CN107238566A - 模拟管道外腐蚀的实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种模拟管道外腐蚀的实验装置，包括腐蚀实验箱、温度控制箱、腐蚀液循环系统、电化学工作站和计算机，腐蚀实验箱内设有实验管道，腐蚀实验箱内壁和实验管道外壁之间设有多个隔板，将腐蚀实验箱和实验管道之间分隔成多个腐蚀腔，不同腐蚀腔内放置不同的腐蚀物质。在管道内模拟管道外腐蚀的实验装置利用控制箱控制管道内液体的温度和隔板层内物质温度，可以同时模拟样品在不同环境条件下的管道腐蚀情况；利用循环液泵和节流阀控制输液管中流体的流速，模拟流体流动对管道外不同位置的样品的腐蚀情况；管道外部土壤腐蚀、流体腐蚀和冲刷腐蚀可以同时进行，很真实的模拟了管道外的环境，所得实验数据准确可靠。

Description

模拟管道外腐蚀的实验装置

技术领域

本发明属于管道外腐蚀实验设备领域，尤其是油品管道外腐蚀环境模拟实验装置。

背景技术

埋地金属管道、架空管道、河流中的管道随着使用时间的延长，由于土壤、空气、河水等的腐蚀作用，会造成管道防腐蚀层老化损坏、管道老化，直至穿孔。据统计，腐蚀穿孔占管道穿孔的96％。2005年以来因腐蚀更新管道300多公里，投资上亿元。也就是说，环境因素，如温度、氧含量、土壤类型、地下水位等对金属管道的电化学行为影响颇大。有研究显示，盐碱性土壤中埋地金属管道会发生坑腐蚀；土壤中的各类离子也影响着埋地钢管的腐蚀行为。然而，在众多影响因子中，每个因子对埋地管道腐蚀破坏影响重要度的大小各不相同，直接决定管道的破坏形式，并会影响防腐措施的具体实施。

为了研究复杂多变的金属管道环境对金属管道外腐蚀的影响，可以通过模拟实验来进行研究。但是关于这方面的模拟装置很少。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：为了克服现有技术中研究管道外腐蚀装置的不足，本发明提供一种模拟管道外腐蚀的实验装置，通过控制箱改变控制管道内液体的温度和隔板层内物质温度以及改变隔板层内的物质，模拟样品所处的不同环境，可以同时模拟不同温度、不同物质、不同流速的环境下管道外腐蚀实验情况，具有自动化程度高、数据采集方便，避免人工操作误差，便于组装、拆卸等优点。

本发明解决其技术问题所要采用的技术方案是：一种模拟管道外腐蚀的实验装置，包括腐蚀实验箱、温度控制箱、腐蚀液循环系统、电化学工作站和计算机，所述腐蚀实验箱内设有实验管道，所述实验管道内注有调温介质，所述腐蚀实验箱内壁和实验管道外壁之间设有多个隔板，所述隔板将所述腐蚀实验箱和实验管道之间分隔成多个腐蚀腔，不同腐蚀腔内放置不同的腐蚀物质，每个所述腐蚀腔对应的实验管道上均设有样品台和电极台，所述电极台处于所述样品台的下游，且所述样品台和电极台均贯穿所述实验管道，所述样品台位于所述实验管道外壁的一端设有样品，所述样品与所述电化学工作站连接，所述电极台位于所述实验管道外壁的一端设有参比电极和辅助电极，且所述参比电极和辅助电极互相不接触，所述参比电极和辅助电极与所述电化学工作站连接，所述电化学工作站与所述计算机连接，所述腐蚀液循环系统与所述腐蚀腔连通构成循环回路模拟管道外环境，所述温度控制器用于控制所述腐蚀腔内的腐蚀物质和实验管道内的调温介质的温度。

进一步，所述腐蚀实验箱为一个可以打开的密封箱体，且每个所述腐蚀腔对应的所述腐蚀实验箱上设有可打开的开口。通过设置开口便于腐蚀物质的取放。

优选的，所述腐蚀实验箱为矩形箱体，所述实验管道左右方向水平放置在所述腐蚀实验箱内，所述隔板为四个，每个隔板一端与所述实验管道外壁连接，另一端与所述腐蚀实验箱的棱边连接。四个隔板将腐蚀试验箱分为四个腐蚀腔，每个腐蚀腔内放置不同的物质，前后的腐蚀腔内模拟河流环境冲刷腐蚀等，上下腐蚀腔内放置土壤等非流动物质，模拟管道在土壤环境下的内腐蚀。

进一步，所述样品、参比电极和辅助电极与实验管道外壁均在同一曲面上。

进一步，所述样品台与所述电极台的结构相同，为圆柱结构，所述实验管道上开设有与样品台和电极台对应的孔口，所述样品台和所述电极台分别安装在不同的孔口内，所述样品台和电极台内均设有连通其两端的通孔，所述通孔内设有铜棒，所述铜棒一端与所述样品、参比电极或辅助电极连接，另一端与所述电化学工作站连接。

进一步，所述样品、参比电极和辅助电极均为圆柱结构，剖面为倒T形，所述样品、参比电极和辅助电极一端均设有盲孔，通过所述盲孔与所述铜棒螺纹连接。

进一步，所述腐蚀液循环系统包括第一储液箱、第一输液管、第一循环液泵和第一节流阀，所述第一储液箱与所述腐蚀腔通过所述第一输液管连通，且所述第一循环液泵设置在所述第一储液箱与所述腐蚀腔之间的第一输液管上，所述第一节流阀设置在所述第一循环液泵与所述腐蚀腔之间的第一输液管上，所述第一输液箱与所述温度控制箱连接。

实验管道可以为密封的结构，内部密封调温介质，也可以为与外部调温介质循环系统连通，实现内部调温介质的循环。

当所述实验管道为密封管道时，所述实验管道两端设有管堵，将两端的出入口密封。

当所述实验管道为非密封管道时，还包括调温介质循环系统，所述调温介质循环系统包括第二储液箱、第二输液管、第二循环液泵和第二节流阀，所述第二储液箱与所述腐蚀腔通过所述第二输液管连通，且所述第二循环液泵设置在所述第二储液箱与所述腐蚀腔之间的第二输液管上，所述第二节流阀设置在所述第二循环液泵与所述腐蚀腔之间的第二输液管上，所述第二输液箱与所述温度控制箱连接。

进一步，所述腐蚀实验箱外侧还设有保温层。保温层对箱体内进行保温。

本发明的有益效果是：

(1)本发明直接在内管道的管壁中放置样品台，使样品与内管道外壁平滑过渡，避免流体流动等因素影响实验，较其他腐蚀模拟管道得到的数据更具有参考价值；内管道内不通入油流，节约成本，避免清管工作，利用控制箱改变内管道内流体温度，从而改变样品温度；

(2)腐蚀实验箱可以从上下前后面打开，便于放置物品和清理隔板层；

(3)样品连接电化学工作站，电化学工作站连接计算机，可以准确的实时反应样品的腐蚀情况，避免了人为记录数据的繁琐和误差，实验数据更为准确可靠；

(4)在管道内模拟管道外腐蚀的实验装置利用控制箱控制管道内液体的温度和隔板层内物质温度，可以同时模拟样品在不同环境条件下的管道腐蚀情况；通过在管道外壁上设置了不同位置的样品，利用循环液泵和节流阀控制输液管中流体的流速，模拟流体流动对管道外不同位置的样品的腐蚀情况；管道外部土壤腐蚀、流体腐蚀和冲刷腐蚀可以同时进行，很真实的模拟了管道外的环境，所得实验数据准确可靠。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1为本发明的实验装置的整体结构示意图。

图2为本发明的腐蚀实验箱的截面结构示意图。

图3为图2中的A-A剖面的一半的结构示意图。

图4为图2中的B-B剖面的一半的结构示意图。

图5为图3或图4中Ⅰ的放大图。

图6为图3或图4中Ⅱ的放大图。

图中：1、腐蚀实验箱，2、保温层，3、温度控制箱，4、第一输液管，5、第一循环液泵，6、第一储液箱，7、电化学工作站，8、计算机，9、第一节流阀，10、实验管道，11、隔板，12、螺母，13、样品台，14、连接孔，15、样品，16、辅助电极，17、参比电极，18、铜棒，19，垫片，20、电极台，21、第二输液管，22、第二循环液泵，23、第二储液箱，24、第二节流阀，25、腐蚀腔。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作详细的说明。此图为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1所示，本发明的一种模拟管道外腐蚀的实验装置，包括腐蚀实验箱1、保温层2、温度控制箱3、腐蚀液循环系统、调温介质循环系统、电化学工作站7和计算机8。

所述腐蚀实验箱1为矩形箱体，是一个前后上下面都可以打开的密封箱体，且左右两面设有连接孔14，用于连接输液管，腐蚀实验箱1内放置实验管道10，所述实验管道10内注有调温介质，所述实验管道10即为测试腐蚀实验所用的管段，并通过箱体内的保温层2进行保温；所述储液箱内可以预先加热和降低液温。

如图2-图6所示，所述实验管道10水平放置在腐蚀实验箱1内，所述腐蚀实验箱1内壁和实验管道10外壁之间设有四个隔板11，所述隔板11两端分别与腐蚀实验箱1内壁和实验管道10外壁焊接连接，且每个隔板11一端与所述实验管道10外壁连接，另一端与所述腐蚀实验箱1的棱边连接，将所述腐蚀实验箱1和实验管道10之间分隔成上下前后四个腐蚀腔25，不同腐蚀腔25内放置不同的腐蚀物质，前后的腐蚀腔25，模拟河流环境的冲刷腐蚀等；上下的腐蚀腔25放置土壤等非流动物质，模拟管道在土壤环境下的内腐蚀，所述隔板11是用绝热耐腐蚀材料制成。

每个所述腐蚀腔25对应的实验管道10上均设有样品台13和电极台20，所述电极台20处于所述样品台13的下游，且所述样品台13和电极台20均贯穿所述实验管道10。

所述样品台13为圆柱结构，分为两段，与实验管道10螺纹连接，螺纹连接处的样品台13形状与实验管道10的开孔紧密配合，配合处设有垫片19进行密封；样品台13设有安装腐蚀测试样品15的通孔，通孔中放置铜棒18；样品台13采用导热不导电材质。

所述样品15形状为T形，外侧设有螺纹，插入样品台13的通孔中与样品台13螺纹连接，连接处样品15的形状与样品台13通孔紧密配合，使得样品15、样品台13与实验管道10外壁在同一个曲面上，避免实验管道10外流体流经接合处时出现流场扰动；并在样品台13配合处设有垫片19来进行密封，样品15下部的中间设有盲孔，通过盲孔与铜棒18一端螺纹连接，铜棒18另一端延伸至实验管道10内部，且端部设有螺母12，可以紧固样品15，不易让样品15从样品台13脱落。

电极台20与样品台13的结构基本相同，所述参比电极17和辅助电极16安置在另一个孔口处的电极台20上，处于样品15的下游，参比电极17和辅助电极16安装在同一个电极台20上但是不相互接触，参比电极17和辅助电极16与电极台20的连接方式与样品15与样品台13的连接方式相同，安置参比电极17和辅助电极16的电极台20和安置样品15的样品台13的固定方法一样，所述参比电极17、辅助电极16和电极台20与实验管道10外壁也在同一个曲面上，避免实验管道10外流体流经接合处时出现流场扰动。

在样品台13中，设有至少一个铜棒18，铜棒18一端插入样品台13内与样品15连接，另一端通过导线与电化学工作站7连接；在电极台20中，设有两根铜棒18，铜棒18一端插入电极台20内与辅助电极16或参比电极17连接，另一端通过导线连接电化学工站7。

所述腐蚀液循环系统包括第一储液箱6、第一输液管4、第一循环液泵5和第一节流阀9，所述第一储液箱6与所述腐蚀腔25通过所述第一输液管4连通，且所述第一循环液泵5设置在所述第一储液箱6与所述腐蚀腔25之间的第一输液管4上，所述第一节流阀9设置在所述第一循环液泵5与所述腐蚀腔25之间的第一输液管4上，所述第一输液箱与所述温度控制箱3连接。

在腐蚀液循环系统中，所述腐蚀实验箱1内部的腐蚀腔25和第一储液箱6通过第一输液管4构成循环回路，所述第一输液管4上设置有第一循环液泵5，所述温度控制箱3位于腐蚀实验箱1的左下侧，用于控制腐蚀腔25内物质温度，并可以显示温度变化；所述第一节流阀9位于腐蚀腔25和第一循环液泵5之间，用于控制流体的流速，第一节流阀9为智能电动节流阀9，可以监控第一输液管4内的流量；所述第一输液管4连接腐蚀腔25；所述电化学工作站7分别连接样品15和计算机8。腐蚀液循环系统也可以有多个，用于不同腐蚀液的循环。

实验管道10可以为密封的结构，内部密封调温介质，也可以为与外部调温介质循环系统连通，实现内部调温介质的循环。

当所述实验管道10为密封管道时，所述实验管道10两端设有管堵，将两端的出入口密封。

当所述实验管道10为非密封管道时，还包括调温介质循环系统，所述调温介质循环系统包括第二储液箱23、第二输液管21、第二循环液泵22和第二节流阀24，所述第二储液箱23与所述腐蚀腔25通过所述第二输液管21连通，且所述第二循环液泵22设置在所述第二储液箱23与所述腐蚀腔25之间的第二输液管21上，所述第二节流阀24设置在所述第二循环液泵22与所述腐蚀腔25之间的第二输液管21上，所述第二输液箱与所述温度控制箱3连接，用于控制调温介质的温度。本实施例中调温介质为流体。

在调温介质循环系统中，所述实验管道10和第二储液箱23通过第二输液管21构成循环回路，所述第二输液管21上设置有第二循环液泵22，所述温度控制箱3用于控制实验管道10内流体的温度，并可以显示温度变化；所述第二节流阀24位于实验管道10和第二循环液泵22之间，用于控制流体的流速，第二节流阀24为智能电动节流阀，可以监控第二输液管21内流体的流量；所述第二输液管21连接实验管道10。

所述实验管道10是可以密封的，内部装有对齐的上下左右四个方向开孔，一个实验管道10的同一水平线上可以设置多个孔口，孔口距离相同，同时模拟多组不同参数的实验，孔口用于安装样品台13或电极台20，孔口垂直贯穿实验管道10的壁面；所述实验管道10的孔口为直形，实验管道10内部的流体是水；所述连接孔14内侧为内螺纹，可以与第一输液管4或第二输液管21螺纹连接，也可以使用管堵将实验管道10密封。

本发明可更换样品15进行腐蚀试验，样品15与实验管道10外壁紧密贴合，并在同一曲面上，避免了挂片等带来的流场扰动；本发明设置了多个隔板11，可以同时进行多组实验，既满足了管道腐蚀试验的要求，又使得实验操作更简便，数据更为准确可靠。

本实施例中腐蚀实验箱1和实验管道10组成了双层可拆卸管道，并用四个隔板11将其分为四个部分，腐蚀实验箱1的前后上下部分都可以打开，便于放置物品。

作为优选，腐蚀实验箱1的箱体体积为0.5-1.5m³，实验管道10的内径范围为100mm-300mm。

所述样品台13分为上段和下段两段，D1、D2分别对应样品台13上段和下段的直径，则D2＝15mm～25mm，D1＝25mm～35mm，以便于安装样品台13。

作为优选，样品台13的中间设有通孔，便于安装样品15和安置铜棒18；

作为优选，所述样品15形状为T形，上部直径在5mm-10mm之间，下部直径在10mm-20mm之间；

本装置工作过程如下：

样品台13及样品15安装完成后，向第一储液箱6中加入一定配比的腐蚀液体，本实施例中腐蚀液体为油品，用于模拟河流中的管道外腐蚀，向第二储液箱23内加入水，通过温度控制箱3设置腐蚀腔25内油品的实验温度以及实验管道10中水的实验温度，打开第一循环液泵5和第二循环液泵22，油品和水就会流入腐蚀实验箱1内，同时开启电化学工作站7，实时监控样品15腐蚀状态，了解腐蚀进程；通过调节实验管道10中水的温度，可以模拟不同温度下的管道外腐蚀情况；调节第一循环液泵5和第一节流阀9，使实验管道10外保持稳定的流速，流动的液体会对实验管道10外壁面上下左右的样品15进行冲刷腐蚀，可以对上下左右的样品15腐蚀情况进行对比，也可以对比同一水平面的样品15腐蚀情况，这进行的是管道外流动腐蚀的模拟实验；可以向上下两个腐蚀腔25中加入不同元素含量的土壤，用于模拟管道在土壤环境中的腐蚀。在腐蚀实验结束后，可以拆卸下样品15，对其进行分析测试。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关的工作人员完全可以在不偏离本发明的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种模拟管道外腐蚀的实验装置，其特征在于：包括腐蚀实验箱(1)、温度控制箱(3)、腐蚀液循环系统、电化学工作站(7)和计算机(8)，所述腐蚀实验箱(1)内设有实验管道(10)，所述实验管道(10)内注有调温介质，所述腐蚀实验箱(1)内壁和实验管道(10)外壁之间设有多个隔板(11)，所述隔板(11)将所述腐蚀实验箱(1)和实验管道(10)之间分隔成多个腐蚀腔(25)，不同腐蚀腔(25)内放置不同的腐蚀物质，每个所述腐蚀腔(25)对应的实验管道(10)上均设有样品台(13)和电极台(20)，所述电极台(20)处于所述样品台(13)的下游，且所述样品台(13)和电极台(20)均贯穿所述实验管道(10)，所述样品台(13)位于所述实验管道(10)外壁的一端设有样品(15)，所述样品(15)与所述电化学工作站(7)连接，所述电极台(20)位于所述实验管道(10)外壁的一端设有参比电极(17)和辅助电极(16)，且所述参比电极(17)和辅助电极(16)互相不接触，所述参比电极(17)和辅助电极(16)与所述电化学工作站(7)连接，所述电化学工作站(7)与所述计算机(8)连接，所述腐蚀液循环系统与所述腐蚀腔(25)连通构成循环回路模拟管道外环境，所述温度控制器用于控制所述腐蚀腔(25)内的腐蚀物质和实验管道(10)内的调温介质的温度。

2.如权利要求1所述的模拟管道外腐蚀的实验装置，其特征在于：所述腐蚀实验箱(1)为一个可以打开的密封箱体，且每个所述腐蚀腔(25)对应的所述腐蚀实验箱(1)上设有可打开的开口。

3.如权利要求2所述的模拟管道外腐蚀的实验装置，其特征在于：所述腐蚀实验箱(1)为矩形箱体，所述实验管道(10)左右方向水平放置在所述腐蚀实验箱(1)内，所述隔板(11)为四个，每个隔板(11)一端与所述实验管道(10)外壁连接，另一端与所述腐蚀实验箱(1)的棱边连接。

4.如权利要求1-3任一项所述的模拟管道外腐蚀的实验装置，其特征在于：所述样品(15)、参比电极(17)和辅助电极(16)与实验管道(10)外壁均在同一曲面上。

5.如权利要求4所述的模拟管道外腐蚀的实验装置，其特征在于：所述样品台(13)与所述电极台(20)的结构相同，为圆柱结构，所述实验管道(10)上开设有与样品台(13)和电极台(20)对应的孔口，所述样品台(13)和所述电极台(20)分别安装在不同的孔口内，所述样品台(13)和电极台(20)内均设有连通其两端的通孔，所述通孔内设有铜棒(18)，所述铜棒(18)一端与所述样品(15)、参比电极(17)或辅助电极(16)连接，另一端与所述电化学工作站(7)连接。

6.如权利要求5所述的模拟管道内腐蚀的实验装置，其特征在于：所述样品(15)、参比电极(17)和辅助电极(16)均为圆柱结构，剖面为倒T形，所述样品(15)、参比电极(17)和辅助电极(16)一端均设有盲孔，通过所述盲孔与所述铜棒(18)螺纹连接。

7.如权利要求1所述的模拟管道内腐蚀的实验装置，其特征在于：所述实验管道(10)为密封管道，所述实验管道(10)两端设有管堵。

8.如权利要求1所述的模拟管道内腐蚀的实验装置，其特征在于：所述腐蚀液循环系统包括第一储液箱(6)、第一输液管(4)、第一循环液泵(5)和第一节流阀(9)，所述第一储液箱(6)与所述腐蚀腔(25)通过所述第一输液管(4)连通，且所述第一循环液泵(5)设置在所述第一储液箱(6)与所述腐蚀腔(25)之间的第一输液管(4)上，所述第一节流阀(9)设置在所述第一循环液泵(5)与所述腐蚀腔(25)之间的第一输液管(4)上，所述第一输液箱与所述温度控制箱(3)连接。

9.如权利要求1所述的模拟管道内腐蚀的实验装置，其特征在于：还包括调温介质循环系统，所述调温介质循环系统包括第二储液箱(23)、第二输液管(21)、第二循环液泵(22)和第二节流阀(24)，所述第二储液箱(23)与所述腐蚀腔(25)通过所述第二输液管(21)连通，且所述第二循环液泵(22)设置在所述第二储液箱(23)与所述腐蚀腔(25)之间的第二输液管(21)上，所述第二节流阀(24)设置在所述第二循环液泵(22)与所述腐蚀腔(25)之间的第二输液管(21)上，所述第二输液箱与所述温度控制箱(3)连接。

10.如权利要求1所述的模拟管道内腐蚀的实验装置，其特征在于：所述腐蚀实验箱(1)外侧还设有保温层(2)。