Многослойное полимерное изделие электрод анодного заземления

Полезная модель относится к полимерной химии и полимерным многослойным изделиям, используемым, например, в электрохимической защите металлических объектов, и может быть предназначена, в частности, для катодной защиты протяженных подземных сооружений Технический результат - упрощение технологии изготовления электродов и повышение надежности. Многослойное полимерное изделие выполнено в виде электрода анодного заземления. Устройство содержит токозадающую полимерную оболочку и токоввод, состоящий из слоев токопроводящего полимера с металлом токоввода. Снабжено дополнительным слоем-оболочкой с кокосовой засыпкой с содержанием в ней связанного углерода не менее 97 мас %, с расположенной поверх нее термоусаживаемой трубкой и изоляцией в виде муфты со слоем герметика.

Область техники.

Полезная модель относится к изделиям, используемым в электрохимической защите металлических объектов и предназначена, в частности, для катодной защиты подземных сооружений. Область применения включает в себя любые объекты промышленного, бытового, индивидуального назначения.

Уровень техники.

Развитие современной полимерной химии позволило создать токопроводящие полимеры с особыми свойствами, которые позволяют использовать их в самых различных отраслях.

Данное устройство предназначено для работы в сложных климатических условиях при монтаже токоотдающих контуров анодных заземлений установок защиты от коррозии - катодной защиты металлических и железобетонных сооружений. Полимерсодержащие электроды - важный элемент в устройствах катодной защиты при контакте подземных сооружений с речной водой, с грунтом, с соленой водой, а также при контакте с другими электролитическими средами, и используется в устройствах заземлений защиты от грозы и защиты от высоких напряжений и статического электричества.

Из уровня техники известно комбинированные многослойные изделия из нескольких слоев эластомера с металлом - протяженный эластомерный электрод, анодное заземление и глубинный анодный заземлитель, выполненные в виде гибкого токопроводящего стержня, покрытого одной или несколькими токопроводными эластомерными оболочками и/или комбинациями эластомерных оболочек с углеграфитовыми волокнами по патенту РФ 2225420 опублик. 2004. Недостатками является то, что технология изготовления электродов на поточной линии непрерывной вулканизации в поле СВЧ и воздушном тепловом вулканизаторе (линия ЛВПР-300) очень сложна и многостадийна и, как любой многостадийный процесс обладает низкой надежностью.

Известно многослойное полимерное изделие эластомерный электрод по патенту РФ 2291226, содержащий оболочку из эластомера и выполненное в виде многослойного рукава, в котором чередуются слои из эластомерного материала и слои токоввода.

Одним из наиболее близких к заявленному техническому решению является электропроводная эластомерная композиция для заземляющих эластомерных электродов по патенту РФ 2225420, опублик. 2004 г., в котором описан заземляющий протяженный эластомерный электрод и анодное заземление, позволяющие повысить долговечность эластомерных электродов по сравнению с другими аналогами. Недостатком также является сложность и многостадийность технологии изготовления электродов.

Известна система с анодным элементом для катодной защиты от коррозии подземных сооружений, которая также является близким аналогом к заявленной полезной модели, раскрытая в RU 2111283 опубл. 1998. Система содержит токозадающую полимерную оболочку и токоввод, который снабжен дополнительным слоем-оболочкой с коксовой засыпкой (материалом богатым углеродом).

Недостатком описанной «системы» является то, что в ней не решен вопрос улучшения качества именно электрода, вопрос увеличения срока его эксплуатации, что приводит неизбежно к невысокой надежности. Данный недостаток устраняется заявленным решением.

Кроме того, при использовании в качестве элемента электрода нового материала засыпки кокса с особым содержанием не углерода - как это известно из уровня техники, а связанного углерода (как это описано в формуле заявленной полезной модели) улучшаются прочие основные рабочие характеристики эластомерного электрода, такие как постоянная распространения тока [1/м]; характеристическое сопротивление Z [Ом]; номинальная удельная плотность анодного тока J [мА/м]; скорость анодного растворения q [кг/А*год].

В заявленном решении использована новая засыпка с характеристикой по такому параметру как содержание связанного углерода, то есть по беззольной части кокса.

Технический результат.

Техническим результатом заявленной полезной модели является повышение на величину до 50% срока службы такого электрода за счет выполнения такой оболочки, которая ранее не применялась, а именно - с коксовой засыпкой с содержанием в ней связанного углерода не менее 97 мас%. Следует отметить, что такое количество связанного углерода в оболочке с засыпкой помимо повышения надежности улучшает на 5-10% в среднем прочие рабочие характеристики.

Технический результат достигается следующей совокупностью существенных признаков полезной модели, а именно тем, что электрод анодного заземления, содержит токозадающую полимерную оболочку, токоввод, и дополнительный слой - оболочку с коксовой засыпкой с содержанием в ней связанного углерода не менее 97 мас%.

Дополнительно электрод может быть выполнен с наружным диаметром токопроводящего полимера размером 12,1-13,3 мм, составляющим 0,45-0,55 от общего диаметра электрода,

- типовое удельное сопротивление коксовой оболочки может составлять 4,0×10-3 Ом·м,

- удельное количество коксовой засыпки в оболочке, не менее 1,1 кг/м.п,

- токоввод может быть выполнен с эффективным сечением медного проводника, не менее 13,2 мм ²,

- удельное сопротивление медного проводника может составлять не более 1,5×10^-3 Ом·м.

Сущность полезной модели.

Снабжение устройства дополнительным слоем - оболочкой с коксовой засыпкой с содержанием в ней связанного углерода не менее 97 мас% обеспечивает заявленный технический результат не только улучшает на 5-10% в среднем рабочие характеристики, в том числе распределенную токоотдачу, но и увеличивает на величину до 50% срок службы такого электрода, т.е. повышается надежность полезной модели.

Применяется аявленное устройство в системах катодной защиты:

- портовых и причальных сооружений, морских платформ и иных гидротехнических сооружений.

- подводных переходов однониточных трубопроводов и их многониточных систем;

- магистральных, промысловых и иных трубопроводов и многониточных систем трубопроводов в любых грунтах, включая скальные, засушливые, пустынные и многолетнемерзлые;

- технологических резервуаров любого назначения, включая внутреннею поверхность;

- разветвленных коммуникаций компрессорных, газораспределительных, нефтеперекачивающих станций,

теплоэлектростанций и промышленных площадок иного назначения.

Заявленное устройство может работать в диапазонах температуры окружающей среды от минус 60°C до плюс 60°C.

Осуществление полезной модели.

Пример 1.

Электрод содержит токозадающую полимерную оболочку и токоввод, и состоящий из слоев токопроводящего полимера с металлом токоввода. Устройство снабжено дополнительным слоем - оболочкой с коксовой засыпкой.

Содержание в засыпке связанного углерода 99 мас%.

При монтаже питающего кабеля устройство снабжено изоляцией в виде муфты со слоем герметика и термоусаживаемой трубки.

Наружный диаметр токопроводящего полимера 13,0 мм.

Типовое удельное сопротивление коксовой оболочки 4,0×10^-3 Ом·м.

Удельное количество коксовой засыпки в оболочке, 1,1 кг/м.п.

Токоввод выполнен с эффективным сечением медного проводника 13,2 мм².

Удельное сопротивление медного проводника 1,5×10^-3 Ом·м.

Укладка произведена была с бухты с борта автомобиля.

Сравнение характеристик провели по отношению к характеристикам по патенту RU 2111283:

Испытания показали повышение надежности (т.е. соответственно срока службы) по сравнению с указанным аналогом на 47%, а прочие вышеуказанные рабочие характеристики улучшились в среднем на 7%.

Пример 2.

Испытывался электрод анодного заземления.

Структура электрода:

- токозадающая оболочка из полимерного материала,

- токоввод,

- дополнительный слой выполнен в виде оболочки,

- в оболочке засыпан кокс, удельное количество коксовой засыпки в оболочке, 1,2 кг/м.п,

- содержание связанного углерода 97,2 мас%.

При этом наружный диаметр токопроводящего полимера 12,9 мм.

Типовое удельное сопротивление коксовой оболочки при этом было 4,0×10^-3 Ом·м,

- токоввод имеет эффективное сечение медного проводника, 13,2 мм²,

- удельное сопротивление медного проводника 1,45×10^-3 Ом·м.

Укладка произведена была с использованием устройства для протягивания.

Сравнение характеристик провели по отношению к характеристикам изделия по патенту RU 2291226:

Испытания показали, что повышение надежности (т.е. соответственно срока службы) по сравнению с указанным аналогом составляет 50%, а прочие вышеуказанные рабочие характеристики улучшились в среднем на 10%.

Пример 3.

Испытывался электрод анодного заземления.

Структура электрода:

- токозадающая оболочка из полимерного материала,

- токоввод,

- дополнительный слой выполнен в виде оболочки,

- в оболочке засыпан кокс, удельное количество коксовой засыпки в оболочке, 1,2 кг/м.п,

- содержание связанного углерода 97,2 мас%.

При этом наружный диаметр токопроводящего полимера 12,1 мм.

Типовое удельное сопротивление коксовой оболочки при этом было 4,0×10-3 Ом·м, а токоввод имеет эффективное сечение медного проводника, 13,3 мм²,

Удельное сопротивление медного проводника 1,499×10-3 Ом·м.

Укладка произведена была с использованием устройства для протягивания.

Испытания показали, что срок службы электрода по сравнению с изделием по патенту RU 2111283 повысился на 50%, а прочие вышеуказанные рабочие характеристики улучшились в среднем на 8%,

Пример 4.

Структура изготовленного электрода:

- токозадающая оболочка из полимерного материала,

- токоввод,

- дополнительный слой выполнен в виде оболочки,

- в оболочке засыпан кокс с содержанием связанного углерода 97,0 мас%., удельное количество коксовой засыпки в оболочке 1,15 кг/м.п,

При этом наружный диаметр токопроводящего полимера 13,3 мм.

Такой диаметр соответствовал 0,55 от общего диаметра электрода,

Типовое удельное сопротивление коксовой оболочки при этом было 4,0×10^-3 Ом·м.

Токоввод имеет эффективное сечение медного проводника, 13,2 мм ².

А удельное сопротивление медного проводника может 1,5×10^-3 Ом·м.

Укладка произведена была с барабана с помощью кабелеукладчика.

Сравнение характеристик провели по отношению к характеристикам изделия по патенту RU 2291226:

Испытания показали, что повышение надежности (т.е. соответственно срока службы) по сравнению с указанным аналогом составляет 49%, а прочие вышеуказанные рабочие характеристики улучшились в среднем на 10%.

1. Электрод анодного заземления, содержащий токозадающую полимерную оболочку, токоввод и дополнительный слой - оболочку с коксовой засыпкой с содержанием в ней связанного углерода не менее 97 мас.%.

2. Электрод по п.1, отличающийся тем, что выполнен с наружным диаметром токопроводящего полимера размером 12,1-13,3 мм, составляющим 0,45-0,55 от общего диаметра изделия электрода.

3. Электрод по п.1, отличающийся тем, что типовое удельное сопротивление коксовой оболочки составляет 4,0·10^-3 Ом·м.

4. Электрод по п.1, отличающийся тем, что удельное количество коксовой засыпки в оболочке не менее 1,1 кг/м.п.

5. Электрод по п.1, отличающийся тем, что токоввод выполнен с эффективным сечением медного проводника не менее 13,2 мм ².

6. Электрод по п.1, отличающийся тем, что удельное сопротивление медного проводника не более 1,5·10^-3 Ом·м.