CN103149145B - 一种深海海泥环境的腐蚀试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于海洋自然环境腐蚀试验设备技术领域，涉及一种深海海泥环境的腐蚀试验装置,试验框架的底部固定制有试样；试验框架的四个立柱的下端长度与试样的下缘平齐,其中一个立柱的外侧固定安装有圆形海泥取样器；试验框架中底侧面制有的配重滑道上放置有配重铸铁板；试样框架内右侧的对应配重滑道的上部固定安装有环境因素测试装置和腐蚀测试装置，试样框架的内左侧固定制有盘索桶，盘索桶内放置有回收缆；试验框架的上部连接有用浮体支架支撑固定的浮体；浮体的中部固定制有两个声学释放器；两个声学释放器的上端支架结构制有吊装圆环；其主体结构简单，设计原理可靠，测量试样量大，使用操作简便，试验数据量大，准确性高，试验环境友好。

Description

一种深海海泥环境的腐蚀试验装置

技术领域:

本发明属于海洋自然环境腐蚀试验设备技术领域，涉及一种深海海泥环境中的金属材料、金属构件、非金属材料、牺牲阳极、涂镀层和微生物腐蚀性能评价等方面的试验装置，特别是一种深海海泥环境的腐蚀试验装置。

背景技术：

深海蕴藏着丰富的油气和矿产资源，据统计，全球的现有油气储备中，有三分之二来自深海，目前发达国家已经开始研发3000米左右深海油气开采技术和装备，中国海洋石油开发正在走向深海，南海石油储量非常丰富，但75%处在2000～3000米的深海，因此迫切需要开展相关深海装备设计研发。许多工程装备的服役环境是在海泥中或海泥和海水的交界面，例如：油井的井口设备、输油管道等，海泥环境相对于海水水体环境更加复杂，除含有侵蚀性的氯离子外，缺氧、富集腐蚀微生物、环境差异造成的宏观腐蚀电池等使装备在该环境中的腐蚀行为更加多变。根据现有资料，文章Materials Testing in the Deep Ocean（Materials Protection，1964）以及文章Corrosion of ferrous alloys in deepsea environments（British Corrosion Journal，2002）等，深海腐蚀试验装置可以分为两种，一种以美国为代表，使用的是一种试样框架座底的装置，试验框架（称为STU）沉在海底，其上连接专门的回收尼龙绳索，回收绳索平铺于海底；另有一根较细的缆绳，顶端固定浮球，下部与沉块相连固定在海底并与回收绳索相连，回收时，细缆绳与沉块脱离，浮球带细缆绳浮到水面，用细缆绳将打捞用的绳索拉到回收船上，借助于船上的绞车将框架拉到海面，这种装置要求试验场海底必须是面积较大的平坦硬质海泥，同时回收船要有较大吨位；另一种方法是借助于海洋水文浮标进行腐蚀试验，投放材料的种类和数量受到限制，一般每个深度只能投放几种，十几件试样，而且试样尺寸小；装置整体较长，易受海流的影响，尤其是上部的试样，其水平偏离和垂直偏离往往较大，影响数据的精确性。两种试验装置均适用于材料在深海海水中的腐蚀试验。

目前，对材料在深海海泥环境中的腐蚀性能研究很少，所采用的主要方法是在浅海十几米水深进行试验，如郭琦龙等（中国腐蚀与防护学报，1999）研究了厦门海域海泥的腐蚀性以及碳钢在海泥中的极化曲线、电化学交流阻抗频谱；郭公玉等（电化学，2001）在青岛海区以及渤海南部的埕岛海区进行不同材料实海滩涂埋片实验，研究了钢在中国北部海区海泥中的腐蚀；魏华等（电化学，2005）研究了电阻焊管和无缝钢管在中国东海长江口地区不同类型海泥中的电化学腐蚀行为；或是采集深海海泥在实验室进行试验研究，如张经磊等（海洋与湖沼，2003）在室内模拟条件下研究钢铁试样在海泥-海水跃变区的电化学腐蚀特征；孙成等（腐蚀科学与防护技术，2003）在室内模拟条件下研究了海泥中硫酸盐还原菌对碳钢腐蚀的影响；魏爱军等（腐蚀与防护，2009）在对A3钢在模拟海泥环境中进行了埋片试验和电化学试验；同时CN200710014330.6和CN201110068384.7的发明专利，ZL9501797.0和ZL00214700.9的实用新型专利公开的相关装置能在实验室内实现对海泥环境的模拟，但上述两种方法均不能真实完整地反映深海海泥环境中材料的腐蚀性能。因此，对于100米以上深度海底海泥环境中材料性能研究需要一种特殊的试验装置，开展实海试验，为相关深海装备的设计研发提供保障。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计提供一种适合在100米以上深海海泥环境中进行中长期实海环境暴露试验的试验装置，进行多种材料（包括金属材料、金属构件、非金属材料、牺牲阳极和涂镀层）在海泥环境中的腐蚀老化性能试验，并根据获得的材料在深海海泥环境中的腐蚀性能试验数据进行深海装备的设计选材。

为了实现上述目的，本发明的主体结构包括声学释放器、浮体、浮体支架、试验框架、环境因素测试装置、腐蚀测试装置、配重滑道、试样、配重铸铁板、释放锚链、海泥取样器、回收缆、吊装圆环、立柱、绝缘金属棒、固定孔和盘索桶；正方体框架结构的试验框架的横向截面为正方形，其边长为1000～1500mm，高为400mm；试验框架的底部用绝缘金属棒串接式固定制有试样；试验框架的四个立柱的下端长度与试样的下缘平齐，防止试样承受过大的压力，保证试样被重量压入海泥中；在四个立柱的其中一个立柱的外侧固定安装有圆形海泥取样器，用于挖取海泥和确定海泥厚度并做成分析用的海泥样品；试样为长方体结构，两个固定孔在其长度方向上偏向上方一侧，安装时固定孔在上部，确保试样插入海泥中，或根据需要将试样一半在海水中，一半插入海泥中；试验框架中底侧面制有的配重滑道上放置有配重铸铁板；试样框架内右侧的对应配重滑道的上部分别左右排列固定安装有环境因素测试装置和腐蚀测试装置，试样框架的内左侧固定制有盘索桶，圆筒状结构的盘索桶内放置有回收缆，防止试样框架的底座产生吸力而不易回收，回收时，用吊装圆环将试验框架拉起的同时其右侧的配重铸铁板通过配重滑道抛弃，使回收更容易；试验框架的上部通过回收缆连接有玻璃浮球组或者玻璃微珠浮体材料制成的浮体，浮体用浮体支架支撑固定；半球体形结构的浮体的中部固定制有两个并联的声学释放器用于接收信号；两个声学释放器的下部分别通过释放锚链与试样框架固定连接；投放时，浮体与配重铸铁板配合保证试样装置下沉时的平衡姿态；回收时两个声学释放器释放，浮体与试验框架脱离，引带回收缆上浮到海面；两个声学释放器的上端支架结构制有吊装圆环，用于试验框架主体的吊拉；环境因素测试装置、腐蚀测试装置、声学释放器和海泥取样器均采用市售的成品结构和设备。

本发明能够安装和承载100～120件标准试样，投放到100～1000米及以上的海底进行试验，根据试验目的要求在深海中布放0.5～2年时间；可以进行多种材料的腐蚀试验，利用小型船舶进行布放和回收，进行金属材料及构件、非金属材料、牺牲阳极、涂层等在海泥区性能的评价研究，获取相关数据，为石油矿产开采、海底管线等深海装备的选材、设计以及进行室内模拟深海海泥环境腐蚀研究提供基本数据保证。

本发明与现有技术相比，其主体结构简单，设计原理可靠，测量试样量大，使用操作简便，试验资源节省，试验数据量大并准确性高，试验环境友好。

附图说明：

图1为本发明的主体结构原理示意图。

具体实施方式：

下面通过实施例并结合附图对本发明作进一步说明。

实施例：

本实施例的主体结构包括声学释放器1、浮体2、浮体支架3、试验框架4、环境因素测试装置5、腐蚀测试装置6、配重滑道7、试样8、配重铸铁板9、释放锚链10、海泥取样器11、回收缆12、吊装圆环13、立柱14、绝缘金属棒16、固定孔17和盘索桶15；正方体框架结构的试验框架4的横向截面为正方形，其边长为1000～1500mm，高为400mm；试验框架4的底部用绝缘金属棒16串接式固定制有试样8；试验框架4的四个立柱14的下端长度与试样8的下缘平齐，防止试样8承受过大的压力，保证试样8被重量压入海泥中；在四个立柱14的其中一个立柱14的外侧固定安装有圆形海泥取样器11，用于挖取海泥和确定海泥厚度并做成分析用的海泥样品；试样8为长方体结构，两个固定孔17在其长度方向上偏向上方一侧，安装时固定孔17在上部，确保试样8插入海泥中，或根据需要将试样8一半在海水中，一半插入海泥中；试验框架4中底侧面制有的配重滑道7上放置有配重铸铁板9；试样框架4内右侧的对应配重滑道7的上部分别左右排列固定安装有环境因素测试装置5和腐蚀测试装置6，试样框架4的内左侧固定制有盘索桶15，圆筒状结构的盘索桶15内放置有回收缆12，防止试样框架4的底座产生吸力而不易回收，回收时，用吊装圆环13将试验框架4拉起的同时其右侧的配重铸铁板9通过配重滑道7抛弃，使回收更容易；试验框架4的上部通过回收缆12连接有玻璃浮球组或者玻璃微珠浮体材料制成的浮体2，浮体2用浮体支架3支撑固定；半球体形结构的浮体2的中部固定制有两个并联的声学释放器1用于接收信号；两个声学释放器1的下部分别通过释放锚链10与试样框架4固定连接；投放时，浮体2与配重铸铁板9配合保证试样装置下沉时的平衡姿态；回收时两个声学释放器1释放，浮体2与试验框架4脱离，引带回收缆12上浮到海面；两个声学释放器1的上端支架结构制有吊装圆环13，用于试验框架4主体的吊拉；环境因素测试装置5、腐蚀测试装置6、声学释放器1和海泥取样器11均采用市售的成品结构和设备。

本实施例使用安装时，先用直径为10mm的绝缘金属棒16将试样8串接，绝缘金属棒16与试样8之间采用尼龙套筒绝缘，将串接的试样8用螺栓固定安装在试验框架4的下部，试样8的底部与试验框架4的四个立柱底面在同一平面，或使试样8的下缘稍高于试验框架4的底面，在试验框架4上固定安装环境因素测试装置5和腐蚀测试装置6，将两个测试装置5和6的探头固定在框架支撑柱上；再将计算好重量的配重铸铁板9放到试验框架4中的配重滑道7上，用裸铝线将配重铸铁板9固定在试验框架4上，在海水中裸铝线将受到铸铁板的加速腐蚀，短时间内腐蚀消失，此时装置已经完成座底；回收时由于配重铸铁板9失去了固定，在回收缆12的拉动下，配重铸铁板9沿配重滑道7滑出试验框架4而被抛弃海中；浮体2采用耐压浮力材料加工成半球形，由两个或者多个模块组成，浮体2分别用螺栓固定到浮体支架3上；组装浮体支架3时，先将部分浮体2固定在浮体支架3上，定位后再将两个并联的声学释放器1固定在浮体支架3的中部；浮体支架3放置到试验框架4上，释放锚链10从试验框架4的中间穿过，最后固定另一部分浮体，完成试验装置的安装

本实施例布放时，搭乘作业船到达试验海域，根据投放时测试的试验海域海流速度和水深，驶近投放地点，利用船上的吊车将装置通过吊装圆环13起吊后，进行微调，然后将装置布放到海水中，同时记录下投放地点的GPS坐标；当装置到达海底后，通过声学释放器1的测试功能确定声学释放器1呈竖直状态；回收时，按照投放时记录的GPS坐标回到试验海域；叫醒声学释放器1，测试作业船与释放器的直线距离，当距离约为水深的1.2倍时，发出释放命令，声学释放器1将浮体支架3释放，不断测试与声学释放器1的距离，确认声学释放器1是否上浮；浮体支架3在浮力作用下将回收缆12带到海面，当浮体支架3上浮到海面后，将浮体2吊上甲板，并利用绞车将试样框架4回收；当试验框架4回收到甲板上后，取得海泥样品，对装置及试样进行清洗、包装。

Claims (1)

1.一种深海海泥环境的腐蚀试验装置，其特征在于主体结构包括声学释放器、浮体、浮体支架、试验框架、环境因素测试装置、腐蚀测试装置、配重滑道、试样、配重铸铁板、释放锚链、海泥取样器、回收缆、吊装圆环、立柱、绝缘金属棒、固定孔和盘索桶；正方体框架结构的试验框架的横向截面为正方形，其边长为1000～1500mm，高为400mm；试验框架的底部用绝缘金属棒串接式固定制有试样；试验框架的四个立柱的下端长度与试样的下缘平齐，防止试样承受过大的压力，保证试样被重量压入海泥中；在四个立柱的其中一个立柱的外侧固定安装有圆形海泥取样器，用于挖取海泥和确定海泥厚度并做成分析用的海泥样品；试样为长方体结构，两个固定孔在其长度方向上偏向上方一侧，安装时固定孔在上部，确保试样插入海泥中，或根据需要将试样一半在海水中，一半插入海泥中；试验框架中底侧面制有的配重滑道上放置有配重铸铁板；试样框架内右侧的对应配重滑道的上部分别左右排列固定安装有环境因素测试装置和腐蚀测试装置，试样框架的内左侧固定制有盘索桶，圆筒状结构的盘索桶内放置有回收缆，防止试样框架的底座产生吸力而不易回收，回收时，用吊装圆环将试验框架拉起的同时其右侧的配重铸铁板通过配重滑道抛弃，使回收更容易；试验框架的上部通过回收缆连接有浮体，浮体为玻璃浮球组或由玻璃微珠浮体材料制成，浮体用浮体支架支撑固定；半球体形结构的浮体的中部固定制有两个并联的声学释放器用于接收信号；两个声学释放器的下部分别通过释放锚链与试样框架固定连接；投放时，浮体与配重铸铁板配合保证试样装置下沉时的平衡姿态；回收时两个声学释放器释放，浮体与试验框架脱离，引带回收缆上浮到海面；两个声学释放器的上端支架结构制有吊装圆环，用于试验框架主体的吊拉；环境因素测试装置、腐蚀测试装置、声学释放器和海泥取样器均采用市售的成品结构和设备。