專利名稱：一種防凍型長效參比電極系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型是用于高寒環(huán)境下站場及干線陰極保護系統(tǒng)中的一種防凍型長效參比電極系統(tǒng)，涉及金屬材料的一般防蝕和管道系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
管道陰極保護電位是評價管道陰極保護水平和管體防腐層劣化程度的重要指標之一。參比電極作為陰極保護系統(tǒng)，尤其是外加電流陰極保護系統(tǒng)的重要組成部分，為管道電位測量和恒電位儀輸出提供基準電位。參比電極電位不穩(wěn)定或者失效，容易造成管道保護不足或過保護。目前陸上埋地金屬管線及地面金屬構(gòu)筑物電位監(jiān)測通常采用Cu/CuS04S比電極，這是因為該電極具有耐腐蝕，不易極化，電位穩(wěn)定等優(yōu)點。在工程應用中，此電極主要分為以下兩種類型便攜式和長效固態(tài)Cu/CuS04參比電極。在要求連續(xù)采樣測試的環(huán)境下通常采用長效固態(tài)Cu/CuS04S比電極，它的工作原理是利用陶瓷外殼的微滲特性與環(huán)境進行雙向電解質(zhì)交換實現(xiàn)電位測量。目前現(xiàn)有的長效Cu/CuS04S比電極主要針對于前期長輸管道陰極保護需要而研制的(專利號CN2116970)。在推廣初期，國內(nèi)管道建設(shè)主要集中在東北、華北、華東的沿海和平原一帶，從測量角度及地理氣候條件大多滿足長效Cu/CuS04參比電極的使用要求。近年來，我國管道運營里程迅速增加，目前已形成了縱貫南北、橫跨東西、連通國外的油氣管網(wǎng)格局。不同的環(huán)境也為管道運行管理帶來了新的挑戰(zhàn)，例如在我國東北中高緯度高寒地區(qū)新建的管線(如漠大管道等)地面最低氣溫達-50° C以下，管道埋深處最低也可達-10° C左右，如此低的環(huán)境溫度造成埋地固體長效參比電極陶瓷外殼微滲孔隙處結(jié)冰，阻礙了電解質(zhì)離子與環(huán)境間通過陶瓷外殼進行雙向交換，從而直接影響陰極保護系統(tǒng)的電位控制和管地電位的準確測量。此外，現(xiàn)有的長效Cu/CuS04S比電極外殼均為陶瓷結(jié)構(gòu)，罐體內(nèi)Cu2+流失過快且易于和周圍環(huán)境中存在的離子(如Ca2+、Mg2+、Cl' 0!1_等)進行離子交換，使得長效參比電極受到污染，造成電極電位發(fā)生偏離，這也給電位測量帶來一定的誤差。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是設(shè)計一種在高寒凍土區(qū)仍能保持電極電位準確、性能穩(wěn)定、環(huán)境適應性好并完全符合電化學理論和相關(guān)國家及行業(yè)標準的新型防凍型長效參比電極系統(tǒng)。為了實現(xiàn)上述目的，新型防凍型Cu/CuS04參比電極的結(jié)構(gòu)設(shè)計具有以下幾點創(chuàng)新
占-
^ \\\ ·(I)針對于現(xiàn)有長效Cu/CuS04參比電極內(nèi)Cu2+通過陶瓷罐體微孔流失過快且易于和周圍環(huán)境中存在的離子交換，造成參比電極容易受到污染而大大降低使用壽命的問題，本實用新型采用絕緣材料(如PVC，高強度玻璃鋼)等材料制作電極體外殼；同時借鑒便攜式參比電極的優(yōu)點，將選用孔隙率更小、致密度更高的高性能陶瓷尖頭；設(shè)計的改進從以下兩個方面有效的延長埋地使用的長效固態(tài)Cu/CuS04參比電極的使用壽命I)減輕外部環(huán)境雜質(zhì)離子對電極體的污染，顯著降低參比電極電解質(zhì)受外界環(huán)境污染而造成電位漂移；2)減小罐體內(nèi)Cu2+流失速率；(2)標準銅電極沿參比電極中心軸線放置，與電極內(nèi)電極空間等長，這樣一方面可以充分利用參比電極內(nèi)腔儲存的硫酸銅晶體，盡可能使參比電極壽命盡可能延長，另一方面也可增大離子與銅電極反應的面積，使得基準電位更加穩(wěn)定；(3)為了改善現(xiàn)有長效Cu/CuS04參比電極在干旱地區(qū)適應性較差，電解液流失速率較快的弊端，本參比電極特別增加與外界儲液罐相連通的補液管和補液口，當參比電極內(nèi)的CuSO4晶體耗盡或者周圍土壤較干燥的時候，可以在地面上為參比電極直接補水；(4)通過注液孔向參比電極內(nèi)加入一定比例的難電離的乙二醇防凍液，降低電解液的凝固點，使得在低溫環(huán)境下Cu電極/電解質(zhì)間以及下端滲透膜塊/ 土壤界面處仍能是電解液保持可電離出自由移動離子的液態(tài)；所提供的參比電位在較基準電位不發(fā)生偏移的基礎(chǔ)上，解決了現(xiàn)有長效參比難以適用于低溫環(huán)境的缺點。本參比電極由絕緣材料外殼1、上端蓋2、下端蓋3、Cu電極4、注液孔5、陶瓷滲透模塊6，電極線7、吸水層8、蓄水層9、過濾隔離層10、固體CuSO4晶體11和補水導管12組成。在由上端蓋2、下端蓋3與外殼I配合密閉的電極體外殼豎向中心穿有Cu電極4,Cu電極4的下端連有陶瓷滲透模塊6， 并陶瓷滲透模塊6露在電極體外殼外，Cu電極4的上端連有電極線7伸出電極體外殼外；在電極體外殼的上端蓋2有兩個注液孔5,注液孔5連有補水導管12 ;電極體外殼內(nèi)表面和Cu電極4表面依次覆蓋吸水層8、蓄水層9和隔離層，電極體內(nèi)裝滿固體CuSO4晶體11。其中外殼I和上端蓋2、下端蓋3共同組成參比電極的主體結(jié)構(gòu)，所用材料是高強度PVC、工程塑料ABS或者有機玻璃等絕緣材料；注液孔5帶有螺紋，其中一個通過補水導管12與外界儲液箱相連，另一個作為出氣孔，以平衡參比電極內(nèi)外的氣壓；在使用過程中，將水箱裝有含一定比例的防凍液的飽和CuSO4電解液置于參比電極上方，電解液利用自身重力作用源源不斷的為電極補充電解質(zhì)；在干燥的季節(jié)，也可以通過往儲液箱注入飽和硫酸銅飽和溶液或水，以保證參比電極與環(huán)境間的潤濕；Cu電極4為銅含量大于99. 9%的高純Cu，沿電極體軸線固定于上端蓋電極安裝孔，其長度與電極體內(nèi)空間等長，圓柱型側(cè)表面和下表面與吸水層相連，上端表面與電機線進行電連接，電極線7經(jīng)接線封端密封引出，為方便抑制測量信號傳輸中受電磁干擾，電極線7采用RVP型或者RVVP型屏蔽電；電極外殼內(nèi)表面和Cu電極4表面依次覆蓋吸水層8、蓄水層9和隔離層,密閉空間內(nèi)裝滿CuSO4晶體；吸水層8由高級濾紙制作，蓄水層9用人造海綿制作；吸水層8與蓄水層9共同組成吸取聚集電解質(zhì)水溶液的系統(tǒng)，形成參比電極內(nèi)統(tǒng)一的電極反應環(huán)境，可以最大程度保持電極電位最大程度的穩(wěn)定性；隔離層用細目滌綸紗網(wǎng)制作，以良好的通透性、致密性和絕緣性既實現(xiàn)了電極內(nèi)空間的隔離和防護，又保證了電解質(zhì)離子的自由運動。與常規(guī)參比電極相比，防凍型參比電極具有以下優(yōu)勢，見表I表I防凍型長效參比電極與常規(guī)長效參比電極性能比較
權(quán)利要求1.一種防凍型長效參比電極系統(tǒng)，其特征是它由絕緣材料外殼(I)、上端蓋(2)、下端蓋(3)、Cu電極(4)、注液孔(5)、陶瓷滲透模塊(6)，電極線(7)、吸水層(8)、蓄水層(9)和過濾隔離層(10)和固體CuSO4晶體(11)以及補水導管(12)組成；在由上端蓋(2)、下端蓋(3)與外殼(I)配合密閉的電極體外殼豎向中心穿有Cu電極(4)，Cu電極(4)的下端連有陶瓷滲透模塊(6)，并陶瓷滲透模塊(6)露在電極體外，Cu電極(4)的上端連有電極線(7)伸出電極體外殼外；在電極體外殼的上端蓋(2)有注液孔(5),注液孔(5)連有補水導管(12);電極體內(nèi)表面和Cu電極(4)表面依次覆蓋吸水層(8)、蓄水層(9)和隔離層，電極體內(nèi)裝滿固體 CuSO4 晶體(11)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種防凍型長效參比電極系統(tǒng)，其特征是所述外殼(I)、上端蓋(2)和下端蓋(3)所用材料是高強度PVC、工程塑料ABS或者有機玻璃絕緣材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種防凍型長效參比電極系統(tǒng)，其特征是所述注液孔(5)帶有螺紋，其中一個通過補水導管(12)與外界儲液箱相連，另一個作為出氣孔；所述外界儲液箱裝有飽和CuSO4電解液或飽和硫酸銅飽和溶液或水。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種防凍型長效參比電極系統(tǒng)，其特征是所述Cu電極(4)為銅含量大于99. 9%的高純Cu，沿電極體軸線固定于上端蓋電極安裝孔，其長度與電極體內(nèi)空間等長，圓柱型側(cè)表面和下表面與吸水層相連，上端表面與電機線進行電連接，電極線(7)經(jīng)接線封端密封引出；所述電極線(7)采用RVP型或者RVVP型屏蔽電線。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種防凍型長效參比電極系統(tǒng)，其特征是電極外殼內(nèi)表面和Cu電極(4)表面依次覆蓋吸水層(8 )、蓄水層(9 )和過濾隔離層(10 )，密閉空間內(nèi)裝滿CuSO4晶體；吸水層(8)選用高級濾紙，蓄水層(9)選用人造海綿，過濾隔離層(10)選用細目滌綸紗網(wǎng)。
專利摘要本實用新型是用于高寒環(huán)境下站場及干線陰極保護系統(tǒng)中的一種防凍型長效參比電極系統(tǒng)。在由上端蓋(2)、下端蓋(3)與外殼(1)配合密閉的電極體外殼豎向中心穿有Cu電極(4)，Cu電極(4)的下端連有陶瓷滲透模塊(6)，并陶瓷滲透模塊(6)露在電極體外，Cu電極(4)的上端連有電極線(7)伸出電極體外殼外；在電極體外殼的上端蓋(2)有注液孔(5)，注液孔(5)連有補水導管(12)；電極體內(nèi)表面和Cu電極(4)表面依次覆蓋吸水層(8)、蓄水層(9)和隔離層，電極體內(nèi)裝滿固體CuSO4晶體(11)。本實用新型在高寒凍土區(qū)仍能保持電極電位準確，性能穩(wěn)定，環(huán)境適應性好并完全符合相關(guān)國家及行業(yè)標準。
文檔編號C23F13/06GK202898548SQ20122044724
公開日2013年4月24日 申請日期2012年9月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月4日
發(fā)明者徐承偉, 王維斌, 薛致遠, 畢武喜, 蔡永軍, 滕延平, 姜有文, 王禹欽, 趙迎波, 劉玲莉, 莊楠, 趙君, 高強, 張 浩 申請人:中國石油天然氣股份有限公司