ПРИЛОЖЕНИЕ 11
Справочное
ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОРИСТОГО ХЛОРСЕРЕБРЯНОГО
ЭЛЕКТРОДА СРАВНЕНИЯ
Электрод (рис. 1) представляет собой цилиндр диаметром и высотой , спрессованный из смеси химически чистых порошков металлического и хлористого серебра.
Рис. 1. Электрод сравнения хлорсеребряный пористый
1 - пористый электрод; 2 - токоотвод
Рис. 2. Пресс-форма для изготовления электродов.
Материал Ст40Х, термообработка, средний отпуск 45 - 50
1 - пуансон нижний; 2 - матрица; 3 - пуансон верхний
В верхней части цилиндра установлен токоотвод из серебряной проволоки диаметром 0,5 - . Допускается изготовление токоотводов из серебряной проволоки, имеющейся в отработавших свой срок стеклянных электродах для pH-метрии.
Подготовка к изготовлению электрода
Подготовка к изготовлению электрода заключается в приготовлении реактивов, в получении порошка хлористого серебра, в подготовке оборудования для прессования и спекания электродов.
Для изготовления одного хлорсеребряного электрода требуется, г:
серебро металлическое, порошок 2,40
серебро хлористое, порошок 0,70
аммоний углекислый (х. ч.) 0,55
Общая масса шихты 3,65
Применяемое оборудование:
а) химическая посуда (колбы, воронки, фарфоровые чашки и т.п.);
б) весы аналитические;
в) пресс-форма (изготовляется согласно рис. 2);
г) сушильный шкаф с пределами регулировки температуры + (50 ?? 200) °С;
д) термопечь с пределами регулировки температуры до + 450 °С;
е) пресс с усилием до 2,0 т.
Подготовка шихты
Приготовление порошка хлористого серебра осуществляется осаждением разбавленного раствора азотнокислого серебра хлористым натрием. Для этого азотнокислое серебро растворяют в дистиллированной воде (30-50 г/л) и доливают 3%-ный раствор хлористого натрия до полного осаждения хлористого серебра. Полученный осадок хлористого серебра тщательно промывается дистиллированной водой, отфильтровывается, высушивается в сушильном шкафу при температуре 100-110 °С и растирается в фарфоровой чашке до пылевидного состояния. Эти операции производятся в сосудах, защищенных от действия прямого солнечного света.
Шихта готовится тщательным перемешиванием порошков металлического серебра ( на один электрод), хлористого серебра ( на электрод) и углекислого аммония ( на электрод) в фарфоровой чашке. Допускается приготовление шихты в количестве, необходимом для изготовления требуемого числа электродов. Исходные порошки должны быть сухие. Не допускается наличие комков. При недостаточно тщательном перемешивании исходных материалов в теле электрода возможно образование раковин за счет комкования порообразующего наполнителя (углекислого аммония).
Токоотводы изготовляются из серебряной проволоки диаметром 0,5- (рис. 1). Для этого проволока нарезается на куски длиной 30-, на одном конце которых выгибается кольцо диаметром 3-.
Прессование электродов
Прессование пористых электродов производится в пресс-форме (рис. 2) при помощи пресса.
Прессовка производится в следующем порядке:
а) серебряный токоотвод вставляется в отверстие нижнего пуансона таким образом, чтобы кольцо его находилось примерно в центре электрода;
б) нижний пуансон вставляется в матрицу;
в) подготовленная шихта массой засыпается в матрицу;
г) в матрицу вставляется верхний пуансон;
д) пресс-форма помещается под пресс и производится прессование под давлением 100 - 150 МПа.
Спекание электродов
Спрессованные электроды помещаются в сушильный шкаф на подкладку из асбестового картона и нагреваются до температуры 55-60 °С с выдержкой в течение 30-40 мин. Эту операцию следует производить в вытяжном шкафу, так как при этом происходит обильное газовыделение за счет разложения порообразующего наполнителя (углекислого аммония). Повышение температуры выше 60-70 °С недопустимо, так как при этом наполнитель начинает разлагаться очень быстро, и выделяющиеся газы могут разрушить электрод.
После прекращения выделения газов электроды осторожно помещаются в термопечь, температура которой постепенно повышается до 380-400 °С, и ведется спекание электродов в течение 4 ч. Контроль температуры производится при помощи термопары (например, платино-платинородиевой).
Следует строго соблюдать режим спекания, так как занижение температуры или продолжительности спекания приводит к потере механической прочности пористых электродов. Завышение температуры спекания выше 450 °С тоже недопустимо, так как при этом хлористое серебро плавится и поры электрода закрываются, что приводит к ухудшению его электрохимических характеристик.
После спекания электроды охлаждаются на воздухе до комнатной температуры.
Для удобства эксплуатации электроды устанавливаются в корпус из изоляционного материала. Место пайки токоотвода с изолированным проводом заливается эпоксидной смолой. При установке электродов на конструкции необходимо принять меры по предотвращению загрязнения рабочей поверхности электрода (маслами, красками и т.п.). При загрязнении электрод следует очистить погружением в растворитель (ацетон, толуол и пр.).
Электроды допускают долговременное хранение на воздухе или в пресной воде. Непосредственно перед началом измерений электрод для стабилизации потенциала следует выдержать в течение 24 ч в среде, в которой будет производиться измерение.
Потенциалы изготовленных электродов должны быть оттарированы относительно выпускаемых серийно для pH-метрии хлорсеребряных электродов сравнения типа ЭВЛ (ТУ 25-07-591-69).
Собственный потенциал пористого хлорсеребряного электрода в зависимости от содержания ионов хлора в воде может быть определен согласно графику рис. 3. Примеры установки электродов на конструкции показаны на рис. 4.
Рис. 3. Зависимость собственного потенциала пористого хлорсеребряного электрода
от содержания ионов хлора в воде
Рис. 4. Установка пористого хлорсеребряного электрода на конструкции
а - с безнапорной стороны; б - на напорной поверхности; 1 - защищаемая конструкция;
2 - пористый электрод; 3 - заливка эпоксидной смолой; 4 - стакан (сталь); 5 - крышка (сталь);
6 - резиновая герметизирующая прокладка; 7 - корпус электрода (оргстекло, эбонит, и пр.);
8 - шайба; 9 - трубка (сталь, медь и пр.); 10 - изолированный провод; 11 - крепящая шпилька
ПРИЛОЖЕНИЕ 12
Справочное
ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ НАСЫЩЕННОГО МЕДНОСУЛЬФАТНОГО ЭЛЕКТРОДА СРАВНЕНИЯ
Медносульфатный электрод (рис. 1) состоит из корпуса (3), изготовленного из оргстекла или иного электроизолирующего материала, внутри которого расположен медный стержень (5) (может быть также использована трубка или спираль из проволоки). Внутреннее пространство корпуса заполняется пастой (4) из кристаллов медного купороса и дистиллированной воды. Отверстие корпуса закрыто пробкой (1), изготовленной из пористой древесины (осина, береза и т.п.). Пробку предварительно пропитывают медным купоросом путем кипячения в насыщенном растворе в течение 1-2 ч. К медному стержню подсоединяется контактный провод (8). Место соединения предохраняется от действия воды при помощи кожуха (6) и эпоксидной смолы (7). Следует иметь в виду, что потенциал электрода стабилен до тех пор, пока в электроде сохраняются кристаллы медного купороса. С течением времени при работе электрода в воде кристаллы растворяются вследствие диффузии ионов через пористую пробку. По мере их расходования электрод необходимо заполнять свежеприготовленной пастой. В периоды между проведением измерений электрод следует хранить в стакане, заполненном насыщенным раствором медного купороса. Обычно используют медно-сульфатные электроды диаметром 30-, высотой 100-. Собственный потенциал насыщенного медно-сульфатного электрода относительно НВЭ составляет + 0,316 В.
Наибольшее распространение имеют следующие типы медно-сульфатных электродов: ЭН-1, МЭП-1-АКХ, МЭП-2-АКХ, МЭП-3-АКХ, МЭП-4-АКХ, НИ-СЭ-58.
Рис. 1. Подвесной медно-сульфатный электрод сравнения
1 - пористая пробка; 2 - крышка (изолятор); 3 - корпус (изолятор); 4 - паста из медного купороса; 5 - медный стержень; 6 - кожух (изолятор); 7 - заливка эпоксидной смолой;
8 - контактный изолированный провод
ПРИЛОЖЕНИЕ 13
Рекомендуемое
Формуляр записи регулировок параметров катодной защиты и результатов измерений потенциала конструкции
|
Наименование установки катодной защиты и схемы расположения точек, измерение потенциала |
Дата |
Ток защиты (А) |
Напряжение на клеммах источника тока (В) |
Потенциал в точках измерения (мВ) |
Примечания |
||||||
|
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Примечания к заполнению формуляра:
1. При регулировке параметров защиты производится запись данных до и после регулировки, а в графе «Примечания» делаются отметки об изменении параметров защиты.
2. Целесообразно дополнять формуляр графиками кривых распределения потенциала, выполненных на миллиметровой бумаге. Точки на графиках соединяются плавными линиями.
ПРИЛОЖЕНИЕ 14
Справочное
ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА КАТОДНОЙ ЗАЩИТЫ ПЛОСКИХ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ
Пример 1. Задан плоский затвор шириной и высотой смоченной части , ранее окрашенный по полной схеме и эксплуатируемый в воде с очень низкой удельной электрической проводимостью (?? = 0,005 См/м), не содержащей достаточного количества ионов кальция и магния для образования солевых катодных отложений (например, условия Зейской ГЭС). Стационарный потенциал окрашенной стали в этих условиях эксплуатации Uс = - 0,4 В.
Требуется найти количество анодов, их расположение, защитные токи, мощность катодных установок, чтобы обеспечить на поверхности затвора распределение сдвига защитного потенциала от ??Uмин = 0,1 В до ??U макс = 0,8 В, что обеспечит сохранность лакокрасочных покрытий. Таким образом, задана степень неравномерности поля ??Uмакс/??Uмин = 0,8/0,1 = 8. За удельную поляризуемость поверхности затвора в основной период эксплуатации принимается величина bкр = 20 Ом??м2. Параметр k = b?? = 20·0,005 = 0,1. Выбираем соответствующую номограмму, рис. 2, б обязательного приложения 3.
По верхней части номограммы определяем, что заданная равномерность распределения потенциала может быть обеспечена при различных вариантах расположения анодов.
Так, например, можно выбрать отстояние системы анодов от плоскости защиты h = , тогда придется располагать аноды через каждый метр, т.е. на защиту потребуется 10 анодов. Можно выбрать отстояние анодной системы h = l м или более. Тогда защита обеспечивается всего одним анодом. Здесь для выбора оптимального варианта вступают в силу конструктивные и эксплуатационные соображения. Допустим, что в рассматриваемом случае особенности конструкции и эксплуатации затворов не позволяют отнести аноды более чем на расстояние h = . Тогда согласно верхней части номограммы при h = и ??Uмакс/??Uмин = = , т.е. расстояние между анодами для создания защиты должно быть 2а = . Таким образом, с учетом ширины затвора для защиты потребуется 4 вертикальных анода, установленных на расстоянии друг от друга. Далее рассчитаем необходимый защитный ток. Согласно нижней части номограммы при h = и а = и ??Uмин/bJ = 0,07. Тогда защитный ток, стекающий с одного метра анода:
А/м.
Учитывая длину анодов, равную l = , определяем суммарный ток защиты на один затвор Jзащ = JlN = 0,0715·9??4 = 2,6 А. Ток утечки равен нулю. Зададим срок службы анодов до полного срабатывания равным t = 25 годам. Необходимая масса одного метра анода из стали определяется по формуле т = ЭJt, т.е. m = 10??0,0715??25 = . Сечение анода определяется по формуле ?? = 12,8Jt = 12,8??0,0715??25 = 23 см2, отсюда радиус цилиндрического анода (стержня) см.
Расчет сопротивления растеканию анода ведется по формуле (1) обязательного приложения 4:
;
Ом.
Сопротивление растеканию катода Rкат = b/S, где S = - площадь поверхности затвора Rкат = 20:100 = 0,2 Ом.
Сопротивление питающих кабелей Rв цепи принимаем равным 0,1 Ом. Тогда Rсум = 7,15 + 0,2 + 0,1 = 7,45 Ом.
Падение напряжения в цепи анод - катод Uкс = Jзащ??Rсум = 2,6??7,45 ?? 20 В. Мощность, необходимая для катодной защиты одного затвора
Р = Jзащ??Uкс = 2,6??20 = 52 Вт.
Пример 2. Пусть задан тот же затвор, окрашенный по полной схеме и эксплуатируемый в воде средней минерализации С = 300 мг/л (Днепр, Волга). Вода такой минерализации имеет удельную электрическую проводимость, равную ?? = 0,03 См/м. Таким образом, по сравнению с примером 1 изменился всего один эксплуатационный параметр. Рассмотрим влияние этого изменения на параметры защиты.
Аналогично примеру 1 заданная неравномерность распределения сдвига защитного потенциала ??Uмакс/??Uмин = 0,8/0,1 = 8; b = 20 Ом??м2. Параметр k = b?? = 20??0,03 = 0,6. Пусть так же, как в примере 1, по конструктивным условиям анодную систему нельзя отнести от защищаемой поверхности более чем на h = . Тогда, как это следует из номограммы рис. 2, в, для защиты затвора шириной и высотой можно выбрать два анода, установленных горизонтально. Защитный ток определяется по нижней номограмме. При h = и а = и ??Uмин/bJ = 0,04, отсюда
А/м.
Суммарный защитный ток Jзащ = 0,125??9,5??2 = 2,4 А. Если задать срок службы анода до полного срабатывания равным 25 годам, тогда потребуется анод сечением ?? = 12,8Jt = 12,8??25??0,125 ?? 40 см2, радиус стержня см, масса одного метра анода m = 10??25??0,125 = . Сопротивление растеканию стержня радиусом и длиной равно
