专利名称：全钛热交换器的电气防蚀装置及其方法
技术领域：
本发明涉及在用海水作制冷剂的全钛热交换器中，为防止其所连接的配管装置的电腐蚀而采用的全钛热交换器的电气防蚀装置及其电气防蚀方法。
一般情况下，以海水为冷却水的热交换器，例如发电设备中的冷凝器，广泛采用着管壳式。因为此种冷凝器的冷却管是与海水直接接触的，所以，冷却管使用不易腐蚀的稳定的金属(或称贵金属)，例如，以铝黄铜为主的铜合金，而冷凝器管板采用海军黄铜板等。另一方面，冷凝器水箱及与冷凝器连接的机器、配管使用钢。而计测用温度计插孔等则使用蒙乃尔合金及不锈钢。以下参照
图1，说明发电设备中使蒸气复原成水的冷凝器，及靠近该冷凝器的机器、配管和计测用品的一个例子。
从蒸汽轮机排出的蒸汽1被引入冷凝器2，在冷凝器2内，与有冷却用海水流过的多根冷却管3的表面接触并被冷却，凝结成冷凝水5。为供发电设备再次使用该冷凝水，通过冷凝水泵4从冷凝器2将其回收并送至未图示的给水加热器。冷凝器2的冷却管3一般采用铝黄铜管。冷却海水6一般是通过由涂有焦油环氧树脂等防蚀性漆或被覆材料的碳钢钢板制成的入口循环水管7提供，并经入口水箱8，流过上述铝黄铜制成的冷却管3的内侧，通过冷却管3吸收蒸汽1的热量，在温度上升的同时，再经出口水箱9及出口循环水管10，被排放到排放口(海)。另外，一般情况下，在上述的入口循环水管7及出口循环水管10上，装有使冷却海水6停止和切换等的蝶形阀11，以及检测、监视温度和压力等的温度计12(温度检测座)和压力计13(压力检测座)。还设有维持冷却管3内侧面的清洁度用的球清洗装置。具体是，通过球捕集器14从冷却海水中回收的清洗用球被导入球再循环管15，并通过球循环泵16被运至球回收器17，在那儿再次通过球注入管18，被注入流过入口循环水管7内的冷却海水中，通过反复进行上述过程，把附着在冷却管3内侧面的异物等除去。
又，在入口循环水管7与入口水箱8，以及出口水箱9与出口循环水管10的连接方面，通过装上橡胶制成的伸缩接头，以便使其能吸收安装误差及运转时的微小变位。
还有，在入口水箱8和出口水箱9上，为了排气，装有排气管20及在该排气管上装有排气阀21。又，图中符号22表示管板。
为防止海水导致的腐蚀，对冷凝器、循环水管的与海水接触的部分，在材料的选择、金属面的涂漆或利用防蚀性被覆材料的保护等设计方面，特别细心。一般情况下，腐蚀现象有在酸性环境中的金属单体发生腐蚀的自然腐蚀，以及异种金属相接触时产生的电腐蚀(以下简称电蚀)两种。该电蚀的腐蚀速度非常快速，所以必须特别注意。所谓电蚀，指的是，通常，电连接着的异种金属一旦置于电解质溶液中，较稳定(不易氧化的)金属便作为阴极，活泼(易氧化的)金属(或称贱金属)便作为阳极，形成自然电位差，阳极金属成金属离子，游离到电解质溶液中，因而活泼金属被腐蚀的现象。图2给出了海水中金属的自然电位。图中给出了7种金属的自然电位，其中钛是最稳定侧的金属，锌是最活泼侧的金属。例如在海水中，稳定侧的黄铜与活泼侧的铁与水接触，黄铜与铁电气性相连着时，由于该两个金属间的自然电位差V，活泼侧的铁因该电位差而受到电蚀。另外在海水中，当稳定侧的不锈钢(钝态)与活泼侧的铁接触，不锈钢(钝态)与铁电气性相连时，由于该两个金属间的自然电位差V，活泼侧的铁受到电蚀。在其他的金属组合中也有同样的情况，两个金属间的自然电位差越大，电蚀现象的发展越明显。又，横轴电位的活泼侧VSCE表示饱和甘汞电位。
上述现象在发电设备的海水系统中也会发生。例如，在热交换器中所使用的冷却管、过滤器、阀、温度计插孔等的计测用品的暴露金属之间，有可能产生电蚀。此外，与上述材料还可能发生如下情况。即，配管装置类的内侧面为了防止钢表面的腐蚀，在钢表面涂上了防蚀性漆或包覆了被覆材料，以使其不直接与海水接触。然而，一旦由于某种原因，涂层或被覆面被损坏，钢表面暴露在海水中，上述的稳定金属材料与活泼金属材料的钢表面电气性相连，则由于该两个金属的自然电位差，活泼侧的钢表面便受到电蚀。也就是，例如，当上述冷凝器的冷却管及冷凝器管板22分别使用铝黄铜管及海军黄铜板时，因为入口及出口水箱8、9以及入口及出口循环水管7、10一般是由钢板制成的，所以，钢板成为活泼侧的金属。
之所以上述的入口和出口水箱8、9及入口和出口循环水管7、10上施行了防蚀性漆层或被覆材料就是由于上述原因，但一旦这些漆层或被覆部位因施工不良及海水的流动等而损伤，作为基材的钢表面暴露出来，则如前所述，由于黄铜与铁之间的自然电位差，活泼金属的铁的钢面受到电蚀。
以下，参照附图详细说明该现象。
假设图3中，冷却器2的出口水箱9上有被膜损伤部23a，在出口循环水管10上也有被膜损伤部23b。因此，被膜损伤部23a、23b的钢表面暴露在外。这儿，令冷凝器2通过基础等而接地25，出口循环水管10上，也通过配管装置的支承或土中配管等而接地25。因此形成一个从出口水箱9的被膜损伤部23a及出口循环水管10的被膜损伤部23b起，通过冷却海水6，经过管板22及冷却管3，再到达冷凝器2的黄铜的电气回路，从而，腐蚀电流24从被膜损伤部23a、23b流向冷凝器管板22和冷却管3，结果是被膜损伤部23a、23b被电蚀。当然，该现象并不限于出口水箱9及出口循环水管10之间，入口水箱8及入口循环水管7的情况也完全相同。
上述现象是就冷却管3及管板22作为稳定金属存在的情况进行叙述的。另外，当图1中所示的球捕集器14、球注入管18、蝶形阀11、温度计12及压力计13的取出部等由比铁稳定的不锈钢等构成时，在这些不锈钢等与被膜损伤部23a、23b的铁之间产生自然电位差，与上述一样，活泼金属即铁受到电蚀。
关于该现象再参照图4进行详细说明。图4中，出口循环水管10内设有用不锈钢等材料制成的球捕集器14，球再循环管15与此相接。因此，除了在图3已说明过的那种从出口循环水管10的被膜损伤部23b起向管板22、冷却管3流动的腐蚀电流24外，另外还形成一个从出口循环水管10的被膜损伤部23b起，通过冷却海水6，经球捕集器14，再到达出口循环水管10的电气回路。从而，腐蚀电流24从被膜损伤部23b起流至球捕集器14，结果是在该情况下，被膜损伤部23b也被电蚀。当被膜损伤部23b靠近冷凝器2时，该现象受到管板22及冷却管3的影响，而当被膜损伤部23b靠近球捕集器14时，该现象受到球捕集器14的影响。另外，这儿所述的不锈钢是指具有稳定的纯态被膜的不锈钢，如图2所示，不锈钢(纯态)的电位一般为0-100mVSCE左右，如果上述纯态被膜有充分的厚度，则黄铜比不锈钢(纯态)活泼。
因此，只要不发生异常状态，不锈钢(纯态)便不会受电触。但是，当冷凝器的运转条件发生变化，处于特殊状态，例如由于海水中的异物等使不锈钢的局部表面成活性状态时，不锈钢侧成活泼侧，与管板22的海军黄钢板及冷却管3的铝黄铜管之间产生自然电位差，此时不锈钢受到电蚀。
参照图5说明该现象。假定在图5中，设在出口循环水管10内的球捕集器14的局部成活性状态，而其他部分被纯态被膜所覆盖。并假设此时，出现活性状态的区域位于图中的A处。
该情况下的电气回路是从出口循环水管10起，流向暴露出不锈钢的球捕集器14，再通过冷却海水6，经过冷凝器管板22及冷却管23，到达冷凝器2的本体。因此，腐蚀电流24从暴露的球捕集器14的被纯态被膜覆盖的部分起，经过球捕集器14的A处，流向管板22、冷却管3，结果是，此情况下，不锈钢的球捕集器14以A处为中心，被电蚀。
作为防止发生上述入口及出口水箱8、9和入口及出口循环水管7、10中的电蚀现象，以保护设备的方法，广泛采用着使防蚀电流在入口及出口水箱8、9内流动的方法。另一方面，对于球捕集器14等的同样的现象，也已采取在其附近通以适当的防蚀电流以防止电蚀的方法。
以下以这些措施为中心，说明电气防蚀的具体方法。图6中，符号26表示替代阳极，这是为了发生防蚀电流27而安装的。
另外，在入口水箱8内也设有同样的装置(未图示)，并使其可获得同样的效果。
在上述构成中，防蚀电流27从替代阳极26起，流向冷凝器管板22、冷却管3及被膜损伤部23a、23b，从被膜损伤部23a、23b流出的腐蚀电流24(见图3)被消灭了。因此可防止被膜损伤部23a、23b的电蚀。另外，这时同时还能防止管板22及冷却管3的局部性腐蚀。
一般进行阴极防蚀时，通过使其比该金属的自然电位更趋向活泼侧约200～250mV，便能进行该金属的防蚀。一般情况下，海水中铁的自然电位如图2所示，约为-450～-650VSCE，从此可设定铁的防蚀电位。
越趋向活泼侧亦称贱侧或低侧防蚀效果越高，但是，如果设定成太靠近活泼侧，则为防蚀而在钢表面包覆的橡胶、焦油环氧树脂等的被覆材料便会发生表面劣化及剥离等问题，所以也不能设定成太靠近活泼侧。因此，一般设定为-650～-900mVSCE的范围。
或者也可采用图7所示的方法。图7与图6的不同点是，在出口水箱9的下部，安装着控制防蚀电位及电流值的参照电极29。该参照电极29通过电位控制装置30，与电气防蚀装置28相连，检测出参照电极29的安装部位的电位后，反馈到替代电极26。其他的构成作用与图6所示相同。
另外，当出口循环水管10的路途内设有不锈钢的球捕集器14时，有必要对不锈钢的电蚀现象采取措施。该情况下的电气防蚀以球捕集器14为中心，如下进行。
具体是，在图8中，符号28表示替代阳极，是为了产生防蚀电流29而安装的。
在上述构成中，防蚀电流从替代阳极28起，流向球捕集器14、被膜损伤部23，从被膜损伤部23流出的腐蚀电流24(见图3)被消灭了。因此，能防止被膜损伤部23的电蚀。另外，此时同时还能防止球捕集器14的点腐蚀、缝隙腐蚀之类的局部性腐蚀，以及活性状态的腐蚀。
还可使用图9所示的方法。图9与图8的不同点是，在出口循环水管10的与球捕集器14相邻的部位，安装控制防蚀电位及电流值的参照电极34。该参照电极34通过电位控制装置35，与电气防蚀装置33相连，检测出参照电极34的安装位置的电位后再反馈。其他的构成作用与图8所示相同。
以下说明一下，在以往由黄铜系材料构成的冷凝器2的主要部分采用比黄铜更稳定的金属即钛材构成的冷凝器中，是用何种方法对付腐蚀现象的。
该种由钛材构成的冷凝器一般称为全钛冷凝器，冷凝器及其周围的设备、配管及计测用品等的构成与图1所示无不同之处。该种全钛冷凝器的典型被应用于大型火力发电站及原子能发电站，其管板22及冷却管3是用钛材制成的。
由钛材构成的管板22及冷却管3的耐蚀性极好，如果仅限于海水本身导致的腐蚀现象，则这些部分几乎可以不予考虑。然而，作为全钛冷凝器的其他构成部分材料，还使用着钛以外的金属，另外，其周围的设备、配管及制品等，如前所述也使用着比钛活泼的金属，由于钛材与其他金属的电位差，活泼侧的金属不可避免地会发生电蚀。
而且，对于全钛冷凝器来说，仅仅对付在图6、图7、图8及图9中所述的单纯的电蚀现象是不够的，还存在必须用其它方法解决的问题。这就是钛材等特有的现象即氢蚀脆性的问题。所谓氢蚀脆性，指的是由于吸收了氢，金属材料变脆的现象，这是从以下原因引起的，即钛材在海水中，一旦极化成约比-600mVSCE更活泼侧，氢吸收便会开始。因此，用图6、图7、图8及图9所示的方法防止电蚀时，防蚀电位必须设定为不会发生氢蚀脆性处的电位。
图10给出了根据上述之点实施例的全钛冷凝器中电气防蚀的施工方法。图中，与图6及图8所示部分相同的部分标上了相同的符号。图10中，符号26表示替代阳极，这是为了使之发生防蚀电流27而安装的。又，图中符号30表示地线。另外，入口水箱8中也设有同样的装置(未图示)，可获得同样的效果。
在上述构成中，防蚀电流27从替代阳极26起，流向管板22、冷却管3及被膜损伤部23a、23b，从被膜损伤部23a、23b流出的腐蚀电流24(见图3)被消灭。这儿，为避免钛材发生氢蚀脆性，而使出口水箱9下部的电位比-600mVSCE更靠近稳定侧。又，出口循环水管10出口附近的电位以铁为对象，设定成约-650～-900mV。
另外，对付不锈钢的球捕集器14中的电蚀现象的方法，与利用图8中所述的无不同之处。
还可以采用图11所示的方法。图11与图10的不同点是，在出口水箱9的下部及出口循环水管10的冷凝器2侧端部，分别设有控制防蚀电位和电流值的参照电极39a、39b。这些参照电极39a、39b分别通过电位控制装置40a、40b，与电气防蚀装置38相连。这儿，参照电极39a对出口水箱9下部的电位进行检测并反馈至电气防蚀装置38，此时的设定电位在避免钛材发生氢蚀脆性的前提下，被设定成比-600mVSCE更稳定侧(亦称贵侧或高侧)。
另一方面，参照电极39a对出口循环水管10出口附近的电位进行检测并反馈至电气防蚀装置38。此时的设定电位以铁为对象，设定为-650～-900mVSCE左右。其他的构成作用与图10所示相同。
又，对付不锈钢的球捕集器14中的电蚀现象的方法与利用图9所述的无不同之处。
如上所述，对于全钛冷凝器，为了防止出口水箱9和出口水管10发生的被膜损伤部23a、23b处暴露钢面的电蚀，在出口循环水管10内设置替代阳极，使防蚀电流27从此处起流向例如出口水箱9中存在的被膜损伤部23a，但在该埸合，在替代阳极26太靠近出口水箱9侧时，当防蚀电流27流到被膜损伤部23a的同时，不属于防蚀对象的管板22及冷却管3内也流入防蚀电流27。
该损失电流一旦流入管板22和冷却管3，钛材的极化特性便随电流值的大小而发生变动，所以，钛材呈现出比在海水中的自然电位更偏向活泼侧的电位。因此，在出口水箱9的下部，电位变成比钛材发生氢蚀脆性的电位即约-600mVSCE更偏向活泼侧。
为防止发生上述情况，可以考虑把替代阳极26设置在远离出口水箱9的部位。此时，流向管板22及冷却管3的损失电流与上述情况相比将大幅度减小，出口水箱9下部的电位比上述的约-600mVSCE更偏向稳定侧，钛材不会发生氢蚀脆性。但是，所谓该部位的电位成稳定侧，从出口水箱9的整个内部来看，就是指除出口水箱9下部之外的所有远处，电位成更稳定侧，例如在被膜损伤部23a的附近，就根本无防蚀电流27流过。
此时，假定可能在使替代阳极26远离出口水箱9的同时，把铁的防蚀电位即-650～-900mVSCE设定成更活泼侧，则一般认为处理比较容易，是理想的。
但是，当在替代阳极26所安装的出口循环水管10的近旁采取此种措施时，又有可能发生如下的问题，故无实际应用的可能。即，为了出口循环水管10等的防蚀而在钢表面覆上的橡胶、焦油环氧树脂等的被覆材料表面，由于因上述措施而进一步增大的防蚀电位和电流值，而使劣化更易发展，存在这些材料剥离钢表面的危险性，这将成为很大的问题。
这样，单纯地使铁的防蚀电位-650--900mVSCE更偏向活泼侧，会使被覆材料侧发生不良情况，并不合适。
另外如前所述，在对替代阳极26的设置部位等缺乏必要考虑的现有电气防蚀方法中，存在并不能称为真正有利于防止电蚀之处，要求所有改善。
因此，本发明的目的在于，提供一种全钛热交换器的电气防蚀装置及其电气防蚀方法，它们们能抑制热交换器所使用的钛材的氢蚀脆性，且能可靠地防止与钛材同时使用的碳钢部分因电蚀现象而钢表面被腐蚀。
本发明提供一种全钛热交换器的电气防蚀装置，在该装置中，热交换器的有海水流过的冷却管及支承该冷却管的一对管板均采用钛材，与各管板相连的一对水箱及与该水箱分别相连的循环水管采用比钛材在电化学上更活泼的第1金属材料，循环水管内分别设置由比这些循环水管的构成材料在电化学上更活泼的第2金属材料构成的替代阳极，其特征在于，水箱内的所有区域及与水箱相连的循环水管内一定区域的至少内侧面，是采用有良好电绝缘性的材料构成的，同时，当设从水箱与循环水管的连接部分起至替代阳极的距离为L3cm、循环水管的内径尺寸为Dcm时，替代阳极的设置位置规定在L3≥0.003D2(cm)的范围内，并且，当以水箱与循环水管的连接部分为基准，设至少内侧面具有电绝缘性的循环水管长度为L2cm时，循环水管内的至少内侧面是采用有电绝缘性的材料所构成区域的范围规定为L2≥0.4 L3(cm)。
本发明提供一种全钛热交换器的电气防蚀装置，在该装置中，热交换器的有海水流过的冷却管及支承该冷却管的一对管板均采用钛材，与各管板相连的一对水箱及与水箱分别相连的循环水管采用比钛材在电化学上更活泼的第1金属材料，循环水管内分别设置由比这些循环水管的构成材料在电化学上更活泼的第2金属材料构成的替代阳极，其特征在于，水箱内的所有区域及与水箱相连的循环水管内一定区域的至少内侧面是采用有良好电绝缘性的材料构成的，同时，提供给替代阳极的电位，能使各水箱内的管板下部附近保持可抑制钛材的氢蚀脆性的电位，且能使循环水管内的至少内侧面是采用有良好电绝缘性的材料构成的区域的边界部附近，保持至少比海水中的第1金属材料的自然电位更活泼侧的电位。
本发明提供一种全钛热交换器的电气防蚀方法，该方法中，具有流过海水的冷却管的热交换器的冷却管及支承该冷却管的一对管板均采用钛材，与各管板相连的一对水箱及与该水箱分别相连的循环水管采用比钛材在电化学上更活泼的第1金属材料，在循环水管内分别设置由比这些循环水管的构成材料在电化学上更活泼的第2金属材料构成的替代阳极，控制提供给这些替代阳极的电位以进行水箱及循环水管的防蚀，其特征在于，使水箱内的所有区域及与水箱相连的循环水管内一定区域的至少内侧面保持良好的电绝缘性，同时控制提供给替代阳极的电位，使各水箱的管板下部附近保持在可抑制钛材的氢蚀脆性的电位，并且使循环水管内的保持良好电绝缘性的区域的边界附近，保持至少比海水中的第1金属材料的自然电位更活泼侧的电位。
其次，还肯定循环水管10的轴方向的电位分布，如根据实验和分析，则如在图13中所示例子那样，所表示的电位与沿循环水管10的轴方向离替代阳极26的远近成比例，且离开替代阳极26越远，电位的绝对值越减少。这意味着在循环水管10内的轴方向的电位上能适用欧姆法则。因此下式成立。此外，把循环水管10的内径作为DφT-φλ=1·L3δ ·π4(D2)=4Iπ δ·L3D2…(1)]]>L3=π δ(φT-φλ)4I·D2……(2)]]>式中φT钛的防腐蚀电位(V·SCE)φλ替代阳极的电位(V·SCE)I防腐蚀电流(A)δ海水传导率(v/cm)D循环水管内径(cm)
根据上式，对使用铝替代阳极的场合进行L3的计算。这里关于I、δ是原来并未明确，但根据本发明的实验和分析结果，确认为如下范围的值，即1.0≤I≤3.0(A)0.03≤δ≤0.05(v/cm)因此，替代阳极9的安装位置的最小值如下。
当φT≥-0.6(V·SCE)φλ＝-1.0(V·SCE)
XD2＝0.003·D2(cm)因此，若将替代阳极26的安装位置取为L3≥0.03D2(cm)的话，就能防止用于管板22和冷却管3的伏的氢脆化。
上述说明是关于把铝用于替代阳极26的场合，然而即使用锌，然而得知由于锌制替代阳极的电位φλ和铝的电位值大致相同，故也能取得同样的防止钛的氢蚀脆化的结果。
接下来，在靠近热交换器的循环水管10上施加高绝缘性的镀覆的范围L2，要按下式来决定。
此时有必要在自热交换器底面为L2的位置使其电位和炭素钢的防腐蚀电位-770mVSCE相等。因此，如同样使用一次欧姆法则，则下式成立。
φR-φλ=1·L3- L2δ ·(π4D2)=4Iπ ·δ·L3-L2D2…(3)]]>
用上述式(1)，(3)求出下式。
(φT－φR)/(φT-φλ) = (L2)/(L3) ……(4)L2= (φT－φR)/(φT-φλ) ·L3……(5)式中，φR采用高绝缘性镀覆的替代阳极一侧端部炭素钢配管的防腐蚀电位。
φT、φλ和式(1)相同式中，式(4)表示，一旦决定了φ、φ以及φ的值，就可以不根据循环水管内径D，防腐蚀电流I以及海水的传热率δ，来求出在循环水管10上施加镀覆的范围L和替代阳极26的安装位置L的比。和上述一样，令φT≥-0.6(V·SCE)φλ＝-1.0(V·SCE)φR≤-0.77(V·SCE)将这些代入式(5)，得
＝0.4·L3(cm)因此，若令循环水管10上所施加的高绝缘性能的镀覆的范围L2≥
0.4L3(cm)的话，则使炭素钢制配管的防腐蚀成为可能。
作用图12-1表示由实验和分析求得的出口水箱和出口循环水管中心部位的电位分布。图中，纵坐标表示管中心的电位，横坐标表示由位于该图之上的图(即图12-2)所示的出口水箱9和出口循环水管10的部位。电位分布就是分别使出口循环水管10内的替代阳极的位置发生变化时的情形。这时，是采用以锌或铝作为主要成份的替代阳极，要将此阳极制造成使其在海水中的电位保持约为-1000mVSCE，把测得的出口水箱9和出口循环水管10内的电位连结起来，分别表示为曲线(a)，(b)，(c)。首先，(a)表示替代阳极26的安装位置为理想场合时的电位分布，在此场合，在从替代阳极26稍稍靠近出口水箱9一侧的位置，电位约为-770mVSCE，在出口水箱9内，成为比-500mVSCE更稳定的电位，也就是，把大约-770mVSCE作为分界点，在显示比其更稳定的电位的出口循环水管10和与其连接的出口水箱9不能取得适当对应关系的场合就进入了钢表面因电蚀而易受到侵蚀的区域。另一方面，显示比约为-770mVSCE更活泼的电位的出口循环水管10内的领域就是防电蚀效果所能及的领域，钢表面上产生电蚀的危险性少。
根据上述实验和分析结果，显示比钢表面具有因电蚀而受侵蚀危险性的约-770mVSCE更稳定侧的电位的范围，采用电气绝缘性能特别优良的材料对显示比出口水箱9和出口循环水管10内约-770mVSCE更稳定的电位的区域进行被覆。另一方面，对显示比约-770mVSCE更活泼的电位的区域，考虑到抑制钢表面腐蚀，主要采用具有防腐蚀性的材料进行被覆。此外，对安装到出口循环水管10上去的伸缩接头19，由于原来就用绝缘性材料构成(橡胶等)，可以不考虑作为防电蚀的对象。
此外，(b)是替代阳极26比(a)的场合更靠近出口水箱9一侧时的电位分布。和(a)相比，显示约为-770mV电位的地方更靠近出口水箱9一侧。也就是，防电蚀效果所及的区域更靠近出口水箱一侧，因此，可使采用具有电绝缘性材料进行被覆的区域减少。然而，出口水箱9内的电位和横穿过-500mVSCE的(a)相比，则显著偏于活泼的一侧，且靠近钛材具有氢蚀脆性的电位-600mVSCE，假如由于管板22和冷却管3的污染等而使电位显著变化，从而偏向活泼侧的场合，说不定会达到-600mVSCE，所以和(a)相比，余地较少的(b)由此其氢蚀脆性的危险性也较高，因而难以被采用。
此外，和(b)相反，(c)表示把替代阳极26安装在比(a)更远位置时的电位分布。当和(a)比较时，此时的出口水箱9内的电位更向稳定的一侧移动，这时的电位成为对钛材的氢脆性来说完全不成问题。然而，出口循环水管10内的电位，在和(a)相比时，显示约为-770mVSCE的电位的地方，从出口水箱9看上去成为更远。也就是，由于防电蚀效果所能达到区域的移动，使得用具有电气绝缘性材料进行被覆区域扩大了，反之使得用防腐蚀材料进行被覆的区域变窄了。如斯，使得用电绝缘材料进行被覆领域的扩大，换言之，使防电蚀效果所达不到的区域扩大，这一做法若考虑到被覆材料万一受损伤，则必需更慎重。此外，使用价格贵的绝缘性材料方面经济上也有限度。其结果是，显示(c)的电位分布位置，不能安装替代阳极26，应将其配置成使被覆区域更缩短。但是，如前所述那样，当电位分布成为(b)那样时，于是接下来对钛材的氢蚀脆性的担心将增加。因此可以说，(a)是防电蚀所不及的区域少，且不会发生钛材氢蚀脆性的电位分布。
另一方面，在另外的实验和分析中，使替代阳极26的电位从上述实验的电位约为-1000mVSCE起，使用以镁为主要成份的替代电极26，而制成使其在海水中的电位保持在约-1600mVSCE，使用替代阳极，使之上升到约-1600mVSCE，并测定了电位分布。这个就是如图中虚线所示的分布曲线。若和(a)对比的话，明显的是，防电蚀效果所及的区域比(a)更进一步扩大，但是若仅仅使电位设定值变大，则害处比利益显著地大。也就是，出口水箱9内的电位几乎接近-600mVSCE，引起氢蚀脆性的危险性更加变高的同时，因设定成比-1000mVSCE更活泼侧，故易产生绝缘材料的剥离。因此，最好替代阳极26使用以锌或铝为主要成份的替代阳极26，令替代阳极26的电位约为-1000mVSCE。
此外，由于铁在海水中的自然电位为-450～-650mVSCE，防蚀电位的下限应该为约-650mVSCE。
实施例以下参照附图对本发明的一实施例作说明。
在图14中，出口水箱9的内部是用具有电绝缘性的被覆材料，例如具有牢固结构的橡胶31进行被覆的。对于此出口水箱9的下部，使其电位处于比-600mVSCE还稳定的一侧，并使之不引起钛材的氢脆化那样安装替代阳极26。此外，在出口循环水管10和出口水箱9相连接的L2的区域也用同样的橡胶31进行被覆。通常，伸缩接头19是用橡胶作成，所以在L的区域没有露在外面的钢表面部分。
此外，在出口循环水管10的L2以外的区域，是用作为具有防腐蚀性被覆材料焦油环氧树脂32进行覆盖，然而对于橡胶31和此焦油环氧树脂32的交界部分，使此部分的设定电压成为比-700mVSCE还活泼的一侧，并把替代阳极26的位置在考虑到不致使钢表面因电腐蚀而受到侵蚀的情况下进行设置。
另一方面，把替代阳极26安装在自出口水箱9为L3的距离处。因此，防电腐蚀的对象区域就成为从L3中减去L2后的L1了。
下面对L2约为4.8m，出口循环水管10的内径D为2.4m，替代阳极26的电位约为-1000mVSCE的场合的出口水箱9内下部的电位，电流值以及出口循环水管10内的电位分布的测定结果进行叙述。
先对出口水管9下部的电位变化进行说明。
在图15中，纵坐标表示出口循环水管10的管子中心的电位，而横坐标表示从替代阳极26向热交换器一侧去的距离。
在L3约为4.8m(L3/D≒2)的场合，即离替代阳极26约4.8m为止的电位以曲线(g)表示，可以理解出口水箱9内下部的电位处于比-600mVSCE稳定的一侧。在此场合，在从约4.8m到约3.3m的范围，电位处于比-600mVSCE稳定的一侧，在此范围内，钛材的氢蚀脆性的现象不会发生。
然而在图15中，L3约为2.4m的场合，以及在约1.2m的场合，分别以曲线(h)和(i)来表示。此外，这些值相对出口循环水管10的内径D的比分别为1.0倍和0.5倍。
由于曲线(h)和(i)的电位通常处于比600mVSCE活泼的一侧，因而会出现钛材的氢蚀脆性现象。因此有必要以离开距离为相对内径D为2倍为止的(g)作为目标。
下面，对电流值的变化进行说明。
在图16中，纵坐标表示替代阳极26的电流值，横坐标表示自热交换器起至替代阳极26止的距离。若按照图16，当距离大出约4.8m时，则电流在约小于2安培时大致固定。而当距离比此变小时，则电流值急剧上升。接着，对出口循环水管10内的电位分布进行说明。此外，条件均和图15和图16的场合相同，然而也表示了替代阳极26的电位约为-1600mVSCE的场合。
在图17中，纵坐标表示处于出口循环水管10的管中心处的电位，横坐标表示从替代阳极26向着热交换器一侧的距离。
曲线(j)表示在替代阳极26的电位约为-1000mVSCE的场合的出口循环水管10的电位分布。当离替代阳极26的距离约在2.4m以内时，形成比-770mVSCE更活泼的电位分布，对钢表面的防腐蚀可获得所希望的结果。另一方面，超过此距离的部分(斜线表示部分)，因成为比-770mVSCE还稳定的电位，不能得到防腐蚀效果。
为了和曲线(j)进行对比，曲线(k)表示在替代阳极26的电位约为-1600mVSCE的场合的出口水箱9和出口循环水箱10的管中心的电位分布。
当离替代阳极26的距离约在4.1m以内时，因电位分布在比-770mVSCE更活泼的一侧，因此可达到比上述电位更广范围的防腐蚀效果，然而，此电位并不是如在图15中的(g)所示那样，会使出口水箱9内下部的电位保持为适当值的电位(约-1000mVSCE)，故不能依靠它。
以上，根据图15、16和17，由于当替代阳极26的安装位置约为4.8m时，获得防腐蚀效果的范围约为2.4m，因此成为L＝L-L＝4.8-2.4＝2.4，约2.4m以上成为此场合的用具有绝缘性材料进行被覆的区域。
接下来，参照附图对本发明的第二实施例进行说明。
在图18中，出口水箱9内部用具有电绝缘性的被覆材料，例如牢固构造的橡胶进行被覆。在此出口水箱9的下部安装着参照电极39a，将其电位设定在比-600mVSCE还稳定的一侧，使检测电位反馈到防电蚀装置以免引起钛材的氢蚀脆性。此外，对于出口循环水管10和出口水箱9相连接的L2的区域也同样用橡胶31进行涂复。通常，伸缩接头19是用橡胶制成，因此在L2的区域没有钢表面的暴露部分。
此外，出口循环水管10的L2以外的区域是用具有防腐蚀性的被覆材料的焦油环氧树脂32进行覆盖，然而对橡胶31和此焦油环氧树脂32的分界处设置参照电极39b。把此参照电极39b的电位设定在比-770mVSCE还活泼的一侧，使参照电位反馈到防电蚀装置38中去，以免钢表面会因电蚀化而受侵蚀。
另一方面，把用防电蚀装置38进行控制的替代电极26安装在离出口水箱为L3的距离处。因此防电腐蚀的对象区域成为从L3中减去L2的L1。
下面对在L3约为4.8m，出口循环水管10的内径D为2.4m，替代阳极26的电位约为-1000mVSCE的场合的出口水箱9内下部的电位、电流值以及出口循环水管10内的电位分布的测量结果进行叙述。
先对出口水箱9内下部的电位变化进行说明。
在图19中，纵坐标表示出口循环水管10的管中心的电位，横坐标表示自替代阳极26向着热交换器一侧的距离。
在L3约为4.8m(L3/D≒2)的场合，就是自替代阳极26到离开约4.8m的地方为止的电位用曲线(g)表示，可理解为出口水箱9内下部的电位处于比-600mVSCE还稳定的一侧。在此场合，大约从4.8m到约3.3m的范围，电位处于比-600mVSCE还稳的一侧，在此范围内不会发生钛材的氢蚀脆性。
然而，在图19中，曲线(h)和(i)分别表示L约为2.4m和1.2m的场合。此外，这些值相对出口循环水管10的内径D为1.0倍和0.5倍。
由于使曲线(h)和(i)的电位经常处于比-600mVSCE还活泼的一侧，因而会产生钛材的氢脆性。因此有必要把相距距离相对内径D为2倍为止的(g)作为目标。
下面对电流值的变化进行说明。
在图20中，纵坐标表示替代阳极26的电流值，横坐标表示自热交换器到替代阳极26为止的距离。根据图20，当距离大出约4.8m时，电流则以略小于2安培而大致固定。此外，当距离小于此时，电流值急剧上升。
接着，对出口循环水管10内的电位分布进行说明。此外，条件和在图19和图20的场合一样，但也表示了替代阳极26的电位约为-1500mVSCE的场合。
在图21中，纵坐标表示出口循环水管10的管中心的电位，横坐标表示自替代阳极26向着热交换器一侧的距离。
曲线(j)表示在替代阳极26的电位约为-1000mVSCE的场合的出口循环水管10的电位分布。虽然根据电流值的不同而略有差异，使离替代阳极26的距离在约为2.4m以内时，电位分布处于比-770mVSCE还活泼的一侧，在钢表面的防腐蚀方面能获得所希望的结果。另一方面，超过这些的部分(斜线表示的部分)，处于比-770mVSCE还稳定的电位分布，就不能获得防腐蚀的效果。
为了和曲线(j)对比，用曲线(k)表示了在替代阳极26的电位约为-1500mVSCE的场合的出口水箱9和出口循环水管10的管中心的电位分布。虽因电流值而有或多或少的差异，然而，离开替代阳极的距离约在4.1m以内，则其电位分布为比-770mVSCE更活泼一侧，使防蚀效果可达到比上述电位更广的范围，但此电位不是如图19中的(g)表示的那样能使出口水箱9内下部的电位保持在适当的电位(约-1000mVSCE)，因此不能依靠它。
以上，根据图19，20和21，由于当替代阳极26的安装位置约为4.8m时，可获得防蚀效果的范围约为2.4，故成为L＝L-L＝4.8-2.4，约在2.4m以上，就是此场合的用具有绝缘性材料进行覆盖的区域。
接着参照附图对本发明的第三实施例进行说明。
在本实施例中，出口循环水管10的L2以外的区域是用作为具有防蚀性被覆材料的焦油环氧树脂32进行覆盖，而对于橡胶31和以焦油环氧树脂32的交界部分，使防蚀电位为铁在海水中的自然电位(-450-650mVSCE)的水平，因此将防蚀性电位设定在自然电位上限约-650mVSCE左右。这是想通过相对最初叙述过的实施例，将电位设定在稳定的一侧，使电流值下降，此外，将水箱9下部的电位设定在稳定的一侧，使完全会不产生钛材的氢蚀脆性，进而减少采用高价橡胶进行覆盖的区域等，进一步提高经济效果时特别适合的做法。
在图22中，和上述各实施例一样，出口水箱9内部以及与此相连的L区域用结实构造的橡胶31进行覆盖，在这些地方不存在钢表面的暴露部分。此外，在L区域包含伸缩接头19。
此外，出口循环水管10的L以外的区域用焦油环氧树脂32进行覆盖，把替代阳极26设置在此覆盖区域内的L3的位置上，从L3中减去L2后的L1成为此场合的防电蚀的对象区域。
以下，对L3约为4.8m，出口循环水管10的内径D为2.4m，替代阳极26的电位约为-1000mVSCE的场合的出口水箱9内下部的电位，电流值以及出口循环水管10内的电位分布的测定结果进行说明。
先对出口水箱9内下部的电位变化进行说明。本实施例和最初叙述的实施例相比，使得用结实构造的橡胶31覆盖的出口循环水管10的部分L2变短，用焦油环氧树脂32覆盖的作为出口循环水管10的L2以外的区域的L1的范围变长了，因此，在替代阳极26的位置为相同的场合，大至和图15的曲线(g)相同。
在L3约为4.8m(L3/D≒2)的场合，也就是离开替代阳极26约为4.8的地方为止的电位和曲线(g)为相同的电位。因此，先前也已叙述过，此时由于出口水箱9内下部的电位进入比-600mVSCE稳定的一侧，因此不会发生钛材的氢蚀脆性。
接下来，关于电流值的变化是，因替代阳极26的位置和早先叙述过的实施例为相同的位置，如前所述，在图16中，在从热交换器至阳极为止的距离约为4.8m的场合，电流值以略小于2安培而大致固定。此外，当距离比这个小时，电流值将急剧上升。
下面，参照图17对出口循环水管10内的电位分布进行说明。电位分布将成为替代阳极26的电位为-1000mVSCE场合的曲线(j)所示那样。离开替代阳极26的距离约在2.9m以内，其电位分布成为处于比-650mVSCE还活泼的一侧，此区域成为钢表面的防蚀大致无问题的区域。另一方面超过于此的部分将成为比约-650mVSCE稳定一的一侧，而不能获得防蚀效果。
以上，根据图15、16以及17，由于当替代阳极26的安装位置约为4.8m时，得到的防蚀效果的范围约为2.9m，成为L＝L-L＝4.8-2.9＝1.9，在约1.9m以上，成为该场合的用具有电绝缘性材料进行覆盖的区域。
本实施例的出口循环水管10的设定电位是处于铁在海水中的自然电位的界限上，由于成为比最初叙述过的实施例的-770mVSCE稳定的一侧，使可靠性稍有降低，然而，在重视经济性的场合，从本实施例可获得相应的效果。
接着，参照附图对本发明第四实施例进行说明。
在本实施例中，使替代阳极26的电位保持在比-770mVSCE还稳定的电位约-700mVSCE。
这是想通过和上述第二实施例相比，把电位设定在高的一侧，使电流下降，进而减少采用高价橡胶的覆盖区域等措施进一步提高经济效果时，特别适用的方法。
在图23中，和上述各实施例一样，出口水箱9的内部以及与此相连的L2的区域用结实构造的橡胶31进行覆盖，在这些地方没有钢表面的暴露部分。此外，在L2的区域包含伸缩接头19。
此外，出口循环水管10的L2以外区域用焦油环氧树脂32进行覆盖，把替代阳极26设置在此覆盖区域内的L3的位置上，从L3中减去L2后的L1成为此场合的防电蚀的对象区域。
以下，对L3约为3.6m，出口循环水管10的内径D为2.4m，替代阳极26的电位约为-700mVSCE的场合的出口水箱9内下部的电位电流值以及出口循环水管10内的电位分布的测定结果进行说明。
先参照图24对出口水箱9内下部的电位变化进行说明。图中纵坐标出口循环水管10的管中心的电位，横坐标表示从替代阳极26向热交换一侧去的距离。
在L3约为3.6m(L3/D＝1.5)的场合，也就是到离替代阳极26约为3.6m的地方为止的电位用曲线(e)表示，这时，由于出口水箱9内下部的电位进入比-600mVSCE还稳定的一侧，故不发生钛材的氢蚀脆性现象。
此外，曲线(m)和(n)是分别表示L3为0.5m(L3/D≒0.2)和0.24m(L3/D≒0.1)的场合的电位，由于无论为任一场合都是处于比-600mVSCE还活泼的一侧，故会发生钛材的氢脆性。因此，有必要使离开的距离相对内径D为1.5倍。
接着，参照图25对电流值的变化进行说明。纵坐标表示替代阳极26的电流值，而横坐标表示自热交换器至替代阳极26止的距离。若根据图25，当距离比3.6m变大时，电流值以略小于0.2安培大致保持固定。此外，当距离比此变小时，电流值便急剧上升。
以下，参照图26对出口循环水管10内的电位分布进行说明。
图中，纵坐标表示出口循环水管10的管中心的电位，而横坐标表示替代电极26向热交换器一侧去的距离。
曲线(o)表示替代阳极26的电位约为-700mVSCE场合的出口循环水管10的电位分布。虽然因电流值而多少有些差异，然而，自替代阳极26的距离在约1.7m以内时，电位分布处于比约-650mVSCE还低的一侧，从而成为钢表面的防蚀大致不成问题的区域。另一方面，超过此部分(斜线部分)，由于成为比-650mVSCE还稳定的一侧，从而不能取得防蚀效果。
以上，根据图24，25和26，由于替代阳极26的安装位置约为3.6m时，能得到防蚀效果的范围约为1.7m，故成为L2＝L3-L1＝3.6-1.7＝1.9，因此，约1.9m以上就成为此场合的用具有电绝缘性材料进行覆盖的区域。
本实施例的出口循环水管10的设定电位是处于铁在海水中的自然电位的界限上，由于成为比上述第二实施例的-770mVSCE还稳定的一侧，使可靠性稍有降低，然而在重视经济性场合，根据本实施例可能取得相应效果。
此外，参照图27，对和上述各实施例不同的实施例进行说明。在图27中，本实施例的组成是使比在图23中表示的更进了一步，将参照电极44a，44b由锌材变为钢材，使其设定电位为铁在海水中的自然电位。也就是，在使用钢材的参照电极的场合，参照电极44a，44b附近的电位成为比铁在海水中的自然电位还稳定的一侧时，立即检测出参照电极本身的电位，使防蚀电流流过，另一方面，在比铁在海水中的自然电位还活泼的场合，立即检测出此电位，让流过的防蚀电流减少是可能的，具有能正确掌握钢表面腐蚀和防蚀状态的优点。而用通常的锌材料制的参照电极进行测定的电位多少存在偏差，从而产生误差问题。在上述第二和第四实施例采用锌材的参照电极的场合，究竟把设定电位置于怎样的数值上也很难决定，例如，即使把设定电位置于-550mVSCE的场合，也会产生检测电位的时间滞后，此外还存在锌材自然电位的偏差，因环境条件而产生的偏差，以及锌极化时的电位偏差等，因而必需考虑测定电位的误差，而通过使用钢材参照电极44a，44b，就不用担心这样的误差了。
在上述各实施例中，使全部出口循环水管10的内面成为电绝缘，并用L2表示的区域是表示为在钢管上采用橡胶31那样牢固材料进行被覆的例子，反过来如图28所示那样，把用L2表示的循环水管10内的区域即使作成例如由聚氯乙烯、塑料、合成橡胶或纤维增强塑料构成的绝缘配管45，然后使钢制循环水管10和其相连，也能取得和在钢管上进行被覆时的同样效果。
对附图的简单说明。
图1是表示冷凝器与其相连接的配管系统组成的图，图2是表示有关各种金属在海水中的自然电位的特性图，图3至图5分别为对冷涨器中的电蚀现象进行说明的模式图，图6至图11分别为表示传统的冷凝器中的电气防腐蚀装置的模式图，图12为说明本发明的作用的电位分布图，图13为说明本发明作用的等电位分布线图，图14是表示本发明一实施例的模式图，图15至图17为分别说明图14的作用的线图，图18是表示本发明第二实施例的模式图，图19至图21为分别说明图18的作用的线图，图22是表示本发明第三实施例的模式图，图23是表示本发明第四实施例的模式图，图24至图26为分别说明图23的作用的线图，图27是表示本发明的另一其它实施例的模式图，图28是表示本发明的又一其它实施例的模式图。
2为冷凝器，3为冷却管，7，10为循环水管，8，9为水箱，22为管板，26为替代阳极，31为橡胶，39a，39b为参照电极，45为绝缘配管。
权利要求
1.一种全钛热交换器的电气防蚀装置，在该装置中，具有海水流过的冷却管的热交换器的上述冷却管及支承该冷却管的一对管板均采用钛材，与上述各管板相连接的一对水箱及与该水箱分别相连的循环水管采用比上述钛材在电化学上活泼的第1金属材料，在上述循环水管内，分别设置由比这些循环水管的构成材料在电化学上活泼的第2金属材料构成的替代阳极，其特征在于，上述水箱内的所有区域及与上述水箱相连的上述循环水管内一定区域的至少内侧面是采用有良好电绝缘性的材料所构成的，同时，当设从上述水箱与上述循环水管的连接部分起至上述替代阳极的距离为L3cm，上述循环水管的内径尺寸为Dcm时，上述替代阳极的设置位置规定为L3≥0.003 D2(cm)的范围，而且，当以上述水箱与上述循环水管的连接部分为基准，至少内侧面具有电绝缘性的上述循环水管长度设为L2cm时，在上述循环水管内的至少内侧面是采用上述有电绝缘性的材料所构成区域的范围规定为L2≥0.4 L3(cm)。
2.一种全钛热交换器的电气防蚀装置，在该装置中，具有流过海水的冷却管的热交换器的上述冷却管及支承该冷却管的一对管板均采用钛材，与上述各管板相连接的一对水箱及分别与该水箱相连的循环水管采用比上述钛材在电化学上活泼的第1金属材料，在上述循环水管内，分别设置由比这些循环水管的构成材料在电化学上更活泼的第2金属材料构成的替代阳极，其特征在于，上述水箱内的所有区域及与上述水箱相连的上述循环水管内一定区域的至少内侧面是采用有良好电绝缘性的材料所构成的，同时，提供给上述替代阳极的电位，能使上述各水箱内的上述管板下部附近保持在可抑制钛材的氢蚀脆性的电位，且能使上述循环水管内的至少内侧面是采用有良好电绝缘性的材料所构成区域的边界附近，保持至少比海水中的上述第1金属材料的自然电位更活泼侧的电位。
3.按权利要求1或2所述的全钛热交换器的电气防蚀装置，其特征在于，上述循环水管的至少内侧面是采用有良好电绝缘性的材料所构成的一定区域，是全部采用有良好电绝缘性的材料，来构成上述循环水管本身。
4.按权利要求1或2所述的全钛热交换器的电气防蚀装置，其特征在于，设有分别安装在上述水箱和上述循环水管内、并参照它们的检测电位来控制上述替代电极的参照电极。
5.一种全钛热交换器的电气防蚀方法，在该方法中，具有流过海水的冷却管的热交换器的上述冷却管及支承该冷却管的一对管板均采用钛材，与上述各管板相连接的一对水箱及与该水箱分别相连的循环水管采用比上述钛材在电化学上活泼的第1金属材料，在上述循环水管内，分别设置由比这些循环水管的构成材料在电化学上活泼的第2金属材料构成的替代阳极，控制提供给这些替代阳极的电位，从而进行上述水箱及循环水管的防蚀，其特征在于，使上述水箱内的所有区域及与上述水箱相连的上述循环水管内一定区域的至少内侧面保持良好的电绝缘性，同时，控制提供给上述替代阳极的电位，使上述各水箱内的上述管板下部附近保持在可抑制钛材的氢蚀脆性的电位，并且使上述循环水管内的保持有良好电绝缘性的区域的边界附近，保持至少比海水中的上述第1金属材料的自然电位更活泼侧的电位。
6.按权利要求5所述的全钛热交换器的电气防蚀方法，其特征在于，提供给上述替代阳极的电位，是参照分别安装在上述水箱及上述循环水管内的参照电极的检测电位进行控制的。
全文摘要
一种全钛热交换器的电气防蚀装置和方法，热交换器的冷却管及其支承管板均采用钛材，与其相连的水箱和循环水管采用电化学上比钛材活泼的第一金属，在循环水管内设置由在电化学上比第1金属活泼的第二金属构成的替代阳极，通过用电绝缘性能好的材料构成水箱的整个内侧面及循环水管至少一定区域内的内侧面，并控制重要部位的电位，能使热交换器的钛材不发生氢蚀脆性，且使循环水管内不发生电蚀现象。
文档编号C23F13/16GK1035685SQ8910028
公开日1989年9月20日 申请日期1989年1月14日 优先权日1988年1月14日
发明者菊名登, 西野悠司, 大井胜己, 田中克明, 稻垣修一, 和田素直 申请人:东芝有限公司