CN106841019B

CN106841019B - 一种全自动富氧腐蚀试验装置及方法

Info

Publication number: CN106841019B
Application number: CN201710150314.3A
Authority: CN
Inventors: 祁东东; 黄万启; 张洪博; 胡振华
Original assignee: Xian Thermal Power Research Institute Co Ltd
Current assignee: Xian Thermal Power Research Institute Co Ltd
Priority date: 2017-03-14
Filing date: 2017-03-14
Publication date: 2023-03-24
Anticipated expiration: 2037-03-14
Also published as: CN106841019A

Abstract

一种全自动富氧腐蚀试验装置及方法，该装置主要由自动控制系统、惰性气体储瓶、氧气瓶、反应器、制备器、密封呼吸器、加药器、试样挂置器、管路、电动阀、液位传感器、热电偶和氧电极组成；本发明还公开了该装置的试验方法；富氧水制备和溶液配制分步进行，避免了直接向溶液通入气体导致溶质被吹脱；配制溶液时利用惰性气体将除盐水和试验药剂一起加入反应器中，避免了继续通入氧气对溶氧的影响；所有试验过程均在一个系统中进行，密封呼吸器既保证系统与大气隔绝，维持反应器中溶氧和浓度稳定，又确保系统自由呼吸，不发生憋压；本发明可实现任意富氧浓度(8000ppb‑40000ppb)试验溶液的准确配置，并可精确控制，试验过程全自动进行。

Description

一种全自动富氧腐蚀试验装置及方法

技术领域

本发明涉及氧腐蚀试验技术领域，尤其涉及一种全自动富氧腐蚀试验装置及方法。

背景技术

在腐蚀与防腐研究工作中，氧气作为一个关键影响因素，需要对不同溶氧浓度(无氧、贫氧、富氧)下的腐蚀现象进行试验研究。若直接向试验溶液通入气体来改变溶液中的溶氧含量，试验溶液中溶质气液分配系数较大时，通气过程中溶质会被大量吹脱，使得溶液浓度降低，试验条件发生改变。若提前制备好溶氧合格的试验用水，再用此试验用水配制试验溶液，操作过程中空气的漏入或富氧水中溶氧的释放会使溶液的溶氧含量发生变化，反应条件也发生了改变。目前的技术很难实现试验溶液中药剂浓度和溶氧浓度同步精确控制。

发明内容

为了解决上述不足，本发明的目的在于提供一种全自动富氧腐蚀试验装置及方法，富氧水制备、溶液配制和腐蚀试验分步进行，避免了直接向溶液通气导致溶质被吹脱，也避免在敞开环境中用溶氧合格的水配置溶液导致溶液发生变化；所有过程在一个系统内完成，系统始终处于密封和自由呼吸状态，确保系统不漏入空气，维持系统溶氧稳定可控；对溶氧进行实时监测，实现了对试验溶液溶氧和药剂浓度的精确控制；所有试验过程均由PLC自动控制，全自动进行。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种全自动富氧腐蚀试验装置，包括惰性气体储瓶1、氧气瓶2、制备器6、反应器7和密封呼吸器8，所述制备器6内盛有除盐水，密封呼吸器8中保持一定水位，反应器7标有刻度；氧气瓶2中氧气通过第二管路L2接入制备器6的除盐水中，惰性气体储瓶1上连接第一管路L1，第一管路L1分两路，一路通过第三管路L3接入制备器6的除盐水液面上方，另一路通过第四管路L4连接通入密封呼吸器8水中的第七管路L7，制备器6中的除盐水通过第五管路L5接入反应器7中，反应器7通过第六管路L6连接通入密封呼吸器8水中的第七管路L7，位于密封呼吸器8水位上的第八管路L8连接至外部，使试验装置处于密封和不憋压状态；所述第一管路L1、第二管路L2、第四管路L4和第六管路L6上分别设置有第一电动阀K1、第二电动阀K2、第三电动阀K3和第四电动阀K4，所述第五管路L5上设置加药器4，所述制备器6的除盐水中插入氧电极3和第一热电偶R1，所述反应器7中插入第二热电偶R2和液位传感器Y且顶部悬挂有试样挂置器5；还包括由PLC9、人机操作界面10和显示界面11构成的控制系统，所述控制系统连接第一电动阀K1、第二电动阀K2、第三电动阀K3、第四电动阀K4、第一热电偶R1、第二热电偶R2、氧电极3和液位传感器Y；所述PLC9接收第一热电偶R1、第二热电偶R2、液位传感器Y和氧电极3传送的信号，根据设定的上下限值和延迟时间打开或关闭第一电动阀K1、第二电动阀K2、第三电动阀K3和第四电动阀K4，以到达控制富氧水制备、溶液配制、试验进行和结束的目的。

述第一热电偶R1和第二热电偶R2分别用于监测制备器6和反应器7中的温度，数值和信号分别传送至显示界面11和PLC9。

所述液位传感器Y位于反应器7中，用于监测溶液液位，数值和信号分别传送至显示界面11和PLC9。

所述氧电极3位于制备器6中，用于检测制备器6中的溶氧含量，数值和信号分别传送至显示界面11和PLC9。

所述人机操作界面10用于设定试验参数，试验参数包括溶氧含量、溶液液位、试验时间和试验温度。

所述第一电动阀K1、第二电动阀K2、第三电动阀K3和第四电动阀K4的阀体的材料采用不锈钢或塑料类耐蚀材料，其开关由PLC9自动控制。

所述的惰性气体储瓶1中的气体为氮气或氩气，用于将富氧水由制备器6加入反应器7，避免用氧气输送富氧水造成溶氧浓度变化。

所述加药器4和样品挂置器5的材料为耐腐蚀材料。

所述制备器6、反应器7和密封呼吸器8为柱状、球形、三角形或方形，采用不锈钢、有机玻璃、玻璃或塑料类耐蚀材料制成；所述的所述第一管路L1、第二管路L2、第三管路L3、第四管路L4、第五管路L5、第六管路L6、第七管路L7和第八管路L8的材料采用不锈钢、玻璃或塑料类耐蚀材料。

所述的全自动富氧腐蚀试验装置的试验方法，包括如下步骤

第一步为富氧水制备：向制备器6中加入规定量的除盐水，由人机操作界面10设定试验时间、试验温度、药液体积和溶氧含量；PLC9自动控制打开第二电动阀K2和第三电动阀K3，氧气经第二管路L2通入制备器6中的除盐水中，氧气再经第三管路L3、第四管路L4和第七管路L7进入密封呼吸器8，最后由第八管路L8将气体排至室外；

第二步为试验溶液配制：氧电极3测得制备器6中富氧水溶氧达到试验要求后，PLC9自动控制关闭第二电动阀K2和第三电动阀K3，待检测到制备器6中溶氧含量和温度达到设定值3min后，自动打开第一电动阀K1和第四电动阀K4，惰性气体经由第一管路L1和第三管路L3进入制备器6，经第五管路L5和加药器4将制备器6中的富氧水和加药器4中的试验药剂加入反应器7中，反应器7中液位达到设定值后自动关闭第一电动阀K1和第四电动阀K4，完成试验溶液配制，试验开始进行；当试验时间达到设定值时，自动关闭加热系统，并发出试验结束提示音。

和现有技术相比较，本发明具备如下优点：

本发明可以实现任意溶氧浓度(8000ppb‐40000ppb)富氧试验溶液的配置，富氧水制备和溶液配制分步进行，避免了直接向溶液通入气体导致溶质被吹脱，也避免在敞开环境中用溶氧合格的水配置溶液导致溶氧发生变化。所有过程在一个系统内完成，系统始终处于密封和自由呼吸状态，确保系统不漏入空气，维持系统溶氧和药剂浓度稳定。对溶氧进行实时监测，实现了对试验溶液溶氧和药剂浓度的精确控制。所有试验过程均由PLC自动控制，全自动进行。

附图说明

图1为本发明全自动富氧腐蚀试验装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的结构原理和工作原理作进一步详细说明。

实施例1：

如图1所述，本实施例一种全自动富氧腐蚀试验装置，主要由惰性气体储瓶1(为氮气瓶)、氧气瓶2、氧电极3、加药器4、试样挂置器5、制备器6、反应器7、密封呼吸器8、管路(L1‐L8)、电动阀(K1‐K4)、热电偶(R1，R2)、液位传感器Y及PLC9控制系统等组成。

所有容器为方形，容器、管路及电动阀均由PVC材料制成，惰性气体为氮气。

本实施例腐蚀试验装置的试验方法，由人机操作界面10设定溶氧浓度12000ppb，试验温度40℃，实验时间4h，溶液体积600mL，将试验装置置于40℃恒温水浴中，试样挂置器5挂碳钢腐蚀试片，向制备器6中加入1000mL除盐水。第一步为富氧水制备：PLC9自动控制打开第二电动阀K2和第三电动阀K3，氧气经第二管路L2通入制备器6中的除盐水中，气体再经第三管路L3、第四管路L4和第七管路L7进入密封呼吸器8，最后由第八管路L8将气体排至室外，8min后溶氧含量稳定在12000ppb‐12050ppb之间，自动关闭第二电动阀K2和第三电动阀K3，溶氧和温度均达到设定值并保持稳定3min后，第一电动阀K1和第四电动阀K4自动打开，氮气经由第一管路L1和第三管路L3进入制备器6，经第五管路L5和加药器4将制备器6中的富氧水和加药器4中的试验药剂加入反应器7中，反应器7中液位升至600mL时，自动关闭第一电动阀K1和第四电动阀K4，完成试验溶液配制，试验开始进行。当试验时间达到4h时，自动关闭加热系统，并发出试验结束提示音。

实施例2：

如图1所述，本发明一种全自动富氧腐蚀试验装置及方法，主要由氩气瓶1、氧气瓶2、氧电极3、加药器4、试样挂置器5、制备器6、反应器7、密封呼吸器8、管路(L1‐L8)、电动阀(K1‐K4)、热电偶(R1，R2)、液位传感器Y及PLC9控制系统等组成。

所有容器为柱状，材质为有机玻璃，管路和电动阀由PVC材料制成，惰性气体为氩气。

本实施例腐蚀试验装置的试验方法，由人机操作界面10设定溶氧浓度25000ppb，试验温度45℃，实验时间4h，溶液体积800mL，将试验装置置于45℃恒温水浴中，试样挂置器5挂304不锈钢腐蚀试片，向制备器6中加入1000mL除盐水。第一步为富氧水制备：PLC9自动控制打开第二电动阀K2和第三电动阀K3，氧气经第二管路L2通入制备器6中的除盐水中，气体再经第三管路L3、第四管路L4和第七管路L7进入密封呼吸器8，最后由第八管路L8将气体排至室外，20min后溶氧含量稳定在25000ppb‐25050ppb之间，自动关闭第二电动阀K2和第三电动阀K3，溶氧和温度均达到设定值并保持稳定3min后，第一电动阀K1和第四电动阀K4自动打开，氮气经由第一管路L1和第三管路L3进入制备器6，经第五管路L5和加药器4将制备器6中的富氧水和加药器4中的试验药剂加入反应器7中，反应器7中液位升至800mL时，自动关闭第一电动阀K1和第四电动阀K4，完成试验溶液配制，试验开始进行。当试验时间达到4h时，自动关闭加热系统，并发出试验结束提示音。

实施例3：

如图1所述，本发明一种全自动富氧腐蚀试验装置及方法，主要由氮气瓶1、氧气瓶2、氧电极3、加药器4、试样挂置器5、制备器6、反应器7、密封呼吸器8、管路(L1‐L8)、电动阀(K1‐K4)、热电偶(R1，R2)、液位传感器Y及PLC9控制系统等组成。

所有容器为球形，材质为玻璃，管路材质为聚四氟乙烯，电动阀材质为304不锈钢，惰性气体为氮气。

本实施例腐蚀试验装置的试验方法，由人机操作界面10设定溶氧浓度40000ppb，试验温度50℃，实验时间5h，溶液体积500mL，将试验装置置于50℃恒温水浴中，试样挂置器5挂316L不锈钢腐蚀试片，向制备器6中加入1000mL除盐水。第一步为富氧水制备：PLC9自动控制打开第二电动阀K2和第三电动阀K3，氧气经第二管路L2通入制备器6中的除盐水中，气体再经第三管路L3、第四管路L4和第七管路L7进入密封呼吸器8，最后由第八管路L8将气体排至室外，30min后溶氧含量稳定在39950ppb‐40000ppb之间，自动关闭第二电动阀K2和第三电动阀K3，溶氧和温度均达到设定值并保持稳定3min后，第一电动阀K1和第四电动阀K4自动打开，氮气经由第一管路L1和第三管路L3进入制备器6，经第五管路L5和加药器4将制备器6中的富氧水和加药器4中的试验药剂加入反应器7中，反应器7中液位升至500mL时，自动关闭第一电动阀K1和第四电动阀K4，完成试验溶液配制，试验开始进行。当试验时间达到5h时，自动关闭加热系统，并发出试验结束提示音。

Claims

1.一种全自动富氧腐蚀试验装置，其特征在于：包括惰性气体储瓶（1）、氧气瓶（2）、制备器（6）、反应器（7）和密封呼吸器（8），所述制备器（6）内盛有除盐水，密封呼吸器（8）中保持一定水位，反应器（7）标有刻度；氧气瓶（2）中氧气通过第二管路（L2）接入制备器（6）的除盐水中，惰性气体储瓶（1）上连接第一管路（L1），第一管路（L1）分两路，一路通过第三管路（L3）接入制备器（6）的除盐水液面上方，另一路通过第四管路（L4）连接通入密封呼吸器（8）水中的第七管路（L7），制备器（6）中的除盐水通过第五管路（L5）接入反应器（7）中，反应器（7）通过第六管路（L6）连接通入密封呼吸器（8）水中的第七管路（L7），位于密封呼吸器（8）水位上的第八管路（L8）连接至外部，使试验装置处于密封和不憋压状态；所述第一管路（L1）、第二管路（L2）、第四管路（L4）和第六管路（L6）上分别设置有第一电动阀（K1）、第二电动阀（K2）、第三电动阀（K3）和第四电动阀（K4），所述第五管路（L5）上设置加药器（4），所述制备器（6）的除盐水中插入氧电极（3）和第一热电偶（R1），所述反应器（7）中插入第二热电偶（R2）和液位传感器（Y）且顶部悬挂有试样挂置器（5）；还包括由PLC（9）、人机操作界面（10）和显示界面（11）构成的控制系统，所述控制系统连接第一电动阀（K1）、第二电动阀（K2）、第三电动阀（K3）、第四电动阀（K4）、第一热电偶（R1）、第二热电偶（R2）、氧电极（3）和液位传感器（Y）；所述PLC（9）接收第一热电偶（R1）、第二热电偶（R2）、液位传感器（Y）和氧电极（3）传送的信号，根据设定的上下限值和延迟时间打开或关闭第一电动阀（K1）、第二电动阀（K2）、第三电动阀（K3）和第四电动阀（K4），以到达控制富氧水制备、溶液配制、试验进行和结束的目的；

所述第一热电偶（R1）和第二热电偶（R2）分别用于监测制备器（6）和反应器（7）中的温度，数值和信号分别传送至显示界面（11）和PLC（9）。

2.根据权利要求1所述的一种全自动富氧腐蚀试验装置，其特征在于：所述液位传感器（Y）位于反应器（7）中，用于监测溶液液位，数值和信号分别传送至显示界面（11）和PLC（9）。

3.根据权利要求1所述的一种全自动富氧腐蚀试验装置，其特征在于：所述氧电极（3）位于制备器（6）中，用于检测制备器（6）中的溶氧含量，数值和信号分别传送至显示界面（11）和PLC（9）。

4.根据权利要求1所述的一种全自动富氧腐蚀试验装置，其特征在于：所述人机操作界面（10）用于设定试验参数，试验参数包括溶氧含量、溶液液位、试验时间和试验温度。

5.根据权利要求1所述的一种全自动富氧腐蚀试验装置，其特征在于：所述第一电动阀（K1）、第二电动阀（K2）、第三电动阀（K3）和第四电动阀（K4）的阀体的材料采用不锈钢或塑料类耐蚀材料，其开关由PLC（9）自动控制。

6.根据权利要求1所述的一种全自动富氧腐蚀试验装置，其特征在于：所述的惰性气体储瓶（1）中的气体为氮气或氩气，用于将富氧水由制备器（6）加入反应器（7），避免用氧气输送富氧水造成溶氧浓度变化。

7.根据权利要求1所述的一种全自动富氧腐蚀试验装置，其特征在于：所述加药器（4）和样品挂置器（5）的材料为耐腐蚀材料。

8.根据权利要求1所述的一种全自动富氧腐蚀试验装置，其特征在于：所述制备器（6）、反应器（7）和密封呼吸器（8）为柱状、球形、三角形或方形，采用不锈钢、有机玻璃、玻璃或塑料类耐蚀材料制成；所述的所述第一管路（L1）、第二管路（L2）、第三管路（L3）、第四管路（L4）、第五管路（L5）、第六管路（L6）、第七管路（L7）和第八管路（L8）的材料采用不锈钢、玻璃或塑料类耐蚀材料。

9.权利要求1至8任一项所述的全自动富氧腐蚀试验装置的试验方法，其特征在于：包括如下步骤：

第一步为富氧水制备：向制备器（6）中加入规定量的除盐水，由人机操作界面（10）设定试验时间、试验温度、药液体积和溶氧含量；PLC（9）自动控制打开第二电动阀（K2）和第三电动阀（K3），氧气经第二管路（L2）通入制备器（6）中的除盐水中，氧气再经第三管路（L3）、第四管路（L4）和第七管路（L7）进入密封呼吸器（8），最后由第八管路（L8）将气体排至室外；

第二步为试验溶液配制：氧电极（3）测得制备器（6）中富氧水溶氧达到试验要求后，PLC（9）自动控制关闭第二电动阀（K2）和第三电动阀（K3），待检测到制备器（6）中溶氧含量和温度达到设定值3min后，自动打开第一电动阀（K1）和第四电动阀（K4），惰性气体经由第一管路（L1）和第三管路（L3）进入制备器（6），经第五管路（L5）和加药器（4）将制备器（6）中的富氧水和加药器（4）中的试验药剂加入反应器（7）中，反应器（7）中液位达到设定值后自动关闭第一电动阀（K1）和第四电动阀（K4），完成试验溶液配制，试验开始进行；当试验时间达到设定值时，自动关闭加热系统，并发出试验结束提示音。