专利名称：阳极保护三氧化硫蒸发器的制作方法
技术领域：
本发明属于电化学防腐阳极保护技术领域，涉及高温下浓硫酸容器的电化学防腐，具体涉及一种阳极保护发烟硫酸三氧化硫蒸发器。
背景技术：
制备发烟硫酸的三氧化硫蒸发器U形换热管束，因管内部发生孔蚀和外壁均匀腐蚀引起泄漏。频繁发生泄露，严重的影响了正常生产，给企业造成了巨大的经济损失。低温下浓硫酸和发烟硫酸对碳钢的腐蚀不大，在高温下却相当严重。发烟硫酸是强氧化性酸，不锈钢换热管在高温下为过钝化状态，加上管壳式换热器中流体的冲刷作用，钝化膜很快消失，从而导致设备在短期内腐蚀损坏。检验结果证明146°C试验温度下，在104%发烟硫酸中静止状态下浸泡24小时，304L不锈钢的腐蚀速率为2. 62 mm /a ；316L不锈钢的腐蚀速率为0. 382 mm /a ;碳钢的腐蚀速率为0. 55 0. 592 mm /a。当某种金属浸入电解质溶液时，金属表面与溶液之间就会建立起一个电位，腐蚀电化学中把这个电位称为自然腐蚀电位。不同的金属在一定溶液中的电位不同。同一种金属的电位由于其各部分之间存在着电化学中不均一性而造成不同的部位间产生一定电位差值，正是这种电位差值导致了金属在电解质溶液中的电化学腐蚀。 硫酸一碳钢体系的阳极保护技术应用很多，但是在200 300°C硫酸中进行阳极保护未见专利和非专利文献报道。授权公告号为CN1212427C中国发明专利公开一种浓硫酸输送管道的恒压阳极保护方法，“将浓硫酸输送管道作为阳极，与管道保护控制仪的正极相连，辅助阴极起导通电流的作用，与管道保护控制仪的负极相连，阴极制成棒状形式，沿管道径向插入浓硫酸管道中，管道保护控制仪可为能够输出稳定直流电流、电压可调的整流器、稳压电源、恒槽压仪等”。该方法浓硫酸输送管道处于恒压阳极保护状态时，年腐蚀率在0. 05mm以下。但该专利方法不适用于操作温度为200 300°C的发烟硫酸三氧化硫蒸发器的阳极保护。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种阳极保护三氧化硫蒸发器，以减轻硫酸对设备的腐蚀，提高了设备的安全可靠性和使用寿命，减少和避免由设备腐蚀引起的非计划停车和停车检修，提高经济效益。本发明提供的阳极保护三氧化硫蒸发器，包括管箱、壳体，壳体内设有管束，壳体下部设有底座。蒸发器还设有阴极、阳极和参比电极，参比电极包括控制参比电极和监视参比电极。阴极分布于管束内，由管箱盖通过管箱沿轴向穿过管板插入至管束之间，阴极与管束及管箱绝缘。阳极为管束和壳体(即被保护设备)，阳极导线焊接或螺丝连接在蒸发器的底座上。控制参比电极和监视参比电极由蒸发器的壳体插入介质中，并与壳体绝缘。阴极、阳极、控制参比电极和监视参比电极通过电路板电路连接到恒电位控制系统。阳极保护的致钝电流密度为1. 0 2. OA/ m2，维钝电流的密度为0. 2 0. 4A/ m2，保护电位相对于Hg I Hg2SO4 (饱和 K2SO4)电极为 1500 3000 mV。恒电位控制系统包括控制器、电源、调压模块、变压器、电流变送器、分流器和调节控钮。控制器分别与调节控钮、电源、调压模块、控制参比电极和监视参比电极电路连接。电源和调压模块连接，调压模块通过变压器连接到三氧化硫蒸发器的阴极和阳极，与阴极连接的电路上串联有电流变送器和分流器。恒电位控制系统设有报警设备，报警设备与控制器电路连接。参比电极包括管套、压盖、基座、压片、绝缘套和电极棒。基座焊接在壳体上，压盖用螺钉固定在基座上，电极棒穿过套管插入壳体内，套管和电极棒之间设有绝缘套。电极棒的材质为HT-1合金。绝缘套的材质为聚四氟乙烯，压片为聚四氟乙烯垫片或石墨垫片。阴极包括绝缘管、外压盖、内压盖、阴极引出管、阴极棒和阴极套管，管箱盖和管板之间设有阴极引出管，绝缘管穿过阴极引出管，阴极棒穿过绝缘管插入三氧化硫蒸发器壳体内的管束之间。阴极棒的材质为HT-2合金，绝缘管的材质为聚四氟乙烯。管束的材质为碳钢。与现有技术相比，本发明利用阳极保护技术解决了发烟硫酸三氧化硫蒸发器中管束和壳体的腐蚀问题。管束用碳钢代替代不锈钢材料，避免了硫酸蒸汽中氯离子富集对不锈钢引起的孔蚀，节省了设备投资，延长了发烟硫酸三氧化硫蒸发器设备运行周期和使用寿命(> 5年)，保证了硫酸装置长周期安全生产。恒电位控制电位保持在给定电位范围，使设备处于稳定钝化状态。控制系统装有自动报警装置，可以自动检测，发生问题及时切断。由于三氧化硫蒸发器阳极保护，提高了设备的安全性和可靠性，较少和避免了因设备腐蚀引起的非计划停车、设备检修和更换设备所造成的经济损失。阳极保护控制系统实施有效、操作方便、控制稳定，经对阴极引出管进行检测腐蚀速率小于0.05 mm/a。
图1为本发明阳极保护三氧化硫蒸发器示意 图2为恒电位控制系统的工作原理电路图； 图3为参比电极安装结构 图4阴极安装结构图。其中1 一阴极、2—管箱、3—管束、4一控制参比电极、5—壳体、6—监视参比电极、7 一阳极、8—线路板、9 一二氧化硫蒸发器、10 一控制板、11 一调节控钮、12 —电源、13—调压模块、14 一变压器、15 —电源变压器、16—分流器、17—管套、18—压盖、19 一基座、20—压片、21—绝缘套、22—电极棒、23—绝缘管、24—外压盖。25—管箱盖、26—内压盖、27—管板、28—阴极引出管、29—绝缘盖、30—阴极棒、31—阴极套管、32—阴极前端、33—底座。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步说明。本发明阳极保护三氧化硫蒸发器，如图1所示，包括管箱2、壳体5，壳体内设有管束3，壳体下部设有底座33，管束的材质为碳钢。蒸发器还设有阴极1、阳极7、控制参比电极4和监视参比电极6。阴极分布于管束内，由管箱盖通过管箱2沿轴向穿过管板27插入至管束之间，阴极与管束及管箱绝缘。阳极为管束3和壳体5，即被保护设备，阳极导线用螺丝连接在蒸发器的底座上。控制参比电极和监视参比电极由蒸发器的壳体插入介质中，并与壳体绝缘。阴极、阳极、控制参比电极和监视参比电极通过电路板8电路连接到恒电位控制系统。阳极保护的致钝电流密度为1. 2 1. 5A/ m2，维钝电流的密度为0. 25 0. 3A/m2，最佳保护电位相对于Hg I Hg2SO4 (饱和K2SO4)电极为2200 2600 mV。控制参比电极4和监视参比电极6结构相同(简称参比电极)，参比电极的安装结构如图3所示，包括管套17、压盖18、基座19、压片20、绝缘套21和电极棒22。其安装方式为，基座焊接在三氧化硫蒸发器的壳体5上，压盖18用螺钉固定在基座上，电极棒穿过套管插入壳体内，套管和电极棒之间设有绝缘套21，绝缘套的材质为聚四氟乙烯。压盖的底部有压片20，压片为聚四氟乙烯垫片，用于密封。电极棒22的材质为HT-1合金。阴极的安装结构如图4所示，包括绝缘管23、外压盖24、内压盖26、阴极引出管28、阴极棒30阴极套管31。管箱盖25和管板27之间设有阴极引出管，绝缘管穿过阴极引出管，阴极棒穿过绝缘管插入三氧化硫蒸发器的壳程，绝缘管的材质为聚四氟乙烯。阴极棒30材质为HT-2合金。恒电位控制系统如图2所示，包括控制器10、电源12、调压模块13、变压器14电流变送器15、分流器16和调节控钮11。控制器分别与调节控钮、电源、调压模块、控制参比电极、监视参比电极和报警设备电路连接。电源和调压模块连接，调压模块通过变压器14连接到三氧化硫蒸发器9的阴极I和阳极7，与阴极连接到电路上串联有电流变送器15和分流器16。经过2年110%负荷的运行考核，阳极保护的效果明显，各项工艺参数均能满足工艺要求，阳极保护控制系统实施有效、操作方便、控制稳定。对阳极保护发烟硫酸三氧化硫蒸发器和阴极引出管的检测表明，腐蚀速率〈O. 05 mm/a。解决了设备的腐蚀，延长了设备的使用寿命(> 5年)，取得了良`好的社会和经济效益。
权利要求
1.一种阳极保护三氧化硫蒸发器,包括管箱(2)、壳体(5),壳体内设有管束(3),壳体下部设有底座(33)，其特征是所述蒸发器还设有阴极(I)、阳极(7)和参比电极，所述参比电极包括控制参比电极(4)和监视参比电极(6)，所述阴极分布于管束内，由管箱盖通过管箱沿轴向穿过管板(27)插入至管束之间，阴极与管束及管箱绝缘，所述阳极为管束和壳体，阳极导线焊接或螺丝连接在蒸发器的底座(33)上，所述控制参比电极和监视参比电极由蒸发器的壳体插入介质中，并与壳体绝缘；阴极、阳极、控制参比电极和监视参比电极通过电路板(8)电路连接到恒电位控制系统；阳极保护的致钝电流密度为1. O 2. OA/ Hf，维钝电流的密度为O. 2 O. 4A/ m2，保护电位相对于Hg I Hg2SO4电极为1500 3000 mV。
2.根据权利要求1所述的阳极保护三氧化硫蒸发器，其特征是所述恒电位控制系统包括控制器(10)、电源(12)、调压模块(13)、变压器(14)、电流变送器(15)、分流器(16)和调节控钮(11)，控制器分别与调节控钮、电源、调压模块、控制参比电极和监视参比电极电路连接，电源与调压模块连接，调压模块通过变压器连接到三氧化硫蒸发器(9)的阴极(I)和阳极(7)，与阴极连接的电路上串联有电流变送器(15)和分流器(16)。
3.根据权利要求2所述的阳极保护三氧化硫蒸发器，其特征是所述恒电位控制系统设有报警设备，所述报警设备与控制器(10)电路连接。
4.根据权利要求1所述的阳极保护三氧化硫蒸发器，其特征是所述参比电极包括管套(17)、压盖(18)、基座(19)、压片(20)、绝缘套(21)和电极棒(22)，所述基座焊接在壳体(5)上，压盖用螺钉固定在基座上，电极棒穿过套管插入壳体内，套管和电极棒之间设有绝缘套。
5.根据权利要求4所述的阳极保护三氧化硫蒸发器，其特征是所述电极棒(22)的材质为HT-1合金，所述绝缘套的材质为聚四氟乙烯，所述压片为聚四氟乙烯垫片或石墨垫片。
6.根据权利要求1所述的阳极保护三氧化硫蒸发器，其特征是所述阴极包括绝缘管(23)、外压盖(24)、内压盖(26)、阴极棒(30)和阴极套管(31)，管箱盖(25)和管板(27)之间设有阴极引出管(28)，绝缘管穿过阴极引出管，阴极棒穿过绝缘管插入三氧化硫蒸发器壳体内的管束之间。
7.根据权利要求6所述的阳极保护三氧化硫蒸发器，其特征是所述阴极棒(30)材质为HT-2合金，所述绝缘管的材质为聚四氟乙烯。
8.根据权利要求1所述的阳极保护三氧化硫蒸发器，其特征是所述管束的材质为碳钢。
全文摘要
本发明涉及一种阳极保护三氧化硫蒸发器。蒸发器设有阴极、阳极、控制参比电极和监视参比电极。阴极由管箱盖通过管箱沿轴向穿过管板插入至管束之间，阳极为管束和壳体，阳极导线焊接或螺丝连接在蒸发器的底座上，控制参比电极和监视参比电极由蒸发器的壳体插入介质中。阴极、阳极和参比电极电路连接到恒电位控制系统。阳极保护的致钝电流密度为1.0～2.0A/㎡，维钝电流的密度为0.2～0.4A/㎡，保护电位相对于Hg∣Hg2SO4电极为1500～3000mV。本发明利用阳极保护技术解决了发烟硫酸三氧化硫蒸发器中管束和壳体的腐蚀问题，提高了设备的安全性、可靠性和使用寿命，较少和避免了设备腐蚀引起的停车。
文档编号C23F13/00GK103031561SQ20111030470
公开日2013年4月10日 申请日期2011年10月10日 优先权日2011年10月10日
发明者李庆华, 肖世猛, 杨根柱, 王博, 吕胜杰, 李长禧, 康文斌, 陶永顺 申请人:中国石油化工股份有限公司