CN108398375A - 多相流冲刷腐蚀试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及冲刷腐蚀试验技术领域，尤其是一种多相流冲刷腐蚀试验装置，包括用于容纳冲刷固体和冲刷液体的浆料罐、用于容纳冲刷气体的气罐、冲刷室及位于冲刷室内的喷嘴组件，冲刷室位于浆料罐的上方，喷嘴组件包括相互固定的固液喷嘴及气体喷嘴；本发明采取气罐流出的气体与固液喷嘴射出的液固两相流在管道外部进行混合的方式，从而解决现有技术中管道内气相存在对于电化学工作站测试的干扰问题；且巧妙的利用循环泵一方面可实现浆料罐中冲刷固体和冲刷液体的混合均匀，另一方面可实现将浆料罐中的冲刷固体和冲刷液体向玻璃管及冲刷室中供给。

Description

多相流冲刷腐蚀试验装置

技术领域

本发明涉及冲刷腐蚀试验技术领域，尤其是一种多相流冲刷腐蚀试验装置。

背景技术

冲刷腐蚀是金属表面与腐蚀性流体之间由于相对运动而引起的金属损坏现象，是材料受冲刷和腐蚀交互作用的结果。按介质不同，冲刷腐蚀可分为单相流、多相流，其中多相流研究较多分别是液固两相流、气液两相流、气液固三相流；对于冲刷腐蚀的研究，在实验室内开展模拟工艺条件下的实验研究是当前获得材料的冲刷腐蚀性能参数行之有效的方法；

目前应用较多的实验测试方法有失重法和电化学测试法。电化学测试法可通过电化学仪器对对试样的状态进行在线监测，选用不同的分析方法可得到冲刷腐蚀进程中不同时刻的实时腐蚀数据，与失重法结合有助于深入研究冲刷腐蚀的作用机制；

然而在气液两相流以及气液固三相流中，由于试验管道内气体存在，造成多相流的扰动，干扰工作电极与辅助电极回路间的电流稳定，从而对试样腐蚀速率、极化曲线以及电化学阻抗等测试结果造成影响，降低了电化学工作站测试的精度。

发明内容

本发明的目的是提供一种多相流冲刷腐蚀试验装置，该冲刷腐蚀试验装置设有管流冲刷段(进料管的玻璃管处)以及射流冲刷段(冲刷室处)，在射流冲刷段，采取气罐流出的气体与固液喷嘴射出的液固两相流在管道外部进行混合的方式，可解决现有技术中管道内气相存在对于电化学工作站测试的干扰问题；而在管流冲刷段，研究液固两相流条件对试样腐蚀规律，由于管流冲刷段无气体存在，故可通过电化学工作站对试样的状态进行在线监测。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种多相流冲刷腐蚀试验装置，包括用于容纳冲刷固体和冲刷液体的浆料罐、用于容纳冲刷气体的气罐、冲刷室及位于冲刷室内的喷嘴组件，所述冲刷室位于浆料罐的上方，所述喷嘴组件包括相互固定的固液喷嘴及气体喷嘴；

所述浆料罐的出口通过进料管与固液喷嘴连通，所述进料管上设置有循环泵，所述冲刷室的内部底端通过出料管与浆料罐的进口连通，所述进料管上设有与出料管连通的旁路管，所述进料管上设置有第一截止阀，所述进料管与旁路管的连接部位处于进料管上第一截止阀和循环泵的出口之间，所述旁路管上设置有第二截止阀；

所述气罐通过气管与气体喷嘴连通；

所述冲刷室内设有位于喷嘴组件下方的试样台，所述第一试样通过第一螺钉固定在试样台的上表面，所述冲刷室内设有第一参比电极和第一辅助电极，所述第一试样、第一参比电极及第一辅助电极均通过导线与电化学工作站相连，电化学工作站与计算机信号连接。

进一步地，所述喷嘴组件还包括套设在固液喷嘴外侧的导气套，所述导气套的内壁与固液喷嘴的外壁之间形成导气通道，所述气体喷嘴呈环形，所述气体喷嘴包括粗段及与粗段相接的细段，所述气体喷嘴的细段位于导气通道内，所述固液喷嘴与气体喷嘴固定连接，所述气体喷嘴与导气套固定连接，所述气体喷嘴的粗段内具有与气管连通的环形内腔，所述气体喷嘴上细段的底端端部开设有若干与环形内腔连通的气体喷口，所述固液喷嘴的底端具有圆锥面，所述圆锥面的大端靠近导气管，所述固液喷嘴的底端端部具有固液喷口。

进一步地，所述试样台的上表面开设有用于放置第一试样的第一试样槽，所述第一试样放置在第一试样槽中，所述第一螺钉同时与试样台及第一试样螺纹连接，所述试样台上固定有两个侧板，所述侧板上均开设有一安装孔，所述第一参比电极和第一辅助电极分别插设在两个侧板的安装孔中，所述第一参比电极与其所在的安装孔之间设置有隔离套，所述第一辅助电极与其所在的安装孔之间也设置有隔离套，所述隔离套的材质为玻璃。

进一步地，所述进料管上位于第一截止阀和冲刷室之间设置有玻璃管，所述玻璃管上安装有第二参比电极及第二辅助电极，所述玻璃管的内壁上开设有与第二试样相匹配的第二试样槽，所述第二试样位于第二试样槽内，所述玻璃管上螺纹连接有第二螺钉，所述第二螺钉与第二试样螺纹连接，所述第二试样的内端面、第二参比电极的内端面及第二辅助电极的内端均与玻璃管的内圈壁在同一圆周面上，所述第二试样、第二参比电极及第二辅助电极均通过导线与电化学工作站相连。

进一步地，所述第二参比电极及第二辅助电极与玻璃管之间均设置有安装套。

进一步地，所述进料管上设置有温度计、压力计及电磁流量计，所述电磁流量计位于进料管上的第一截止阀与冲刷室之间。

进一步地，所述气管上设置有减压阀。

进一步地，所述循环泵通过电机驱动，所述电机信号连接有变频器。

本发明的有益效果是：本发明的多相流冲刷腐蚀试验装置采取气罐流出的气体与固液喷嘴射出的液固两相流在管道外部进行混合的方式，从而解决现有技术中管道内气相存在对于电化学工作站测试的干扰问题；且巧妙的利用循环泵一方面可实现浆料罐中冲刷固体和冲刷液体的混合均匀，另一方面可实现将浆料罐中的冲刷固体和冲刷液体向玻璃管及冲刷室中供给；

此外，可同时进行试样的管流冲刷试验与射流冲刷试验，获得液固两相以及气液固三相两组不同条件下的实验数据，缩短了实验周期。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明多相流冲刷腐蚀试验装置的示意图；

图2是本发明多相流冲刷腐蚀试验装置中喷嘴组件的示意图；

图3是本发明中第一试样的示意图；

图4是本发明中试样台的示意图；

图5是本发明中第一试样装夹在试样台上的剖视示意图；

图6是本发明中玻璃管及其上的第二参比电极和第二辅助电极的安装示意图；

图7是本发明中A的局部放大示意图；

图8是本发明中第二试样的示意图。

图中：1、浆料罐，2、气罐，3、冲刷室；

4、喷嘴组件，4-1、固液喷嘴，4-11、圆锥面，4-12、固液喷口，4-2、气体喷嘴，4-21、粗段，4-211、环形内腔，4-22、细段，4-221、气体喷口，4-3、导气套，4-4、导气通道；

5、进料管，5-1、旁路管，6、循环泵，7、出料管，8、第一截止阀，9、第二截止阀，10、气管；11、试样台，11-1、第一试样槽，11-2、侧板，11-21、安装孔，12、第一试样，13、第一螺钉，14、第一参比电极，15、第一辅助电极，16、电化学工作站，17、计算机，18、导线，19、隔离套；

20、玻璃管，20-1、第二试样槽，21、第二参比电极，22、第二辅助电极，23、第二试样，24、第二螺钉，25、安装套；

26、温度计，27、压力计,28、电磁流量计，29、减压阀，30、电机，31、变频器。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，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，方向和参照(例如，上、下、左、右、等等)可以仅用于帮助对附图中的特征的描述。因此，并非在限制性意义上采用以下具体实施方式，并且仅仅由所附权利要求及其等同形式来限定所请求保护的主题的范围。

实施例1

如图1-8所示，一种多相流冲刷腐蚀试验装置，包括用于容纳冲刷固体和冲刷液体的浆料罐1、用于容纳冲刷气体的气罐2、冲刷室3及位于冲刷室3内的喷嘴组件4，冲刷室3位于浆料罐1的上方，喷嘴组件4包括相互固定的固液喷嘴4-1及气体喷嘴4-2；

浆料罐1的出口通过进料管5与固液喷嘴4-1连通，进料管5上设置有循环泵6，冲刷室3的内部底端通过出料管7与浆料罐1的进口连通，进料管5上设有与出料管7连通的旁路管5-1，进料管5上设置有第一截止阀8，进料管5与旁路管5-1的连接部位处于进料管5上第一截止阀8和循环泵6的出口之间，旁路管5-1上设置有第二截止阀9，其中进料管5上设置有温度计26、压力计27及电磁流量计28，电磁流量计28位于进料管5上的第一截止阀8与冲刷室3之间，利用温度计26、压力计27及电磁流量计28可测出进料管5中液固两相流相应的温度、压力及流量参数；

气罐2通过气管10与气体喷嘴4-2连通，气管10上设置有减压阀29，利用减压阀29可降低从气罐2流入到气体喷嘴4-2处的气体的压力；

冲刷室3内设有位于喷嘴组件4下方的试样台11，第一试样12通过第一螺钉13固定在试样台11的上表面，冲刷室3内设有第一参比电极14和第一辅助电极15，第一试样12、第一参比电极14及第一辅助电极15均通过导线18与电化学工作站16相连，电化学工作站16与计算机17信号连接，其中第一试样12利用第一螺钉13通过导线18与电化学工作站16相连，即第一试样12充当电化学工作站16的工作电极，第一试样12、第一参比电极14及第一辅助电极15组成三电极体系进行电化学参数进行测量。

针对循环泵6可通过电机30驱动，电机30信号连接有变频器31，控制柜利用变频器31控制电机30的转速，进而可实现循环泵6转速的调节。

喷嘴组件4还包括套设在固液喷嘴4-1外侧的导气套4-3，导气套4-3的内壁与固液喷嘴4-1的外壁之间形成导气通道4-4，气体喷嘴4-2呈环形，气体喷嘴4-2包括粗段4-21及与粗段4-21相接的细段4-22，气体喷嘴4-2的细段4-22位于导气通道4-4内，固液喷嘴4-1与气体喷嘴4-2固定连接，气体喷嘴4-2与导气套4-3固定连接，气体喷嘴4-2的粗段4-21内具有与气管10连通的环形内腔4-211，气体喷嘴4-2上细段4-22的底端端部开设有若干与环形内腔4-211连通的气体喷口4-221，固液喷嘴4-1的底端具有圆锥面4-11，圆锥面4-11的大端靠近导气管10，固液喷嘴4-1的底端端部具有固液喷口4-12；

气液固三相混合的过程：气罐2中压缩的冲刷气体经气体喷嘴4-2上粗段4-21的环形内腔4-211从细段4-22的气体喷口4-221高速吹出进入导气通道4-4，然后与固液喷嘴4-1的外周面产生摩擦，使冲刷气体的气流速度减慢，由于固液喷嘴4-1底端的圆锥面4-11上端大下端下，根据伯努利原理，导气通道4-4内的冲刷气体流速减慢会使其附着在固液喷嘴4-1的圆锥面4-11上流动，进而保证从固液喷嘴4-1上所射出的液固两相流能与紧贴固液喷嘴4-1底端圆锥面4-11上的气相在固液喷口4-12处混合。

试样台11的上表面开设有用于放置第一试样12的第一试样槽11-1，第一试样12放置在第一试样槽11-1中，第一螺钉13同时与试样台11及第一试样12螺纹连接，第一试样12上开设有与第一螺钉13相匹配的螺纹孔，试样台11上固定有两个侧板11-2，侧板11-2上均开设有一安装孔11-21，第一参比电极14和第一辅助电极15分别插设在两个侧板11-2的安装孔11-21中，第一参比电极14与其所在的安装孔11-21之间设置有隔离套19，第一辅助电极15与其所在的安装孔11-21之间也设置有隔离套19，隔离套19的材质为玻璃，试样台11可通过焊接固定在冲刷室3的内壁上。

进料管5上位于第一截止阀8和冲刷室3之间设置有玻璃管20，具体可为：玻璃管20的两端利用法兰连接在进料管5上，且与进料管5连通，玻璃管20上安装有第二参比电极21及第二辅助电极22，第二参比电极21及第二辅助电极22与玻璃管20之间均设置有安装套25，第二参比电极21与玻璃管20之间的安装套25套设在第二参比电极21上，第二辅助电极22与玻璃管20之间的安装套25套设在第二辅助电极22上，璃管的内壁上开设有与第二试样23相匹配的第二试样槽20-1，第二试样23位于第二试样槽20-1内，玻璃管20上螺纹连接有第二螺钉24，第二螺钉24与第二试样23螺纹连接，第二试样23上开设有与第二螺钉24相匹配的螺纹孔，第二试样23的内端面、第二参比电极21的内端面及第二辅助电极22的内端均与玻璃管20的内圈壁在同一圆周面上，第二试样23、第二参比电极21及第二辅助电极22均通过导线18与电化学工作站16相连，第二试样23利用第二螺钉24通过导线18与电化学工作站16相连，即第二试样23充当电化学工作站16的工作电极,第二试样23、第二参比电极21及第二辅助电极22组成三电极体系进行电化学参数进行测量。

该多相流冲刷腐蚀试验装置可适用于对油气管道进行冲刷腐蚀试验，油气管道常用的钢材有X80钢，那么对应采用的冲刷气体为二氧化碳、对应采用的冲刷固体为石英砂颗粒、对应采用的冲刷液体为氯化钠溶液；

进行试验前：首先在浆料罐1内进行冲刷固体和冲刷液体的液固两相介质配置，具体为：关闭第一截止阀8，打开第二截止阀9，启动循环泵6，将混合介质从浆料罐1内送入旁路管5-1，并从旁路管5-1重新返回浆料罐1，多次循环后，待冲刷固体颗粒与冲刷溶液充分混合后，即可将液固两相介质搅拌均匀；

试验时：打开第一截止阀8，关闭第二截止阀9，启动循环泵6，进料管5中的冲刷固体和冲刷液体在玻璃管20内对第二试样23进行固液两相的管流冲刷试验，同时，经过玻璃管20后的冲刷固体和冲刷液体在固液喷嘴4-1处与气罐2所流出的冲刷气体混合，并对冲刷室3内的第一试样12进行气液固三相的射流冲刷试验，最后冲刷固体和冲刷液体在自重下顺着出料管7返回浆料罐1。

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，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性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 (8)

1.一种多相流冲刷腐蚀试验装置，其特征在于：包括用于容纳冲刷固体和冲刷液体的浆料罐(1)、用于容纳冲刷气体的气罐(2)、冲刷室(3)及位于冲刷室(3)内的喷嘴组件(4)，所述冲刷室(3)位于浆料罐(1)的上方，所述喷嘴组件(4)包括相互固定的固液喷嘴(4-1)及气体喷嘴(4-2)；

所述浆料罐(1)的出口通过进料管(5)与固液喷嘴(4-1)连通，所述进料管(5)上设置有循环泵(6)，所述冲刷室(3)的内部底端通过出料管(7)与浆料罐(1)的进口连通，所述进料管(5)上设有与出料管(7)连通的旁路管(5-1)，所述进料管(5)上设置有第一截止阀(8)，所述进料管(5)与旁路管(5-1)的连接部位处于进料管(5)上第一截止阀(8)和循环泵(6)的出口之间，所述旁路管(5-1)上设置有第二截止阀(9)；

所述气罐(2)通过气管(10)与气体喷嘴(4-2)连通；

所述冲刷室(3)内设有位于喷嘴组件(4)下方的试样台(11)，所述第一试样(12)通过第一螺钉(13)固定在试样台(11)的上表面，所述冲刷室(3)内设有第一参比电极(14)和第一辅助电极(15)，所述第一试样(12)、第一参比电极(14)及第一辅助电极(15)均通过导线(18)与电化学工作站(16)相连，电化学工作站(16)与计算机(17)信号连接。

2.根据权利要求1所述多相流冲刷腐蚀试验装置，其特征在于：所述喷嘴组件(4)还包括套设在固液喷嘴(4-1)外侧的导气套(4-3)，所述导气套(4-3)的内壁与固液喷嘴(4-1)的外壁之间形成导气通道(4-4)，所述气体喷嘴(4-2)呈环形，所述气体喷嘴(4-2)包括粗段(4-21)及与粗段(4-21)相接的细段(4-22)，所述气体喷嘴(4-2)的细段(4-22)位于导气通道(4-4)内，所述固液喷嘴(4-1)与气体喷嘴(4-2)固定连接，所述气体喷嘴(4-2)与导气套(4-3)固定连接，所述气体喷嘴(4-2)的粗段(4-21)内具有与气管(10)连通的环形内腔(4-211)，所述气体喷嘴(4-2)上细段(4-22)的底端端部开设有若干与环形内腔(4-211)连通的气体喷口(4-221)，所述固液喷嘴(4-1)的底端具有圆锥面(4-11)，所述圆锥面(4-11)的大端靠近导气管(10)，所述固液喷嘴(4-1)的底端端部具有固液喷口(4-12)。

3.根据权利要求1所述的多相流冲刷腐蚀试验装置，其特征在于：所述试样台(11)的上表面开设有用于放置第一试样(12)的第一试样槽(11-1)，所述第一试样(12)放置在第一试样槽(11-1)中，所述第一螺钉(13)同时与试样台(11)及第一试样(12)螺纹连接，所述试样台(11)上固定有两个侧板(11-2)，所述侧板(11-2)上均开设有一安装孔(11-21)，所述第一参比电极(14)和第一辅助电极(15)分别插设在两个侧板(11-2)的安装孔(11-21)中，所述第一参比电极(14)与其所在的安装孔(11-21)之间设置有隔离套(19)，所述第一辅助电极(15)与其所在的安装孔(11-21)之间也设置有隔离套(19)，所述隔离套(19)的材质为玻璃。

4.根据权利要求1所述的多相流冲刷腐蚀试验装置，其特征在于：所述进料管(5)上位于第一截止阀(8)和冲刷室(3)之间设置有玻璃管(20)，所述玻璃管(20)上安装有第二参比电极(21)及第二辅助电极(22)，所述玻璃管(20)的内壁上开设有与第二试样(23)相匹配的第二试样槽(20-1)，所述第二试样(23)位于第二试样槽(20-1)内，所述玻璃管(20)上螺纹连接有第二螺钉(24)，所述第二螺钉(24)与第二试样(23)螺纹连接，所述第二试样(23)的内端面、第二参比电极(21)的内端面及第二辅助电极(22)的内端均与玻璃管(20)的内圈壁在同一圆周面上，所述第二试样(23)、第二参比电极(21)及第二辅助电极(22)均通过导线(18)与电化学工作站(16)相连。

5.根据权利要求4所述的多相流冲刷腐蚀试验装置，其特征在于：所述第二参比电极(21)及第二辅助电极(22)与玻璃管(20)之间均设置有安装套(25)。

6.根据权利要求1所述的多相流冲刷腐蚀试验装置，其特征在于：所述进料管(5)上设置有温度计(26)、压力计(27)及电磁流量计(28)，所述电磁流量计(28)位于进料管(5)上的第一截止阀(8)与冲刷室(3)之间。

7.根据权利要求1所述的多相流冲刷腐蚀试验装置，其特征在于：所述气管(10)上设置有减压阀(29)。

8.根据权利要求1所述的多相流冲刷腐蚀试验装置，其特征在于：所述循环泵(6)通过电机(30)驱动，所述电机(30)信号连接有变频器(31)。