專利名稱：埋地金屬陰極保護(hù)永久參比電極的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于金屬防腐蝕技術(shù)領(lǐng)域，特別是埋地金屬陰極保護(hù)永久參比電極。
犧牲陽極保護(hù)法在埋地金屬構(gòu)筑物的防腐工程上已被廣泛應(yīng)用，收到了良好的保護(hù)效果，誠然，這一防腐方法還在不斷改進(jìn)與創(chuàng)新，除了研制高效低廉的新陽極材料外，正在尋找長效(永久)參比電極供工程上應(yīng)用。地下防腐工程上一般均采用飽和銅—硫酸銅(Cu-CuSO4)電極(下稱硫酸銅電極)，作為測(cè)量保護(hù)電位用的參比電極，它具有穩(wěn)定的電極電位和較好的非極化性能，可滿足工程上的一般需要。但是，任何硫酸銅電極，不論滲透型，還是長效型的，內(nèi)部的Cu2+和SO42-離子都會(huì)向外滲漏或者擴(kuò)散到土壤中，增加土壤腐蝕性，電極腔內(nèi)的硫酸銅(CuSO4)會(huì)逐漸損失掉，電極會(huì)失去功能而必須更換，即使是長效硫酸銅電極，使用壽命至多也只有2～3年。因此，硫酸銅電極雖是常用的標(biāo)準(zhǔn)參比電極，但因電極使用壽命短而不能作長埋土壤的永久參比電極。
本實(shí)用新型的目的是提供一種埋地金屬陰極保護(hù)永久參比電極，長埋土壤中耐腐蝕，電位穩(wěn)定。
本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是一種埋地金屬陰極保護(hù)永久參比電極，由石墨、填包料、外套組成，外套為打孔塑料管，外套內(nèi)設(shè)有填包料，填包料中設(shè)有石墨電極，石墨電極中設(shè)有銅螺絲和雙護(hù)套引線。
石墨電極的裸面積做到100cm2以上很容易，而硫酸銅電極就相當(dāng)困難，所以石墨電極的非極化性就優(yōu)于硫酸銅電極。石墨電極是不溶性物體，耐腐蝕，電位穩(wěn)定。石墨是耐腐蝕導(dǎo)體，在土壤中不會(huì)腐蝕損壞，又有一定的機(jī)械強(qiáng)度，適于機(jī)械埋置。石墨電極的電位與電極表面相接觸的介質(zhì)性質(zhì)而異，是不確定的。但是這一缺陷是有辦法彌補(bǔ)的，石墨電極表面上涂包一定組成的填包料后再埋置土中，可使電極電位比較穩(wěn)定而接近。在長埋過程中的電位漂變可以通過定期校測(cè)而得到及時(shí)校正，這在測(cè)量技術(shù)上是容易做到的。上述石墨電極的優(yōu)點(diǎn)是現(xiàn)有參比電極所沒有的，石墨電極專用于陰極保護(hù)系統(tǒng)中長埋土壤的永久參比電極，是現(xiàn)有參比電極所無法替代的。本實(shí)用新型已配套大罐底可換性鎂帶陽極陰極保護(hù)的參比電極使用，設(shè)計(jì)使用壽命30年，在華北油田應(yīng)用，測(cè)量效果很好。
以下結(jié)合附圖詳細(xì)說明本實(shí)用新型的實(shí)施例。


圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為不同介質(zhì)中石墨電極電位的變化。
圖3為石墨電極在三種介質(zhì)中的穩(wěn)態(tài)極化曲線(介質(zhì)溫度25～26℃)。
一種埋地金屬陰極保護(hù)永久參比電極，由石墨電極(1)、填包料(2)、外套(3)組成，外套(3)為打孔(4)塑料管，塑料管外用棉布(7)包裹，外套(3)內(nèi)設(shè)有填包料(2)，填包料的組成為膨潤土50％，石膏粉43％，硫酸鈉(NaSO4)7％，填包料(2)中設(shè)有石墨電極(1)，石墨電極(1)為φ30×110mm，石墨電極(1)中設(shè)有銅螺絲(5)和雙護(hù)套引線(6)，石墨電極中絲口和線孔連接處用環(huán)氧樹脂密封(8)。大家知道，用于測(cè)量陰極保護(hù)電位的參比電極必須具備兩個(gè)條件一是穩(wěn)定的電極電位；二是一定的非極化性能。下面通過石墨電極在某些介質(zhì)中的電位穩(wěn)定性和極化特性實(shí)驗(yàn)，來探討石墨電極用作陰極保護(hù)系統(tǒng)中的永久參比電極的可行性。石墨電極由石墨棒(南通碳素廠生產(chǎn))加工而成。供試介質(zhì)有填包料、海泥(東海)、鹽土(江蘇鹽城)和紅壤(江西鷹潭)。表1列出這些介質(zhì)的某些性質(zhì)。
表1供試介質(zhì)的某些性質(zhì)
介質(zhì)溫度25±0.5℃采用高輸入阻抗毫伏計(jì)定期測(cè)量石墨電極在不同介質(zhì)中的平衡電位。采用恒電位階躍法測(cè)量石墨電極在不同介質(zhì)中的穩(wěn)態(tài)極化曲線。結(jié)果如下1 石墨電極在不同介質(zhì)中的平衡電位。
將紅壤、鹽土和二份填包料分裝于四只塑料杯(750ml)中，將仔細(xì)拋光的石墨電極插入已為水飽和的介質(zhì)中(插深5cm)，每只杯中插2支，加蓋靜置平衡。用高輸入阻抗毫伏計(jì)定期測(cè)量石墨電極相對(duì)飽和Ag-AgCl電極的電位差。測(cè)量周期為27天，此間介質(zhì)溫度為25～31℃。在同一塑料杯中的2支石墨電極的電位相近且有相同的變化趨勢(shì)?，F(xiàn)擇一繪示圖2。清楚可見，對(duì)于填包料，在頭5天內(nèi)，2支石墨電極的電位很接近且均有漸降趨勢(shì)，從第5天起，填包料之一中的電位不斷遞升，5天內(nèi)由150mv升至250mv，而填包料之二中的電位僅增加15mv左右；約在半個(gè)月后，石墨電極在填包料之一、填包料之二中的電位趨于穩(wěn)定，分別在290mv和150mv上下波動(dòng)。上述結(jié)果充分證明，石墨電極在不同介質(zhì)中所呈現(xiàn)的界面電位是不一樣的。因?yàn)檫@一電位完全取決于石墨表面與介質(zhì)之間界面的電化學(xué)特性，它既包含石墨本身的表面特性，也包括與石墨表面相接觸的介質(zhì)的一般物理化學(xué)特性。石墨表面不僅有共價(jià)結(jié)合的氧原子，還有可離解的-COOH和-OH，介質(zhì)Eh和pH的變化可引起石墨表面基團(tuán)的化學(xué)反應(yīng)，從而導(dǎo)致界面電位的變化。由于石墨表面對(duì)介質(zhì)中的某些組分產(chǎn)生吸附—解吸作用也會(huì)引起界面電位的變化，因此可用填包料來獲得穩(wěn)定而一致的石墨電位。從圖2看出，石墨電極在二杯填包料中的電位隨平衡時(shí)間而變化，盡管在平衡15天后電位趨于穩(wěn)定值，但穩(wěn)定值是不一樣的，高者約為290mv，低者150mv上下。這可能是由于2只杯內(nèi)填包料的氧化還原狀況不同和填包料混合不勻所致。由此可見，可用填包料來隔離石墨電極與土壤的直接接觸而形成石墨—填包料界面層，但要使界面電位相同確實(shí)很難。這是因?yàn)橛绊懡缑骐娢坏闹饕蛩亍趸€原狀況很難控制。
2 石墨電極在某些介質(zhì)中的極化特性采用恒電位階躍法，在極化電位ΔE＝500mv(250mv～-250mv)范圍內(nèi)，測(cè)量了同一支石墨電極(裸面積119cm2)在海泥、水飽和填包料和鹽土中的穩(wěn)態(tài)極化曲線(圖3)。由陰極極化曲線可查得不同陰極極化電位下流進(jìn)石墨電極的電流密度值(表2)。
表2 不同介質(zhì)中石墨電極的陰極極化特性
由此可見，石墨電極的非極化性能三種介質(zhì)中的順序?yàn)楹Ｄ啵咎畎希钧}土。就填包料來說，當(dāng)石墨電極電位負(fù)移5mv時(shí)，極化電流密度為0.23μA/cm2。因此，當(dāng)要求石墨電極電位漂移不超過10mv時(shí)，則流過石墨電極的電流為61μA?？梢?，由于石墨電極的表面可以制作得很大(如圓柱形狀L10×φ3.5cm，表面積可在100cm2以上)，石墨電極的非極化性能極佳。當(dāng)將這種構(gòu)型的石墨電極外涂填包料后埋置土壤中，用以檢測(cè)被犧牲陽極保護(hù)的埋地構(gòu)筑物的保護(hù)電位時(shí)，使用輸入阻抗為50KΩ的毫伏計(jì)就足夠了。
根據(jù)上述對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析與討論，對(duì)石墨電極用作陰極保護(hù)系統(tǒng)永久參比電極的可行性可歸納如下(1)石墨電極在一定介質(zhì)中的電位隨平衡時(shí)間而變，在頭半個(gè)月內(nèi)電位波動(dòng)明顯，而后趨于穩(wěn)定值；穩(wěn)定電位在不同介質(zhì)中是不一樣的，填包料150-290mv。由于石墨電極表面性狀和石墨體多孔性上存在差異，填包料理化性狀尤其是Eh的差異，均會(huì)導(dǎo)致石墨電極電位的不一樣；不難設(shè)想，在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的長期埋置過程中，石墨電極電位或大或小的變化與波動(dòng)是不可避免的。因此，為了測(cè)準(zhǔn)埋地構(gòu)筑物的保護(hù)電位，在防腐工程上定期校測(cè)各個(gè)埋置石墨電極相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)參比電極的電位值是完全必要的。
(2)設(shè)計(jì)合適的電極構(gòu)型，如圓柱形，可使連接導(dǎo)線與石墨體間的接觸電阻＜0.5Ω，電極表面積＞100cm2，這樣可大大提高電極的非極化性能。當(dāng)用一般毫伏計(jì)測(cè)量相對(duì)石墨電極的埋地構(gòu)筑物的保護(hù)電位時(shí)，如有小電流(數(shù)μA)流過石墨電極時(shí)，參比電極電位穩(wěn)定不漂移，這是其它參比電極很難達(dá)到的。
(3)石墨是耐腐蝕材料，就電極在土壤中的使用壽命來說，石墨確定永久參比電極的理想材料。
權(quán)利要求1.一種埋地金屬陰極保護(hù)永久參比電極，其特征在于由石墨電極(1)、填包料(2)、外套(3)組成，外套(3)為打孔(4)塑料管，外套(3)內(nèi)設(shè)有填包料(2)，填包料(2)中設(shè)有石墨電極(1)，石墨電極(1)中設(shè)有銅螺絲(5)和雙護(hù)套引線(6)。
專利摘要本實(shí)用新型屬于金屬防腐蝕技術(shù)領(lǐng)域,特別是埋地金屬陰極保護(hù)永久參比電極。本實(shí)用新型由石墨電極、填包料、外套組成,外套內(nèi)設(shè)有填包料,填包料中設(shè)有石墨電極。石墨電極的非極化性能優(yōu)于硫酸銅電極。參比電極電位穩(wěn)定不漂移。石墨是耐腐蝕材料,就電極在土壤中的使用壽命來說,石墨確定永久參比電極的理想材料。石墨電極表面上涂包一定組成的填包料后再埋置土中,可使電極電位比較穩(wěn)定而接近。
文檔編號(hào)H01R4/66GK2389427SQ99234809
公開日2000年7月26日 申請(qǐng)日期1999年7月23日 優(yōu)先權(quán)日1999年7月23日
發(fā)明者張宗旺, 王中華, 張永正, 李來成, 張大慶, 李成保 申請(qǐng)人:華榆全天候陰極保護(hù)高技術(shù)工程公司