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1、阳极保护管壳式不锈钢浓硫酸冷却器操作手册天华化工机械及自动化研究设计院 第一章 冷却器操作特性1 阳极保护冷却器操作特性及工艺参数（见技术规格数据表）2 阳极保护冷却器结构尺寸示意图第二章 阳极保护1 阳 极 保 护 原 理当 某 种 金 属 浸 入 电 解 质 溶 液 中 时 ， 金 属 表 面 与 溶 液 之 间 就 会 建 立 起 一 个 电位 ， 腐 蚀 电 化 学 中 把 这 个 电 位 称 作 自 然 腐 蚀 电 位 。 不 同 的 金 属 在 一 定 的 溶 液 中 的电 位 是 不 一 样 的 。 同 一 种 金 属 由 于 其 各 部 位 间 存 在 着 电 化 学 不 均
2、匀 性 而 造 成 不 同部 位 间 产 生 一 定 的 电 位 差 值 ， 正 是 这 种 电 位 差 值 导 致 了 金 属 在 电 解 质 溶 液 中 的 电化 学 腐 蚀 。向 浸 在 电 解 质 溶 液 中 的 金 属 （ 电 极 ） 施 加 直 流 电 流 ， 金 属 的 电 极 电 位 会 发 生变 化 ， 这 种 现 象 称 作 极 化 。 所 通 电 流 为 正 电 流 （ 金 属 为 阳 极 ）， 金 属 的 电 位 向 正方 向 变 化 ， 这 种 过 程 叫 做 阳 极 极 化 。 反 之 ， 通 过 的 电 流 为 负 电 流 （ 金 属 为 阴 极 ），金 属 的
3、电 位 向 负 方 向 变 化 ， 则 称 作 阴 极 极 化 。 电 位 与 对 应 电 流 密 度 之 间 的 关 系 曲线 叫 做 极 化 曲 线 。具 有 钝 化 性 倾 向 的 金 属 在 进 行 阳 极 极 化 时 ， 如 果 电 流 达 到 足 够 的 数 值 ， 在 金属 表 面 上 能 够 生 成 一 层 具 有 很 高 耐 蚀 性 能 的 钝 化 膜 而 使 电 流 减 少 ， 金 属 呈 钝 化 状态 。 继 续 给 以 较 小 的 电 流 ， 就 可 以 维 持 这 种 钝 态 ， 从 而 减 缓 金 属 的 腐 蚀 。 这 就 是阳 极 保 护 的 基 本 原 理 。
4、 图 2 为 典 型 的 钝 性 金 属 阳 极 极 化 曲 线 示 意 图 ， 图 中 表 现 出四 个 特 性 区 域 ：1.1 AB 区 - 活 化 区在 A 点 ， 外 加 电 流 为 零 ， 金 属 处 于 自 腐 蚀 状 态 ， 自 腐 蚀 电 位 为 EA， 当 通 以 阳极 电 流 时 ， 其 电 流 密 度 随 电 位 的 升 高 而 增 加 。 当 电 位 升 高 到 B 点 时 ， 电 极 过 程 受到 阻 碍 ， 电 流 密 度 不 再 上 升 ， 达 到 一 个 极 大 值 IM。 在 此 区 域 内 ， 金 属 表 面 处 于 活性 溶 解 状 态 ， 故 将 此
5、区 域 叫 做 活 化 区 ， 其 电 极 反 应 如 下 ： Me Men+ne1.2 BC 区 - 过 渡 区电 位 刚 过 B 点 ， 外 加 电 流 密 度 迅 速 下 降 ， 到 C 点 降 到 最 小 值 ， 金 属 表 面 进 入钝 化 状 态 。 B 点 的 电 流 密 度 IM 和 电 位 EB 叫 做 致 钝 电 流 密 度 和 致 钝 电 位 。 BC 区 金属 表 面 处 于 活 化 -钝 化 不 稳 定 状 态 ， 故 将 此 区 域 叫 做 过 渡 区 。1.3 CD 区 - 钝 化 区从 C 点 开 始 到 D 点 ， 电 位 变 化 时 外 加 阳 极 电 流
6、密 度 变 化 很 小 ， 金 属 表 面 处 于稳 定 的 钝 化 状 态 ， 故 将 此 区 域 叫 做 钝 化 区 ， 其 电 流 密 度 IP 叫 做 维 钝 电 流 密 度 。电 极 反 应 如 下 ： 3H2O+2Me Me2O3+6H+6e对 应 于 该 区 域 的 电 位 范 围 ED-EC称 作 维 钝 电 位 区 间 ， 即 阳 极 保 护 所 要 控 制 的 电 位区 间 。1.4 DE 区 - 过 钝 化 区当 电 位 高 于 稳 定 钝 化 区 ， 电 流 密 度 又 开 始 增 大 ， 金 属 表 面 产 生 了 新 的 电 极 反应 ， 钝 化 膜 转 化 成 高
7、 价 化 合 物 而 受 到 破 坏 。 对 不 锈 钢 而 言 ， 电 极 反 应 如 下 ：Me2O3+4H2O Me2O72-+8H+6e在 此 区 域 内 ， 金 属 腐 蚀 重 新 加 剧 ， 故 将 此 区 域 叫 做 过 钝 化 区 。 D 点 电 位 ED叫做 过 钝 化 电 位 。2 阳 极 保 护 硫 酸 冷 却 器 工 作 原 理冷 却 器 工 作 原 理 是 把 与 浓 硫 酸 接 触 的 全 部 表 面 作 为 阳 极 ， 另 外 设 置 一 根 或 数根 阴 极 （ 图 1） ， 通 过 浓 硫 酸 形 成 电 流 回 路 。 向 冷 却 器 施 加 一 定 的 阳
8、 极 电 流 ， 使其 产 生 阳 极 极 化 ， 迅 速 通 过 致 钝 电 位 ， 进 入 稳 定 钝 化 区 并 维 持 其 电 位 在 这 个 区 域 ，依 靠 在 钝 化 区 形 成 的 钝 化 膜 减 缓 冷 却 器 在 浓 硫 酸 中 的 腐 蚀 。 3 硫 酸 冷 却 器 （ 阳 极 保 护 系 统 ） 组 成如 图 1 所 示 ， 冷 却 器 （ 阳 极 保 护 系 统 ） 由 设 备 本 体 （ 阳 极 ） 、 阴 极 、 参 比 电 极 、恒 电 位 仪 、 电 线 电 缆 组 成 。 其 主 要 元 件 功 能 分 述 如 下 ：3.1 参 比 电 极绝 对 的 电 位
9、 是 无 法 进 行 直 接 测 量 的 ， 而 必 须 以 一 个 电 位 相 对 稳 定 的 电 极 作 为参 照 进 行 测 量 ， 该 电 极 叫 参 比 电 极 。 参 比 电 极 本 身 的 电 位 在 工 艺 条 件 下 基 本 保 持恒 定 ， 所 有 测 得 电 位 均 是 相 对 于 参 比 电 极 的 电 位 （ 即 以 参 比 电 极 的 电 位 作 为 基 准 ）。冷 却 器 设 置 若 干 支 参 比 电 极 ， 其 中 一 支 作 为 控 制 参 比 电 极 ， 冷 却 器 阳 极 相 对 于 该电 极 的 电 位 被 送 入 恒 电 位 仪 ， 恒 电 位 仪
10、通 过 改 变 输 出 电 流 以 控 制 阳 极 的 电 位 等 于“4 档 的 电 位 设 定 值 ”。 其 余 参 比 电 极 作 为 监 测 参 比 电 极 。3.2 阴 极阴 极 的 作 用 是 导 通 电 流 。 恒 电 位 仪 的 输 出 电 流 通 过 阴 极 均 匀 分 布 到 与 酸 接 触的 所 有 冷 却 器 表 面 。 阴 极 是 一 种 特 制 的 金 属 棒 并 外 套 有 一 定 数 量 的 小 孔 的 聚 四 氟乙 烯 塑 料 管 ， 与 换 热 管 束 平 行 。3.3 恒 电 位 仪 功 能 ： 微 机 控 制 恒 电 位 仪 是 典 型 的 数 字 式
11、控 制 仪 表 ， 具 有 操 作 简 单 、 参 数自 动 设 定 、 最 大 输 出 电 流 限 流 控 制 、 电 流 无 极 调 节 、 故 障 自 动 判 断 、 声 光 报 警 等智 能 化 功 能 ， 并 设 置 手 动 /自 动 控 制 、 假 负 载 试 机 ， 同 时 还 具 有 很 强 的 通 讯 功 能（ RS232/485 通 讯 规 程 的 一 对 一 通 讯 功 能 、 Modbus 通 讯 协 议 的 多 站 通 讯 功 能 ） 。 工 作 原 理 ： 如 图 3 所 示 ， 控 制 器 根 据 给 定 电 位 值 、 检 测 电 位 值 调 节 调 压 模块
12、输 出 交 流 电 压 0 220V， 经 变 压 器 、 桥 式 整 流 器 输 出 0 20V 直 流 电 压 （ 阳 极 极化 电 源 ） ， 亦 即 给 浓 硫 酸 设 备 施 加 阳 极 电 流 而 使 其 达 到 阳 极 保 护 的 目 的 。 该 调 压模 块 为 全 隔 离 单 向 交 流 调 压 一 体 化 模 块 ， 它 具 有 集 成 度 高 、 调 节 精 度 高 、 可 靠 、维 修 量 极 小 等 特 点 ， 实 现 了 电 流 无 极 调 节 。 在 整 个 调 节 、 控 制 过 程 中 ， 若 电 位 超过 上 、 下 限 值 ， 控 制 器 发 出 相 应
13、声 、 光 报 警 信 号 ； 若 所 需 电 流 超 过 仪 器 额 定 电 流 ，控 制 器 可 自 动 控 制 最 大 输 出 电 流 不 超 过 仪 器 额 定 电 流 ， 而 不 切 断 电 流 。 该 仪 器 可由 一 个 控 制 器 控 制 若 干 台 浓 硫 酸 设 备 ， 如 控 制 某 一 酸 塔 所 属 的 冷 却 器 、 管 道 、 分酸 器 ， 或 控 制 干 、 吸 工 段 所 有 的 冷 却 器 。 由 于 该 仪 器 的 控 制 器 采 用 单 片 计 算 机 ，上 述 参 数 设 定 、 信 号 检 测 、 电 位 控 制 、 电 流 控 制 及 声 光 报
14、警 均 通 过 计 算 机 软 件 实现 。4 冷 却 器 阳 极 保 护 控 制 指 标冷 却 器 阳 极 保 护 控 制 指 标 （ 冷 却 器 相 对 参 比 电 极 的 电 位 ）设 备 名 称控 制 指 标 （ mv） 93%硫 酸 冷 却 器 98%硫 酸 冷 却 器保 护 电 位 +100 +150 +200 +250监 测 电 位 - 50 +550 0 +550高 限 报 警 +600 +600低 限 报 警 -100 -100第三章 冷却器安装1 冷却器安装为卧式安装或立式安装，具体安装尺寸及要求见安装图。1.1 设备阴极处应留有空间（具体尺寸见安装图） ，以便更换阴极。1
15、.2 酸进、出口配接的管道负载必须承受在管道支架上，不得直接以冷却器作为支撑。 1.3 水泥基础须按有关标准设置钢铁垫板。设备鞍座长圆形螺栓孔处的螺母不得压紧。否则操作温度变化，设备不能自由热胀冷缩，严重时将导致设备变形损坏。2 为防止冬天冷却器酸出口温度冷却过低，必须在冷却器酸进口、酸出口间安装旁路管道以调节酸出口温度，其最大流量不得小于总酸量的 1/3。3 冷却水进口应设置压力表，进、出口均应安装温度计、PH 计（或留有便于对冷却水 PH 值进行测量的接口）,以保证冷却水流量和随时检漏。4 在任何情况下均不得任意减小冷却水流量，否则易结垢导致换热管堵塞。5 电气部分安装按阳极保护浓硫酸冷却
16、器电气系统接线示意图实施。5.1 橡套软电缆应从恒电位仪的阴、阳极输出分别接至冷却器的阴、阳极，这是电流回路。所有信号线均采用屏蔽电缆，单独引线，分别从恒电位仪各接线柱接至冷却器各对应点。若监测参比电极只有 1 个，应将所有监参接线柱短接，这是信号回路。这些导线应按有关电工规范采用电缆桥架或穿管架空方式敷设，不能直接架起或穿管埋地敷设。暴露于桥架或钢管外的导线应采用钢制或塑料软管加以保护，防止操作或检修时因机械、物理或化学原因损坏导线。5.2 联接点是引起压降使母线载流量减少或信号传输故障的主要部位，尤其是经过工厂日积月累的大气腐蚀，接触电阻增大，易造成接头处断裂。故接头一般应采用铜鼻子与导线锡焊，然后用电工绝缘塑料带缠绕包扎，铜鼻子与接线柱处用同样方法保证防潮和绝缘。屏蔽线的屏蔽层与阳极相连，除阳极信号线外，其它屏蔽层应绝对与线芯绝缘，否则将发生故障。第四章
