專利名稱：一種應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)式單相流沖蝕試驗的電化學(xué)測試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及沖蝕試驗的電化學(xué)測試方法，具體地說是涉及一種應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)式單相流沖蝕試驗的電化學(xué)測試方法。
背景技術(shù)：
流體管道是在一定壓力下運輸流體的特種設(shè)備，已成為與公路、鐵路、水運和航空并列的五大運輸方式之一，廣泛應(yīng)用于原油、天然氣、自來水、城市液化氣以及流程工業(yè)領(lǐng)域中各種流體物料的輸送。流體管道在國民經(jīng)濟中應(yīng)用廣泛，但腐蝕性多相流對管道系統(tǒng)的沖蝕失效具有明顯的局部性和突發(fā)性，安全風(fēng)險很大。
管道的腐蝕，不僅會造成因穿孔而引起的油、氣跑漏損失以及由于維修所帶來的材料和人力的浪費，而且還可能因腐蝕穿孔引起火災(zāi)。尤其是高壓輸氣管道，一旦破裂，壓縮氣體迅速膨脹，釋放大量的能量，引起爆炸。在油庫和加油站人員比較集中的環(huán)境，造成巨大的經(jīng)濟損失、環(huán)境污染的同時，還直接威脅人身安全。因此，流體管道的安全研究意義重大。
管道失效的形式多樣，機理復(fù)雜，如材料缺陷、腐蝕、外力破壞等，其中沖蝕破壞引起的腐蝕失效是管道系統(tǒng)中最廣泛也是常見的破壞形式。沖蝕磨損是一個很復(fù)雜的過程，影響因素很多，其中最重要的方面就是電化學(xué)因素，包括腐蝕介質(zhì)的濃度、溫度、pH值、溶氧量，各種活性離子的濃度。管道中混有水，很容易與管壁形成電化學(xué)腐蝕。而如何用有效的避免電化學(xué)腐蝕或者降低它帶來的不穩(wěn)定因素，顯得非常重要。
針對目前石油化工、天然氣輸送領(lǐng)域存在的堵蝕或沖蝕問題，進一步研究管道的堵蝕沖蝕機理，存在的不足之處主要在于(1)目前我國進行沖蝕試驗的機理不夠深入，相關(guān)設(shè)備測試的時間較長，實驗結(jié)果難以推廣工程應(yīng)用。
(2)測試方法單一；國內(nèi)外學(xué)者的沖蝕試驗通常將金屬試件放進腐蝕介質(zhì)中，通過提高流速或轉(zhuǎn)速，通過稱重的方法靜態(tài)測試金屬的損失量，無法實現(xiàn)流體沖蝕破壞的臨界值的瞬態(tài)特性研究。
本發(fā)明所提供的電化學(xué)測試方法對試件進行模擬實際工況的試驗以揭示各種參數(shù)對材料沖蝕性能的影響規(guī)律，以及沖刷與腐蝕的交互作用，對研制新型耐沖蝕合金及其失效規(guī)律研究，具有非常重要的現(xiàn)實意義和可觀的經(jīng)濟價值。

發(fā)明內(nèi)容
針對國內(nèi)外沖蝕試驗測試方法存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)式單相流沖蝕試驗裝置的電化學(xué)測試方法，通過工作電極的保護膜預(yù)制，腐蝕電流或阻抗的測試，分析腐蝕與流動耦合作用的沖蝕破壞的瞬態(tài)特性。根據(jù)電流或阻抗等電化學(xué)參數(shù)的突變實時檢測材料沖蝕破壞臨界值及超臨界以后的腐蝕特性。
為了達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是該方法的步驟如下1)根據(jù)試驗要求的材料與尺寸加工制成工作電極，并將其表面用金相砂紙磨亮，隨后用丙酮、去離子水洗凈；2)將工作電極安裝到試驗裝置上，并調(diào)整工作電極、參比電極、輔助電極相互間的間距；3)從容器頂部加料口加入測試的腐蝕性溶液，液位高出旋轉(zhuǎn)圓盤頂面75mm；4)在靜止的腐蝕介質(zhì)溶液中采用在工作電極上加鈍化電位的電化學(xué)方法對工作電極進行預(yù)腐蝕，直至腐蝕電流變小且趨于穩(wěn)定，使工作電極表面形成均勻致密的腐蝕產(chǎn)物保護膜；5)通過冷卻盤管循環(huán)系統(tǒng)將工作電極的測試溫度調(diào)整到預(yù)設(shè)值；6)接通恒電位儀電源，打開恒電位儀電源開關(guān)；開啟變頻電機，通過工控計算機按照預(yù)設(shè)加速曲線進行緩慢升速，觀察恒電位儀電流曲線變化，直至電流曲線發(fā)生突變，并記錄該工況下的電機轉(zhuǎn)速。
7)實驗完畢，關(guān)閉恒電位儀電源，拆除三電極上的連接導(dǎo)線，洗凈電解池。
所述的工作電極為待測試件，材質(zhì)為碳鋼，形狀為圓棒，規(guī)格為φ3.8×10mm。
所述的參比電極采用甘汞參比電極；鹽橋電解液為飽和的KCl溶液；旋轉(zhuǎn)圓盤側(cè)面包覆一層不銹鋼或白金作為輔助電極。
所述的工作電極與參比電極之間的距離為0.4～0.6mm；工作電極與輔助電極之間的距離為8～10mm。
所述的一種應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)式單相流沖蝕試驗的電化學(xué)測試方法，其特征在于運用電化學(xué)方法通過腐蝕電流或阻抗的測試分析腐蝕與流動耦合作用過程中的瞬態(tài)特性。
所述的一種應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)式單相流沖蝕試驗的電化學(xué)測試方法，其特征在于運用電化學(xué)方法通過腐蝕電流或阻抗的測試分析沖刷破壞的臨界特性及超過臨界特性后的沖蝕速率。
本發(fā)明具有的有益效果是采用電化學(xué)測試系統(tǒng)可以實現(xiàn)沖蝕破壞的瞬態(tài)特性測試，包括保護膜沖蝕破壞的臨界特性及超過臨界值以后的實際沖蝕速率。采用變頻調(diào)速旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)可以實現(xiàn)工作電極保護膜沖蝕破壞的臨界特性(臨界轉(zhuǎn)速)的測試。可以采用實際的腐蝕介質(zhì)進行較為真實的工作狀態(tài)模擬，對沖蝕裝置的試驗過程進行流體動力學(xué)仿真分析，將臨界轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化為工作電極表面的臨界流體動力學(xué)參數(shù)；試驗結(jié)果(臨界轉(zhuǎn)速)及后續(xù)仿真分析(臨界流體動力學(xué)參數(shù)及超臨界值后的腐蝕速率)結(jié)論可以推廣應(yīng)用于工程實際，即結(jié)合實際管道系統(tǒng)的仿真分析，按相關(guān)流體動力學(xué)參數(shù)的分布規(guī)律預(yù)測沖蝕破壞的位置與沖蝕速率。本發(fā)明可以模擬壓力管道、管束類設(shè)備(例如加氫反應(yīng)流出物系統(tǒng)的換熱器管束、空冷器管束、壓力管道)等一系列實際工程沖蝕失效案例，進行沖蝕破壞的失效研究、沖蝕預(yù)測、優(yōu)化設(shè)計、風(fēng)險檢驗、安全評估及壽命預(yù)測等管道及管束類設(shè)備的安全保障技術(shù)研究。
本發(fā)明適合于腐蝕與流動耦合作用的沖蝕破壞機理研究、流體動力學(xué)的仿真分析、保護膜沖蝕破壞瞬態(tài)特性或臨界特性的試驗研究、沖蝕失效預(yù)測及工業(yè)應(yīng)用推廣等研究體系。


圖1是旋轉(zhuǎn)式單相流沖蝕試驗裝置的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
圖2是鹽橋工作原理示意圖。
圖3是圖1的A放大圖。
圖中1、下液體容器，2、傳動軸，3、上液體容器，4、銅環(huán)-碳刷，5、變頻電機，6、工控計算機，7、參比電極，8、鹽橋，9、魯金毛細管，10、旋轉(zhuǎn)圓盤，11、恒電位儀，12、工作電極，13、輔助電極。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
如圖1所示，旋轉(zhuǎn)式單相流沖蝕試驗裝置包括工作電極12、魯金毛細管9、鹽橋8、參比電極7、輔助電極13、銅環(huán)-碳刷4、恒電位儀11、工控計算機6。傳動軸2上裝有旋轉(zhuǎn)圓盤10，被測工件作為工作電極，其外表面與上液體容器3內(nèi)壁面平齊，工作電極12與旋轉(zhuǎn)圓盤側(cè)面包覆一層不銹鋼或白金的輔助電極13在同一水平面上；旋轉(zhuǎn)圓盤側(cè)面分別在0°、90°、180°、270°的位置上開孔，導(dǎo)線分別穿過0°、90°、180°、270°的孔匯交于旋轉(zhuǎn)圓盤與傳動軸中心孔一端與銅環(huán)-碳刷4聯(lián)接，銅環(huán)-碳刷通過導(dǎo)線與恒電位儀11相連；魯金毛細管9與參比電極7通過鹽橋8連接；恒電位儀11及變頻電機5分別通過數(shù)據(jù)線與工控計算機6相聯(lián)接。
如圖2所示，所述的鹽橋電解池電解液為飽和的KCl溶液；如圖3所示，所述的工作電極12與魯金毛細管9之間的距離為0.4～0.6mm；工作電極12與輔助電極13之間的距離為8～10mm；本發(fā)明的工作過程如下將制作好的工作試件作為工作電極12放置在與旋轉(zhuǎn)圓盤10側(cè)面中心在同一水平面的上液體容器3壁上，且其外表面與上液體容器3內(nèi)壁面平齊。通過細螺紋調(diào)節(jié)工作電極12與輔助電極13及魯金毛細管9的距離，并須保證工作電極12同魯金毛細管9的距離微調(diào)至0.4～0.6mm，工作電極與輔助電極之間的距離為8～10mm；參比電極7與魯金毛細管9通過鹽橋8聯(lián)接，鹽橋電解池電解液為飽和KCl溶液；旋轉(zhuǎn)圓盤10安裝在傳動軸2上，旋轉(zhuǎn)圓盤側(cè)面分別在0°、90°、180°、270°的位置上開孔，導(dǎo)線分別穿過0°、90°、180°、270°的孔匯交于旋轉(zhuǎn)圓盤與傳動軸中心孔一端與銅環(huán)-碳刷4聯(lián)接，銅環(huán)-碳刷通過導(dǎo)線與恒電位儀11相連；工作電極12、參比電極7分別通過導(dǎo)線與恒電位儀11聯(lián)接。在下液體容器1內(nèi)引入腐蝕介質(zhì)(例含硫污水)，保證液面高出旋轉(zhuǎn)圓盤10為75mm，然后在靜止的腐蝕介質(zhì)溶液中采用在工作電極上加鈍化電位的電化學(xué)方法對工作電極12進行預(yù)腐蝕，直至腐蝕電流變小且趨于穩(wěn)定，使工作電極表面形成均勻致密的腐蝕產(chǎn)物保護膜，再通過冷卻盤管將腐蝕介質(zhì)調(diào)節(jié)到預(yù)設(shè)溫度；開啟變頻電機5，通過工控計算機6采集腐蝕電流、阻抗、溫度、pH值、轉(zhuǎn)速等數(shù)據(jù)進行實時分析處理并顯示不同轉(zhuǎn)速下的電流曲線(阻抗曲線)；工作試件表面腐蝕產(chǎn)物保護膜未沖破的情況下，恒電位儀11電流曲線圖電流幾乎為零(阻抗很大)。通過工控計算機6控制變頻電機5的轉(zhuǎn)速觀察恒電位儀的電流變化(阻抗變化)，實時繪制轉(zhuǎn)速與腐蝕電流、轉(zhuǎn)速與阻抗、轉(zhuǎn)速與腐蝕速率等相關(guān)曲線。緩慢提高變頻電機5的轉(zhuǎn)速觀察恒電位儀11的電流(阻抗)曲線變化，直至發(fā)生突變，則可認為工作電極腐蝕產(chǎn)物保護膜已經(jīng)沖破，得到?jīng)_刷破壞的臨界特性，若持續(xù)提高轉(zhuǎn)速則可通過計算得到在指定轉(zhuǎn)速下的腐蝕速率。
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)式單相流沖蝕試驗的電化學(xué)測試方法，其特征在于該方法的步驟如下1)根據(jù)試驗要求的材料與尺寸加工制成工作電極，并將其表面用金相砂紙磨亮，隨后用丙酮、去離子水洗凈；2)將工作電極安裝到試驗裝置上，并調(diào)整工作電極、參比電極、輔助電極相互間的間距；3)從容器頂部加料口加入測試的腐蝕性溶液，液位高出旋轉(zhuǎn)圓盤頂面75mm；4)在靜止的腐蝕介質(zhì)溶液中采用在工作電極上加鈍化電位的電化學(xué)方法對工作電極進行預(yù)腐蝕，直至腐蝕電流變小且趨于穩(wěn)定，使工作電極表面形成均勻致密的腐蝕產(chǎn)物保護膜；5)通過冷卻盤管循環(huán)系統(tǒng)將工作電極的測試溫度調(diào)整到預(yù)設(shè)值；6)接通恒電位儀電源，打開恒電位儀電源開關(guān)；開啟變頻電機，通過工控計算機按照預(yù)設(shè)加速曲線進行緩慢升速，觀察恒電位儀電流曲線變化，直至電流曲線發(fā)生突變，并記錄該工況下的電機轉(zhuǎn)速。
7)實驗完畢，關(guān)閉恒電位儀電源，拆除三電極上的連接導(dǎo)線，洗凈電解池。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)式單相流沖蝕試驗的電化學(xué)測試方法，其特征在于所述的工作電極為待測試件，材質(zhì)為碳鋼，形狀為圓棒，規(guī)格為φ3.8×10mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)式單相流沖蝕試驗的電化學(xué)測試方法，其特征在于所述的參比電極采用甘汞參比電極；鹽橋電解液為飽和的KCl溶液；旋轉(zhuǎn)圓盤側(cè)面包覆一層不銹鋼或白金作為輔助電極。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)式單相流沖蝕試驗的電化學(xué)測試方法，其特征在于所述的工作電極與參比電極之間的距離為0.4～0.6mm；工作電極與輔助電極之間的距離為8～10mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)式單相流沖蝕試驗的電化學(xué)測試方法，其特征在于運用電化學(xué)方法通過腐蝕電流或阻抗的測試分析腐蝕與流動耦合作用過程中的瞬態(tài)特性。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)式單相流沖蝕試驗的電化學(xué)測試方法，其特征在于運用電化學(xué)方法通過腐蝕電流或阻抗的測試分析沖刷破壞的臨界特性及超過臨界特性后的沖蝕速率。
全文摘要
本發(fā)明公開的是一種應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)式單相流沖蝕試驗的電化學(xué)測試方法。將試件制成工作電極安裝到試驗裝置上，調(diào)整工作、參比和輔助電極間距；從容器頂部加料口加入測試的腐蝕性溶液且高出輔助電極75mm；在靜止的腐蝕介質(zhì)溶液中采用在工作電極上加鈍化電位的電化學(xué)方法對工作電極進行預(yù)腐蝕，直至電流變小趨于穩(wěn)定，使工作電極表面形成均勻致密的腐蝕產(chǎn)物保護膜；開啟變頻電機，通過計算機按照預(yù)設(shè)加速曲線緩慢升速，觀察恒電位儀電流曲線變化，直至發(fā)生突變。適合于腐蝕與流動耦合作用下保護膜沖蝕破壞臨界特性或瞬態(tài)特性的試驗研究，能模擬工業(yè)環(huán)境中的實際工況條件，實時檢測材料沖蝕破壞瞬態(tài)特性和臨界值的電化學(xué)測試方法。
文檔編號G01N17/00GK101042330SQ20071006821
公開日2007年9月26日 申請日期2007年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月24日
發(fā)明者偶國富, 許根富, 梁靈鵬 申請人:浙江理工大學(xué)