；通過分布式電解防污結(jié)構(gòu)的設(shè)計，降低有效氯作用長度的要求，從而降低電解陽極的電解電流密度，提高電解效率，延長使用壽命；通過模塊化的直流電源控制，便于了解電解防污系統(tǒng)各部分的工作狀態(tài)，檢修工作量降低；可廣泛應(yīng)用于鈦合金海水管路的防海生物污損領(lǐng)域，尤其適用于海水管路較長的場合，也可在其他材料的海水管路中推廣分布式電解防污系統(tǒng)，采用獨立的鈦合金管路式陽極，具有良好的推廣使用前景；其整體結(jié)構(gòu)簡單，使用操作靈活，安裝成本低，防污效果好，電控能力強，使用壽命長，應(yīng)用范圍廣。


圖1為本發(fā)明的主體結(jié)構(gòu)原理示意圖。
具體實施例方式下面通過實施例并結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述。實施例本實施例涉及的分布式鈦合金管路電解防污裝置先將鈦合金管路5的內(nèi)壁進行處理，制備成能夠電解海水產(chǎn)生有效防污劑(如氯氣、次氯酸根)的電解陽極4 ；電解陽極4 位于鈦合金管路5的連接處，電解陽極4的間隔長度由水的最大流量及電源電流的輸出能力確定；裝置結(jié)構(gòu)包括直流電源1、電解陽極4、法蘭式陰極6、電纜3、開關(guān)元件2和鈦合金管路5，在選擇的直流電源1上的正極輸出端分別電連通安裝有十個開關(guān)元件2，構(gòu)成獨立的十路正電壓輸出端，在鈦合金管路5上分別間隔式分布置有十個電解陽極4，開關(guān)元件2 通過電纜3分別獨立連接電解陽極4 ；在鈦合金管路5的一端處安裝有法蘭式陰極6，法蘭式陰極6與直流電源1的負極輸出端電連接。
本實施例的直流電源1具有可調(diào)的電流輸出能力和電壓、短路電流保護功能，采用多路輸出且每一路輸出獨立可控，內(nèi)部安裝置有恒電流儀的直流電源1采用模塊化設(shè)計并采用功率半導(dǎo)體器件作為開關(guān)元件2，每個模塊作為一個簡化的恒電流儀使用，為了防止電解陽極4的失效導(dǎo)致槽壓升高幅度過大，設(shè)計每個模塊的輸出電壓上限，若超出即自動停止輸出電流，避免恒電流儀模塊燒毀；為了防止鈦合金管路5中法蘭式陰極6和電解陽極 4短路，保證良好絕緣，在恒電流儀模塊中加入短路保護模塊，一旦發(fā)生短路即自動停止輸出電流。本實施例的電解陽極4通過將部分鈦合金管路5涂覆上活性的活性電催化物質(zhì)制得，活性電催化物質(zhì)是金屬鉬類涂層或混合金屬氧化物涂層，其中混合金屬氧化物包括Ru02、IrO2, SnO2, PtO2, Ta2O5中的一種或幾種，由三氯化釕(RuCl3 · 3H20)、氯銥酸 (H2IrCl6 -XH2O)、二月桂酸二丁基錫(C32H64O4Sn)、氯鉬酸(H2PtCl6)和氯化鉭(TaCl5)熱氧化制得；或采用其它加熱后能形成所需氧化物的化合物；鈦合金管段的涂覆層長度為50cm， 是較長管段的一端，或是單獨的一個管段，由于活性的電催化物質(zhì)僅為10 20 μ m的涂層， 所以對管路的通水能力及其它功能不會產(chǎn)生影響。本實施例的法蘭式陰極6用來傳導(dǎo)防污系統(tǒng)所需的電流，具有良好的導(dǎo)電性能， 法蘭式陰極6制成管狀結(jié)構(gòu)，與電解陽極4絕緣后裝在鈦合金管路5的連接位置的法蘭處， 與電解陽極4靠近以減少歐姆壓降，法蘭式陰極6的材料選擇Hastelloy C鎳合金。本實施例的直流電源1采用功率半導(dǎo)體器件作為開關(guān)元件2，將核心設(shè)計成受控恒流模塊，使輸出電流從0 5A連續(xù)可調(diào)，十路分別可控；采用管段式金屬氧化物陽極涂層作為電解陽極4，管徑為Φ 50mm，涂層長度50cm，Hastelloy C-276作為法蘭式陰極6 ； 實驗室模擬試驗中恒電流儀輸出電流為4A，若海水不流動，10分鐘后測得有效氯濃度為 835ppm,以有效防污濃度最低要求Ippm作為管內(nèi)平均濃度，若海水流速為lm/s，考慮次氯酸鈉分解的因素，可保護管路約300m，一套電源系統(tǒng)保護距離在3000m以上；由于該系統(tǒng)中的電解陽極4的電流密度僅為52A/m2，因此電解陽極4的使用壽命有望大大提高，或適當(dāng)增大電解電流量以適應(yīng)更高流速、更長保護距離的要求。
權(quán)利要求
1.一種分布式鈦合金管路電解防污裝置，其特征在于主體結(jié)構(gòu)包括直流電源、電解陽極、法蘭式陰極、電纜、開關(guān)元件和鈦合金管路，在直流電源上的正極輸出端分別電連通安裝有十個開關(guān)元件，構(gòu)成相對獨立的十路正電壓輸出端，在鈦合金管路上分別間隔式分布置有十個電解陽極，開關(guān)元件通過電纜分別獨立連接電解陽極；在鈦合金管路的一端處安裝有法蘭式陰極，法蘭式陰極與直流電源的負極輸出端電連接；將鈦合金管路內(nèi)壁進行處理，制備成能夠電解海水產(chǎn)生氯氣和次氯酸根有效防污劑的電解陽極；電解陽極位于鈦合金管路連接處，電解陽極的間隔長度由水的最大流量及直流電源的電流輸出能力確定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式鈦合金管路電解防污裝置，其特征在于直流電源具有可調(diào)的電流輸出能力和輸出電壓、短路電流保護功能，多路輸出，且每一路輸出獨立可控， 內(nèi)含恒電流儀的直流電源采用模塊化設(shè)計，采用功率半導(dǎo)體器件作為開關(guān)元件，使每個模塊單元作為一個恒電流儀使用；為了防止電解陽極失效導(dǎo)致槽壓升高幅度過大，設(shè)計每個模塊單元的輸出電壓上限，若超出上限即自動停止輸出電流，避免含恒電流儀的直流電源燒毀；為了防止鈦合金管路中電解陽極和法蘭式陰極短路，保證良好絕緣，在恒電流儀模塊單元中加入短路保護模塊，發(fā)生短路即自動停止輸出電流。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式鈦合金管路電解防污裝置，其特征在于電解陽極通過將部分鈦合金管路分段涂覆上活性的電催化活性物質(zhì)制得，電催化活性物質(zhì)是金屬鉬類涂層或混合金屬氧化物涂層，其中混合金屬氧化物包括Ru02、IrO2, SnO2, PtO2, Ta2O5中的一種或多種，由三氯化釕、氯銥酸、二月桂酸二丁基錫、氯鉬酸和氯化鉭熱氧化制得；或采用加熱后能形成氧化物的化合物；鈦合金管路上的涂覆層長度為50cm，為較長鈦合金管路的一端，或是單獨的一個鈦合金管路，活性電催化物質(zhì)為10 20 μ m的涂層，對管路的通水能力及其它功能不會產(chǎn)生影響。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式鈦合金管路電解防污裝置，其特征在于法蘭式陰極用來傳導(dǎo)防污裝置所需的電流，具有導(dǎo)電性能，法蘭式陰極制成管狀結(jié)構(gòu)，與電解陽極絕緣后裝在鈦合金管路連接位置的法蘭處，與電解陽極靠近以減少電壓降，法蘭式陰極的材料為銀基合金ο
全文摘要
本發(fā)明屬于電化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，涉及到一種分布式鈦合金管路電解防污裝置，包括直流電源、電解陽極、法蘭式陰極、電纜、開關(guān)元件和鈦合金管路，直流電源正極輸出端分別電連通安裝有開關(guān)元件，在鈦合金管路上分別間隔式分布置有十個電解陽極，開關(guān)元件通過電纜分別獨立連接電解陽極；在鈦合金管路的一端處安裝有法蘭式陰極，法蘭式陰極與直流電源的負極輸出端電連接；將鈦合金管路內(nèi)壁進行處理，制備成能夠電解海水產(chǎn)生氯氣和次氯酸根有效防污劑的電解陽極；電解陽極位于鈦合金管路連接處，電解陽極的間隔長度由水的最大流量及直流電源的電流輸出能力確定，其整體結(jié)構(gòu)簡單，使用操作靈活，成本低，防污效果好，使用壽命長，應(yīng)用范圍廣。
文檔編號C25B11/06GK102409353SQ20111035981
公開日2012年4月11日 申請日期2011年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月15日
發(fā)明者王均濤, 許立坤, 辛永磊 申請人:中國船舶重工集團公司第七二五研究所