CN102692438B - 一种能够实现电化学测试的露点腐蚀实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种能够实现电化学测试的露点腐蚀实验装置。包括数显油浴锅、蒸发瓶、冷凝管、复合电极、测试试样和尾气吸收瓶，蒸发瓶置于数显油浴锅内，蒸发瓶与冷凝管密封配合，复合电极和测试试样安装在冷凝管上端、并部分深入到冷凝管内，尾气吸收瓶通过管路与冷凝管相连；测试试样与外界电化学工作站相连。本发明实现了以往露点腐蚀模拟装置所不能实现的电化学测试，为进一步揭示露点腐蚀机理奠定了基础；通过改变烧瓶内液体的成分可模拟由不同腐蚀气体介质引起的露点腐蚀；通过改变测试试样在冷凝管内的高度可实现对试样表面结露点温度和pH值的控制。

Description

一种能够实现电化学测试的露点腐蚀实验装置

技术领域

本发明涉及的是一种模拟工业所用工程材料遭受露点腐蚀并能够实现电化学腐蚀性能测试的实验装置。

背景技术

所谓露点腐蚀是饱和蒸汽因冷却而凝结成液体对材料造成的腐蚀。在石油炼制过程中，HCl-H₂S-H₂O腐蚀是一种常见的低温腐蚀类型，常引起的腐蚀部位有常压塔顶部五层塔盘、塔体、部分挥发线及常压塔顶冷凝冷却系统；减压塔部分挥发线和冷凝冷却系统，其中常减压塔顶冷凝冷却系统腐蚀最为严重，这是因为加工的原油中所含的硫化物和氯化物在高温下发生分解和水解生成HCl和H₂S，油气在到达塔顶冷凝系统时，其中所含的HCl和H₂S会和水蒸汽一起凝结在设备表面形成严重的HCl-H₂S-H₂O露点腐蚀。露点腐蚀与一般液体腐蚀的不同之处在于一般的液体腐蚀未经蒸汽冷却而直接由液体环境对材料整体进行腐蚀，而露点腐蚀是经酸蒸汽一层层结露后才进行腐蚀的，其腐蚀速率受酸的凝结速率、酸的附着与脱落以及凝结物扩散至材料表面的速率限制，所以从本质上讲，露点腐蚀是材料在酸性液膜下的腐蚀，与一般的液体腐蚀有根本的区别。公开号为CN101929945的专利文件中，公开了一种黄磷尾气中磷对锅炉材料的低温露点腐蚀试验方法及装置，该发明将材料在不同温度不同浓度的磷酸溶液中浸泡一定的时间，通过材料在浸泡前后的重量变化来评价材料的露点腐蚀性能，用一般的液体腐蚀代替露点腐蚀，忽略了该环境下露点腐蚀是材料在磷酸薄液膜下的腐蚀这一本质，显然是不合理的。公开号为CN101251467A和CN101876622A的专利文件中，分别以二氧化硫和三氧化硫气体为腐蚀介质，模拟了二氧化硫和三氧化硫与水蒸气凝结成硫酸的硫酸露点腐蚀。两项发明均考虑了露点腐蚀是材料在酸性薄液膜下的腐蚀这一本质，不足之处在于两项发明都只能通过测试实验前后的重量变化来评价材料的的抗露点腐蚀性能，测试手段单一，不能进行各种电化学测试，如电化学阻抗谱测试，电化学噪声测试等。

各种必要的电化学测试是揭示露点腐蚀机理的基础，目前工业生产领域常见的露点腐蚀有锅炉烟气道的硫酸露点腐蚀，常减压塔顶的HCl-H₂S-H₂O露点腐蚀，和黄磷尾气引起的露点腐蚀。设备腐蚀问题直接影响着生产装置的正常运转，降低生产效率，提高维护费用，因此发明一种能够模拟露点腐蚀并能够实现各种电化学测试的实验装置，将为工程材料的抗露点腐蚀性能评价、研究各种工业气氛的露点腐蚀机制以及耐露点腐蚀材料的选材及开发提供便利的实验手段。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于评价材料的抗露点腐蚀性能和研究露点腐蚀机理的能够实现电化学测试的露点腐蚀实验装置。

本发明的目的是这样实现的：

本发明的能够实现电化学测试的露点腐蚀实验装置包括数显油浴锅1、蒸发瓶2、冷凝管4、复合电极6、测试试样7和尾气吸收瓶8，所述蒸发瓶2置于数显油浴锅1内，蒸发瓶2与冷凝管4密封配合，复合电极6和测试试样7安装在冷凝管4上端、并部分深入到冷凝管4内，尾气吸收瓶8通过管路与冷凝管4相连；数显油浴锅1对蒸发瓶2进行加热，使蒸发瓶2内的液体沸腾产生水蒸汽和酸性腐蚀气体；冷却水对冷凝管4进行冷凝冷却，在冷却水的作用下蒸发瓶2内产生的酸性气体随水蒸气一起在测试试样7及复合电极6表面冷凝结成露珠；复合电极6对露珠的酸度值进行监测；测试试样7与外界电化学工作站相连，进行电化学阻抗谱、电化学噪声数据的采集；没有被冷凝管冷凝下来的酸蒸汽被尾气吸收瓶8吸收。

本发明还可以包括：

1、所述尾气吸收瓶8为多个，多个尾气吸收瓶8串联。

2、冷凝管4的下端设置进水口3、上端设置出水口5。

3、所述复合电极6由Ag/AgC参比电极l9、Ir/IrO₂电极10和Cl^-测试电极11复合而成。

本发明的能够实现电化学测试的露点腐蚀实验装置能够完成多种模拟露点腐蚀的测试，包括腐蚀失重，电化学阻抗谱测试，电化学噪声测试等。测试的基本操作步骤如下：

(1)首先将测试试样7固定在冷凝管4内的某一高度位置，并将测试试样与外界电化学工作站相连；

(2)开启冷却水，使冷却水由冷凝管4的下端进水口3进，上端出水口5出；

(3)启动数显油浴锅1对蒸发瓶2进行加热，使烧瓶内的液体沸腾产生水蒸汽和酸性腐蚀气体；

(4)酸性腐蚀气体经过冷凝管4时，会和水蒸汽一起在试样表面冷凝下来，形成一层层结露，此时可利用电化学工作站进行电化学阻抗谱、电化学噪声数据的采集；

(5)少数未冷凝下来的蒸汽会被尾气吸收瓶8吸收。

根据研究的需要，所产生的腐蚀气体可为三氧化硫、氯化氢、硫化氢等，数显油浴锅1的温控范围为室温~180℃，尾气吸收瓶8里所放的溶液为1mol/L的氢氧化钠溶液。

本发明的优点在于：一实现了以往露点腐蚀模拟装置所不能实现的电化学测试，为进一步揭示露点腐蚀机理奠定了基础，二通过改变烧瓶内液体的成分可模拟硫酸露点腐蚀，盐酸露点腐蚀等由不同腐蚀气体介质引起的露点腐蚀，三通过改变测试试样在冷凝管内的高度可实现对试样表面结露点温度和pH值的控制。本发明露点腐蚀模拟装置结构简单，安全性高，能实现腐蚀失重、电化学阻抗谱、电化学噪声等各种测试，具有结露点温度、结露点pH值、实验周期可控等优点，具有广阔的应用前景，适用于高校、科研院所以及企业等进行材料露点腐蚀性能的评价和露点腐蚀机理的探讨。

附图说明

图1为本发明露点腐蚀模拟装置的示意图。

图2为复合电极6的结构示意图。

图3为进行电化学阻抗谱测试的试样的仰视图。

图4为进行电化学阻抗谱测试的试样的主视图。

图5为控制结露点温度为70℃，pH值等于2.0时，316L不锈钢电化学阻抗谱测试中的Nyquist图测试结果。

图6为控制结露点温度为70℃，pH值等于2.0时，316L不锈钢电化学阻抗谱测试中的Bode图测试结果。

图7为控制结露点温度为70℃，pH值等于2.0时，Q235钢电化学阻抗谱测试中的Nyquist图测试结果。

图8为控制结露点温度为70℃，pH值等于2.0时，Q235钢电化学阻抗谱测试中的Bode图测试结果。

图9为进行电化学噪声测试的试样的仰视图；

图10为进行电化学噪声测试的试样的主视图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细的描述：

本发明一种能够实现电化学测试的新型露点腐蚀模拟装置，如图1所示，包括数显油浴锅1，蒸发瓶2，进水口3，球形冷凝管4，出水口5，复合电极6，测试试样7，尾气吸收瓶8。

蒸发瓶2通过铁架台固定在数显油浴锅1内，冷凝管4由铁架台固定并与蒸发瓶2密封结合，通过将数显油浴锅1恒温在某一较高的温度对蒸发瓶2进行加热使烧瓶内的液体沸腾，可产生不同的酸蒸汽，冷却水由冷凝管4下端进水口3进，上端出水口5出，酸蒸汽进入球形冷凝管4时由于冷凝冷却作用会在温度较低的物体表面凝结成露珠，测试试样7可选择固定在冷凝管的不同高度位置上，在冷却水的作用下，测试试样7固定在冷凝管的不同高度位置时，试样表面的温度和试样表面冷凝的露珠所溶解的气体浓度会不同，可以通过改变蒸发瓶2内的液体浓度和选择将测试试样7固定在冷凝管4的不同高度位置而获得不同结露温度和不同pH值的结露环境，从而模拟不同条件下的露点腐蚀，测试试样7可与电化学工作站相连进行各种电化学测试，少数未经冷凝的酸蒸汽会被尾气吸收瓶8内的氢氧化钠所吸收，可根据实验需要增加尾气吸收瓶8的数量。图2所示为复合电极6的结构示意图，以Ag/AgCl9为参比电极，通过测试Ir/IrO₂电极10的电位可以实现对结露点pH的监测，通过Cl^-测试电极11可标定出诸如HCl-H₂S-H₂O露点腐蚀系统中试样表面结露液体中HCl的含量。

图3和图4是本发明进行电化学阻抗谱测试所用的测试试样结构的仰视图和主视图，所用的测试体系为两电极，两个相同的试样，一个做工作电极，一个做对电极和参比电极，其中试样长L=5mm，宽X_w＝1mm，两试样之间的距离X_g=0.5mm，电极试样12由环氧树脂封装于玻璃管13内，并通过铜导线14与外界电化学工作站相连。下面以盐酸露点腐蚀为例说明一下本发明的工作过程：首先将配置好的0.5mol/L的盐酸溶液和1mol/L的氢氧化钠溶液分别置于蒸发瓶2和尾气吸收瓶8中，按图1的布局用铁架台固定好蒸发瓶2和冷凝管4，将按图3设计的测试试样7固定在球形冷凝管4的某一预先测试好的高度位置(经过不断测试，测试试样固定在此位置时，试样表面的结露温度T=70℃，试样表面露珠的pH=2.0)，开启冷却水，开动数显油浴锅1的加热开关并将温度恒定在120℃，将测试试样7与电化学工作站相连，待蒸发瓶2中的液体沸腾一段时间后会发现在测试试样7的表面有露珠形成，此时操作电脑利用电化学工作站自带的软件进行电化学阻抗谱的测试。图5至图8分别给出了蒸发瓶2中的盐酸溶液沸腾2h后，316L不锈钢和Q235钢电化学阻抗谱的测试结果，测试频率范围10^-2~10⁵Hz，扰动振幅为50mV，图5和图6显示316L不锈钢在整个频率测试范围内都只表现了容抗弧的特征，而从图7和图8可以才看出Q235钢表现出高频容抗弧和低频感抗弧的特征，两种钢表现出明显不同的电化学腐蚀机制。同样，利用图9和图10所示的试样结构可对测试试样进行电化学噪声测试。

以上对本发明的具体实施方式进行了详细说明，所述内容仅为本发明的一个实例，不能被认为用于限于本发明的实例范围，凡依本发明申请的范围进行的变化和改进均应属于本发明的涵盖范围之内。

Claims (5)

1.一种能够实现电化学测试的露点腐蚀实验装置，包括数显油浴锅[1]、蒸发瓶[2]、冷凝管[4]、复合电极[6]、测试试样[7]和尾气吸收瓶[8]，其特征是：所述蒸发瓶[2]置于数显油浴锅[1]内，蒸发瓶[2]与冷凝管[4]密封配合，复合电极[6]和测试试样[7]安装在冷凝管[4]上端、并部分深入到冷凝管[4]内，尾气吸收瓶[8]通过管路与冷凝管[4]相连；数显油浴锅[1]对蒸发瓶[2]进行加热，使蒸发瓶[2]内的液体沸腾产生水蒸汽和酸性腐蚀气体；冷却水对冷凝管[4]进行冷凝冷却，在冷却水的作用下蒸发瓶[2]内产生的酸性气体随水蒸气一起在测试试样[7]及复合电极[6]表面冷凝结成露珠；复合电极[6]对露珠的酸度值进行监测；测试试样[7]与外界电化学工作站相连，进行电化学阻抗谱、电化学噪声数据的采集；没有被冷凝管冷凝下来的酸蒸汽被尾气吸收瓶[8]吸收。

2.根据权利要求1所述的能够实现电化学测试的露点腐蚀实验装置，其特征是：所述尾气吸收瓶[8]为多个，多个尾气吸收瓶[8]串联。

3.根据权利要求1或2所述的能够实现电化学测试的露点腐蚀实验装置，其特征是：冷凝管[4]的下端设置进水口[3]、上端设置出水口[5]。

4.根据权利要求1或2所述的能够实现电化学测试的露点腐蚀实验装置，其特征是：所述复合电极[6]由Ag/AgCl参比电极[9]、Ir/IrO₂电极[10]和Cl^-测试电极[11]复合而成。

5.根据权利要求3所述的能够实现电化学测试的露点腐蚀实验装置，其特征是：所述复合电极[6]由Ag/AgCl参比电极[9]、Ir/IrO₂电极[10]和Cl^-测试电极[11]复合而成。

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