CN108918402A - 一种高温高压电偶腐蚀试验装置 - Google Patents

一种高温高压电偶腐蚀试验装置 Download PDF

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张慧霞
李开伟
邢路阔
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    • G01N17/02Electrochemical measuring systems for weathering, corrosion or corrosion-protection measurement

Abstract

本发明提供了一种高温高压环境下的电偶腐蚀试验装置,其包括控制单元、电偶腐蚀试验单元。采用该装置可以获得高温高压环境下电偶连接件的电偶腐蚀速率,结合电化学测试系统可以获得电偶腐蚀电流、电偶腐蚀电位、自然腐蚀电位等电化学特征信息,实现异种金属材料高温高压环境的电偶腐蚀评价和机理研究。借助于本项发明,可以进行核电蒸发器等高温高压环境中的异种金属连接件电偶腐蚀评价和机理研究,获取相关数据,为核电蒸发器等高温高压工况装备的优选结构、设计以及性能防护提供基本数据保证。

Description

一种高温高压电偶腐蚀试验装置
技术领域
本发明涉及金属材料腐蚀试验技术领域,具体涉及一种用于高温高压环境中的金属电偶腐蚀的试验装置。
背景技术
为满足不同的使用性能要求,核电、石油、化工等高温高压环境的设备设施中不可避免存在异种金属连接构件。为避免发生电偶腐蚀,在异种金属连接处往往采用金属表面处理、绝缘涂覆或隔离等措施。然而,高温高压的环境中,绝缘措施一旦失效将发生较为严重的电偶腐蚀,加速设备的失效老化,甚至导致严重的事故发生。因此针对服役于高温高压环境的异种金属连接件,需要进行电偶腐蚀性能评价,提前规避设备发生重大事故的风险。
目前国内外电偶腐蚀评价或试验方法主要是电化学测试和失重法。但是,电偶腐蚀试验的开展关键在于试验装置。非高温高压环境下的电偶腐蚀大多根据国标GB/T15748-2013《船用金属材料电偶腐蚀试验方法》中所述的装置要求来开展。同时,不同工况下的电偶腐蚀试验研究需求,也启发相关研究人员设计了多种电偶腐蚀试验装置。如中国发明专利201010225412公开了“一种海水冲刷环境中模拟电偶腐蚀测试方法”,该发明能够实现模拟海水冲刷环境下的电偶腐蚀检测。中国发明专利201310300764.8公开了“一种动态电偶腐蚀试验装置”,能够实现流动海水或其他腐蚀介质环境中异种金属材料相互运动或摩擦过程中的电偶腐蚀试验。中国发明专利200910238567.1中公开的“一种电偶腐蚀试验装置”,能够进行不同阴阳面积比的两种不同金属材料之间在含有CO2/H2S的溶液介质中的电偶腐蚀试验,也可以进行不同面积比的高温高压的电偶腐蚀浸泡失重试验。中国实用新型专利201621268363.4中介绍了“一种应力作用下的电偶腐蚀试验装置”,可以用于应力作用下的异种金属材料在水溶液中的电偶腐蚀试验。以上专利都是针对某种特有工况环境而设计的电偶腐蚀装置,解决了冲刷、动态摩擦、高温高压的CO2/H2S溶液环境下电偶腐蚀问题。然而,随着核电、石油工业领域中高温高压环境电偶腐蚀问题的日益突出,高温高压电偶腐蚀的研究需求也随之增加,各种用于高温高压环境的电偶腐蚀试验装置也应运而生。如中国发明专利201610943683.3公开了“一种高温高压动态电偶腐蚀实验方法及装置”,能够实现循环动态高温高压气相、液相腐蚀介质中偶接在一起的两种金属材料的电偶腐蚀性能评价,检测电偶腐蚀速率大小和两种金属连接的实用性、螺纹连接的密封性。但是以上可以实现高温高压环境电偶腐蚀试验的装置也有其局限性,发明专利200910238567.1中介绍的电偶腐蚀试验装置由于只适用高温高压的CO2/H2S溶液环境,且不能够测试电偶腐蚀试样的电偶电流和电偶电位等电化学特征,不利于开展电偶腐蚀机理研究。发明专利201610943683.3中的高温高压动态电偶腐蚀试验装置强度了高温高压气相、液相腐蚀介质中螺纹连接的电偶试样的腐蚀损伤,不能普遍用于其他环境中普通连接方式的电偶腐蚀试验及电偶电流和电位的测量,也不利于开展其他工况条件下的电偶腐蚀评价和机理研究。然而,高温高压环境下电偶腐蚀评价和机理研究对于核电蒸发器等设备的优先偶接金属结构、避免或减缓电偶腐蚀问题,都具有极重要的作用。因此,深入研究高温高压环境下的电偶腐蚀机理或评价技术,开发一种新的高温高压环境的电偶腐蚀试验装置非常必要,该装置不仅能够实现异种金属材料高温高压环境下的电偶腐蚀试验,同时与电化学测试系统联用可以获得其电偶电流和电偶电位等电化学特征数据。
技术方案
本发明的目的在于提供一种高温高压环境下的电偶腐蚀试验装置,能够开展异种金属材料高温高压环境下的电偶腐蚀试验,与电化学测试系统联用可以进行腐蚀电偶电流、电偶电位、自然腐蚀电位等电化学测试和监测,用于高温高压环境异种金属连接件的电偶腐蚀性能测试、评价和机理研究。
本发明提供一种高温高压环境下的电偶腐蚀试验装置,其包括控制单元、电偶腐蚀试验单元。
其中,所述控制单元包括温度控制单元、压力控制单元和转速控制单元。
其中,所述温度控制单元包括加热器、冷凝器、保温套和温度传感器构成。
所述压力控制单元包括压力传感器和压力表。
所述转速控制单元包括转轴、速度传感器、电机。
其中,所述腐蚀实验装置还包括冷凝器进管、冷凝器出管、进水管和出水管。
其中,所述电偶腐蚀试验单元主要包括电偶腐蚀试验转盘、参比电极、碳刷装置、电缆、釜盖、釜体。
其中,加热器外部设置有保温套,釜体位于加热器内,釜盖在釜体上,在釜盖上有冷凝器进管、冷凝器出管、进水管、出水管、温度传感器、压力表和爆破阀,压力传感器与压力表相连接;
冷凝器进管、冷凝器出管与位于加热器内的冷凝器相连接;
电偶腐蚀试验转盘装置位于加热器内,冷凝器环绕转盘装置的转盘试样架,参比电极位于转盘装置的端部;
电机位于加热器的外部,带动转盘装置旋转,速度传感器位于转盘装置的转轴上,其上面安装有碳刷装置;
控制系统通过电缆连接碳刷装置、电机、温度传感器、速度传感器、压力传感器。
转盘试样架的转轴周围安装有试样夹具,每个试样夹具上夹有试样,铜导线通过转盘内部的导线通道连接到试样的固定孔处,并采用陶瓷固定螺帽将铜导线与试样间的电连接处与腐蚀环境进行绝缘隔离。铜导线的另一端连接到转轴的碳刷装置上,每一条导线对应转轴上的一圈碳刷。
温度控制主要通过加热器、冷凝器、保温套、温度传感器实现,压力控制主要通过釜盖上的进出水管向釜体中泵蒸馏水的方式,辅以温度的控制,根据压力传感器的测试结果和控制系统的反馈,综合调节压力,以实现对压力的控制。该控制方式避免向釜体中通气体,可以实现核电蒸发器回路等水溶液高温高压工况下电偶腐蚀试验。转速的控制通过转轴、速度传感器、电机来实现。
将每对电偶试样对应的两个碳刷短接,就可以实现多组偶对试样旋转冲刷高温高压水溶液环境的失重试验;不启动转轴的电机,或将转速降为零,则可以实现多组偶对试样在高温高压水溶液环境的电偶腐蚀失重试验。通过电缆将试样连接到电偶腐蚀测试系统即可测试或监测试样间的电偶腐蚀电流、电偶腐蚀电位、自然腐蚀电位。将偶对试样中其中一个试样采用惰性电极试样如石墨、贵金属氧化物阳极等进行替代,通过电缆连接到电化学工作站即可实现动电位极化、阻抗等电化学测试或监测。
有益的技术效果
本发明提供的高温高压电偶腐蚀试验装置,用于高温高压腐蚀环境异种金属材料间的电偶腐蚀试验,采用该装置可以获得高温高压环境下电偶连接件的电偶腐蚀速率,结合电化学测试系统可以获得电偶腐蚀电流、电偶腐蚀电位、自然腐蚀电位等电化学特征信息,实现异种金属材料高温高压环境的电偶腐蚀评价和机理研究。借助于本项发明,可以进行核电蒸发器等高温高压环境中的异种金属连接件电偶腐蚀评价和机理研究,获取相关数据,为核电蒸发器等高温高压工况装备的优选结构、设计以及性能防护提供基本数据保证。
附图说明
图1高温高压电偶腐蚀试验装置结构示意图;
图2电偶腐蚀试验转盘装置结构示意图;
图3电偶腐蚀试验转盘装置A-A截面结构示意图。
1.保温套;2.加热器;3.釜体;4.冷凝器;5.电偶腐蚀试验转盘装置;6.冷凝器进出管;7.爆破阀;8.碳刷装置;9.速度传感器;10.电机;11.电缆;12.温度传感器;13.进出水管;14.压力表;15.压力传感器;16控制系统;17.参比电极;18.转盘试样架;19.釜盖;20.转轴;21.试样;22.陶瓷套管;23.导线;24.导线通道;25.固定螺帽;26.试样夹具。
具体实施方式
本发明提供一种高温高压环境下的电偶腐蚀试验装置,其包括控制单元、电偶腐蚀试验单元。
所述控制单元包括温度控制单元、压力控制单元和转速控制单元;
所述温度控制单元包括加热器、冷凝器、保温套和温度传感器构成;
所述压力控制单元包括压力传感器和压力表。
所述转速控制单元包括转轴、速度传感器、电机。
所述腐蚀实验装置还包括冷凝器进管、冷凝器出管、进水管和出水管。
所述电偶腐蚀试验单元主要包括电偶腐蚀试验转盘、参比电极、碳刷装置、电缆、釜盖、釜体。
其中,加热器外部设置有保温套,釜体位于加热器内,釜盖在釜体上,在釜盖上有冷凝器进管、冷凝器出管、进水管、出水管、温度传感器、压力表和爆破阀,压力传感器与压力表相连接;
冷凝器进管、冷凝器出管与位于加热器内的冷凝器相连接;
电偶腐蚀试验转盘装置位于加热器内,冷凝器环绕转盘装置的转盘试样架,参比电极位于转盘装置的端部;
电机位于加热器的外部,带动转盘装置旋转,速度传感器位于转盘装置的转轴上,其上面安装有碳刷装置;
控制系统通过电缆连接碳刷装置、电机、温度传感器、速度传感器、压力传感器。
转盘试样架的转轴周围安装有试样夹具,每个试样夹具上夹有试样,铜导线通过转盘内部的导线通道连接到试样的固定孔处,并采用陶瓷固定螺帽将铜导线与试样间的电连接处与腐蚀环境进行绝缘隔离。铜导线的另一端连接到转轴的碳刷装置上,每一条导线对应转轴上的一圈碳刷。
温度控制主要通过加热器、冷凝器、保温套、温度传感器实现,压力控制主要通过釜盖上的进出水管向釜体中泵蒸馏水的方式,辅以温度的控制,根据压力传感器的测试结果和控制系统的反馈,综合调节压力,以实现对压力的控制。该控制方式避免向釜体中通气体,可以实现核电蒸发器回路等水溶液高温高压工况下电偶腐蚀试验。转速的控制通过转轴、速度传感器、电机来实现。
将每对电偶试样对应的两个碳刷短接,就可以实现多组偶对试样旋转冲刷高温高压水溶液环境的失重试验;不启动转轴的电机,或将转速降为零,则可以实现多组偶对试样在高温高压水溶液环境的电偶腐蚀失重试验。通过电缆将试样连接到电偶腐蚀测试系统即可测试或监测试样间的电偶腐蚀电流、电偶腐蚀电位、自然腐蚀电位。将偶对试样中其中一个试样采用惰性电极试样如石墨、贵金属氧化物阳极等进行替代,通过电缆连接到电化学工作站即可实现动电位极化、阻抗等电化学测试或监测。
以下采用附图来详细说明本发明的实施方式及分析结果,借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题,并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。
如图1至图3所示,本发明一种高温高压电偶腐蚀试验装置,主要由控制单元、电偶腐蚀试验单元组成,控制单元包括温度控制单元、压力控制单元和转速控制单元。所述温度控制单元包括加热器2、冷凝器4、保温套1和温度传感器12构成;所述压力控制单元包括压力传感器15和压力表14。所述转速控制单元包括转轴20、速度传感器9、电机10。电偶腐蚀试验单元主要包括电偶腐蚀试验转盘装置5、参比电极17、碳刷装置8、电缆11、釜盖19、釜体3。电偶腐蚀试验转盘装置5主要由转盘试样架18、试样夹具26、试样21、陶瓷套管22、固定螺帽25、导线23、导线通道24组成。所述腐蚀试验装置还包括控制系统16。冷凝器进出管6、进出水管13。
加热器2外部设置有保温套1,釜体3位于加热器2内,釜盖19盖在釜体3上,在釜盖19上有冷凝器进出管6、进出水管13、温度传感器12、压力表14和爆破阀7,压力传感器15与压力表14相连接;冷凝器进出管6与位于加热器内的冷凝器4相连接;电偶腐蚀试验转盘装置5位于加热器2内,冷凝器4环绕转盘装置5的转盘试样架18,参比电极17位于转盘装置的端部;电机10位于加热器2的外部,带动转盘装置旋转,速度传感器9位于转盘装置的转轴20上,其下方设置有碳刷装置8;控制系统16通过电缆11连接碳刷装置8、电机10、温度传感器12、速度传感器9、压力传感器15。
温度控制主要通过加热器2、冷凝器4、保温套1、温度传感器12实现;压力控制主要通过釜盖上的进出水管13向釜体中泵蒸馏水的方式,辅以温度的控制,根据压力传感器15的测试结果和控制系统的反馈,综合调节压力,以实现对压力的控制。该控制方式避免向釜体3中通气体,可以实现水溶液高温高压工况下电偶腐蚀试验;转速的控制通过转轴20、速度传感器9、电机10来实现。
铜导线23通过试样夹具26的导线通道连接到试样的固定孔处,并采用陶瓷固定螺帽25将铜导线与试样间的电连接处与腐蚀环境进行绝缘隔离。铜导线的另一端通过转盘试样架18的导线通道连接到转轴20的装置8的电缆11上,每一条导线对应转轴上的碳刷。安装试样后,用万用表确认每个试样与碳刷之间的导通。
所有上述的首要实施这一知识产权,并没有设定限制其他形式的实施这种新产品和/或新方法。本领域技术人员将利用这一重要信息,上述内容修改,以实现类似的执行情况。但是,所有修改或改造基于本发明新产品属于保留的权利。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非是对本发明作其它形式的限制,任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型,仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.一种高温高压环境下的电偶腐蚀试验装置,其特征在于:包括控制单元、电偶腐蚀试验单元。
2.如权利要求1所述的高温高压环境下的电偶腐蚀试验装置,其特征在于:所述控制单元包括温度控制单元、压力控制单元和转速控制单元。
3.如权利要求1或2所述的高温高压环境下的电偶腐蚀试验装置,其特征在于:所述温度控制单元包括加热器、冷凝器、保温套和温度传感器构成。
4.如权利要求1至3所述的高温高压环境下的电偶腐蚀试验装置,其特征在于:所述压力控制单元包括压力传感器和压力表。
5.如权利要求1至4所述的高温高压环境下的电偶腐蚀试验装置,其特征在于:所述转速控制单元包括转轴、速度传感器、电机。
6.如权利要求1至5所述的高温高压环境下的电偶腐蚀试验装置,其特征在于:所述腐蚀实验装置还包括冷凝器进管、冷凝器出管、进水管和出水管。
7.如权利要求1至6所述的高温高压环境下的电偶腐蚀试验装置,其特征在于:所述电偶腐蚀试验单元主要包括电偶腐蚀试验转盘、参比电极、碳刷装置、电缆、釜盖、釜体。
8.如权利要求1至7所述的高温高压环境下的电偶腐蚀试验装置,其特征在于:加热器外部设置有保温套,釜体位于加热器内,釜盖在釜体上,在釜盖上有冷凝器进管、冷凝器出管、进水管、出水管、温度传感器、压力表和爆破阀,压力传感器与压力表相连接;
冷凝器进管、冷凝器出管与位于加热器内的冷凝器相连接;
电偶腐蚀试验转盘装置位于加热器内,冷凝器环绕转盘装置的转盘试样架,参比电极位于转盘装置的端部;
电机位于加热器的外部,带动转盘装置旋转,速度传感器位于转盘装置的转轴上,其上面安装有碳刷装置;
控制系统通过电缆连接碳刷装置、电机、温度传感器、速度传感器、压力传感器。
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