CN103792182B - 一种模拟垢下腐蚀的双电解池及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种垢下腐蚀电化学参数的测试技术及其专用子母配套双电解池。该电解池装置包括有机玻璃双电解池、工作电极、辅助电极、参比电极和离子扩散通道。有机玻璃双电解池由外电解池和内电解池组成；外电解池为敞开体系，有通气孔，用于本体溶液阴极区测量；内电解池为密闭装置，用于垢层下闭塞微环境的阳极区测量。工作电极、辅助电极和参比电极通过电解池顶盖上的橡胶塞固定，用于电化学参数的测量。离子扩散通道是连接内外电解池的有机玻璃通道，在通道中填充腐蚀垢层用于模拟真实垢层环境，并实现垢层内外离子的交换；扩散通道通过栓塞固定。该电解池便于垢下腐蚀的各项电化学参数的测量、可以较为准确地模拟垢层内、外的腐蚀环境，获取垢下腐蚀过程的信息及其动态变化。

Description

一种模拟垢下腐蚀的双电解池及应用

技术领域

本发明涉及一种模拟垢下腐蚀的双电解池及应用，用以研究垢层下闭塞区化学成分和电化学行为的变化，便于考察不同垢层在不同的腐蚀介质中或吸附不同的离子时物理化学性质的改变及其对闭塞微区的影响，同时也便于研究不同材料的局部腐蚀倾向。

背景技术

污垢覆盖金属表面会导致垢下腐蚀，腐蚀产物会形成污垢，二者互相促进，对系统的安全运行带来极大危害。传热面一旦形成污垢，会大大降低其传热效率，增加流动阻力，造成能源的损失和浪费；而腐蚀一旦发生，会造成换热器渗漏，影响生产装置的安全运行。随着海洋、地热、石油、天然气等资源开发利用的深入，各类工程装备日益大型化、复杂化，垢下腐蚀现象普遍存在于很多工程领域，如海水淡化装置、集输管线、循环水处理系统、加氢裂化装置、常减压蒸馏装置、抽油装置、蒸发器、冷凝器、换热器、锅炉等。深入研究金属在介质环境中腐蚀产物锈垢逐步形成过程的电化学行为可以为服役中的金属设备的保护提供依据。

金属表面覆盖腐蚀垢层后，垢下形成相对闭塞微环境，使得闭塞区内外物质交换受阻，造成闭塞区内介质对腐蚀的进行，在组成、浓度、pH值等方面与本体介质产生很大差异，从而在闭塞区内外产生介质的电化学不均匀性，形成闭塞腐蚀电池，通过酸化自催化作用，加速垢下闭塞区的腐蚀。从垢下腐蚀的形态以及发生、发展的过程来看，它是一种典型的闭塞电池腐蚀，因此垢下腐蚀可用闭塞腐蚀电池模型进行研究。许多学者提出过不同的模拟闭塞电池来研究金属材料的局部腐蚀行为。但这些研究都在人为施加较大的阳极极化下进行，没有考虑闭塞电池内外耦合电流驱动力与介质环境的关系，并且没有考虑垢层本身性质对膜下闭塞区的影响，难以获得真正反映垢下闭塞区自催化过程的电化学信息，以此来研究垢下腐蚀有较大缺陷。

发明内容

针对垢下腐蚀电化学行为和机理研究的难点和迫切性，考虑到垢层对垢下腐蚀有极大影响，本发明提供了一种能够模拟垢层下腐蚀情况的子母双电解池，用于对垢下腐蚀电化学信息的采集，以及垢下腐蚀电化学行为和机理的研究。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

所述电解池是一种适合研究垢下腐蚀行为和机理的子母配套双电解池，具体装配包括有机玻璃双电解池、工作电极、辅助电极、参比电极和离子扩散通道。有机玻璃双电解池由外电解池和内电解池组成。外电解池为敞开体系，有通气孔，溶液介质为外界本体腐蚀介质，用于本体溶液阴极区测量；内电解池为密闭装置，溶液介质为垢下闭塞区内微环境溶液介质，用于模拟垢层下闭塞区溶液微环境的阳极区测量。电解池内的工作电极、辅助电极和参比电极通过顶盖上的橡胶塞固定在电解池顶部，用于辅助电化学参数测量。内外电解池通过有机玻璃通道(离子扩散通道)连接，在通道中填充腐蚀垢层用于模拟真实垢下腐蚀情况，并实现垢层内外离子的交换。内、外电解池离子扩散通道通过栓塞连接，便于拆卸、安装和更换腐蚀垢层。

本发明的优点与积极效果为：

本发明电解池考虑到垢层的影响，可以同时准确模拟垢层外的腐蚀本体环境和垢层下闭塞区的腐蚀微环境，并能精确模拟垢下闭塞区自催化过程。另外，该电解池便于各种材料垢下腐蚀的各项电化学参数的测量；并可以准确地获取垢下腐蚀过程的信息及其动态变化，获取闭塞电池内外耦合电流驱动力与介质环境的关系。本发明具有结构简单、合理，操作方便，可行性强等优点。

附图说明

附图图1为模拟垢下腐蚀的双电解池示意图。其中1为外电解池；2为内电解池；3为工作电极；4为闭塞区工作阳极；5为辅助电极；6为参比电极；7为橡胶塞；8为离子扩散通道；9为通气孔；10为栓塞。

具体实施方式

在进行电化学测量时，将闭塞区工作阳极4用旋塞压紧固定至内电解池2底部的橡皮塞7上；将离子扩散通道8中填充好腐蚀垢层，用栓塞10将两侧离子扩散通道8固定，并将双侧电解池连接好；将外界本体腐蚀介质装入电解池1，没过与闭塞阳极室的通道口，打开通气孔9。将工作电极3、辅助电极5、参比电极6安装固定至橡皮塞7上，将橡皮塞7固定在电解池的顶盖；将少量模拟垢下闭塞区内微环境的溶液介质注入电解池2中，没过工作阳极4，将辅助电极5、参比电极6、安装固定至橡皮塞7上，将橡皮塞7固定在电解池的顶盖；将工作电极3、工作阳极4、辅助电极5、参比电极6由导线接出，并将导线连接至电化学设备，进行阴阳极电位、耦合电流、极化电阻和交流阻抗等电化学测量。

具体实施方式

在扩散离子通道中间填充一层厚度约为3mm的模拟腐蚀垢层。将闭塞阳极加工成10mm×10mm×2mm的薄片，用旋塞压紧固定在闭塞电池底部并接出导线，暴露工作面积约为0.2cm²。将本体电极加工成圆柱状，一端焊接铜导线，用环氧封固，工作面积约为1cm²，露出工作表面用水砂纸逐级打磨，用去离子水冲洗，丙酮脱除油脂，安装至橡胶塞顶盖上。将模拟闭塞区微环境的2mL左右的实验溶液注入内电解池闭塞腔内，用固定有参比电极的橡胶塞密封。在外电解池注入模拟本体腐蚀介质的实验溶液，溶液没至与闭塞内电解池的通道口，打开通气孔，使溶液暴露于空气中。

实施例1

将闭塞工作阳极与本体电极偶接，利用腐蚀电化学测试系统测试闭塞区内外的耦合电流。

实施例2

利用腐蚀电化学测试系统定时测量闭塞区阳极电位和本体电极电位。

实施例3

将闭塞工作阳极与本体电极偶接不同时间后，对闭塞阳极和本体电极分别进行线性极化，利用腐蚀电化学测试系统测试相应的极化电阻。

实施例4

将闭塞工作阳极与本体电极偶接一段时间后，利用腐蚀电化学测试系统测量闭塞阳极相当于闭塞区参比电极和本体溶液中参比电极的耦合电位。

实施例5

利用腐蚀电化学测试系统分别测量闭塞区阳极在各个耦合电位下的阻抗谱。

Claims (2)

1.一种用于研究垢下腐蚀行为和机理的子母配套双电解池，子母配套双电解池由外电解池(1)和内电解池(2)组成，包括：工作电极(3)、闭塞区工作阳极(4)、辅助电极(5)、参比电极(6)和离子扩散通道(8)；外电解池(1)为敞开体系，用于本体溶液阴极区测量；外电解池(1)由有机玻璃制做，顶盖由橡胶塞(7)固定，顶盖留有通气孔(9)；工作电极(3)、辅助电极(5)和参比电极(6)固定于橡胶塞(7)上；内电解池(2)为密闭装置，用于模拟垢层下闭塞区微环境溶液的阳极区测量；内电解池(2)的侧壁由有机玻璃制做，顶盖和底座由橡胶塞(7)固定；辅助电极(5)和参比电极(6)固定于顶盖橡胶塞(7)上，闭塞区工作阳极(4)镶嵌于底座橡胶塞(7)上；离子扩散通道(8)是连接内外电解池的有机玻璃通道，在通道中填充腐蚀垢层用于模拟真实垢下腐蚀情况，并实现垢层内外离子的交换，内、外电解池离子扩散通道通过栓塞(10)连接，便于拆卸、安装和更换腐蚀垢层。

2.如权利要求1所述的用于研究垢下腐蚀行为和机理的子母配套双电解池，其特征是在于：外电解池(1)的溶液介质为外界本体腐蚀介质，用于本体溶液阴极区测量；内电解池(2)的溶液介质为模拟垢下闭塞区内微环境的溶液介质，用于模拟垢层下闭塞区微环境溶液的阳极区测量。