天华管壳式阳极保护冷却器操作手册

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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

2、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。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

3、，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，故将此区域叫做活化区，其电极反应如下： MeMen+ne 1.2 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

4、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+2MeMe2O3+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，钝化膜转化成高价化合物而受到破坏。对不锈钢而言，电极反应如下： Me2O3+4H2OMe2O72-+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

5、） ，通过浓硫酸形成电流回路。向冷却器施加一定的阳极电流，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

6、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

7、（R RS S2 23 32 2/ /4 48 85 5通讯规程的一对一通讯功能、M Mo od db bu us s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 调调压压模模 块块输出交流电压0220V，经变压器、桥式整流器输出020V 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 调调压压 模模块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，控制器发出相应声、光报警信号；若所需电流超过仪器额定电

8、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

9、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。1.2 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

10、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

11、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 开车运行1 1 开车前准备工作（阳极保护浓硫酸冷却器的检查）开车前准备工作（阳极保护浓硫酸冷却器的检查） 1.1 参比电极检查：进酸前或电气安装时必须对参比电极进行如下检查： 参比电极是否断裂；参比电极是否与阳极短路。 检查过程如下：取下防护罩，拧开四个压紧螺母，拉出压盖和电极（见 图 7

12、） ，用万用表对电极进行测量，如断裂，则更换新的参比电极。参比电极 与阳极之间不得短路，否则须打开进行检查，排除故障后重新安装。安装时四 个螺母应对称压紧，以免渗酸。1.2 阴极检查：进酸前须用万用表检查阴极和阳极间是否短路，若有寻 找原因，排除故障。进水、进酸后查看阴极密封处是否渗水或渗酸，若有渗 漏按图 6 拧紧水侧密封压盖或酸侧密封压盖。 1.3 确保冷却器和恒电位仪间的信号电缆连接正确、可靠。 1.4 恒电位仪检查（用假负载检查恒电位仪是否正常）按恒电位仪使用说 明书规定的程序或按以下操作进行： 假负载接线：用导线将恒电位仪背面板底部信号端子板上的阳极和阳信 接线柱短接，如下图所示：开

13、关、旋钮预置：打开仪器前门，将“输出选择开关”置“试验” （该开 关有两种选择“工作” 、 “试验” ） ，将“手动切换开关”置“手动” (该开关有 两种选择“手动” 、 “自动”)，将“手动输出电流控制”旋钮“手调”逆时针旋 到最低点。 手动控制检查：“控制电源”开关置“开” ， “显示选择开关”置“3”显 示控参电位，当数显表有显示即可接通仪器前面板右上方的“电源”按扭，此时仪器开始工作。顺时针缓慢调节“手调”旋扭直到有电流、电压输出，并且 控参电位开始增大，说明该仪器手动控制正常。停留几分钟，将“手调”旋钮 逆时针缓慢调至最低点。 自动控制（恒电位控制）检查：“手动切换开关”置“自动”

14、，将“显示 选择开关”置“3”档显示控参电位，30 秒后若有电流、电压输出，并且“控 参电位”慢慢升至仪器内部设定电位 200mV 左右，并保持数分钟，该仪器自动 控制正常，假负载实验完成。 复位：切断“电源”按扭， “控制电源开关”置“关” ，将“输出选择开 关”置“工作” ，去掉假负载接线，按阳极保护浓硫酸冷却器电气系统接线示意 图对线进行联结。 2 2开车程序开车程序 2.1 将冷却水进、出口阀门打开，让冷却水通过冷却器。 2.2 通入常温 93%浓硫酸或 98%浓硫酸，使其保持循环。 2.3 一般情况开车调试过程：一般情况开车调试过程：打开仪器前门， “控制电源开关”置“开” ， “显

15、示选择” 置“4”档显示“控参电位设定值”按下控参电位设定按钮“增 加”或“减小” ，使“控参电位设定值”达到预定值：93%93%硫酸为硫酸为+150mV,+150mV, 98%98%硫硫 酸为酸为+250mV+250mV。再将“显示选择开关”置“3”档显示控参电位，记录该电位值 （此电位值为未通电的自然腐蚀电位） 。接通仪器前面板右上方的“电源”按钮， 30 秒后输出电流、电压,并且控参电位逐渐升高最终达到“控参电位设定值” 左右（一般上下波动在10mV 以内） 。若“控参电位” 与“控参电位设定值” 相等，说明仪器已恒电位，恒电位仪已经正常工作，调试完毕。 2.4 特殊情况的调试过程：特殊

16、情况的调试过程：刚开车时，体系需要较大电流，亦即仪器的额 定输出电流 50A 不能使控参电位达到预定值，应按以下方法之一进行调试。该 情况是刚开车的正常现象，并非仪器问题。 将“显示选择”开关置“4”档显示“控参电位设定值” ，间断按下仪器 前门内的“控参电位设定”按钮“减小”并观察电流表显示值和数显表显示值， 直到电流可以持续输出（此时电流 45A 左右为宜） ；停止调节“减小”按钮，观 察电流值的变化。一般来讲，随着时间的延长电流会逐渐减小，当电流慢慢减 小到 35A 以内，便可间断按下仪器前门内的“控参电位设定” 按钮“增加” ， 使电流增加到 45A 左右。反复调节直至达到预定值（93%硫酸为+150mV, 98%硫 酸为+250mV） 。将“显示选择”开关调到“3”档显示控参电位值，观察控参电 位值是否与控参电位设定值相等（一般上下波动在 10mv 以内） ，若相等说明仪 器已恒电位，恒电位