CN104914038B - 一种旋转式冲蚀磨损电化学腐蚀测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了旋转式冲蚀磨损电化学测试装置，包括水箱、料浆罐、试样、旋转电机、工作电极柱、辅助电极、胶管、三通阀、烧杯、参比电极、盖板、旋转轴、搅拌叶轮、立柱、电机控制柜、恒电位电流分析仪和循环水系统；本发明通过对工作电极、参比电极和辅助电极抗冲蚀磨损保护方式设计，解决冲蚀磨损过程中电极容易损坏及变形问题，三电极通过导线外连到恒电位电流分析仪进行电化学腐蚀测试，通过计算机绘制冲蚀磨损过程中试样的电化学腐蚀曲线；本发明可以模拟冲蚀磨损实际工况条件，特别是准确分析测试冲蚀磨损过程中纯腐蚀量的真实情况及其对试样材料冲蚀磨损规律的影响，也可应用于实际工业环境中的现场测试。

Description

一种旋转式冲蚀磨损电化学腐蚀测试装置

技术领域

本发明涉及一种旋转式冲蚀磨损电化学腐蚀测试装置。

背景技术

液固两相流或单相流体冲蚀磨损是导致石油化工、冶金、水利水电等行业中各种管道、杂质泵、阀等过流部件快速损坏的重要原因。对于液固两相流冲蚀磨损，由于冲蚀磨损过程中既有冲刷磨损作用，也有腐蚀作用，同时还有冲刷磨损与腐蚀之间的交互作用，有时交互作用引起的材料流失速率比纯腐蚀和纯冲刷磨损之和还要大，其危害程度比纯腐蚀或纯冲刷磨损更大。因此，正确测试表征液固两相流冲蚀磨损过程中材料总流失速率、纯腐蚀、纯磨损速率以及腐蚀磨损交互作用速率，对于控制冲蚀磨损过程材料流失速率，设计合适的耐磨抗蚀材料，延长过流部件使用寿命具有重要的理论与实际指导意义。

在液固两相流中冲蚀磨损所引起的材料总流失速率可用下式来表示：

V_t＝V_e+V_c+V_s

式中：V_t——冲蚀磨损作用造成的材料总失重速率；

V_e——单纯机械冲刷磨损引起的材料失重速率；

V_c——单纯腐蚀引起的材料失重速率；

V_s——冲刷磨损和腐蚀的交互作用失重速率。

式中材料总流失速率V_t可以采用带有腐蚀性的实际料浆通过实验测试得到，纯冲刷磨损速率V_e可以采用蒸馏水加相同固体份数的没有腐蚀性的料浆实验测试得到，这两项相对容易测试。如果测试得到单纯腐蚀引起的材料失重速率V_c，则可以通过公式计算得到冲刷磨损和腐蚀的交互作用失重速率V_s。而冲蚀磨损过程中纯腐蚀量与静态时的纯腐蚀量不同，静态时的纯腐蚀量测试方便，其方法为：工作电极、辅助电极与参比电极放置在专用电极池中，电极池中装入测试的电解溶液。这种静态溶液中的三电极电化学测试系统，无法或难以进行冲蚀磨损过程中的动态纯腐蚀量的测试，因为动态溶液的高速冲蚀磨损过程中，溶液中三电极容易损坏或变形，其保护与固定难度大。

国内外研究者针对不同液固两相流冲蚀磨损工况设计制造了不同的旋转式冲蚀磨损试验装置，对冲蚀磨损过程中材料失重量、冲蚀磨损机理以及靶材优化设计等进行了系统研究。但旋转式冲蚀磨损过程中电化学腐蚀测试的研究报道较缺乏，中国专利ZL200710068213《一种应用于旋转式单相流冲蚀试验的电化学测试方法》通过先在静止的腐蚀介质溶液中给待测试件(工作电极)一个钝化电位使其预腐蚀，表面形成致密的保护膜，再通过电机改变单相流体流速，然后监测腐蚀电流和阻抗随流体转速变化的情况，研究钝化膜破裂的临界条件以及破裂瞬间的一些特性，能模拟工业环境中的实际工况条件。但现有的旋转式冲蚀磨损试验装置仍存在以下不足之处：

(1)较多的旋转式冲蚀磨损试验装置中，由于试样安装在旋转轴上，与旋转轴一起作高速运动，没有设计装配电化学测试系统，因而冲蚀磨损过程中电化学腐蚀的在线测试表征难以进行。

(2)试样不安装在旋转轴上的一些冲蚀磨损试验装置，难以解决高速流体冲蚀磨损过程中电化学测试系统电极的保护、固定问题。

发明内容

为了解决电极系统的保护及固定问题，本发明通过对工作电极、参比电极和辅助电极耐磨抗蚀保护方式设计，解决冲蚀磨损过程中电极容易损坏及变形问题，研究出耐冲蚀磨损电极保护套或电极材料和电极系统结构设计，这样可以进行冲蚀磨损过程中电化学在线测试，通过计算机记录冲蚀磨损过程中纯腐蚀量的变化情况。同时可以对石油化工、冶金、水利水电等行业中各种管道、杂质泵、阀等过流部件材料电化学腐蚀进行测试，准确分析纯腐蚀量及其对材料总流失量的影响，既可在实验室进行模拟测试分析，也可对实际工况环境进行现场测试分析，实用范围广，测试方便。

本发明的技术方案是这样实现的：一种旋转式冲蚀磨损电化学测试装置，包括水箱、料浆罐、试样、旋转电机、工作电极柱、辅助电极、胶管、三通阀、烧杯、参比电极、盖板、旋转轴、搅拌叶轮、立柱、电机控制柜、恒电位电流分析仪和循环水系统；所述的旋转电机安装在旋转轴的顶部并与电极控制柜相连，旋转轴底部安装有搅拌叶轮，在搅拌叶轮运行的浆料罐中的盖板上设有工作电极和辅助电极，工作电极底部装有试样；在浆料罐的外侧设有水箱，水箱与装置外部的水循环系统相连；在浆料罐的外部设有烧杯，其中辅助电极通过胶管连接到烧杯中，并且在胶管上设有三通阀，烧杯中还设有参比电极；所述的工作电极、辅助电极和参比电极均连接恒电位电流分析仪；水箱和浆料罐通过立柱固定在测设装置中部。

进一步，所述的工作电极柱和辅助电极柱设置在旋转轴的两侧。

进一步，在工作单电极柱的外侧设有保护套。

进一步，所述的旋转电机为无极调速电机。

本发明产生的有益效果是：通过对工作电极、参比电极和辅助电极耐冲蚀磨损方式设计，解决在冲蚀磨损过程中电极系统的保护、固定问题，可以进行冲蚀磨损过程中电化学腐蚀因素的在线测试，通过计算机记录冲蚀磨损过程中纯腐蚀量的变化情况；料浆罐中料浆介质的酸碱度及固液比可根据需要进行调整；电机的旋转速度可以无级调速，转速及试验时间通过计算机显示控制，在旋转轴下部设置了搅拌叶轮，可以使流体旋转及防止固体颗粒沉降到料浆罐底部，通过改变旋转轴转速的方式研究料浆冲蚀速度对冲蚀磨损过程中试样材料纯腐蚀量、纯磨损量和冲蚀磨损总量的影响，从而计算得到腐蚀与磨损交互作用量，分析冲蚀磨损机理。本发明既可以在实验室模拟分析，也可适用于冲蚀磨损实际工况条件(电极测试系统安装在实际工况环境)，对动态溶液高速冲蚀磨损过程纯腐蚀量进行实时测试，分析不同料浆介质、冲蚀速度等引起纯腐蚀量的变化情况，以及纯腐蚀量对试样总流失量的影响。本发明对于冲蚀磨损过程材料破坏原因分析、选材及优化设计、延长过流部件服役寿命等有较好的理论和实际意义。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为参比电极和辅助电极的结构示意图；

图3为工作电极的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

如图1所示，本发明包括水箱1、料浆罐2、试样3、保护套4、旋转电机5、工作电极柱6、辅助电极柱7、胶管8、三通阀旋钮9、烧杯10、参比电极11、盖板12、旋转轴13、搅拌叶轮14、立柱15、电机控制柜16、恒电位电流分析仪17、循环水系统18。旋转电机5安装在旋转轴13的顶部，旋转电机5可以无级调速，转速及试验时间可通过电机控制柜16控制。在旋转轴13下部设置了搅拌叶轮14，目的是使流体旋转及防止固体颗粒沉降到料浆罐2底部，通过改变旋转轴13转速的方式研究料浆介质、冲蚀速度等对冲蚀磨损过程中试样材料纯腐蚀量的影响。旋转轴13底部安装有搅拌叶轮14，料浆罐2内的酸碱度及固液比可以根据需要调整；在搅拌叶轮14运行的浆料罐2中的盖板12上设有工作电极6和辅助电极7，工作电极6底部装有试样3；在浆料罐2的外侧设有水箱1，水箱1与装置外部的水循环系统18相连，且水箱1内水温可通过循环水系统18控制。

如图2和图3所示，在浆料罐2的外部设有烧杯10，其中辅助电极7通过胶管8连接到烧杯10中，并且在胶管8上设有三通阀9，烧杯10中还设有参比电极11；水箱1和浆料罐2通过立柱15固定在测设装置中部。试样3表面设置了保护套4，矩形试样3仅一个冲刷面裸露在料浆液中，辅助电极7为耐冲蚀磨损的外套，防止冲蚀磨损过程中电极被料浆液损坏或变形，通过三通阀9和胶管8配合抽吸料浆罐2内料浆与放置在料浆罐2外的烧杯10内的参比电极8连通，工作电极6、辅助电极7及参比电极11通过导线分别连接到恒电位电流分析仪17上的WE、CE和RE电极旋钮上组成三电极系统，可进行液固两相流或单相流体冲蚀磨损过程中的电化学腐蚀测试，测试数据保存在配备有专用分析软件的计算机中，可绘制冲蚀磨损过程中试样的电化学腐蚀曲线，得到冲蚀磨损过程中的腐蚀量。

本发明的工作过程如下：

以液固两相流为例，按试验要求配制好有腐蚀离子和无腐蚀离子的相同液固比料浆液。按试验步骤分别加入料浆罐2内，先将试样3、工作电极6与保护套4安装配好，按要求调整好试样的冲刷角度后，通过螺钉固定在料浆盖板12上，同时将套有胶管8的辅助电极7采用螺钉固定在料浆盖板12上。在烧杯10中装入适量水，将参比电极11侵入烧杯中，调整三通阀9使料浆罐2中的料浆液进入三通阀9右侧胶管8后，将胶管8插入烧杯10中，与烧杯10中的水连通。然后将工作电极6、辅助电极7、参比电极11通过导线分别与恒电位电流分析仪17的专用三电极接线柱联接。在水箱1中加入适量水，通过电机控制柜16设定旋转速度，按启动按钮开始试验。

第一步，有腐蚀离子的料浆液试验。通过恒电位电流分析仪17可以测试公式V_t＝V_e+V_c+V_s中冲蚀磨损过程中的纯腐蚀失重速度V_c。公式V_t＝V_e+V_c+V_s中试样的冲蚀磨损总流失速率V_t可以通过测试冲蚀磨损试验前后试样的重量差值，然后计算得到。

第二步，无腐蚀离子的料浆液试验。公式V_t＝V_e+V_c+V_s中试样的纯冲刷磨损速率V_e可以采用蒸馏水加相同固体份数的没有腐蚀性的料浆实验，测试冲蚀磨损试验前后试样的重量差值，然后计算得到。

第三步，通过公式V_t＝V_e+V_c+V_s计算得到冲刷磨损和腐蚀的交互作用失重速率V_s。结合显微镜观察冲蚀磨损后试样的表面形貌等手段来分析试样材料的冲蚀磨损特征。不同材料通过上述试验，可以比较不同试样材料在相同料浆介质中的抗冲蚀磨损性能。

对所公开实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对本实施例的多重修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这种实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (3)

1.一种旋转式冲蚀磨损电化学测试装置，其特征在于：包括水箱、浆料罐、试样、旋转电机、工作电极柱、辅助电极柱、胶管、三通阀、烧杯、参比电极、盖板、旋转轴、搅拌叶轮、立柱、电机控制柜、恒电位电流分析仪和循环水系统；所述的旋转电机安装在旋转轴的顶部并与电机控制柜相连，旋转轴底部安装有搅拌叶轮，在搅拌叶轮运行的浆料罐中的盖板上设有工作电极柱和辅助电极柱，工作电极柱底部装有试样；在浆料罐的外侧设有水箱，水箱与装置外部的循环水系统相连；在浆料罐的外部设有烧杯，其中辅助电极柱通过胶管连接到烧杯中，并且在胶管上设有三通阀，烧杯中还设有参比电极；所述的工作电极柱、辅助电极柱和参比电极均连接到恒电位电流分析仪；水箱和浆料罐通过立柱固定在测试装置中部；所述的旋转电机为无极调速电机。

2.根据权利要求1所述的一种旋转式冲蚀磨损电化学测试装置，其特征在于：工作电极柱和辅助电极柱设置在旋转轴的两侧。

3.根据权利要求1所述的一种旋转式冲蚀磨损电化学测试装置，其特征在于：在工作电极柱的外侧设有保护套。