Анодний заземлювач електрохімічного захисту

Реферат: Анодний заземлювач електрохімічного захисту, виготовлений залізосиліцієвого сплаву. До його складу входить феротитан. з корозійностійкого UA 86202 U (54) АНОДНИЙ ЗАЗЕМЛЮВАЧ ЕЛЕКТРОХІМІЧНОГО ЗАХИСТУ UA 86202 U UA 86202 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до антикорозійного захисту підземних споруд, зокрема до виготовлення корозійностійкого сплаву в пристроях катодного захисту, який можливо використати в газовій, нафтовій та комунальній галузях промисловості при захисті підземних металевих комунікаційних магістральних трубопроводів. Найбільш поширеними матеріалами для анодних заземлювачів є сплави на основі заліза, силіцію та графіту. Як правило, ці залізосиліцієві сплави типу С15, що серійно виробляються в Росії, мають склад, % ваг.: Si-14,5; С - 0,58; Mn-0,47; Сu-0,32; Cr-0,18; інше - залізо [1]. Виготовлення та експлуатація цих анодів має недоліки, такі як: нерівномірна структура після виплавлення, що містить крупнокристалічні включення окремих компонентів, пустоти та раковини, де розчинення протікає з більшою швидкістю, що викликає щілинну корозію і призводить до руйнування. Найбільш близьким технічним рішенням, щодо заявленого, є електрод анодного заземлювача, модифікований ванадієм [2]. Він виготовляється шляхом плавки (%, ваг.) сталевого лому - 50-80, феросиліцію (Si) - 15-45, ванадію - 2-3 та домішок С, S, Р, Аl, Mn, Cr-1,82. Виготовлення зазначених анодів проводиться шляхом сплавлення сталі, феросиліцію та сполук ванадію в вигляді V2O5 або ванадату заліза в кількості 2-3 % у розрахунку на ванадій. Кількість інших компонентів в складі шихти аналогічна залізосиліцієвому сплаву типу С15. Аноди цього типу в даний час практично не виготовляються в Україні і не використовуються в промисловості через складність процесу їх виплавляння, пов'язаних з температурними умовами та дефіцитністю сполук ванадію. Введення до складу шихти сполук ванадію не забезпечує його рівномірного розподілу в об'ємі сплаву і не забезпечує високі експлуатаційні показники. Задачею розробки корисної моделі є створення анодного заземлювача станцій катодного захисту трубопроводів підземних споруд з підвищеною корозійною та механічною стійкістю доступними технологічними операціями з використанням сировини вітчизняного виробництва. Технічний результат забезпечується тим, що до складу анодного заземлювача електрохімічного захисту, виготовленого з корозійностійкого залізосиліцієвого сплаву, входить феротитан при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: залізо (лом сталевий, чавун чушковий) - 63÷65; силіцій (феросиліцій 45 %) - 25÷30; феротитан (в перерахунку на титан) - 5÷7 та в активатор до коксу додають діоксид титану при наступному співвідношенні інгредієнтів, мас. %: кокс - 97÷98; діоксид титану - 2÷3. Представлена задача досягається шляхом виплавляння феросиліцієвих анодних заземлювачів, модифікованих титаном. В плавильну піч ТВЧ типу ИСТ-04 завантажується шихта складу (%, ваг.): 63-65 - лом сталевий та чушковий чавун; 25-30 - феросиліцій; 5-7 - титан (у вигляді феротитану марки ФТ70, 50-70 % Ті). Температура плавки - 1380-1400 °C. Час плавки - 1,5-2 години. Заливання форм при температурі 1380 °C. Введення в сплав феротитану дозволяє виготовити феросиліцієві заземлювачі з покращеними фізичними та електрохімічними властивостями в порівнянні з електродами прототипу. В процесі плавки феротитан рівномірно розподіляється в об'ємі сплаву з утворенням кристалічної структури Fe-Ti, яка забезпечує необхідний градієнт потенціалу та силу струму на аноді. Введення до складу шихти менше за 5 % титану не забезпечує необхідний розподіл титану в об'ємі сплаву і призводить до виникнення нерівномірної щілинної корозій анодного матеріалу. Збільшення титану в сплаві більше за 7 % не призводить до суттєвого поліпшення експлуатаційних характеристик анодів і збільшує витрати кольорового металу в виробах. Феротитан до складу шихти необхідно вводити в вигляді сплаву з вмістом титану 15-20 % або 50-70 %. Ці сплави мають температуру плавлення 1200-1300 °C, яка менше у порівнянні з температурою плавлення сталі (1500 °C), що спонукає рівномірний розподіл титану в сплаві анодного матеріалу. Феротитан вводиться під шаром феросиліцієвого флюсу. Слід відзначити, що в складі феротитану, який вводиться в сплав присутні домішки алюмінію, міді, молібдену, ванадію та цинку, які при виплавці розбавляються і в отриманому сплаві їх кількість не перевищує 0,01-0,05 % і не впливає на властивості анодного матеріалу. Важливе значення в експлуатації анодних заземлювачів має активатор, який виготовляють з коксового порошку. В поданій заявці до складу активатора додають порошок діоксиду титану пігментного марки ТУУ24-1 2-3 % ваг. Введення ТіО2 у вигляді порошку пігменту забезпечує максимальний контакт корозійного середовища з поверхнею заземлювача і рівномірне розчинення поверхні анодного матеріалу в процесі експлуатації станції катодного захисту. Введення до складу активатора менше 2 % ТіО2 не забезпечує рівномірного розподілення активатора на поверхні анода, що може привести до виникнення щілинної корозії, а внесення в активатор більше за 3 % ТіО2 не викликає суттєвих змін в ефективності розчинення анодного заземлювача. 1 UA 86202 U 5 10 15 Перевірка експлуатаційних властивостей запропонованого сплаву здійснювалась за методикою типових корозійних випробувань анодних заземлювачів станцій катодного захисту. Було виготовлено моделі анодів у вигляді прямокутників 20×20 мм і висотою 50 мм. Корозійні випробування проведені на сплавах С15 (Fe 85 %, Si 15 %), прототипу С15 В3 (Fe 82 %, Si 15 %, V 3 %) та експериментальних сплавах. Варіанти випробувань електродів, виготовлених зі сплаву, що заявляється, включали мінімальну та максимальну кількість феротитану. Оптимальний склад сплаву мають зразки С15 Т5 Е та С15 Т7 Е, які містять відповідно 5 % та 7 % титану. У таблиці наведено варіанти прискорених випробувань анодних матеріалів різного складу в наповнювачах, які імітують нейтральні та кислі ґрунти при кімнатній температурі упродовж 10 діб. Варіант 1 відтворює порівняльні дані розчинення анодних сплавів в активному середовищі з 12 % NaCl в нейтральному піщаному ґрунті з наповнювачем на основі коксу без ТіО2. Найбільш корозійностійкими в даному варіанті виявилися сплави з феротитаном. Варіант 2 свідчить про те, що при зменшенні концентрації NaCl і заміні його на Na 2SO4 та СаСl2 швидкість корозії в нейтральних середовищах також менша на електродах, модифікованих феротитаном. Варіант 3 показує, що в слабкокислому піщаному ґрунті швидкість корозійного процесу феросиліцієвих анодів збільшується, але на зразках з феротитаном вона майже однакова у порівнянні зі швидкістю корозії у нейтральному ґрунті. 20 Таблиця Результати корозійних випробувань модельних заземлювачів № п/п Тип сплаву анодного заземлювача 1 С15 2 С15В3 3 С15Т2Е 4 С15ТЗЕ 5 С15 6 С15В3 7 С15Т5Е 8 С15Т7Е 9 С15 10 С15В3 11 С15Т5Е 12 С15Т7Е 13 С15 14 С15В3 15 С15Т3Е 16 С15Т5Е 17 С15Т5Е Швидкість S, τ, ja, Парам. 2 2 корозії, кг/А, дм годин А/дм розчинення рік Варіант 1 не 0,880 рівномірне не NaCl-12 %, пісок, 7,1 0,060 0,48 240 0,05 рівномірне вологість 20 %, без ТіО2 нейтр. 0,055 рівномірне 0,045 рівномірне Варіант 2 не 0,720 рівномірне NaCl-3 %, Na2SO4 5 %, не 7 0,065 СаСl2-4 %, пісок, 0,5 240 0,05 рівномірне нейтр. вологість 20 %, без ТіО2 0,053 рівномірне 0,048 рівномірне Варіант 3 не 0,850 рівномірне NaCl-3 %, Na2SO4-5 %, не СаСl2-4 %, пісок, 6 0,075 0,5 240 0,05 рівномірне вологість - 20 % без кисле ТіО2 0,055 рівномірне 0,046 рівномірне Варіант 4 не 0,850 NaCl-3 %, Na2SO4-5 %, рівномірне СаСl2-4 %, пісок, не 0,072 вологість 20 % ТІО2-2 % 6 рівномірне 0,5 240 0,045 NaCl-3 %, Na2SO4-5 %, кисле 0,053 рівномірне СаСl2-4 %, пісок, 0,046 рівномірне вологість 20 % ТiO2-3 % 0,044 рівномірне Корозійне середовище рН Варіант 4 відтворює дані про корозійний процес дослідних електродів, виготовлених з феросиліцієвого сплаву з домішками ванадію (варіант 4, зразки № 15-17). При введенні в 2 UA 86202 U 5 10 15 20 активатор ТіО2 швидкість корозійного процесу зменшується. На поверхні анодів не виявлено щілинної корозії, електроди розчиняються рівномірно. У результаті випробувань визначено, що запропонований склад сплаву електродів анодних заземлювачів, що включає порівняно невелику кількість титану (5-7 %), проявляє найбільш високі якісні показники корозійного процесу, до яких слід віднести швидкість та рівномірність їх розчинення при використанні в катодному електрохімічному захисті підземних споруд. При виготовленні сплавів використовуються вітчизняні феросплави та устаткування. Виплавляння таких сплавів можливо реалізувати в ливарному виробництві при наявності плавильних агрегатів. Використання запропонованих електродів катодного захисту підземних споруд економічно обґрунтоване більшим ресурсом експлуатації, меншими витратами матеріалів та устаткування. Такий сплав дозволяє майже в 2 рази збільшити ресурс їх експлуатації на станціях катодного захисту магістральних трубопроводів. Джерела інформації: 1. Защита подземных металлических сооружений от коррозии. Справочник. / Н.В. Стрижевский и др. - М. Стройиздат, 1990. - 303 с.; 2. Патент № 2453634 Россия, МПК C23F 13/12 (2006.01). Электрод анодного заземлителя (варианты) / Петров Н.Г., Раушкин Ю.В., Горюнов О.А., Штраус А.Я. и др.; патентообладатель Дочернее ОАО "Электрогаз" ОАО с огран. отв. "Атомэлектроприбор". - № 2010129175/02; заяв. 13.07.2010; опубл. 20.06.2012. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 1. Анодний заземлювач електрохімічного захисту, виготовлений з корозійностійкого залізосиліцієвого сплаву, який відрізняється тим, що до його складу входить феротитан при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: залізо (лом сталевий, чавун 63÷65 чушковий) силіцій (феросиліцій 45 %) 25÷30 феротитан (в перерахунку на 5÷7. титан) 2. Анодний заземлювач електрохімічного захисту за п. 1, який відрізняється тим, що додатково містить на своїй поверхні активатор з коксу та діоксид титану при наступному співвідношенні інгредієнтів, мас. %: кокс 97÷98 діоксид титану 2÷3. 30 Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3