適用于高溫高壓腐蝕環(huán)境下的長壽命參比電極的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及的是一種參比電極，具體地說是一種能夠在高溫高壓腐蝕環(huán)境中穩(wěn)定 使用的長壽命參比電極。
【背景技術】
[0002] 參比電極用于準確測量所在環(huán)境中的金屬及其結構物的電極電位、在金屬及其結 構物進行適當陰極保護，還可以為自動控制設備提供電位控制信號，應用領域十分廣泛。目 前，在石油化工、原油輸送領域一個重要的特征就是采用輸送塔、管道密封結構進行生產作 業(yè)，這種環(huán)境中存在著高溫高壓的服役條件。在石油化工、原油輸送領域，由于其惡劣的腐 蝕環(huán)境，結構件的腐蝕失效事件嚴重影響生產設備的安全運行。因此，材料腐蝕的監(jiān)測、預 警、陰極保護都變得異常重要，這些工作的開展都離不開高性能的高溫高壓參比電極的參 與。一般的參比電極都需要在溫度低于70°c的環(huán)境中才能穩(wěn)定運行，溫度越高參比電極的 使用壽命就越短，電極性能也越差。然而實際工業(yè)環(huán)境中的溫度和壓力條件都遠遠高于普 通參比電極的耐受指標，這種工業(yè)環(huán)境的高溫高壓特征帶來的問題阻礙了的此類參比電極 的商業(yè)應用。因此，市場上至今還沒有一種在高溫高壓環(huán)境中能夠長期、免維護、穩(wěn)定使用 的參比電極出現。
[0003] 參比電極在正常使用時，由于氯化銀在高濃度的氯離子溶液中可形成溶解性的銀 氯絡合離子，反應如下：AgCl+Cl_ G AgCV、<AgC7 + Cr 0 AgCV。這種銀氯絡合離子 在參比電極的液接界面處如果遇到較低濃度的氯離子溶液時其反應逆向進行，形成氯化銀 沉淀物，從而在液接隔膜處發(fā)生堵塞；其次，由于外界環(huán)境的溶液由于濃差擴散的作用對參 比電極內鹽橋溶液的稀釋作用，內鹽橋填充溶液還需定期更換；還有，可能在高溫高壓環(huán)境 中的溶液通過隔膜進入電極內鹽橋填充液，進而污染內電極，從而使參比電極的電極電位 發(fā)生偏移影響其使用壽命。另外，參比電極腔體內由于是液體鹽橋，在加工、運輸、儲存、使 用的過程中容易造成參比電極內部的鹽橋填充液滲出或流失，如果在使用時未有發(fā)現其鹽 橋填充液滲出或流失而直接使用，特別是在高溫高壓環(huán)境中使用，由于隔膜的堵塞和外部 巨大的壓力作用很容易造成參比電極的爆裂，導致參比電極失效，失去準確測量電極電位 的功能，從而引起誤判，甚至造成巨大的經濟損失。
[0004] 目前，用于高溫高壓環(huán)境中的參比電極主要分為兩類：內置式參比電極和外置式 參比電極。前者和工作電極處于相同的溫度、壓力和溶液環(huán)境；而后者是把參比電極置于測 試體系外部，通過鹽橋和高壓容器內溶液連通。兩種電極由于放置環(huán)境的不同，在特性上表 現出了很大的差異：
[0005] (1)內置式參比電極與被測對象同處于測試體系內，測試體系封閉性較好，因此測 試溶液不易泄露。內置式參比電極的內阻通常也較小。但為了保證電極的內鹽橋填充溶液 不泄露，內置式參比電極通常結構較復雜，且壽命較短，因此很難應用于實際工業(yè)環(huán)境中。
[0006] (2)外置式參比電極通常工作于室溫或近室溫環(huán)境中，因此電極電位較為穩(wěn)定，壽 命也比較長。但由于使用了較多的內鹽橋填充溶液，外置式參比電極的內阻通常較大。
[0007] 張清等人在對美國Cortest公司設計的Ag/AgCl參比電極進行改進的基礎上，采 用電解法制備了一種內置式Ag/AgCl參比電極，但此種Ag/AgCl參比電極的內室結構較為 復雜，內部較多的填充物雖然在一定程度上保證了 Ag/AgCl元件不受污染，但同時提高了 電極制備和保養(yǎng)的難度。
[0008] MacDonald等研制的電極體系采用細長的Al2O3管作為鹽橋，鹽橋的下部采用柔軟 的PTFE薄壁管，管頂端的液連接使用了多孔氧化鋯塞。此種設計利用PTFE的可變形的特 性使參比電極室與高壓容器內部形成壓力平衡。但這種方法受到PTFE薄壁管最大工作溫 度的限制，在超出PTFE薄壁管的溫度耐受極限后這種參比電極就不再可用。
[0009] 隨著各種新興工業(yè)體系的發(fā)展，以前被限制在亞臨界溫度以下的生產過程開始使 用或計劃使用超臨界狀態(tài)進行工業(yè)生產，因此新型參比電極的設計越來越受到重視。設計 一種可用于高溫高壓體系的參比電極有著重要的科學和實踐意義。

【發(fā)明內容】

[0010] 本發(fā)明的目的在于提供一種能夠在高溫、高壓環(huán)境中長期穩(wěn)定使用，耐高壓、耐高 溫、免維護、壽命長的適用于高溫高壓腐蝕環(huán)境下的長壽命參比電極。
[0011] 本發(fā)明的目的是這樣實現的：包括電極殼體、設置在電極殼體上下兩端的上下端 蓋、設置于電極殼體上端內部的電極芯體、以及灌注于電極殼體內部的鹽橋，所述電極芯體 為熱壓燒結的電極芯體，所述的電極殼體由上端體、中端體和下端體構成，中端體與下端體 連成一體，上端蓋與上端體通過螺紋連接且上端體與中端體之間設置由第一氟橡膠墊和第 一微孔陶瓷構成的隔離套件，上端體與上端蓋之間設置防爆墊，電極耐高溫引線一端穿過 電極上端蓋、防爆墊與電極芯體連接，電極芯體利用定位墊固定在上端體內，在定位墊與防 爆墊之間由固態(tài)粉末環(huán)氧樹脂密封，下端蓋與下端體之間安裝第二氟橡膠墊與第二微孔陶 瓷芯。
[0012] 本發(fā)明還可以包括：
[0013] 1、中端體上安裝有中通的可調安裝套件。
[0014] 2、所述鹽橋包括位于上部的飽和氯化鉀溶膠凝膠固態(tài)鹽橋和位于下部的飽和氯 化鉀溶膠凝膠鹽橋。
[0015] 3、所述的電極殼體為316L厚壁金屬外殼。
[0016] 為了克服現有常規(guī)參比電極無法在高溫高壓腐蝕環(huán)境中正常使用、使用過程中需 要頻繁更換鹽橋溶液、在高壓作用下引起的電極管體變形甚至破裂失效的問題，本發(fā)明提 供了一種適用于高溫高壓腐蝕環(huán)境的長壽命參比電極，該參比電極不僅能準確測量普通腐 蝕環(huán)境中金屬及其結構物的電極電位、金屬及其結構物的陰極保護，為自動控制設備提供 電位控制信號，無需定期更換鹽橋、免維護，尤其能夠在高溫、高壓環(huán)境中長期穩(wěn)定使用，實 現參比電極耐高壓、耐高溫、免維護、長壽命的特點。
[0017] 本發(fā)明為解決三大技術難題所采用的技術方案的只要特點體現在：在參比電極外 殼使用316L金屬管增強電極外殼強度，避免在高溫高壓環(huán)境中使用時參比電極外殼腔體 內外巨大的壓力差導致參比電極的外殼形變或壓裂。在參比電極內部使用飽和氯化鉀溶膠 凝膠鹽橋，使用固態(tài)鹽橋，減緩銀離子和銀氯絡合離子向液接界面擴散，氯化銀在液接界面 上的沉積速度急劇降低；使用熱壓燒結方法對近納米粉末進行燒結獲得高穩(wěn)定性的銀、氯 化銀燒結體作