CN101818816A - 阴极保护防腐蚀阀门 - Google Patents

Abstract

一种阴极保护防腐蚀阀门，在阀体上制作有与阀体腔体联通的进口a和出口b，阀体上进口a一侧设有压盖，阀体内设有可绕自身轴线旋转的阀杆，阀杆上设有打开/关闭所述进口a的蝶板，阀杆顶端与阀体之间设有填料压盖和填料，在蝶板两侧面分别设有牺牲阳极片。本发明在蝶板两侧分别设牺牲阳极片，阀门使用时，设置的牺牲阳极片和拟保护的部件都处于液体中，牺牲阳极片变成离子进入液体，失去的电子传给阀体内的零部件给其以保护。通过牺牲阳极的作用，阀门内部的部件处于阴极保护状态，保护阀门材料不受流体介质的腐蚀，增加了阀门的抗冲蚀能力，提高了阀门的密封性能，延长了阀门的使用寿命。

Description

阴极保护防腐蚀阀门

技术领域

本发明涉及一种应用于液体管道中的阀门，尤其涉及一种耐腐蚀阀门。

背景技术

阀门作为压力管道的主要核心元件之一，是压力管道的重要组成部分，广泛应用于石化、燃气、冶金、电力等重要工业设施和城市生命线工程，在国民经济建设和人民生产活动中发挥了重要作用。但是现在使用的各种型号的液体管道控制阀门会产生不同程度的腐蚀，影响到密封性能，阀门腐蚀造成物料浪费，增加能源消耗，造成阀门泄漏，污染环境，导致发生伤亡事故，威胁安全生产。以上这些情况都会带来不同程度的经济损失。

目前，在现有专利技术中，常用的耐腐蚀阀门大多有以下三类：

一类是通过改进阀门结构，减少与腐蚀流体的接触。专利号为95117085.6的中国发明专利，公开了一种无渗漏耐腐蚀可控阀门，通过磁力作用控制阀舌移动，从而控制阀门的开启或闭合，不易磨损；专利号为90206833.4的中国实用新型专利，公开了一种耐腐蚀改进阀门，将整体阀杆改为上阀杆和下阀杆两部分，并将处于密封圈以下位置的旋转螺纹改放到上阀杆上，上阀杆处于密封圈以上位置，来提高阀门耐蚀能力。

另一类是采用新的耐蚀材料来提高阀门的耐蚀能力。专利号为01141067.1的中国发明专利，公开了一种新结构陶瓷阀门，其阀座和阀瓣均用陶瓷材料制成，阀座与阀体之间用石墨填料密封，且借助压套固定，通过改变结构和采用耐蚀材料来提高阀门耐蚀能力；专利申请号为200710000292.9的中国发明专利，公开了一种耐高温耐腐蚀高强度石墨-碳复合材料阀门，阀杆和阀芯采用碳碳复合材料制成，阀座采用石墨制成，实现耐蚀。

还有一类是在阀门内部添加衬里或涂层隔绝腐蚀流体，专利号为90201262.2的中国实用新型专利，公开了一种铸石衬里防腐阀门，在阀门里增设铸石衬里实现耐蚀；专利号为97233920.5的中国实用新型专利，公开了一种耐高温、耐冲刷、耐腐蚀阀门，是在阀盖、阀体内腔、关闭件、阀座表面先设置过渡层，在过渡层上面设置陶瓷材料和增韧剂或自熔性合金工作衬层。

上述专利虽然在不同程度上提高了阀门的防腐蚀能力，但每一种都存在局限性，适用性窄、通用性不强，有的阀门防腐效果不好。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服上述阀门的缺点，提供一种结构简单、耐腐性能好、适用性强、通用性好、使用寿命长的阴极保护防腐蚀阀门。

解决上述技术问题所采用的技术解决方案是：在阀体上制作有与阀体腔体联通的进口a和出口b，阀体上进口a一侧设置有压盖，阀体内设有可绕自身轴线旋转的阀杆，阀杆上设置有打开/关闭所述进口a的蝶板，阀杆顶端与阀体之间设有填料压盖和填料，在蝶板两侧面分别设置有牺牲阳极片。

本发明的设置在蝶板一侧面上的牺牲阳极片至少有1片安装在蝶板圆心或均匀分布在同一圆周或不同圆周上，设置在蝶板另一侧面上的牺牲阳极片与一侧面上牺牲阳极片的数目相同，设置在蝶板另一侧面上圆心或均匀分布在同一圆周或不同圆周上。

本发明的牺牲阳极片的形状为圆形或矩形。

本发明的牺牲阳极片为镁合金阳极片或锌合金阳极片或铝合金阳极片。

本发明在蝶板两侧分别设置牺牲阳极片，阀门使用时，设置的牺牲阳极片和拟保护的部件都处于液体中，牺牲阳极片变成离子进入液体，失去的电子传给阀体内的零部件给其以保护。通过牺牲阳极的作用，阀门内部的部件处于阴极保护状态，保护阀门材料不受流体介质的腐蚀，增加了阀门的抗冲蚀能力，提高了阀门的密封性能，延长了阀门的使用寿命。

附图说明

图1是本发明实施例1的结构示意图。

图2是图1中蝶板8上牺牲阳极片10的排列示意图。

图3是本发明实施例2的蝶板8上牺牲阳极片10的排列示意图。

图4是本发明实施例3的蝶板8上牺牲阳极片10的排列示意图。

图5是40℃下20号钢和镁合金阳极在污水回用循环水中的拟合后的极化曲线。

图6是20号钢试管电极电位随时间变化曲线。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明进一步详细地说明，但本发明不限于这些实施例。

实施例1

在图1中，本实施例的阴极保护防腐蚀阀门由盖帽1、定位螺钉2、填料压盖3、填料4、阀体5、阀杆6、压盖7、蝶板8、联接销9、牺牲阳极片10联接构成。

在阀体5上制作有与阀体5的腔体内联通的进口a和出口b，阀体5上进口a一侧用螺纹紧固联接件固定联接有压盖7，压盖7与阀体5之间安装有密封圈，阀体5内径向安装有阀杆6，阀杆6可绕自身轴线旋转，在阀杆6上用两个联接销9固定安装有蝶板8，蝶板8为圆形片状结构，蝶板8位于阀体5的腔体内，蝶板8用于将进口a打开或关闭，旋转阀杆6，蝶板8随着转动可关闭或打开进口a。阀杆6的上端伸出阀体5外，阀杆6与阀体5之间安装有3个O型橡胶圈，阀杆6上部与阀体5之间装有填料4，阀杆6外套装有填料压盖3，填料压盖3与阀体5之间通过螺纹联接将填料4固定在阀体5与阀杆6之间。阀杆6上端通过螺纹联接安装有定位螺钉2，调整定位螺钉2，可将蝶板8固定在进口a的固定位置。阀体5上端，通过螺纹联接安装有盖帽1，盖帽1与阀体5之间安装有橡胶圈。

在蝶板8的两侧的中心位置分别焊接有1片牺牲阳极片10，也可用螺纹紧固联接件将牺牲阳极片10固定连接在蝶板8两侧的中心位置。本实施例的牺牲阳极片10为镁合金阳极片，牺牲阳极片10的形状为圆形，牺牲阳极片10的具体数目、牺牲阳极片10的大小，可按照所输送的介质和要求保护零部件的材料以及与介质接触的面积按规范设计进行确定。

实施例2

在本实施例中，在蝶板8两侧以中心为圆心，同一半径的圆周上均布分别焊接有4片牺牲阳极片10，也可用螺纹紧固联接件将牺牲阳极片10固定连接在蝶板8两侧的同一半径的圆周上，蝶板8一侧的牺牲阳极片10与另一侧的牺牲阳极片10在同一半径的圆周上可以重合，也可以不重合。本实施例的牺牲阳极片10为镁合金阳极片，牺牲阳极片10的形状为矩形。其它零部件以及零部件的联接关系与实施例1相同。施例1相同。

实施例3

在本实施例中，在蝶板8两侧以中心为圆心，不同半径的一个圆周上均布分别焊接有4片牺牲阳极片10，不同半径的另一个圆周上均布分别焊接有8片牺牲阳极片10，也可用螺纹紧固联接件将牺牲阳极片10固定连接在蝶板8两侧的同一半径的圆周上，蝶板8一侧的牺牲阳极片10与另一侧的牺牲阳极片10在同一半径的圆周上可以重合，也可以不重合。本实施例的牺牲阳极片10为镁合金阳极片，牺牲阳极片10的形状为矩形。其它零部件以及零部件的联接关系与实施例1相同。

实施例4

在以上的实施例1～3中，蝶板8两侧设置的牺牲阳极片10为锌合金阳极片。其它零部件以及零部件的联接关系与实施例1相同。

实施例5

在以上的实施例1～3中，蝶板8两侧设置的牺牲阳极片10为铝合金阳极片。其它零部件以及零部件的联接关系与实施例1相同。

本发明的工作原理如下：

通过旋转阀杆6，使蝶板8打开或关闭进口a从而开/闭阀门。如图1所示，阀门处于关闭状态，蝶板8将进口a封闭。进口a的流体介质与出口b的流体介质通过蝶板8实现断开。本实施例的牺牲阳极片10设置在蝶板8的左右两侧的中心位置，在进口a侧，牺牲阳极片10和零部件都处于液体中，牺牲阳极片10的电位低于这一侧的阀门零件压盖7和蝶板8的电位，牺牲阳极变成离子进入液体，失去的电子传给压盖7和蝶板8，使得压盖7和蝶板8处于阴极保护状态，不受流体介质的腐蚀；同理，在出口b侧的阀门零部件：阀体5、阀杆6、蝶板8、联接销9也在牺牲阳极片10的保护下处于阴极保护状态，不受流体介质的腐蚀。通过牺牲阳极的作用，使得阀门内部的零部件处于阴极保护状态，不受流体介质的腐蚀，增加阀门的抗冲蚀能力，提高阀门的密封性能，从而延长阀门的使用寿命。

通过阴极保护技术使得阀门内部零部件处于阴极保护状态，不受流体介质的腐蚀，增加了阀门的抗冲蚀能力，从而延长阀门的使用寿命。本发明其余零件的安装方式与现有技术的安装方式完全一样，适用性强，通用性好。

为了验证本发明的有益效果，发明人进行了大量的实验室研究实验，各种实验如下：

1、腐蚀电位与保护电位测定

实验药品：市售丙酮和无水乙醇(均为分析醇，西安化学试剂厂生产)、污水回用循环水。

实验仪器：HH-4数显恒温水浴锅(常州国华仪器公司)，Corrtest电化学测试系统(华中科技大学)，电解池为三电极电化学测试体系，参比电极和辅助电极为饱和甘汞电极、铂电极(均为上海罗素科技有限公司生产)。

制备20号钢试片：依次用400#，800#水砂纸打磨，另一面焊线引出导线，将此面和其余边角用环氧树脂密封，实验前用丙酮擦拭除油、无水乙醇除水后，置于干燥器中待用，其规格为Φ16×3mm，试验面积为2.01cm²。

制备镁合金阳极试样：截取一定长度的镁合金片作为牺牲阳极材料，自一端量取2cm作为电极试验区域，暴露面积为1.5532cm²，往上用环氧树脂密封至试验时测试溶液液面以上，防止产生水线腐蚀，影响试验结果，将试验区域打磨去除氧化皮后，用丙酮、无水乙醇清洗表面，去除油污和水分，置于干燥器中待用。

实验方法：将20号钢试片、辅助电极插入电解池内，参比电极放入套式盐桥内。盐桥的连通过程如下：先通过洗耳球从乳胶管口将待测溶液吸入到盐桥的外套管中并充满之；取3mL饱和KCl溶液注入到盐桥的内套管中；将参比电极先插入有乳胶管口中，然后一起塞入盐桥的内套管并使之紧密；通过负压使内孔溶液不致通过多孔砂芯泄露。

采用动电位扫描极化曲线测量试验方法测量20号钢试片的极化曲线，实验前接通电源使仪器预热20分钟，并将三电极体系与腐蚀测试系统连接好。把经过打磨的20号钢试片的试验面浸入污水回用循环水液面下0.5-1cm，置于水浴锅中保持温度40℃。放置10分钟后，待20号钢试片达到稳定的自腐蚀电位后开始进行动电位扫描。打开恒电位仪设置中的模拟低通滤波和数字滤波，延迟时间设定为20秒。20号钢试片设置初始电位为-100mV，终止电位为800mV(均相对开路电位)，扫描速率为3mV/s。

采用动电位扫描极化曲线测量试验方法测量镁合金阳极试样的极化曲线与20号钢试片相同，镁合金阳极试样设置初始电位为-800mV，终止电位为100mV(均相对开路电位)，扫描速率为3mV/s。

用Corrtest电化学测试系统Cview软件拟合曲线，得出保护电位与保护电流密度。

实验结果：实验结果见图5，图5为40℃下20号钢和镁合金阳极在污水回用循环水中的拟合后的极化曲线图，从20号钢和镁合金阳极的极化曲线可以看出，两条极化曲线的交点即为最小保护电位和最小保护电流，其中，最小保护电位为-1.412V(相对于饱和甘汞电极)，最小保护电流密度为2564.2μA/cm²。

2、测定工作电位和失重

实验药品：市售丙酮和无水乙醇(均为分析醇，西安化学试剂厂生产)、污水回用循环水。

实验仪器：便携式Cu/饱和CuSO₄参比电极(山东东营科特防腐工程有限公司)，TG328A型分析天平(上海天平仪器厂)，HH·S-4B电热恒温水浴锅(北京市长风仪器仪表公司)，新型掌上数字万用表UT33D(深圳市恒科达检测仪器有限公司)。

制备试样：将加工好的20号钢半剖管试样(规格为Φ19mm×2mm×50mm)采用化学方法进行除锈、除净，用蒸馏水冲洗，用丙酮、无水乙醇清洗表面，去除油污和水分，置于干燥器中待用。在挂孔处焊接引出导线，将镁合金阳极弯折后与处理好的试管连接，使之与远离挂孔的一端导通，与挂孔端绝缘处理，中间留出2cm长度的工作区域面积，其余部分及接线连接点用环氧树脂密封。

(1)试验方法：取已制备的20号钢试管4个，编号为1、2、3号20号钢试管进行浸泡，另一个20号钢试管为空白对照试样。编号为1、2、3号20号钢试管分别与Cu/饱和CuSO₄参比电极引出的导线与数字万用表相连，恒温40℃下浸泡15天，每天记录电位值。对浸泡前后的20号钢试管和镁合金阳极试样去除腐蚀产物，干燥操作后进行称重，按下式计算出腐蚀速率。

$\mathrm{\υ}=\frac{W_0-W_1}{\mathrm{St}}$

式中为υ为腐蚀速率，g/(m²·h)(若换算成mm/a，需乘以8.76/ρ，ρ为材料的密度，铁的密度取7.85g/cm³，W₀为初始重量(g)，W₁为清洗了腐蚀产物后的重量(g)，S为试样的暴露面积(m²)，t为腐蚀进行的时间(小时)。

空白对照试样不进行浸泡实验。

(2)实验结果

工作电位：20号钢试管单独在污水循环水中的电位为-0.730V。将所得的20号钢试管与Cu/饱和CuSO₄参比电极的数据绘制成电极电位随时间变化曲线见图6a、图6b、图6c所示，图6a是编号为1的20号钢试管电极电位随时间变化曲线，图6b是编号为2的20号钢试管电极电位随时间变化曲线，图6c是编号为3的20号钢试管电极电位随时间变化曲线。由图6可知，20号钢试管的电位趋于稳定，在-1.200～-1.350V之间波动(相对于饱和CuSO₄电极)。工作电位处于正常的范围内，能够对被保护的20号钢试管进行有效地防腐蚀保护，20号钢试管得到了镁合金阳极的保护。

失重测定：20号钢试管表面有一层黑灰色膜层，较易除去，未出现锈层。空白试管的失重m’＝0.00136g，处理后称重，得出20号钢试管的腐蚀速率为0.0331mm/a，实验结果见表1。

表1 20号钢试管称重记录表

序号	浸泡前质量m0(g)	浸泡后质量m1(g)	失重Δm＝m0-m1-m’	腐蚀速率(mm/a)
					1	20.02406	20.00522	0.01748	0.0325
2	20.37845	20.34729	0.01116	0.0311
					3	20.53760	20.50270	0.01490	0.0356

由表1可知，20号钢试管的腐蚀速率较小，得到了镁合金阳极的有效保护，但阳极消耗较快，保护度Z＝75.11％。

3、结论

(1)由腐蚀电位与保护电位测定可知：20号钢采用镁合金阳极保护时的最小保护电位为-1.412V，最小保护电流密度为2564.2μA/cm²(相对于饱和甘汞电极)。

(2)由工作电位和失重测定可知：用镁合金作为牺牲阳极保护20号钢试管，其工作电位在-1.200～-1.350V之间(相对于饱和CuSO₄电极)；

(3)20号钢的腐蚀速率为0.0331mm/a，保护度为75.11％，镁合金阳极起到了保护作用。

Claims (5)

1.一种阴极保护防腐蚀阀门，在阀体(5)上制作有与阀体(5)腔体联通的进口(a)和出口(b)，阀体(5)上进口(a)一侧设置有压盖(7)，阀体(5)内设有可绕自身轴线旋转的阀杆(6)，阀杆(6)上设置有打开/关闭所述进口(a)的蝶板(8)，阀杆(6)顶端与阀体(5)之间设有填料压盖(3)和填料(4)，其特征在于：所说的蝶板(8)两侧面分别设置有牺牲阳极片(10)。

2.按照权利要求1所述的阴极保护防腐蚀阀门，其特征在于：所说的设置在蝶板(8)一侧面上的牺牲阳极片(10)至少有1片安装在蝶板(8)圆心或均匀分布在同一圆周或不同圆周上，设置在蝶板(8)另一侧面上的牺牲阳极片(10)与一侧面上牺牲阳极片(10)的数目相同，设置在蝶板(8)另一侧面上圆心或均匀分布在同一圆周或不同圆周上。

3.按照权利要求1或2所述的阴极保护防腐蚀阀门，其特征在于：所说的牺牲阳极片(10)的形状为圆形或矩形。

4.按照权利要求1或2所述的阴极保护防腐蚀阀门，其特征在于：所说的牺牲阳极片(10)为镁合金阳极片或锌合金阳极片或铝合金阳极片。

5.按照权利要求3所述的阴极保护防腐蚀阀门，其特征在于：所说的牺牲阳极片(10)为镁合金阳极片或锌合金阳极片或铝合金阳极片。

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