使用时变电磁波为金属结构提供防腐蚀保护的系统和方法-尊龙凯时官方app下载

文档序号:8268868阅读:556来源:国知局
使用时变电磁波为金属结构提供防腐蚀保护的系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及金属结构的防腐蚀领域,更具体地说,涉及通过施加时变电磁波为金属结构,尤其是诸如浸没在水中和埋藏在土壤中的管道、水箱等,提供防腐蚀保护的系统和方法,其中所述时变电磁波具有所需的频率并且由所需的驱动电压产生。
【背景技术】
[0002]众所周知,所有的金属都易于被氧化,因此腐蚀是与金属结构相关的主要问题之一。在许多工业上,保护金属结构的一种方法是阴极保护,这也是防止腐蚀的一种标准防腐蚀保护做法。
[0003]原则上,阴极保护能够施用于与电解质接触的任何金属结构。在实践中,其主要用于保护浸没在水中或埋藏在土壤中的钢结构。通常受保护的结构包括管道、船体、码头、地基的粧结构、钢板粧结构和海上平台的外表面。阴极保护还用于储水缸和水循环系统的内表面。
[0004]在阴极保护中,待保护的金属结构作为阴极,从阳极接收直流电流,该阳极是消耗性阳极、半消耗性阳极或永久性阳极。通过阴极保护,只有直流电流进入阴极表面,阻止腐蚀电流离开阴极表面,但没有形成任何的保护涂层。
[0005]钢结构的阴极保护所需的保护电流的密度主要由其表面状况以及其所处于的环境条件来确定。裸钢表面或严重腐蚀的钢表面需要较高的保护电流,因此也需要较高的能源成本,而有较好涂层的钢表面需要少得多的保护电流。然而,在浸没区域内或埋藏区域内的钢结构表面上施加涂层的成本是高昂的,并且一般来说,这些涂层不能持续至钢结构的使用寿命终点。在钢结构的使用过程中重新涂覆涂层更为昂贵。因为这个原因,许多钢结构没有涂覆涂层,只倚赖高保护性的阴极电流来做防腐蚀保护。
[0006]不论浸没或埋藏的钢结构是否有涂层或者是裸钢结构,无论是否有杂散电流或干扰电流,浸没在电解质中的钢结构都会产生干扰腐蚀,这是因为根据以下的化学反应式,当直流电流离开钢表面时,与电解质接触的钢可能溶解成铁离子,
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[0008]阴极保护还有另一个限制。阴极保护阳极的操作电压取决于电解质的电导率。当钢结构暴露在诸如河水或江水的低电导率电解质时,由于低电导率的水增加了电流从阳极到电解质(即水)的阻力,所以需要高的驱动电压来驱动保护电流离开阳极。这导致阴极保护系统的能耗高,并且很难设计出合适的阴极保护方案。
[0009]一般来说,阴极保护是被动的保护方法,其本身不能产生保护涂层,而是倚赖施加于外部已有的保护涂层来减少其所要求的保护电流,然而,阴极保护仍然容易产生干扰腐蚀电流,在低电导率条件下也要求高的电压来操作。
[0010]阴极保护方法广泛地应用于保护金属结构,该方法通过提供具有与金属结构不同电位的阳极,使该阳极优先地被腐蚀。目前有两种类型的阳极:牺牲型阳极和外加电流型阳极。除了上述所提到的缺陷和不足以外,牺牲阳极系统和外加电流系统都具有各自的限制,已为本领域所公知。
[0011]目前,还有用于闭合回路水处理系统的方法,这些方法采用脉冲电磁波来处理水,为水中的钢结构提供腐蚀保护,而不是直接处理钢结构。但是,这些方法对于开放回路的水系统(诸如开阔海域中的码头钢粧结构)是无效且不切实际的。
[0012]因此,有需要提供能够为金属结构的表面提供长效性保护涂层的新装置和新方法,这些装置和方法以低成本直接处理金属结构,有效地控制和预防金属腐蚀,而无论该金属结构是埋藏在土壤中、或是浸没在水中,也不论该金属结构是在闭合回路系统中、或是在开放回路系统中。

【发明内容】

[0013]本发明是为了满足上述需求,因此本发明的主要目的是提供一种使用时变电磁波为金属结构提供防腐蚀保护的系统,其提供的防腐蚀保护时间非常长,维护要求低。
[0014]本发明的另一个目的是提供一种使用时变电磁波为金属结构提供防腐蚀保护的系统,显著地节约能源并且容易使用。
[0015]本发明进一步的目的是提供一种使用时变电磁波为金属结构提供防腐蚀保护的系统,其提供的腐蚀控制或预腐蚀更可靠、有效。
[0016]本发明的这些和其它目的以及优点通过提供一种使用时变电磁波为金属结构提供防腐蚀保护的系统来实现,所述系统包括:
[0017]发生器,其用于产生具有时变频率的电磁波,所述发生器具有至少两个输出端,所述两个输出端分别与位于所述金属结构上的相隔开的第一激励位点和第二激励位点电连接,以使所述金属结构经受电磁波的作用;以及
[0018]电源,所述电源连接到所述发生器,以向所述发生器施加驱动电压,以驱动所述发生器产生所述电磁波;
[0019]其中,所述驱动电压和/或所述电磁波的频率选择成使得所述金属结构接通后在所述金属结构的表面上原位形成该金属的被动氧化物物质,所述被动氧化物物质不易腐蚀。
[0020]本文所用的术语“金属结构”包括单质金属结构和金属合金结构。
[0021]优选地,在所述第一激励位点和所述第二激励位点中之一上安装至少一个超低频率发射器,所述超低频率发射器与所述发生器电连接,以加强所述电磁波。
[0022]在某些情况下,本发明的系统与辅助阴极保护系统联用施加在金属结构上,使金属结构的电位移到更负的电位,直到该金属结构在短时间内到达完全阴极保护电位。此时,腐蚀反应发生的驱动力不存在,因此称之为“完全阴极保护”。本发明的系统和辅助阴极保护系统可以同时施用或是按先后顺序施用。
[0023]在本发明的一个实施例中,本发明的系统用于为铁基结构提供防腐蚀保护,更具体地说,是为钢结构提供防腐蚀保护。在某些情况下,施加的电压和频率可以选择成使得铁电位和ph值控制在普尔贝图(pourbaix diagram)的钝化区域内,从而允许在铁基结构的表面上形成被动氧化物四氧化三铁(passive magnetite)。举例来说,如果铁基结构浸没在水中或埋藏在土壤中,施加的驱动电压可以选择在5v至50v的范围内,操作频率可以选择在10hz至imhz的范围内。
[0024]在本发明的另一个特定实施例中,本发明的系统用于为铜基结构提供防腐蚀保护,更具体地说,是为铜合金结构提供防腐蚀保护。在某些情况下,施加的电压和频率选择成使得铜的电位和ph值控制在普尔贝图的钝化区域内,从而允许在铜基结构的表面上形成粘附在表面的被动氧化物氧化亚铜。举例来说,如果铜基结构浸没在水中或埋藏在土壤中,施加的驱动电压可以选择在5v至50v的范围内,操作频率可以选择在10hz至imhz的范围内。
[0025]需要注意的是,形成被动氧化物四氧化三铁或氧化亚铜的ph值范围可以比单质铁或单质铜的普尔贝图所显示的ph值更宽。对于一些特定铁基合金,在这些合金结构的表面上形成四氧化三铁的ph值较低。同样地,除了四氧化三铁之外的其它被动金属氧化物也可以在比普尔贝图的钝化区域更宽的ph值范围或电位范围内形成,只要金属结构经受根据本发明的时变电磁波处理后能形成被动金属氧化物。
[0026]本发明的系统适用于金属结构,无论该金属结构是置于开放回路系统还是封闭回路系统中。
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