[发明专利]一种换热器管束外壁牺牲阳极保护系统

权利要求书

1.一种换热器管束外壁牺牲阳极保护系统，包括支耳（1）、吊环螺钉（2）、固定管板（3）、防冲板（4）、定距管（5-9）、挡板（7）、弓形折流板（11、12）、滑道（13）、拉杆（14、16）、异形折流板（15）、螺母（17）、浮动管板（18）和管束（19），其特征在于，在所述的管束（19）之间间隔分布设有相同轴向的多根牺牲阳极（10），牺牲阳极（10）替换原有的部分管束（19）；牺牲阳极（10）穿过所述的弓形折流板，并支撑固定在固定管板（3）与浮动管板（18）之间；所述的牺牲阳极（10）的分布满足径向截面上的电位均匀化。

2.根据权利要求1所述的换热器管束外壁牺牲阳极保护系统，其特征在于，所述的牺牲阳极（10）的形状包括棒状阳极或带状阳极，圆柱形的棒状阳极的直径优选范围为10~40毫米，带状阳极的截面包括菱形或矩形；阳极截面积的选择，在不影响冷却水流动状态的前提下，由阳极的发生电流和管束（19）间距决定。

3.根据权利要求1所述的换热器管束外壁牺牲阳极保护系统，其特征在于，所述的牺牲阳极（10）的长度或与换热器的管束同长，或短于管束（19）长度，通过机械连接方式组合安装，机械连接优选螺杆与螺纹组合方式 ，以便实现阳极棒之间的固定和电性连接。

4.根据权利要求1所述的换热器管束外壁牺牲阳极保护系统，其特征在于，所述的牺牲阳极（10）阳极棒替换管束占总管数的比例范围为0~30%，当防腐涂层质量优良时，6年以内管束防腐可以单独采用涂层防腐；如果涂层在换热器运行期内破损严重，最高可以考虑阳极棒比例达到30%，优选比例比例为5~20%。

5.根据权利要求1所述的换热器管束外壁牺牲阳极保护系统，其特征在于，所述的牺牲阳极（10）的材料包括镁、锌或铝的贱金属合金阳极，其中：

镁合金阳极成分范围满足国标GB/T-17731中MGM1C、MGAZ63B和MGAZ31B；

锌合金阳极的成份和质量比例为：Al：0.10% - 0.25%，Mg：0.05% - 0.15%，Cd：≤0.001% ，Fe：≤0.002% ，Cu≤0.001% ，Pb≤0.006% ，其他杂质总量：≤0.10% ，剩余为Zn。

6.根据权利要求5所述的换热器管束外壁牺牲阳极保护系统，其特征在于，所述的镁、锌或铝合金的牺牲阳极选择使用前，需要测试不同循环水温度下的电化学容量，要求同时满足两个要求：经济的阳极安装数量和管束全部表面有效的阴极保护，采用计算机仿真计算，对换热器管束在实际工况下的阴极保护和所选型的牺牲阳极进行模拟计算，以便确定牺牲阳极的尺寸、安装位置和数量可以实现换热器壳程水介质中全部表面的阴极保护达标。

7.根据权利要求6所述的换热器管束外壁牺牲阳极保护系统，其特征在于，所述的计算机仿真计算过程包括：

（1）边界条件建立：

测定拟选取的牺牲阳极材料和作为阴极的被保护管束材料的阳、阴极极化曲线；测定极化曲线时，介质条件模拟循环水温度、介质成分、pH值、电阻率条件，以此测定的极化曲线更接近于阳极和阴极在实际工况下的极化行为；并根据预期的涂层破损率，推算管束表面又涂层时的边界条件；

（2）数值模型建立，包括：

（2.1）换热管截面分布模型：选择换热器圆周截面的一部分建立管束分布模型；

（2.2 ）阳极布置：换热器管束采用镁阳极棒进行阴极保护，四分之一换热器管束部分分别选取不同比例阳极数量替换原管束；

（2.3）仿真计算结果包括以下步骤：

（2.3.1）裸金属管束的牺牲阳极保护模拟，获得阴极保护电位空间分布；

（2.3.2）换热器管束有涂层时牺牲阳极保护模拟，获得阴极保护电位空间分布；

（2.3.3）根据阴极保护电位最正值判断阴极保护是否达标：

当最正电位值正于-0.85伏，表明牺牲阳极没有对全部管束表面做到有效的阴极保护，应考虑增加阳极比例和调整阳极位置；

当最正电位值负于-0.85伏，表明全部管束表面阴极保护达标，可以进一步减少阳极比例，在确保阴极保护电位达标前提下，获得经济的阳极安装数量；

当阴极保护最负电位超过-1.3V，应减少牺牲阳极用量或调整牺牲阳极安装位置，再进行仿真计算，以便优化牺牲阳极保护方案，实现阴极保护电位均匀化。