CN105866019A - 三孔式金属管线外壁腐蚀检测装置 - Google Patents

三孔式金属管线外壁腐蚀检测装置 Download PDF

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Abstract

三孔式金属管线外壁腐蚀检测装置，仪器底座为圆柱体结构，在仪器底座的上方设置接口圆柱，接口圆柱的直径小于仪器底座的直径，在接口圆柱内部设置三个通孔，分别为参比电极接口、辅助电极接口和进液口，在参比电极接口上设置参比电极接口保护螺母，在辅助电极接口上设置辅助电极接口保护螺母，在进液口上设置进液口保护螺母，在接口圆柱的下方设置溶液腔体，在仪器底座的内部设置环形磁铁，在仪器底座内周边缘设置环形垫圈，该测试装置反应灵敏，便于携带，操作便捷，能够在服役状态下迅速判断出金属管线外壁涂装破损情况、破损类型和腐蚀程度。

Description

三孔式金属管线外壁腐蚀检测装置
技术领域
本发明涉及金属腐蚀测量装置，尤其涉及三孔式金属管线外壁腐蚀检测装置。
背景技术
有调查表明，全世界每年因腐蚀造成的经济损失达6000亿至12000亿元，占各国国民生产总值的2％-4％。特别是对于水利或油气输送管线，其运行过程中管道的安全性具有重要意义。影响金属管线服役年限的因素有很多，例如管道工作压力、加工材质、第三方破坏、金属腐蚀、涂层破裂等因素均会导致管线使用年限缩短。其中，腐蚀因素对于管线服役年限的影响程度最为严重。
引起金属腐蚀的环境千差万别，即便是同一种材料，在不同的腐蚀环境下其腐蚀形态也存在差异。针对金属管线的服役环境，管线钢的腐蚀类型可分为均匀腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀、冲刷腐蚀及应力腐蚀等。在管线的服役过程中，腐蚀产物形成并会沉积在管线钢的表面，影响管线钢进一步的腐蚀过程。管线钢的腐蚀机制是由其腐蚀产物的成分和结构所决定，不止如此，腐蚀产物层的性质还决定了腐蚀速率的变化。
因输送管线腐蚀破坏后果的严重性，以及其腐蚀过程的复杂性，对金属管线在服役期间的腐蚀状态进行便捷的检测和准确的评价则显得尤为重要。在腐蚀检测和评价方面，电化学方法有着独特的优势。待检测和评价的金属管线外壁一般覆有防护涂层，是金属/涂层体系。随着服役时间的延长，防护涂层逐步失效，管线钢表面有腐蚀产物生成，这时成为金属/锈层/涂层体系。涂层下金属腐蚀主要是电化学腐蚀，防护涂层在失效过程中，伴随着一系列的电化学变化。通过检测电化学信号变化，可以获得金属腐蚀与涂层防护性能变化的动态信息，实现涂层耐蚀性与管线钢腐蚀过程的定量与半定量评价。目前，国内对金属管线耐蚀性能的评估方法仅限于对管道的形变、外覆涂层使用状态的监测，或者使用无损探伤手段对外壁已发生破损的管线进行破坏位置及破损程度探查，同时结合管线表面形貌变化等参数，对金属管线整体的腐蚀状况做出间接评价，无法对金属管线在服役状态下的腐蚀状态进行定量评价。基于电化学测量原理，对金属管线外壁的腐蚀状态进行在线快速检测和评价且适用于各种规格金属管线外壁的电化学测量测试装置及评价方法，在国内未有使用过。
发明内容
本发明克服了现有技术中的缺点，提供了三孔式金属管线外壁腐蚀检测装置。
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
三孔式金属管线外壁腐蚀检测装置，仪器底座为圆柱体结构，在仪器底座的上方设置接口圆柱，接口圆柱的直径小于仪器底座的直径，在接口圆柱内部设置三个通孔，分别为参比电极接口、辅助电极接口和进液口，在参比电极接口上设置参比电极接口保护螺母，在辅助电极接口上设置辅助电极接口保护螺母，在进液口上设置进液口保护螺母，在接口圆柱的下方设置溶液腔体，在仪器底座的内部设置环形磁铁，在仪器底座内周边缘设置环形垫圈。
在上述技术方案中，其中所述的仪器底座的高度为2-5cm。
在上述技术方案中，其中所述的溶液腔体的高度为4-8cm。
在上述技术方案中，其中所述的参比电极接口、辅助电极接口和进液口在接口圆柱平面上分布的位置为等边三角形的三个顶点。
使用时本发明的实验装置进行实验时：
步骤1：将整个测试装置通过仪器底座内部的环形磁铁吸附在实验金属表面；
步骤2：将参比电极穿过参比电极接口保护螺母，插入参比电极接口，穿过接口圆柱，下端置于溶液腔体内部，将辅助电极穿过辅助电极接口保护螺母，插入辅助电极接口，穿过接口圆柱，下端置于溶液腔体内部；
步骤3：通过进液口倒入实验缓冲溶液，使溶液腔体充满缓冲溶液，参比电极和保护电极的下端部分浸在缓冲溶液内，将进液口保护螺母塞入进液口中，防止缓冲溶液流出；
步骤4：将电化学装置连接在参比电极和辅助电极上，进行实验测试。
上述技术方案中，在步骤2中，其中所述的参比电极与参比电极接口保护螺母之间保持密封，所述的辅助电极与辅助电极接口保护螺母之间保持密封。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：该测试装置制作简单，反应灵敏，便于携带，操作便捷；评价方法简单准确，数据可分辨性高，能够在服役状态下迅速判断出金属管线外壁涂装破损情况、破损类型、腐蚀程度，并适用于对各种规格金属管线外壁涂装的腐蚀状态进行快速检测和评价。
附图说明
图1为本发明测试装置侧视结构示意图。
图2为本发明测试装置底部平面结构示意图。
图3为本发明测试装置整体结构示意图。
图4为表层涂覆有环氧树脂的X65管线钢在模拟海水中浸泡第10-50天的电化学阻抗谱。
图5为表层涂覆有环氧树脂的X65管线钢在模拟海水中浸泡第10天的腐蚀形貌。
图6为表层涂覆有环氧树脂的X65管线钢在模拟海水中浸泡第20天的腐蚀形貌。
图7为表层涂覆有环氧树脂的X65管线钢在模拟海水中浸泡第140-200天的电化学阻抗谱。
图8为表层涂覆有环氧树脂的X65管线钢在模拟海水中浸泡第140天的腐蚀形貌。
图9为表层涂覆有环氧树脂的X65管线钢在模拟海水中浸泡第200天的腐蚀形貌。
其中1为参比电极接口，2为辅助电极接口，3为进液口，4为参比电极接口保护螺母，5为辅助电极接口保护螺母，6为进液口保护螺母，7仪器底座，8为环形磁铁，9为环形垫圈，10为溶液腔体，11为接口圆柱。
具体实施方式
下面结合附图与具体的实施方式对本发明作进一步详细描述：
三孔式金属管线外壁腐蚀检测装置，仪器底座为圆柱体结构，在仪器底座的上方设置接口圆柱，接口圆柱的直径小于仪器底座的直径，在接口圆柱内部设置三个通孔，分别为参比电极接口、辅助电极接口和进液口，在参比电极接口上设置参比电极接口保护螺母，在辅助电极接口上设置辅助电极接口保护螺母，在进液口上设置进液口保护螺母，在接口圆柱的下方设置溶液腔体，在仪器底座的内部设置环形磁铁，在仪器底座内周边缘设置环形垫圈。
在上述技术方案中，其中所述的仪器底座的高度为2-5cm。
在上述技术方案中，其中所述的溶液腔体的高度为4-8cm。
在上述技术方案中，其中所述的参比电极接口、辅助电极接口和进液口在接口圆柱平面上分布的位置为等边三角形的三个顶点。
使用时本发明的实验装置进行实验时：
步骤1：将整个测试装置通过仪器底座内部的环形磁铁吸附在实验金属表面；
步骤2：将参比电极穿过参比电极接口保护螺母，插入参比电极接口，穿过接口圆柱，下端置于溶液腔体内部，将辅助电极穿过辅助电极接口保护螺母，插入辅助电极接口，穿过接口圆柱，下端置于溶液腔体内部；
步骤3：通过进液口倒入实验缓冲溶液，使溶液腔体充满缓冲溶液，参比电极和保护电极的下端部分浸在缓冲溶液内，将进液口保护螺母塞入进液口中，防止缓冲溶液流出；
步骤4：将电化学装置连接在参比电极和辅助电极上，进行实验测试。
上述技术方案中，在步骤2中，其中所述的参比电极与参比电极接口保护螺母之间保持密封，所述的辅助电极与辅助电极接口保护螺母之间保持密封。
使用时将测试装置置于待测金属管线顶部，通过磁铁使测试装置与金属管线固定并紧密接触，将缓冲溶液注入进液口充满溶液腔体，使待测试样与参比电极及辅助电极连通，利用进行电化学阻抗谱技术进行测试。使用天津艾达恒晟科技发展有限公司的R0305型Ag/AgCl电极作为参比电极；使用铂丝，作为辅助电极。
实施例1：
利用AutoLab 302N电化学工作站和研制出的测试装置进行电化学阻抗测试，测试试样为X65管线钢，试样外壁均匀涂覆环氧树脂涂层，测试溶液为3.5wt％浓度氯化钠水溶液(模拟海水)，试验温度25℃，测试周期为50天，结果如图4所示。
浸泡时间直到第10天，所测得的阻抗复数平面图仍旧呈单个半圆弧的形状，由容抗弧的半径可以推断出所测的内壁表面具有较高的涂层电阻(50MΩ*cm2)，表明其耐蚀性良好。为了进一步证实实验数据的准确性，将试样放置于基恩士VHX-2000全景深显微镜下放大观察，发现涂层表面完整光滑，没有破损现象发生，如图5所示。
当浸泡时间达到20天时，所测得的阻抗复数平面图开始呈现双容抗弧的特征，且容抗弧的半径明显减小。说明有部分溶液已经可以透过涂层渗透到了金属基体表面，涂层的耐蚀保护性能在逐渐失效。为了进一步证实实验数据的准确性，将试样放置于基恩士VHX-2000全景深显微镜下放大观察，发现涂层表面有小面积的破损，局部区域金属基体已经暴露，见图6。
实施例2：
利用AutoLab 302N电化学工作站和研制出的测试装置进行电化学阻抗测试，测试试样为X65管线钢，试样外壁均匀涂覆环氧树脂涂层，测试溶液为3.5wt％浓度氯化钠水溶液(模拟海水)，试验温度25℃，测试时间分别为浸泡第140天和第200天，结果如图7所示。
在浸泡第200天时，所测得的阻抗复数平面图开始呈现双容抗弧+扩散阻抗的三个时间常数特征，容抗弧半径与浸泡前期相比降低明显(30KΩ*cm2),说明溶液已经透过涂层到达金属基体表面并发生腐蚀，涂层的耐蚀保护性能已经失效。为了进一步证实实验数据的准确性，将试样放置于基恩士VHX-2000全景深显微镜放大观察，发现涂层表面存在较大面积的红褐色腐蚀产物，涂层发生严重的破损。图8、图9分别为浸泡第140天和第200天后的试样表面形貌。
以上对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (6)

1.三孔式金属管线外壁腐蚀检测装置，其特征在于：仪器底座为圆柱体结构，在仪器底座的上方设置接口圆柱，接口圆柱的直径小于仪器底座的直径，在接口圆柱内部设置三个通孔，分别为参比电极接口、辅助电极接口和进液口，在参比电极接口上设置参比电极接口保护螺母，在辅助电极接口上设置辅助电极接口保护螺母，在进液口上设置进液口保护螺母，在接口圆柱的下方设置溶液腔体，在仪器底座的内部设置环形磁铁，在仪器底座内周边缘设置环形垫圈。
2.如权利要求1所述的三孔式金属管线外壁腐蚀检测装置，其特征在于：所述的仪器底座的高度为2-5cm。
3.如权利要求1所述的三孔式金属管线外壁腐蚀检测装置，其特征在于：所述的溶液腔体的高度为4-8cm。
4.如权利要求1所述的三孔式金属管线外壁腐蚀检测装置，其特征在于：所述的参比电极接口、辅助电极接口和进液口在接口圆柱平面上分布的位置为等边三角形的三个顶点。
5.三孔式金属管线外壁腐蚀检测装置的检测方法，其特征在于：按照一下步骤进行测试：
步骤1：将整个测试装置通过仪器底座内部的环形磁铁吸附在实验金属表面；
步骤2：将参比电极穿过参比电极接口保护螺母，插入参比电极接口，穿过接口圆柱，下端置于溶液腔体内部，将辅助电极穿过辅助电极接口保护螺母，插入辅助电极接口，穿过接口圆柱，下端置于溶液腔体内部；
步骤3：通过进液口倒入实验缓冲溶液，使溶液腔体充满缓冲溶液，参比电极和保护电极的下端部分浸在缓冲溶液内，将进液口保护螺母塞入进液口中，防止缓冲溶液流出；
步骤4：将电化学装置连接在参比电极和辅助电极上，进行实验测试。
6.如权利要求5所述的三孔式金属管线外壁腐蚀检测装置的检测方法，其特征在于：在步骤2中，所述的参比电极与参比电极接口保护螺母之间保持密封，所述的辅助电极与辅助电极接口保护螺母之间保持密封。
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