CN105259101B - 一种用于模拟海泥腐蚀环境下海洋工程材料的试验装置 - Google Patents

Abstract

一种用于模拟海泥腐蚀环境下海洋工程材料的试验装置，包括试验箱、控制箱、传感器信号处理器、循环沉淀箱、清水箱、电动隔膜泵、明管、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、第五电磁阀、第六电磁阀、第一手动阀、第二手动阀、第三手动阀、第四手动阀、第五手动阀、第六手动阀、第七手动阀、第八手动阀、第一止回阀、第二止回阀、盐度传感器、PH值传感器、温度传感器、溶解氧传感器、第一液位传感器、第二液位传感器及第三液位传感器，试验装置充分模拟了自然环境下海泥的腐蚀环境，同时还可以模拟周期的涨退潮、日照等效果，最大程度的复现了海泥腐蚀的自然环境，循环沉淀箱与清水箱的配合使用，实现腐蚀介质的动态平衡。

Description

一种用于模拟海泥腐蚀环境下海洋工程材料的试验装置

技术领域

本发明属于试验装置技术领域，尤其是一种用于模拟海泥腐蚀环境下海洋工程材料的试验装置。

背景技术

金属、钢筋混凝土、涂层等海洋工程材料的腐蚀速度及测量技术与海洋工程设计直接相关，海泥腐蚀引起的结构偏移、周期复检不达标等直接影响工程的使用期限，因此海泥环境下材料的腐蚀速度及测量技术是人们非常关心的问题。

研究表明，由于海泥所特有的复杂腐蚀环境，在不同区域、不同腐蚀环境的海泥中，钢铁的腐蚀速度会相差10倍以上，厌氧细菌存在下的腐蚀甚至使海底管线穿孔，因此获取海洋工程材料在不同海泥区的实际腐蚀速度并形成全套的试验、评价具有非常重要的实际意义。

目前，海洋工程材料在海泥环境中的腐蚀试验与评估多采用实地埋样法，实地埋样法存在试样量大、周期长、人力和资金需求大、试样回收率低等问题，而用于模拟海泥腐蚀环境下海洋工程材料的试验装置尚未见到相关报道。

发明内容

为解决上述问题，本发明设计了一种用于模拟海泥腐蚀环境下海洋工程材料的试验装置，该试验装置实际上又是一种室内模拟埋片试验装置，在实验室条件下利用所研究海域或类似于该海域的海泥进行埋片，并在试验装置的配置下通过控制温度、PH值、日照时间、涨退潮时间间隔等参数，研究海洋工程材料在该海泥中腐蚀速度，为海洋工程选材提供技术支撑，缩短试验周期，降低试验的人力和物力投入。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于模拟海泥腐蚀环境下海洋工程材料的试验装置，该试验装置由试验箱、试验信号采集与处理系统、储水沉淀系统、水路循环系统及控制系统五个部分构成，所述试验信号采集与处理系统包括盐度传感器、PH值传感器、温度传感器、溶解氧传感器、第一液位传感器、第二液位传感器、第三液位传感器及传感器信号处理器，所述储水沉淀系统包括循环沉淀箱和清水箱，所述水路循环系统包括电动隔膜泵、连接管、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、第五电磁阀、第六电磁阀、第一手动阀、第二手动阀、第三手动阀、第四手动阀、第五手动阀、第六手动阀、第七手动阀、第八手动阀、第一止回阀、第二止回阀，所述控制系统包括控制箱和计算机，电动隔膜泵和各电磁阀通过各自的控制线与计算机联接，传感器信号处理器通过各自的控制线与计算机联接，计算机通过各自的控制线与控制箱联接，控制箱和计算机实时调节和显示试验箱的液位、温度、涨退潮时间间隔各参数，计算机记录试验过程中的异常信号及传感器信号处理器上传的数据，并绘制图表实现微机自动控制，本发明的特征如下：

试验箱由箱体和盖板构成，所述箱体又分为内箱和外箱，所述内箱由高强度耐海水腐蚀材料制作而成，所述外箱由填充硅酸盐的保温防腐材料制作而成，所述内箱安装在所述外箱内且所述内箱的上端水平高度低于所述外箱的上端水平高度，所述内箱与所述外箱互不接触形成周围空夹层，所述周围空夹层构成海水回收通道，在所述内箱的底部配装有用于分离其箱内海泥和海水的过滤网，在所述内箱中还配装有电加热管，在所述外箱的底部设置出水孔，所述出水孔通过第六电磁阀和第六手动阀流入循环沉淀箱，所述盖板由防腐耐热材料制作而成且倒扣在所述外箱上端，所述盖板内配装两个环境灯，一个环境灯用于模拟自然晨昏，另一个环境灯用于模拟正午日照；

在所述试验信号采集与处理系统中，第一液位传感器安装于试验箱一侧并用于监测试验箱的实时液位，第二液位传感器安装于循环沉淀箱一侧并用于监测循环沉淀箱的实时液位，第三液位传感器安装于清水箱一侧并用于监测清水箱的实时液位，盐度传感器、PH值传感器、温度传感器、溶解氧传感器和液位传感器从上到下并排设置在试验箱一侧，盐度传感器、PH值传感器、温度传感器、溶解氧传感器、第一液位传感器、第二液位传感器和第三液位传感器的七个采集信号分别通过各自的控制线汇总到传感器信号处理器内；

所述水路循环系统分为进水管路系统和回水管路系统，在进水管路系统中：第一电磁阀通过所述连接管联接第一手动阀、第二电磁阀通过所述连接管联接第二手动阀且构成试验箱的两条进水管路；第六电磁阀通过所述连接管联接第六手动阀、第三电磁阀通过所述连接管联接第三手动阀且构成循环沉淀箱的两条进水管路；第七手动阀通过所述连接管联接第八手动阀构成清水箱的进水管路；第一电磁阀、第二电磁阀及第三电磁阀分别通过所述连接管并联联接在电动隔膜泵的出水端；在回水管路系统中：第四手动阀、第四电磁阀及第一止回阀通过所述连接管串接构成循环沉淀箱的回水管路，第五手动阀、第五电磁阀及第二止回阀通过所述连接管串接构成清水箱的回水管路，第一止回阀、第二止回阀分别通过所述连接管并联联接在电动隔膜泵的进水端；

在所述储水沉淀系统中，循环沉淀箱底部呈漏斗状并用于沉淀试验箱回流海水携带的海泥，所述漏斗状的底部中心设有一排水孔，所述排水孔分别通过第七手动阀和第八手动阀联接在清水箱的底部；所述漏斗状的上端一侧设有回水孔，所述回水孔分别通过第四手动阀、第四电磁阀、第一止回阀联接在电动隔膜泵的进水端；循环沉淀箱一侧的上部位置设有一排水孔，所述排水孔用于排出循环沉淀箱内高液位溢流的海水，与所述排水孔水平等高的循环沉淀箱另一侧设置有明管，明管用来查看循环沉淀箱内的实时液位的高低及海水的混浊情况，循环沉淀箱的上端是由第六电磁阀和第六手动阀、第三电磁阀和第三手动阀构成的两条进水管路，其中第六电磁阀和第六手动阀构成循环沉淀箱的进水主管路，而第三电磁阀和第三手动阀构成循环沉淀箱的进水辅助管路；清水箱是密闭容器，清水箱的容积与循环沉淀箱的容积匹配，清水箱的一侧下端依次串接第五手动阀、第五电磁阀、第二止回阀，清水箱的底部依次串接第八手动阀、第七手动阀。

由于采用如上所述技术方案，本发明产生如下积极效果：

1、本发明的试验装置具有操作安全简便，运行稳定可靠之特点。

2、本发明的试验装置充分模拟了自然环境下海泥的腐蚀环境，同时还可以模拟周期的涨退潮、日照等效果，最大程度的复现了海泥腐蚀的自然环境。

3、试验装置中的控制系统能对腐蚀影响因素进行实时的监测并记录，循环沉淀箱与清水箱的配合使用，实现腐蚀介质的动态平衡。

4、试验装置中的水路循环系统能大大节约试验水资源和试验费用，经过计算，无水路循环系统的装置，一天的用水量可达到10m³以上，而试验装置在试验稳定后其一天的用水量只有几十升，相差巨大。

5、试验装置操作简便，开启电源，控制试验参数如温度、涨退潮时间间隔等，再设置监控参数的预警阀值如pH值、离子浓度等并制定试验程序，即可用于模拟海泥腐蚀环境下海洋工程材料的试验，试验过程能实现微机自动控制。

附图说明

图1是本发明试验装置的配置示意简图。

图1中：1-试验箱；2-控制箱；3-传感器信号处理器；4-循环沉淀箱；5-清水箱；6-电动隔膜泵；7-明管；8-第一电磁阀；9-第二电磁阀；10-第三电磁阀；11-第四电磁阀；12-第五电磁阀；13-第六电磁阀；14-第一手动阀；15-第二手动阀；16-第三手动阀；17-第四手动阀；18-第五手动阀；19-第六手动阀；20-第七手动阀；21-第八手动阀；22-第一止回阀；23-第二止回阀；24-盐度传感器；25-PH值传感器；26-温度传感器；27-溶解氧传感器；28-第一液位传感器；29-第二液位传感器；30-第三液位传感器。

具体实施方式

本发明是一种用于模拟海泥腐蚀环境下海洋工程材料的试验装置，该试验装置为金属、钢筋混凝土、涂层等海洋工程材料在模拟海泥腐蚀环境下提供防腐耐蚀试验，为海洋工程材料的耐海泥环境腐蚀性能及评价提供试验依据，是海洋工程材料在海泥环境下的腐蚀性能监测、基础数据积累、机理研究和寿命评估的试验平台。

结合图1，本发明的试验装置包括试验箱1、控制箱2、传感器信号处理器3、循环沉淀箱4、清水箱5、电动隔膜泵6、明管7、第一电磁阀8、第二电磁阀9、第三电磁阀10、第四电磁阀11、第五电磁阀12、第六电磁阀13、第一手动阀14、第二手动阀15、第三手动阀16、第四手动阀17、第五手动阀18、第六手动阀19、第七手动阀20、第八手动阀21、第一止回阀22、第二止回阀23、盐度传感器24、PH值传感器25、温度传感器26、溶解氧传感器27、第一液位传感器28、第二液位传感器29及第三液位传感器30。

上述盐度传感器24、PH值传感器25、温度传感器26、溶解氧传感器27、第一液位传感器28、第二液位传感器29、第三液位传感器30及传感器信号处理器3构成试验信号采集与处理系统。

上述循环沉淀箱4和清水箱5构成储水沉淀系统。

上述电动隔膜泵6、第一电磁阀8、第二电磁阀9、第三电磁阀10、第四电磁阀11、第五电磁阀12、第六电磁阀13、第一手动阀14、第二手动阀15、第三手动阀16、第四手动阀17、第五手动阀18、第六手动阀19、第七手动阀20、第八手动阀21、第一止回阀22、第二止回阀23以及所配连接管构成水路循环系统。

上述控制箱2以及计算机构成控制系统。

电动隔膜泵6和各电磁阀通过各自的控制线与计算机联接，传感器信号处理器3通过各自的控制线与计算机联接，计算机通过各自的控制线与控制箱2联接，控制箱2和计算机实时调节和显示试验箱1的液位、温度、涨退潮时间间隔各参数，计算机记录试验过程中的异常信号及传感器信号处理器3上传的数据，并绘制图表实现微机自动控制，这些功能对本领域普通技术人员而言是显而易见的且并不复杂。

本发明的试验装置其具体联接方式参见所述技术方案，不另赘述。

使用本发明试验装置的基本条件是：取试验海域的实海海泥并置入试验箱内，同时埋入海洋工程材料试样，配置海水模拟试液，通过电动隔膜泵定期抽水或是停歇来模拟海水涨退潮效果，在控制系统各试验参数的动态监控下实时监测记录试验箱内模拟海水试液的pH值、温度、离子浓度、日照时间和涨退潮间隔等腐蚀影响因素，从而模拟出海洋工程材料在自然环境下长期被高含水量海泥包覆同时受自然涨退潮周期浸泡的腐蚀环境。

试验箱1由箱体和盖板构成，所述箱体又分为内箱和外箱，所述内箱由高强度耐海水腐蚀材料制作而成，所述外箱由填充硅酸盐的保温防腐材料制作而成，所述盖板由防腐耐热材料制作而成，循环沉淀箱4和清水箱5或由耐海水腐蚀材料制作而成，或由高强度耐海水腐蚀材料制作而成，这些材料均是常见工程材料，只要满足试验装置的要求即可。

使用本发明试验装置的主要参考技术参数见下表。

使用本发明的试验装置，其三个典型的实施例仅用于参考，目的是体现试验装置的可靠性，本发明的试验装置具备多种条件下的使用，凡利用本发明的试验装置获得的结果均属于本发明的保护范围，三个实施例均为简述并参照上述基本条件及上表。

实施例1：模拟涨退潮自然条件下45#钢海泥包覆腐蚀试验。

试验样品：45#钢；

试验介质：厦门海域实海海水、实海海泥；

试验条件

a)试验温度：45℃；

b)涨退潮时间间隔：6h；

c)试验介质更换频率：7d；

d)试验时间：30天；

试验过程

a)关闭第七手动阀20和第八手动阀21，打开其余手动阀；

b)在试验箱1中放入实海海泥，平行埋入试验样品，该试验样品均需保持一定间距；

c)在循环沉淀箱4和清水箱5中加满实海海水；

d)设定好试验温度、涨退潮时间间隔、试验液位等参数；

e)开启试验：此时第四电磁阀11、第一电磁阀8和第二电池阀9同时打开，电动隔膜泵6启动，试验箱1开始涨潮，涨潮水路为：循环沉淀箱4→第四手动阀17→第四电磁阀11→第一止回阀22→电动隔膜泵6→第一电磁阀8和第二电池阀9→第一手动阀14和第二手动阀15→试验箱1，试验箱1的水位涨至设定水位后，电动隔膜泵6停止，同时第一电磁阀8、第二电磁阀9和第四电磁阀11关闭，试验箱1开始加热；

f)达到退潮时间后，第六电磁阀13开启，试验箱1开始退潮，退潮水路为：试验箱1→第六电磁阀13→第六手动阀19→循环沉淀箱4；

g)涨退潮依据设定时间循环进行，达到总试验时间后停止，取出各试验样品并分别拍摄各试验样品的宏观照片，后处理采集腐蚀试验数据。

试验结果

经过30天模拟海泥腐蚀环境，对45#钢进行耐腐蚀测试，试验样品腐蚀形态与实海埋样相似、腐蚀速率比实海埋样大，原因是模拟试验控制温度比实海高且涨退潮交替间隔小于自然环境，试验宏观照片和腐蚀速率对比参考结果见下表。

通过上表的对比，采用本试验装置进行测试的试验样品与自然环境下的试验样品具有相似的腐蚀形态，且腐蚀速率的不同能够反应出试验参数的影响，具有一定的加速性，说明本发明的试验装置在模拟自然海泥环境腐蚀及对金属的耐腐蚀性能进行测试具备可靠性，为海洋工程选材和评价提供了试验平台。实施例2：电动隔膜泵超载保护试验。

试验样品：无；

试验介质：普通自来水；

试验条件

a)试验温度：室温；

b)涨退潮时间间隔：2h；

试验过程

a)关闭第一手动阀14、第二手动阀15、第七手动阀20和第八手动阀21，打开其余手动阀；

b)在循环沉淀箱4和清水箱5中加满普通自来水；

c)设定好试验温度、涨退潮时间间隔、试验液位等参数；

d)开启试验：此时第四电磁阀11、第一电磁阀8和第二电池阀9同时打开，电动隔膜泵6启动，由于第一手动阀14和第二手动阀15被关闭，电动隔膜泵6很快超载，控制系统自动打开第三电磁阀10泄压，将普通自来水引入循环沉淀箱4内，电动隔膜泵6超载保护水路为：循环沉淀箱4→第四手动阀17→第四电磁阀11→第一止回阀22→电动隔膜泵6→第三电磁阀10→第三手动阀16→循环沉淀箱4；

试验结果

试验装置在电动隔膜泵6超载的情况下自动开启了第三电磁阀10进行泄压保护，自循环水路流畅。

实施例3：清水箱补水运行试验。

试验样品：无

试验介质：普通自来水

试验条件

a)试验温度：室温；

b)涨退潮时间间隔：2h；

试验过程

a)关闭第七手动阀20和第八手动阀21，打开其余手动阀；

b)在循环沉淀箱4中加入半箱普通自来水，在清水箱5中加满普通自来水；

c)设定好试验温度、涨退潮时间间隔、试验液位等参数，试验液位参数设定最大值；

d)开启试验：此时第四电磁阀11、第一电磁阀8和第二电池阀9同时打开，电动隔膜泵6启动，试验箱1开始涨潮，涨潮水路同实施例1所述；

e)当循环沉淀箱4液位不断下降并触及低液位线后，第五电磁阀12开启，第四电磁阀11闭合，试验箱1继续涨潮，此时涨潮水路为：清水箱5→第五手动阀18→第五电磁阀12→第二止回阀23→电动隔膜泵6→第一电磁阀8和第二电磁阀9→第一手动阀14和第二手动阀15→试验箱1，试验箱1的水位涨至设定水位后，电动隔膜泵6停止，同时第一电磁阀8、第二电磁阀9和第五电磁阀12关闭；

f)达到退潮时间后，第六电磁阀13开启，试验箱1开始退潮，退潮水路同实施例1所述。

试验结果

试验装置在循环沉淀箱4低液位线被触及而试验箱1的水位未达到预设液位的情况下，能够自动开启清水箱5进行补水，水路流畅。

上述三个实施例也充分说明了本发明的控制系统完全能够满足试验装置需求。

Claims (1)

1.一种用于模拟海泥腐蚀环境下海洋工程材料的试验装置，该试验装置由试验箱(1)、试验信号采集与处理系统、储水沉淀系统、水路循环系统及控制系统五个部分构成，所述试验信号采集与处理系统包括盐度传感器(24)、PH值传感器(25)、温度传感器(26)、溶解氧传感器(27)、第一液位传感器(28)、第二液位传感器(29)、第三液位传感器(30)及传感器信号处理器(3)，所述储水沉淀系统包括循环沉淀箱(4)和清水箱(5)，所述水路循环系统包括电动隔膜泵(6)、连接管、第一电磁阀(8)、第二电磁阀(9)、第三电磁阀(10)、第四电磁阀(11)、第五电

磁阀(12)、第六电磁阀(13)、第一手动阀(14)、第二手动阀(15)、第三手动阀(16)、第四手动阀(17)、第五手动阀(18)、第六手动阀(19)、第七手动阀(20)、第八手动阀(21)、第一止回阀(22)、第二止回阀(23)，所述控制系统包括控制箱(2)和计算机，电动隔膜泵(6)和各电磁阀通过各自的控制线与计算机联接，传感器信号处理器(3)通过各自的控制线与计算机联接，计算机通过各自的控制线与控制箱(2)联接，控制箱(2)和计算机实时调节和显示试验箱(1)的液位、温度、涨退潮时间间隔各参数，计算机记录试验过程中的异常信号及传感器信号处理器(3)上传的数据并绘制图表实现计算机自动控制，其特征是：

试验箱(1)由箱体和盖板构成，所述箱体又分为内箱和外箱，所述内箱由高强度耐海水腐蚀材料制作而成，所述外箱由填充硅酸盐的保温防腐材料制作而成，所述内箱安装在所述外箱内且所述内箱的上端水平高度低于所述外箱的上端水平高度，所述内箱与所述外箱互不接触形成周围空夹层，所述周围空夹层构成海水回收通道，在所述内箱的底部配装有用于分离其箱内海泥和海水的过滤网，在所述内箱中还配装有电加热管，在所述外箱的底部设置出水孔，所述出水孔通过第六电磁阀(13)和第六手动阀(19)流入循环沉淀箱(4)，所述盖板由防腐耐热材料制作而成且倒扣在所述外箱上端，所述盖板内配装两个环境灯，一个环境灯用于模拟自然晨昏，另一个环境灯用于模拟正午日照；

在所述试验信号采集与处理系统中，第一液位传感器(28)安装于试验箱(1)一侧并用于监测试验箱(1)的实时液位，第二液位传感器(29)安装于循环沉淀箱(4)一侧并用于监测循环沉淀箱(4)的实时液位，第三液位传感器(30)安装于清水箱(5)一侧并用于监测清水箱(5)的实时液位，盐度传感器(24)、PH值传感器(25)、温度传感器(26)、溶解氧传感器(27)和液位传感器28从上到下并排设置在试验箱(1)一侧，盐度传感器(24)、PH值传感器(25)、温度传感器(26)、溶解氧传感器(27)、

第一液位传感器28、第二液位传感器(29)和第三液位传感器(30)的七个采集信号分别通过各自的控制线汇总到传感器信号处理器(3)内；

所述水路循环系统分为进水管路系统和回水管路系统，在进水管路系统中：第一电磁阀(8)通过所述连接管联接第一手动阀(14)、第二电磁阀(9)通过所述连接管联接第二手动阀(15)且构成试验箱(1)的两条进水管路；第六电磁阀(13)通过所述连接管联接第六手动阀(19)、第三电磁阀(10)通过所述连接管联接第三手动阀(16)且构成循环沉淀箱(4)的两条进水管路；第七手动阀(20)通过所述连接管联接第八手动阀(21)构成清水箱(5)的进水管路；第一电磁阀(8)、第二电磁阀(9)及第三电磁阀(10)分别通过所述连接管并联联接在电动隔膜泵(6)的出水端；在回水管路系统中：第四手动阀(17)、第四电磁阀(11)及第一止回阀(22)通过所述连接管串接构成循环沉淀箱(4)的回水管路，第五手动阀(18)、第五电磁阀(12)及第二止回阀(23)通过所述连接管串接构成清水箱(5)的回水管路，第一止回阀(22)、第二止回阀(23)分别通过所述连接管并联联接在电动隔膜泵(6)的进水端；

在所述储水沉淀系统中，循环沉淀箱(4)底部呈漏斗状并用于沉淀试验箱(1)回流海水携带的海泥，所述漏斗状的底部中心设有一排水孔，所述排水孔分别通过第七手动阀(20)和第八手动阀(21)联接在清水箱(5)的底部；所述漏斗状的上端一侧设有回水孔，所述回水孔分别通过第四手动阀(17)、第四电磁阀(11)、第一止回阀(22)联接在电动隔膜泵(6)的进水端；循环沉淀箱(4)一侧的上部位置设有一排水孔，所述排水孔用于排出循环沉淀箱(4)内高液位溢流的海水，与所述排水孔水平等高的循环沉淀箱(4)另一侧设置有明管7，明管7用来查看循环沉淀箱(4)内的实时液位的高低及海水的混浊情况，循环沉淀箱(4)的上端是由第六电磁阀(13)和第六手动阀(19)、第三电磁阀(10)和第三手动阀(16)构成的两条进水管路，其中第六电磁阀(13)和第六手动阀(19)构成循环沉淀箱(4)的进水主管路，而第三电磁阀(10)和第三手动阀(16)构成循环沉淀箱(4)的进水辅助管路；清水箱(5)是密闭容器，清水箱(5)的容积与循环沉淀箱(4)的容积匹配，清水箱(5)的一侧下端依次串接第五手动阀(18)、第五电磁阀(12)、第二止回阀(23)，清水箱(5)的底部依次串接第八手动阀(21)、第七手动阀(20)。