专利名称：一种防冻型长效参比电极系统的制作方法
技术领域：
本实用新型是用于高寒环境下站场及干线阴极保护系统中的一种防冻型长效参比电极系统，涉及金属材料的一般防蚀和管道系统技术领域。
背景技术：
管道阴极保护电位是评价管道阴极保护水平和管体防腐层劣化程度的重要指标之一。参比电极作为阴极保护系统，尤其是外加电流阴极保护系统的重要组成部分，为管道电位测量和恒电位仪输出提供基准电位。参比电极电位不稳定或者失效，容易造成管道保护不足或过保护。目前陆上埋地金属管线及地面金属构筑物电位监测通常采用Cu/CuS04S比电极，这是因为该电极具有耐腐蚀，不易极化，电位稳定等优点。在工程应用中，此电极主要分为以下两种类型便携式和长效固态Cu/CuS04参比电极。在要求连续采样测试的环境下通常采用长效固态Cu/CuS04S比电极，它的工作原理是利用陶瓷外壳的微渗特性与环境进行双向电解质交换实现电位测量。目前现有的长效Cu/CuS04S比电极主要针对于前期长输管道阴极保护需要而研制的(专利号CN2116970)。在推广初期，国内管道建设主要集中在东北、华北、华东的沿海和平原一带，从测量角度及地理气候条件大多满足长效Cu/CuS04参比电极的使用要求。近年来，我国管道运营里程迅速增加，目前已形成了纵贯南北、横跨东西、连通国外的油气管网格局。不同的环境也为管道运行管理带来了新的挑战，例如在我国东北中高纬度高寒地区新建的管线(如漠大管道等)地面最低气温达-50° C以下，管道埋深处最低也可达-10° C左右，如此低的环境温度造成埋地固体长效参比电极陶瓷外壳微渗孔隙处结冰，阻碍了电解质离子与环境间通过陶瓷外壳进行双向交换，从而直接影响阴极保护系统的电位控制和管地电位的准确测量。此外，现有的长效Cu/CuS04S比电极外壳均为陶瓷结构，罐体内Cu2+流失过快且易于和周围环境中存在的离子(如Ca2+、Mg2+、Cl' 0!1_等)进行离子交换，使得长效参比电极受到污染，造成电极电位发生偏离，这也给电位测量带来一定的误差。
实用新型内容本实用新型的目的是设计一种在高寒冻土区仍能保持电极电位准确、性能稳定、环境适应性好并完全符合电化学理论和相关国家及行业标准的新型防冻型长效参比电极系统。为了实现上述目的，新型防冻型Cu/CuS04参比电极的结构设计具有以下几点创新
占-
^ \\\ ·(I)针对于现有长效Cu/CuS04参比电极内Cu2+通过陶瓷罐体微孔流失过快且易于和周围环境中存在的离子交换，造成参比电极容易受到污染而大大降低使用寿命的问题，本实用新型采用绝缘材料(如PVC，高强度玻璃钢)等材料制作电极体外壳；同时借鉴便携式参比电极的优点，将选用孔隙率更小、致密度更高的高性能陶瓷尖头；设计的改进从以下两个方面有效的延长埋地使用的长效固态Cu/CuS04参比电极的使用寿命I)减轻外部环境杂质离子对电极体的污染，显著降低参比电极电解质受外界环境污染而造成电位漂移；2)减小罐体内Cu2+流失速率；(2)标准铜电极沿参比电极中心轴线放置，与电极内电极空间等长，这样一方面可以充分利用参比电极内腔储存的硫酸铜晶体，尽可能使参比电极寿命尽可能延长，另一方面也可增大离子与铜电极反应的面积，使得基准电位更加稳定；(3)为了改善现有长效Cu/CuS04参比电极在干旱地区适应性较差，电解液流失速率较快的弊端，本参比电极特别增加与外界储液罐相连通的补液管和补液口，当参比电极内的CuSO4晶体耗尽或者周围土壤较干燥的时候，可以在地面上为参比电极直接补水；(4)通过注液孔向参比电极内加入一定比例的难电离的乙二醇防冻液，降低电解液的凝固点，使得在低温环境下Cu电极/电解质间以及下端渗透膜块/ 土壤界面处仍能是电解液保持可电离出自由移动离子的液态；所提供的参比电位在较基准电位不发生偏移的基础上，解决了现有长效参比难以适用于低温环境的缺点。本参比电极由绝缘材料外壳1、上端盖2、下端盖3、Cu电极4、注液孔5、陶瓷渗透模块6，电极线7、吸水层8、蓄水层9、过滤隔离层10、固体CuSO4晶体11和补水导管12组成。在由上端盖2、下端盖3与外壳I配合密闭的电极体外壳竖向中心穿有Cu电极4,Cu电极4的下端连有陶瓷渗透模块6， 并陶瓷渗透模块6露在电极体外壳外，Cu电极4的上端连有电极线7伸出电极体外壳外；在电极体外壳的上端盖2有两个注液孔5,注液孔5连有补水导管12 ;电极体外壳内表面和Cu电极4表面依次覆盖吸水层8、蓄水层9和隔离层，电极体内装满固体CuSO4晶体11。其中外壳I和上端盖2、下端盖3共同组成参比电极的主体结构，所用材料是高强度PVC、工程塑料ABS或者有机玻璃等绝缘材料；注液孔5带有螺纹，其中一个通过补水导管12与外界储液箱相连，另一个作为出气孔，以平衡参比电极内外的气压；在使用过程中，将水箱装有含一定比例的防冻液的饱和CuSO4电解液置于参比电极上方，电解液利用自身重力作用源源不断的为电极补充电解质；在干燥的季节，也可以通过往储液箱注入饱和硫酸铜饱和溶液或水，以保证参比电极与环境间的润湿；Cu电极4为铜含量大于99. 9%的高纯Cu，沿电极体轴线固定于上端盖电极安装孔，其长度与电极体内空间等长，圆柱型侧表面和下表面与吸水层相连，上端表面与电机线进行电连接，电极线7经接线封端密封引出，为方便抑制测量信号传输中受电磁干扰，电极线7采用RVP型或者RVVP型屏蔽电；电极外壳内表面和Cu电极4表面依次覆盖吸水层8、蓄水层9和隔离层,密闭空间内装满CuSO4晶体；吸水层8由高级滤纸制作，蓄水层9用人造海绵制作；吸水层8与蓄水层9共同组成吸取聚集电解质水溶液的系统，形成参比电极内统一的电极反应环境，可以最大程度保持电极电位最大程度的稳定性；隔离层用细目涤纶纱网制作，以良好的通透性、致密性和绝缘性既实现了电极内空间的隔离和防护，又保证了电解质离子的自由运动。与常规参比电极相比，防冻型参比电极具有以下优势，见表I表I防冻型长效参比电极与常规长效参比电极性能比较
权利要求1.一种防冻型长效参比电极系统，其特征是它由绝缘材料外壳(I)、上端盖(2)、下端盖(3)、Cu电极(4)、注液孔(5)、陶瓷渗透模块(6)，电极线(7)、吸水层(8)、蓄水层(9)和过滤隔离层(10)和固体CuSO4晶体(11)以及补水导管(12)组成；在由上端盖(2)、下端盖(3)与外壳(I)配合密闭的电极体外壳竖向中心穿有Cu电极(4)，Cu电极(4)的下端连有陶瓷渗透模块(6)，并陶瓷渗透模块(6)露在电极体外，Cu电极(4)的上端连有电极线(7)伸出电极体外壳外；在电极体外壳的上端盖(2)有注液孔(5),注液孔(5)连有补水导管(12);电极体内表面和Cu电极(4)表面依次覆盖吸水层(8)、蓄水层(9)和隔离层，电极体内装满固体 CuSO4 晶体(11)。
2.根据权利要求1所述的一种防冻型长效参比电极系统，其特征是所述外壳(I)、上端盖(2)和下端盖(3)所用材料是高强度PVC、工程塑料ABS或者有机玻璃绝缘材料。
3.根据权利要求1所述的一种防冻型长效参比电极系统，其特征是所述注液孔(5)带有螺纹，其中一个通过补水导管(12)与外界储液箱相连，另一个作为出气孔；所述外界储液箱装有饱和CuSO4电解液或饱和硫酸铜饱和溶液或水。
4.根据权利要求1所述的一种防冻型长效参比电极系统，其特征是所述Cu电极(4)为铜含量大于99. 9%的高纯Cu，沿电极体轴线固定于上端盖电极安装孔，其长度与电极体内空间等长，圆柱型侧表面和下表面与吸水层相连，上端表面与电机线进行电连接，电极线(7)经接线封端密封引出；所述电极线(7)采用RVP型或者RVVP型屏蔽电线。
5.根据权利要求1所述的一种防冻型长效参比电极系统，其特征是电极外壳内表面和Cu电极(4)表面依次覆盖吸水层(8 )、蓄水层(9 )和过滤隔离层(10 )，密闭空间内装满CuSO4晶体；吸水层(8)选用高级滤纸，蓄水层(9)选用人造海绵，过滤隔离层(10)选用细目涤纶纱网。
专利摘要本实用新型是用于高寒环境下站场及干线阴极保护系统中的一种防冻型长效参比电极系统。在由上端盖(2)、下端盖(3)与外壳(1)配合密闭的电极体外壳竖向中心穿有Cu电极(4)，Cu电极(4)的下端连有陶瓷渗透模块(6)，并陶瓷渗透模块(6)露在电极体外，Cu电极(4)的上端连有电极线(7)伸出电极体外壳外；在电极体外壳的上端盖(2)有注液孔(5)，注液孔(5)连有补水导管(12)；电极体内表面和Cu电极(4)表面依次覆盖吸水层(8)、蓄水层(9)和隔离层，电极体内装满固体CuSO4晶体(11)。本实用新型在高寒冻土区仍能保持电极电位准确，性能稳定，环境适应性好并完全符合相关国家及行业标准。
文档编号C23F13/06GK202898548SQ20122044724
公开日2013年4月24日 申请日期2012年9月4日 优先权日2012年9月4日
发明者徐承伟, 王维斌, 薛致远, 毕武喜, 蔡永军, 滕延平, 姜有文, 王禹钦, 赵迎波, 刘玲莉, 庄楠, 赵君, 高强, 张 浩 申请人:中国石油天然气股份有限公司