阳极保护维护技术.docx
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阳极保护维护技术
阳极保护维护技术
天华化工机械及自动化研究设计院
阳极保护浓硫酸冷却器操作考前须知
1.定时记录阳极保护数据，出现异常通知仪表、维修人员〔见第
23页附录
4〕；
2.定时记录冷却器水入口、水出口
PH值，出现变化时需查明是否冷却器漏酸〔见第
9页〕；
3.假设冷却器置于塔后，那么在塔出口与冷却器酸入口间增加滤网或
U型管，以免塔内瓷环落到
冷却器内，造成阻力降增大；
4.任何情况下，不得以减少水量调节冷却器酸出口温度，可通过冷却器酸入、出口间设置短
路阀门调节〔如冬天酸温低或刚开车情况〕
。
水量减少可带来如下问题：
水速过慢导致结垢、
Cl-集
聚，从而产生孔蚀，并影响换热，导致换热管壁温升高，腐蚀加剧〔见第
9页〕；
5.严禁酸温过高，防止对冷却器的腐蚀，
〔见第
25页如图
2所示，酸浓与酸温有对应关系〕
，
98%H2SO4使用温度≤
1000C，93%H2SO4使用温度≤
700C〔见第
9页〕。
6.硫酸浓度要求：
92%≤H2SO4浓度≤100%，硫酸浓度≥
100%那么影响参比电极，硫酸浓度≤
92%
将导致冷却器严重腐蚀；
7.结晶问题：
冬天检修停车必须将水、酸排净，否那么因硫酸结晶、水结冰而胀裂换热管，９
８％HSO于４
Ｏ
Ｃ左右结晶，９３％
HSO于-３０
Ｏ
Ｃ左右结晶，水０
Ｏ
Ｃ结冰〔见第
25页如图3所
2
4
2
4
示〕；
8.每年翻开水箱，观察结垢情况，换热不好需检查水量是否到达设计要求、水侧是否结垢，
假设结垢严重，需清洗〔见第21页见附录2〕；清洗必须与我院联系，我院将指导进行清洗，在我院
未授权的情况下不得请第三方清洗设备，以免损坏冷却器；长期停车后冷却器的保养：
〔见第11页〕；
9.阴极检查：
每年必须抽出阴极，检查阴极棒腐蚀及阴极套管是否溶胀，检查完毕后注意擦净密封面后密封〔见第11页〕，检查或更换及阴极〔或参比电极〕时，必须将冷却器中的酸排净。
10循环水中氯根cl-≤100ppm〔见第20页〕
第一章阳极保护
一、阳极保护原理
当某种金属浸入电解质溶液中时，金属外表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，那么称作阴极极化。
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，如果电流到达足够的数值，在金属外表上能够生成一
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。
这就是阳极保护的根本原理。
图2为典型的钝性金属阳极极化曲线示
意图〔见第23页〕，图中表现出四个特性区域：
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，到达一个极
大值IM。
在此区域内，金属外表处于活性溶解状态，故将此区域叫做活化区，其电极反响如下：
n+
Me→Me+ne
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，金属外表进入钝化状态。
B点的电
流密度I
M
和电位E
叫做致钝电流密度和致钝电位。
BC区金属外表处于活化----
钝化不稳定状态，故
B
将此区域叫做过渡区。
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，金属外表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。
电极反响如下：
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，也即阳极保护所要控制的电位区间。
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，金属外表产生了新的电极反响，钝化膜转化成高
价化合物而受到破坏。
对不锈钢而言，电极反响如下：
2-+
Me2O3+4H2O→Me2O7+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。
二、阳极保护浓硫酸设备工作原理
阳极保护浓硫酸设备工作原理就是把与浓硫酸接触的设备全部外表作为阳极，另外设置一根或数
根阴极，通过浓硫酸形成电流回路。
向阳极保护浓硫酸设备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浓硫
酸设备在浓硫酸中的腐蚀。
三、阳极保护浓硫酸设备组成
阳极保护浓硫酸设备由设备本体〔阳极〕、阴极、参比电极、直流电源、电线电缆组成，各自功能
分述如下：
1.阳极
阳极是阳极保护浓硫酸设备中被保护的局部，即所有和浓硫酸接触的不锈钢外表。
①对于冷却器而言，即换热管外外表、壳体内外表、管板内侧外表以及折流板。
②对于分酸器而言，即分酸主管和分酸支管内外表，以及分酸槽、降液管内外表。
③对于管道而言，即管道内外表。
2.参比电极
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根本保持恒定，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〕。
阳极保护浓硫酸设备设置假设干支参比电极，其中一支作为控
制参比电极，其余参比电极作为监测参比电极。
3.阴极
阴极是一种特制的合金棒，其作用是导通电流，并使直流电源输出的电流能够尽可能地均匀分布
到与浓硫酸接触的所有阳极外表。
①冷却器阴极为棒状阴极，它是穿过水箱、管板、折流板且与换热管束平行布置的合金棒，其表
面包覆具有一定数量小孔的聚四氟乙烯。
②分酸器主酸管采用径向点状阴极，分酸槽采用轴向棒状阴极，其外表均包覆具有一定数量小孔
聚四氟乙烯。
③管道采用径向点状阴极。
4.直流电源---阳极保护恒电位仪
阳极保护恒电位仪的作用是将控制参比电极的电位信号与恒电位仪设定电位相比拟，输出直流电
流给阳极〔冷却器〕，从而使控制参比电极的电位恒定在设定电位，并控制整个设备电位在钝化电位区
内。
当负载变化〔工艺变化〕时，它可以自动改变输出电流的大小，保证控制参比电极的电位恒定在
的给定电位，并使整个设备的电位保持在钝化电位区内，从而使阳极外表形成一层緻密的钝化膜，减
缓浓硫酸对设备的腐蚀。
〔详见恒电位仪使用说明书〕。
第二章阳极保护浓硫酸冷却器操作手册
一、操作特性
1.阳极保护冷却器结构示意图〔见图6〕
2.阳极保护冷却器电器原理图〔见图7〕
3.阳极保护控制指标〔相对参比电极电位〕
设备名称
93%硫酸冷却器
98%硫酸冷却器
控制指标〔mv〕
保护〔给定〕电位
+50
～+100
+200～+250
监测电位
-100
～+600
-100～+600
高
限
报
警
+600
+600
低
限
报
警
-100
-100
二、安装
1.冷却器安装为卧式安装，具体安装尺寸及要求见安装图。
设备阴极处应留有空间〔具体尺寸见安装图〕，以便更换阴极。
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。
水泥根底必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
那么操作温度变化，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，否那么易结垢导致换热管堵塞。
5.电气局部安装按阳极保护浓硫酸冷却器电气系统接线示意图实施。
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。
假设监测参比
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标准采用电缆桥
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。
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，否那么将发生故障。
5.3从恒电位仪到冷却器的布线距离不能大于
50米。
三、运行调试
1．开车前准备工作〔阳极保护浓硫酸冷却器的检查〕
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：
①参比电极是否断裂；
②参比电极是否与阳极短路。
检查过程如下：
①取下防护罩，拧开四个压紧螺母，拉出压盖和电极〔见图5〕，用万用表对
电极进行测量，如断裂，那么更换新的参比电极。
②参比电极与阳极之间不得短路，否那么须翻开进行
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。
阴极检查：
①进酸前须用万用表检查阴极和阳极间是否短路，假设有寻找原因，排除故障。
②进水、进酸后查看阴极密封处是否渗水或渗酸，假设有渗漏按〔见图4〕拧紧水侧密封压盖或酸侧
密封压盖。
确保冷却器和恒电位仪间的信号电缆连接正确、可靠。
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进行。
2.开车程序
将冷却水进、出口阀门翻开，让冷却水通过冷却器。
通入常温93%浓硫酸或98%浓硫酸，使其保持循环。
一般情况开车调试过程：
翻开仪器前门，“控制电源开关〞置“开〞，“显示选择〞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
到设定值：
93%硫酸为+100mV,98%硫酸为+200mV。
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到达“控参电位设定值〞左右〔一般上下波动在
±10mV以内〕。
假设“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：
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
使控参电位到达预定值，
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。
①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。
反复调节直至到达预定值〔
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〕，假设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手动控制：
翻开仪器前门，将“手动切换开关〞置“手动〞，“显示选择开关〞置“3〞档显
示控参电位。
顺时针调节“手调〞旋钮使电流到达45A左右，观察控参电位值、监参电位值，当其
值大于400mV时逆时针调节“手调〞旋钮，以保证在操作过程中控参、监参电位值小于“控参电位
上限值〞（600mV左右），当电流值小于15A，即可将“手动切换开关〞置“自动〞，并且逆时针将“手
调〞旋钮旋至最低，30秒后有持续电流输出，控参电位值便到达控参电位设定值〔一般上下波动在
10mv以内〕假设二者相等说明仪器已恒电位，恒电位仪已经正常工作，调试完毕。
建议采用①，假设采用②必须保证随时观察恒电位仪电流输出及电位变化，防止电位
超出控参电位上限引起恒电位仪报警！
四、日常操作及维护
1.采用敞开式系统循环水作为冷却水时，应酌情进行循环水水质稳定处理，详见附录
1。
2.在运行过程中，必须确保水侧压力降不低于设计值，以保证冷却水的流速。
3.根据循环水水质情况，短期停车或大检修时应检查管内壁结垢情况。
假设产生垢层，可采用化学清洗〔见附录2〕，切忌用铁棒机械除垢，以免划伤换热管。
假设有杂物或粘泥堵管，可用紫铜棒
疏通后，再用高压水冲洗干净。
一旦发现结垢，应在短期内安排化学清洗，不得出现垢层太厚或堵
死管子现象。
否那么，冷却器不能传热，化学清洗也很困难。
4.操作过程中，酸浓度的变化不得低于和高于设计浓度的0.5%。
当酸浓度低于设计指标时，
必须按图2给出的酸浓度与极限使用温度关系，降低冷却器酸入口温度，以防止冷却器在低浓度酸
中因钝化膜破坏而导致损坏。
也不能将吸收酸生产成发烟酸，否那么，参比电极电位不稳定，可能导
致恒电位仪工作故障。
5.假设酸温由于工艺操作不正常而经常超过图2中对应浓度下极限值时，应加大冷却水流量，
并翻开酸旁路阀门进行调节，防止因温度长期过高导致换热管损坏。
6.出口酸温度低于设计值时，不得减少冷却水流量，应当翻开酸旁路阀门进行调节。
7.必须确保通过冷却器的酸速不高于设计值。
8.任何情况下，只要冷却器中充满浓硫酸，无论循环与否，恒电位仪均应处于正常工作状态。
假设需排放硫酸时，应先关闭恒电位仪，然后再排放硫酸。
9.需定期检查冷却器进出口水的PH值。
10.假设硫酸浓度过高，温度过低，其氧化性足以使冷却器电位处于钝化区并且高于〔正于〕4
档电位，此时恒电位仪处于截止状态〔电流表指示为零〕，“故障报警灯〞闪烁，该情况不属于故
障。
11.假设循环水呈酸性，应判断是冷却器换热管泄漏还是循环水系统中其它设备泄漏所致或水源
被污染。
12.在维钝过程中，有时酸浓度和温度等工艺条件均很正常，但恒电位状态不稳定，电位忽高
忽低，电流忽大忽小，“过流报警〞灯闪烁。
此时，应先调节“4〞档电位，使之大于“3〞档电位10mV，待电流和恒电位状态稳定后，再逐步调至欲控值，这样操作即可排除此现象。
造成此种现象
的原因是“4〞档电位与“3〞档单位之差较大，所需启动电流太大的的缘故。
13.设备正常运行后，阳极保护系统应有专人负责操作和维护，一旦出现故障或报警，应及时
分析排除，并与工艺、设备人员密切配合，认真记录工艺运行数据和阳极保护操作参数〔见附录4〕。
发现异常，可根据数据和现象分析判断系统是否正常，除此之外，无需经常调节和更多的看管。
14.应尽量防止停电，假设发生停电事故，应采用万用表监测保护电位的变化，电位不得负于-50mV
〔万用表红表笔接阳极信号，黑接控参〕，否那么冷却器有活化的危险。
15.在定期检修时，应当翻开阴极和参比电极罩，检查是否在密封处有漏酸或渗酸，以便及时
排除
五、停车操作
1.短期停车
关闭酸进口阀门，然后关闭酸出口阀门，确保冷却器壳侧充满酸。
待酸温降到30℃以下后，关闭进、出口水阀。
恒电位保持正常工作状态。
停车结束后，翻开水进、出口阀，通入冷却水。
再翻开酸进、出口阀，投入运行。
冬天停车时，应按硫酸浓度与结晶温度的关系〔图3〕调整硫酸浓度，防止硫酸结晶。
当
此操作不能实现时，那么必须关闭恒电位仪，排空冷却器中酸液，关闭全部阀门。
当气温低于0℃停
车时，必须排空管程冷却水，否那么水结冰可能会导致换热管和管箱胀裂。
大检修期间的停车，除检查或更换阴极、化学清洗及其它必要的维修需将硫酸排尽并暂停
阳极保护外，一般按上述程序停车，阳极保护继续运行。
设备排空期间，应严格防止进水〔雨水或
冲洗水〕和吸潮，否那么，残留酸液将被稀释，造成稀酸腐蚀。
2.长期停车〔指在短期内不再使用的情况〕
关闭酸进出口阀门，待酸冷却后关闭恒电位仪，排空冷却器中酸液，停止冷却水循环并排
空。
按附录3进行中和，然后用水清洗干净。
用压缩空气吹干壳侧并用盲板封闭所有接管，封闭密封点，存放至重新开车使用。
3.阴极的检修及更换
不管是枯燥酸还是吸收酸冷却器的阴极，尽量利用停车的时机对阴极进行检查。
检查及更换步
骤如下：
排尽冷却器内硫酸；
拆卸阴极密封内压盖〔即酸侧密封压盖，见图4〕；
将阴极缓慢抽出〔一般不要用水冲洗，适当的扭动有利于阴极的抽出〕，检查阴极外表腐
蚀及聚四氟乙烯套管变形情况。
假设阴极腐蚀轻微,套管没有或轻微变形,那么重新插入阴极；假设腐蚀严重，套管管孔处深度大
于5mm，套管局部变形或鼓泡，那么更换阴极；
检查阴阳极间是否短路。
4.参比电极的检查
参比电极为专用的特种合金，在浓硫酸中具有非常稳定的特性，可永久使用；
长期的生产运行会导致酸中的污垢在参比电极外表结成酸泥，建议在系统停车检修时进行
检查，如果出现上述现象，可以先将电极外表污泥洗净，再用砂纸稍加打磨即可使用。
〔参比电极
装卸的考前须知可参看图5〕
六、冷却器维修
1.操作过程中泄漏检查
一旦发现泄漏，冷却器必须立即停止使用，否那么会加剧泄漏管附近换热管的腐蚀。
假设酸侧压力大于水侧压力，出口冷却水如呈明显酸性，经确认PH计工作正常，且进口冷
却水为中性，说明有换热管泄漏。
假设酸侧压力小于水侧压力，关小冷却水进口阀门，使水侧压力小于酸侧压力，按条判
断。
但检漏时间应小于半小时，否那么易造成水侧结垢。
假设经论证确有换热管漏酸，那么必须立即将管程水排净，然后翻开两端水箱平盖或水箱〔注
意：
不可碰弯阴极引出管〕。
用棉纱擦干管板，检查泄漏部位，并标出泄漏管的位置。
2.泄漏管维修
关闭酸进、出口阀门，排空冷却器中酸液。
用清水冲洗泄露管口及其附近，使泄露管口呈中性〔PH值大于7〕后用干净抹布擦干。
用氧-乙炔火焰将泄露管口及其附近烤干。
2.4用材质为316L堵头〔见堵头示意图〕堵死泄露的管子，堵头后端面应低于管板面1.0～
㎜，并用钨极氩弧焊或用直流焊机施焊。
是合格的
采用氩弧焊补焊时，必须用25-22-2焊丝；假设用直流焊机施焊，设备接阳极，其焊条必须
25-22-2焊条或进口BM310Mo-L、E316L或相当于316L的国产A022焊条，焊前应烘烤焊
条，烘烤温度为
240～260℃，保温
1小时。
假设采用直径为
㎜的焊条，电流调节为
70～80A；
假设采用直径为
㎜的焊条，电流调节为
90～100A。
2.6焊接时应先封焊堵头与管板的缝隙，然后按圆形将整个堵头堆焊上，焊完后用肉眼观察，
焊缝中不得有夹渣和气孔存在，焊接时注意不要熔伤临近的其它管口，使电弧电压尽可能低。
2.7用酸循环进行试漏，如果堆焊焊缝上存在漏点，应再次重复以上五个步骤。
2.8假设泄漏部位出现在换热管管头与管板连接处，并且已在管板上造成蚀孔，那么必须用机械方
法打磨泄漏区域，再行钨极氩弧焊或手工电弧焊补焊。
所有泄漏点堵焊完成后，应用“2kgf/cm2气压试验〞检漏。
不得采用其它牌号焊条，否那么将影响管口的耐腐蚀性能，导致设备屡次泄漏。
2.11抽管时应选用低速钻，钻头直径不超过
19㎜。
2.12确认无泄漏后，封上两端平盖或装上水箱，按第三节开车。
16mm12mm
20mm
堵头示意图〔仅限于Φ19.05×1.5的换热管〕
七、故障分析及排除
1.仪器发出声光报警且输出不正常时，要区分出是仪器本身的问题还是现场的问题。
判断的方法是：
将仪器接到假负载工作状态，开机检查。
假设仪器工作正常，那么是现场问题。
2.根据仪器面板上报警指示灯的亮暗、各参比电极的电位、输出电流大小、分析和判断故障
的部位。
3.现场故障常常出在仪器与冷却器各电极的连接线上，如开路、短路
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