专利名称：碳钢冷却器防海水腐蚀的方法与装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及以海水为冷却水的碳钢冷却器的防腐蚀技术。
碳钢管材虽已广泛用作石化工业冷却器的冷却管，但当冷却水由淡水改为海水后管内受海水腐蚀而穿孔，至今尚无有效的解决办法。目前工业上仍使用铝黄铜、不锈钢和钛等耐海水腐蚀的管材作为海水冷却器的冷却管。
为解决碳钢冷却管受海水腐蚀而穿孔的问题，通常的试验方法是对冷却管施加阴极保护。在使用外加电流的阴极保护技术中，电源的负极接于冷却管，正极接于难溶性电极(如铅-银合金)，电流通过海水进入管内沿管轴方向流动并分散进入管壁，冷却管成为阴极而电位从自腐蚀电位负移至-0.8伏(相对于银-氯化银电极)，管内即可免受海水的腐蚀。在使用牺牲阳极的阴极保护技术中，不使用外加电流，由低电位的牺牲阳极和高电位的冷却管成为一原电池，自发的电流通过两极流动后冷却管电位负移至保护电位，防止海水腐蚀。对碳钢冷却管施加阴极保护未能成功的原因是，因冷却管管径小(通常为20毫米)，管内海水电阻大(电阻＝海水电阻率×管长度/管截面)，阴极保护电流进入管口后难以朝管内深处流动，绝大部份电流分散至管口附近的管壁，仅在管口入口处的有限长度内才能得到密度较大的保护电流。距管口越远，电流密度越小，因而在管内深处无法得到阴极保护。根据中国化学工业部机械研究院主编的《腐蚀与防护手册》第923页和日本学术振兴会主编的《金属防蚀技术便览》(新版)第599页总结的数据，对管径19毫米的冷却管施加阴极保护时管内有效保护距离为33厘米，约仅占6米长冷却管的5％长度，其余的95％管段仍得不到阴极保护而受到海水的腐蚀，以致于至今阴极保护技术未能应用于碳钢海水冷却管，而碳钢冷却管也未能使用海水作为冷却水。在电厂和石化工厂使用的是铝黄铜和不锈钢冷却器(或冷凝器)，采用阴极保护技术防止海水对管口部份的腐蚀。在管内离管口30厘米以远的管段仍然得不到阴极保护，依靠向海水添加亚铁离子在管壁形成氢氧化铁保护层。因铜或不锈钢在海水中的腐蚀速度(0.01毫米/年)仅为碳钢的腐蚀速度(0.12毫米/年)的十二分之一，在管内阴极保护距离短的情况下铝黄铜(或不锈钢)冷却管仍然可以使用海水冷却。
为了延伸碳钢冷却管管内阴极保护的距离，日本东京工业实验所(见日本《防蚀技术》1977年第26卷第12期第711-720页)将阴极保护系统中块状锌牺牲阳极改为锌粉，2％浓度的锌粉随循环海水通过冷却管时与管壁相接触产生阴极保护作用。这一阴极保护技术的改进法，在使用脱气海水(氧含量低于100ppb)为冷却水时可使碳钢冷却管管内全段都达到有效的阴极保护电位，但在使用未脱气的天然海水(含溶解氧)为冷却水时管内达不到有效的阴极保护，加之锌粉因其单位重量比表面积大而在海水中自溶解速度大等原因，该法尚未见到实用的报导。
本发明的目的是提供一种适用于碳钢冷却器阴极保护技术的改进方法，它能够使管内阴极保护长度从管口附近的一小段延伸到冷却管的全程，充分防止海水对碳钢冷却管的腐蚀，使沿海地区的工厂可使用天然海水替代淡水作为碳钢冷却器的工业冷却水。
本发明延长管内阴极保护距离的理论依据是Monger方程(见美国刊物Corrosion，1959年第15卷第417页)Ex＝Eo cosh[α(L-x)]/cosh(αL)其中Ex为管内点x管壁在阴极保护后电位的变化值。保护前电位为自腐蚀电位-0.60V，按阴极保护技术标准规定，为有效防止腐蚀保护电位须负移至-0.80V，因而Ex值必须保持在0.2V以上。Eo为管口在阴极保护后电位的变化值，在使用铝牺牲阳极时Eo接近0.5V。L为冷却管长度(6米)，x为管内离管口的距离。α＝2×(ρ/Rs×d)1/2，ρ为海水电阻率(20欧姆·厘米)，d为冷却管管径(19毫米)，Rs为管内壁表面阻抗。Monger方程表明Rs是决定管内阴极保护距离的主要因素。当管内壁阻抗达到2×106欧姆·厘米2时，冷却管管内能得到充分的阴极保护。
为实现本发明的目的，在碳钢冷却管内壁涂以一层厚度200微米以上，阻抗大于2×106欧姆·厘米2的有机涂层，在海水入口室安装一铝(或锌)牺牲阳极并以导线与冷却管连接。这样，当海水进入冷却管时，牺牲阳极和海水与冷却管组成一原电池。其中铝牺牲阳极电位低，成为电池阳极，逐渐转化为铝离子并释放出电子。原电池产生的电流(阴极保护电流)从阳极经海水进入冷却管之后，因管壁已有一层高电阻涂层，仅有小部分的电流分流到管口附近的管壁，大部分电流继续沿管轴流向管内深处并均匀地分流到管壁，使管壁各点都能得到阴极保护，有效地防止海水对管壁的腐蚀。
实施碳钢冷却管防海水腐蚀的装置的剖面图如附
图1所示。该装置包括导线(1)、一个牺牲阳极(2)、两个海水室(3，14)、一根碳钢冷却管(6)、六根参比电极(5，7，10等)、海水室入口(4)、海水室出口(15)、电流计(16)等部分。图中碳钢冷却管内径19毫米，长3米，内壁涂有一层环氧类涂层(8)，经塑料制的油任(11)和内接(12，13)连接于海水室(3，14)。
本发明应用于碳钢冷却器防海水腐蚀的装置的剖面图如附图2所示。该装置主要由一个冷却器外壳(21)，七根碳钢冷却管(6，18，19，20等)，一根铝牺牲阳极(2)，一根银/氯化银参比电极(5)，二块花板(17，22)和二个海水室(3，14)等组成。冷却管内径19毫米，长2米，内壁涂装环氧类涂层。铝牺牲阳极(2)为直径20毫米的园棒，以螺牙与海水室(3)相连接。
本发明的优点之一是能使碳钢海水冷却管管内阴极保护距离增大至6米以上，改变了以往冷却管管内阴极保护距离仅为30厘米以内的结论。优点之二是阴极保护电流因管壁涂层的存在而变小，如本发明实施例所示，仅为技术改进之前的二十五分之一，因而阴极保护系统中牺牲阳极的使用寿命为技术改进前的25倍。优点之三是本发明无需对冷却用的海水进行脱气处理，可使用天然海水(含氧)作为碳钢冷却器的冷却水，节省了脱气处理的设备和费用。
下面结合附图详述实施本发明的最好方式。
实施例1、(见附图1)海水从海水室入口(4)进入海水室(3)，经冷却管(6)和海水室(14)从出口(15)流出，调节海水流量使管内海水流速为2米/秒。海水通过冷却管时牺牲阳极(2)电位为-1.10伏，碳钢冷却管管壁(9)电位为-0.6伏，两电极自动成为原电池的阳极(负极)和阴极(正极)。用导线(1)将两电极连接后，原电池自动开始工作，电流(阴极保护电流)自牺牲阳极经海水、环氧涂层(8)、冷却管管壁(9)和导线(1)成一回路，电流值以电流计(16)测量为43微安。在碳钢冷却管管口、中点和管末端的管壁电位分别用银/氯化银参比电极(5，7，10)监测。电池工作后冷却管管壁(9)在上述三个位置的电位从电池工作前的-0.6伏分别负移至-1.11、-1.06和-1.05伏，均超过阴极保护电位的标准(-0.80伏)，阴极保护距离超过3米，管内各点均可防止海水腐蚀。
实施例2、作为对比，如图1中碳钢冷却管(6)改为内壁无涂装的裸露管后，阴极保护电流从43微安升至1050微安，管中点和管末端的管壁电位分别为-0.65伏和-0.62伏，管内壁达不到阴极保护电位。对比实验表明本发明可解决对碳钢冷却管施加阴极保护时存在的阴极保护距离太短和阴极保护电流太大的问题(实施例1)，从而可达到有效防止海水对碳钢冷却管的腐蚀目的。
实施例3、(见附图2)海水从海水室入口(4)进入海水室(3)，经冷却管(6，18，19，20等共七根管)和海水室(14)从出口(15)流出，调节海水流量使冷却管管内海水流速为2米/秒。铝牺牲阳极(2)与冷却管分别成为原电池的负极(阳极)和正极(阴极)，电流从牺牲阳极(2)经海水流进冷却管管壁后通过钢制花板(17，22)经法兰盘(24，25)的螺丝(23)和水室的钢壳(21)传到牺牲阳极而成一电流回路。在海水通过冷却器时原电池自动开始工作，这时冷却管末端的管壁电位由参比电极(5)测量，数值为-1.095伏，表明碳钢冷却管从管口至管末端的内壁均能有效地防止海水对冷却管的腐蚀。
权利要求
1.碳钢冷却器防海水腐蚀的方法，是阴极保护技术的改进方法，其特征在于，在碳钢冷却管(6)的一端外置牺牲阳极(2)，在碳钢冷却管的内壁(9)上涂装有机涂层(8)。
2.如权利要求1所述的碳钢冷却器防海水腐蚀的方法，其特征在于，牺牲阳极(2)用铝合金制作。
3.如权利要求1所述的碳钢冷却器防海水腐蚀的方法，其特征在于，牺牲阳极(2)亦可用锌合金制作。
4.如权利要求1所述的碳钢冷却器防海水腐蚀的方法，其特征在于，有机涂层(8)采用阻抗值大于2×106欧姆·厘米2的材料，厚度在200微米以上。
5.碳钢冷却器防海水腐蚀的装置，由冷却器外壳(21)、碳钢冷却管(6，18，19，20等)、牺牲阳极(2)、参比电极(5)、花板(17，22)、海水室(3，14)、海水入口(4)与出口(15)、螺丝(23)、法兰盘(24，25)组成，其特征在于，牺牲阳极(2)以螺牙与海水室(3)相连接；牺牲阳极(2)与碳钢冷却管(6，18，19，20等)分别成为原电池的负极(阳极)和正极(阴极)，电流从牺牲阳极(2)经海水流进涂装有机涂层的冷却管管壁后通过钢制花板(17，22)经法兰盘(24，25)的螺丝(23)和海水室(14)的钢壳(21)传到牺牲阳极(2)而成为一电流回路。
6.如权利要求5所述的碳钢冷却器防海水腐蚀的装置，其特征在于，碳钢冷却管的内壁涂装有阻抗值大于2×106欧姆·厘米2，厚度在200微米以上的有机涂层。
7.如权利要求5所述的碳钢冷却器防海水腐蚀的装置，其特征在于，牺牲阳极用铝合金制作。
8.如权利要求5所述的碳钢冷却器防海水腐蚀的装置，其特征在于，牺牲阳极亦可用锌合金制作。
全文摘要
本发明涉及碳钢冷却器防海水腐蚀的方法与装置,提出了在使用铝(或锌)牺牲阳极对碳钢海水冷却管实施阴极保护的系统中,在管内涂装有机涂层以增大管内壁表面电阻的特性技术,使阴极保护电流能沿管轴流向管内深处并均匀分流给碳钢管内壁,管内壁各点达到防蚀电位而免受海水的腐蚀,从而解决了施加阴极保护时存在的阴极保护距离太短和阴极保护电流太大的问题。
文档编号C23F13/00GK1201080SQ97111369
公开日1998年12月9日 申请日期1997年6月3日 优先权日1997年6月3日
发明者苏方腾, 康飙, 刘申生, 张琦, 辜志俊, 张志刚, 张春, 王周成 申请人:福建炼油化工有限公司, 中国科学院福建物质结构研究所二部