CN104634724A - 一种冷凝液腐蚀模拟实验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冷凝液模拟实验装置及方法，其包括实验容器、盖体、进气管道和出气管道，在盖体的中部设置有开口，从开口处自下而上分别设置有工作试样、半导体晶片和散热板，工作试样、半导体晶片和散热器三者之间通过螺杆、螺栓配合固定，工作试样为台阶状，在工作试样的上表面安装半导体晶片，半导体晶片与控制器连接，半导体晶片分为热极区和冷极区，工作试样的背面紧贴冷极区，散热板紧贴热极区。通过在工作试样表面设置半导体晶片，通过控制半导体晶片的温度来达到模拟水蒸气及其它腐蚀性挥发性气体冷凝的目的，可准确模拟湿天然气、湿CO₂输送管道及其它挥发性腐蚀性气体在管道和设备表面形成冷凝液所导致的腐蚀状况。

Description

一种冷凝液腐蚀模拟实验装置及方法

技术领域

本发明属于材料腐蚀与防护技术领域，具体涉及一种冷凝液腐蚀模拟实验装置。

背景技术

湿天然气和湿CO₂在输送过程中，由于管道外部保温层破裂，保温效果不佳等原因可能导致管壁表面的温度明显低于管道内部天然气或CO₂的温度，对于海底管道或未埋地管道，这种温度差将更加明显，管道内壁的水分及其它挥发性物质在管壁表面冷凝形成冷凝液，导致管道发生冷凝液腐蚀，这类腐蚀主要发生在管道内部上半部分(9点到3点部分)，也称为顶部腐蚀，与露点腐蚀类似。

对于冷凝液腐蚀模拟研究，只有准确控制冷凝液的温度或测试试样表面的温度才能保证腐蚀模拟结果的准确性。专利CN102692438A公开了一种能够实现电化学测试的露点腐蚀实验装置，该装置通过冷却水对冷凝管进行冷凝冷却，在冷却水的作用下使冷凝管内的腐蚀性气体和水蒸气在测试试样表面冷凝结成露珠，然而此方式不能准确控制测试表面的温度；专利CN1657901A公开了一种高温高压冷凝水腐蚀模拟实验装置，其通过在高温高压釜内安装冷凝器，控制冷凝器内水的温度来控制冷凝器侧壁上垂直安装的试样表面温度，若需稳定在一个预定试样表面温度需要较长时间，并不容易控制，这对实验结果必然造成影响；另外，由于试样垂直安装，在试样表面冷凝的液滴会在自身重力的作用下滴落，并不能模拟湿天然气管道内部冷凝液滴在管内壁上半部分表面的腐蚀状况。

发明内容

基于上述现有技术中存在的技术问题，本发明提出了一种冷凝液模拟实验装置及方法，该装置可准确控制冷凝液温度；将工作试样水平安装，更加接近管道顶部冷凝液造成的腐蚀状况。

其技术解决方案包括：

一种冷凝液腐蚀模拟实验装置，其包括实验容器、盖体、进气管道和出气管道，所述实验容器顶部设置有凸缘，所述盖体用于密封所述实验容器，所述实验容器内盛装腐蚀液，所述进气管道、出气管道均伸入所述实验容器内，所述进气管道伸入腐蚀液液面以下，所述出气管道位于腐蚀液液面以上，所述盖体的中部设置有开口，从所述开口处自下而上分别设置有工作试样、半导体晶片和散热板，所述工作试样、半导体晶片和散热器三者之间通过螺杆、螺栓配合固定，所述工作试样为台阶状，所述工作试样的上表面安装所述半导体晶片，所述半导体晶片与控制器连接，所述半导体晶片分为热极区和冷极区，所述工作试样的背面紧贴所述冷极区，所述散热板紧贴所述热极区，所述半导体晶片产生的热量从热极区经散热板散出。

作为本发明的一个优选方案，上述凸缘上分布有半圆形凹槽，上述凹槽内填充有密封圈。

作为本发明的另一个优选方案，上述盖体的上下方分别设置有大于上述盖体面积的固定夹，上述固定夹两端设置有螺杆和与其配合的螺栓，上述盖体和实验容器通过上述螺杆和螺栓连接进行密封。

工作试样，除工作表面和与半导体晶片冷极区接触表面外，其它表面均做绝缘处理。

本发明提出了一种冷凝液腐蚀模拟实验装置，其在工作试样表面设置半导体晶片，通过控制器对半导体晶片的温度进行控制，通过控制半导体晶片的温度来达到模拟水蒸气及其它腐蚀性挥发性气体冷凝的目的，而现有技术中是通过控制冷却水的温度来达到对水蒸气及其他腐蚀性挥发性气体冷凝的目的；显然，本发明通过半导体晶片可使试样表面快速到达预定温度，且操作方便易控制，而现有技术中通过冷却水将工作试样表面温度稳定在某一预定温度，需要较长时间，会影响实验结果的准确性。

本发明通过在盖体上镶嵌工作试样，工作试样表面安装半导体晶片，工作试样紧贴半导体晶片的冷极区，散热板紧贴半导体晶片的热极区，在半导体晶片的帕尔帖效应下使实验容器中的水蒸气及其他腐蚀性气体在工作试样的表面冷凝；由于可快速准确地控制半导体晶片冷极的温度，即可准确控制冷凝液温度；工作试样水平安装，更加接近管道顶部冷凝液造成的腐蚀状况。

本发明采用半导体晶片的帕尔帖效应，可快速准确地控制冷凝液腐蚀模拟实验中工作试样表面(及冷凝液)温度，准确模拟湿天然气和湿CO₂输送管道表面冷凝液腐蚀状况。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步清楚、完整的说明：

图1为本发明冷凝液腐蚀模拟实验装置的结构示意图；

图中，1、实验容器，2、固定夹，3、螺杆和螺栓，4、进气管道，5、工作试样，6、散热板，7、螺杆和螺栓，8、半导体晶片，9、出气管道，10、密封圈，11、盖体。

具体实施方式

本发明公开了一种冷凝液腐蚀模拟实验装置，为了使本发明的优点、技术方案更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本发明做进一步清楚、完整的说明。

结合图1所示，本发明，一种冷凝液腐蚀模拟实验装置，其包括实验容器1、盖体11、进气管道4和出气管道9，实验容器1内盛装腐蚀溶液，实验容器1和盖体11均由耐腐蚀性的材料制作而成，在实验容器1顶部有凸缘，凸缘上分布有半圆形凹槽，盖体11的直径与实验容器1的凸缘直径相同，即盖体11可完全盖住实验容器1顶部的开口，凹槽内填充有密封圈10，本发明优选密封圈10为O型圈，密封圈10是为了让盖体和实验容器之间更好的密封；在盖体11的上方和下方均布设有固定夹2，固定夹2的面积大于盖体11的面积，并且其盖住盖体后，周围剩余的即延伸处，在延伸处设置螺杆和螺栓，通过螺杆和螺栓将固定夹固定住，即可实现对盖体11和实验容器1的密封。

在盖体11上开口，镶嵌台阶状工作试样5，工作试样5的工作表面与盖体11的下表面平齐，工作试样5的上表面安装半导体晶片8，半导体晶片8的上方设置散热板6，工作试样5的背面紧贴半导体晶片8的冷极区，散热板6紧贴半导体晶片8的热极区，工作试样5除工作表面和与半导体晶片冷端接触表面外，其余表面均作绝缘处理，避免发生缝隙腐蚀，散热板6、半导体晶片8和工作试样5之间通过固定螺杆和螺栓7进行固定，实验前及实验过程中通过进气管道4和出气管道9分别将实验气体通入、将尾气排出实验容器1。

半导体晶片8与控制器连接，通过控制器对半导体晶片8冷端及工作试样5的温度进行控制，半导体晶片8热端所产生的热量通过散热板6进行散热，实验容器1内的水蒸气及其他腐蚀性气体在工作试样的表面冷凝形成冷凝液，对工作试样5造成腐蚀，若需观察工作试样表面的冷凝过程，可在实验容器盖11上开口插入内窥镜进行观察。

实施例1：

本实施例主要针对常压实验容器而言，一种冷凝液腐蚀模拟实验装置，由实验容器1和盖体11组成，实验容器1和盖体11均由耐腐蚀性的材料制作；实验容器1内加入实验溶液，在实验容器1的凸缘的凹槽内放入一个密封圈10；将实验容器1和盖体进行密封；

在实验容器盖11上开口，镶嵌台阶状工作试样5，工作试样5的工作表面与盖体11的下表面平齐。工作试样5上表面安装半导体晶片8，工作试样5背面紧贴半导体晶片8的冷极上，散热板6紧贴半导体晶片8的热极上；工作试样5除工作表面和背面外其余表面均作绝缘处理，避免发生缝隙腐蚀。

散热板6、半导体晶片8和工作试样5之间通过固定螺杆和螺栓7进行固定，实验前及实验过程中通过进气管4和出气管9将实验气体通入和尾气排出实验容器1。

通过控制器对半导体晶片8冷端及工作试样5的温度进行控制，半导体晶片8热端所产生的热量通过散热板6进行散热；实验容器1内的水蒸气及及其他腐蚀性气体在工作试样的表面冷凝形成冷凝液，对工作试样5造成腐蚀。若需观察工作试样表面的冷凝过程，可在实验容器盖11上开口插入内窥镜进行观察。

实施例2：

本例主要针对高温高压釜类的实验容器而言，在釜盖上安装工作试样5，工作试样5上表面安装半导体晶片8，工作试样背面紧贴半导体晶片8的冷极上，散热板6紧贴半导体晶片8的热极上，其它连接方式与常压实验容器相同。

上述实施例1的大体模拟方法，包括以下步骤：

向实验容器1内加入实验溶液，在实验容器1的凸缘的凹槽内放入一个密封圈10；实验容器1和盖体11通过上下两片固定夹2及固定螺杆和螺栓3进行固定，通过密封圈10进行密封；在盖体11上开口，镶嵌台阶状工作试样5，工作试样5的工作表面与盖体11的下表面平齐，工作试样5表面安装半导体晶片8，工作试样背面紧贴半导体晶片8的冷极区，散热板6紧贴半导体晶片8的热极区；工作试样5除工作表面和背面外，其余表面均作绝缘处理，避免发生缝隙腐蚀；散热板6、半导体晶片8和工作试样5之间通过固定螺杆和螺栓7进行固定，实验前及实验过程中通过进气管道4和出气管道9将实验气体通入和尾气排出实验容器1。

设定冷凝液的温度，通过控制器对半导体晶片8冷端及工作试样5的温度进行控制，半导体晶片8热端所产生的热量通过散热板6进行散热；实验容器1内的水蒸气及及其他腐蚀性气体在工作试样的表面冷凝形成冷凝液，对工作试样5造成腐蚀。若需观察工作试样表面的冷凝过程，可在实验容器盖11上开口插入内窥镜进行观察。

Claims (4)

1.一种冷凝液腐蚀模拟实验装置，其包括实验容器、盖体、进气管道和出气管道，所述实验容器顶部设置有凸缘，所述盖体用于密封所述实验容器，所述实验容器内盛装腐蚀液，所述进气管道、出气管道均伸入所述实验容器内，所述进气管道伸入腐蚀液液面以下，所述出气管道位于腐蚀液液面以上，其特征在于：所述盖体的中部设置有开口，从所述开口处自下而上分别设置有工作试样、半导体晶片和散热板，所述工作试样、半导体晶片和散热器三者之间通过螺杆、螺栓配合固定，所述工作试样为台阶状，所述工作试样的上表面安装所述半导体晶片，所述半导体晶片与控制器连接，所述半导体晶片分为热极区和冷极区，所述工作试样的背面紧贴所述冷极区，所述散热板紧贴所述热极区，所述半导体晶片产生的热量从热极区经散热板散出。

2.根据权利要求1所述的冷凝液腐蚀模拟实验装置，其特征在于：所述凸缘上分布有半圆形凹槽，所述凹槽内填充有密封圈。

3.根据权利要求1所述的冷凝液腐蚀模拟实验装置，其特征在于：所述盖体的上下方分别设置有大于所述盖体面积的固定夹，所述固定夹两端设置有螺杆和与其配合的螺栓，所述盖体和实验容器通过所述螺杆和螺栓连接进行密封。

4.根据权利要求1所述的冷凝液腐蚀模拟实验装置，其特征在于：所述工作试样，除工作表面和与半导体晶片冷极区接触表面外，其它表面均做绝缘处理。