CN109406297A - 实现高温高压腐蚀环境的模拟装置及方法 - Google Patents

实现高温高压腐蚀环境的模拟装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明是实现高温高压腐蚀环境的模拟装置及方法，该装置包括压力表(1)、压力注射阀(2)、压力调节开关(3)、压力调节阀(4)、高强螺栓(5)、高强螺母(6)、腐蚀溶液(7)、玻璃纤维加热系统(8)、压力泵(9)和压力顶盖(10)，玻璃纤维加热系统(8)包括热电偶、玻璃纤维加热带和绝缘棉。将腐蚀溶液(7)注入压力泵(9)中，采用玻璃纤维加热系统(8)对压力泵(9)加热，实现高温高压腐蚀环境的模拟。本发明装置结构简单，加工方便，经济效益好，应用范围广，可实现长期高温高压腐蚀环境的模拟，并解决液态压力施加困难的问题。

Description

实现高温高压腐蚀环境的模拟装置及方法
技术领域
本发明涉及高温高压腐蚀环境的模拟技术领域，是一种实现高温高压腐蚀环境的模拟装置及方法。
背景技术
对于传统的钢筋混凝土结构，当其在服役环境下由于钢筋发生锈蚀作用，造成了巨大的经济损失。为解决此问题，纤维增强树脂复合材料应运而生，以其轻质、高强、优越的耐腐蚀性和耐疲劳性能成为土木工程中作为替代钢筋的一种新型材料。
纤维增强树脂复合材料广泛的应用于混凝土结构的增强与加固中。前者作为受力筋包裹于混凝土构件中与混凝土共同承受外荷载；后者采用普通外粘和预应力张拉对已有混凝土构件进行加固。大量的研究也已表明增强/加固后的混凝土构件承载力大幅度提升。为了充分利用纤维增强树脂复合材料的潜能，近年来，土木工程领域逐渐扩大其应用至海洋工程及地下采油/矿工程。对于这些新领域，纤维增强树脂复合材料可能面对更加复杂的服役环境，如矿物质水/海水、高温以及高压条件，复合材料在上述复杂环境的长期耦合作用下的服役寿命决定了结构的安全性。
为研究纤维树脂复合材料在复杂环境下的长期性能演化规律及机理，目前的加速方法采用恒温水槽对材料进行一定的浸泡，通过此方法可现实温度和腐蚀溶液的耦合作用。当材料在浸泡过程中，腐蚀溶液沿着纤维树脂界面逐渐扩散至材料内部引起树脂基体的塑化与水解，高温对于水分子具有加速作用，促进了纤维树脂复合材料的退化。然而，当纤维树脂复合材料逐渐应用于海洋工程、地下采油/矿工程，液态压力的长期作用对材料性能的影响至关重要。当其与温度、腐蚀溶液耦合后，材料性能的长期演化规律及机理更值得关注。
目前，由于液态压力施加的困难，相关液态压力对纤维树脂复合材料的影响研究较少，其作用机理尚不明确，极大的限制了纤维树脂复合材料在海洋工程及地下采油/矿工程中的应用。
发明内容
本发明针对现有技术液态压力施加困难导致相关液态压力对纤维树脂复合材料的影响研究较少，提供了一种实现高温高压腐蚀环境的模拟装置及方法，提供了以下技术方案：
一种实现高温高压腐蚀环境的模拟装置，包括：压力表1、压力注射阀2、压力调节开关3、压力调节阀4、高强螺栓5、高强螺母6、腐蚀溶液7、玻璃纤维加热系统8、压力泵9、压力顶盖10，玻璃纤维加热系统8包括热电偶、玻璃纤维加热带和绝缘棉；
所述压力泵9内注射有腐蚀溶液7，在压力泵9的表面贴合有热电偶，再由玻璃纤维加热带将贴合有热电偶的压力泵9紧密缠绕，玻璃纤维加热带外缠绕有绝缘棉，多个高强螺栓5和高强螺母6将压力顶盖10固定安装在压力泵9正上方，压力泵9和压力顶盖10间缝隙处设有高弹性橡胶垫，压力顶盖10正上方固定安装有压力表1、压力注射阀2和压力调节阀4，压力表1、压力注射阀2和压力调节阀4上个安装有一个压力调节开关3。
优选地，所述压力泵9的内壁和外壁涂有防腐层。
优选地，所述多个高强螺栓5和高强螺母6在压力顶盖10正上方沿圆周排列，压力表1、压力注射阀2和压力调节阀4安装在所述高强螺栓5和高强螺母6形成的圆周范围内。
一种实现高温高压腐蚀环境的模拟方法，包括以下步骤：
步骤一：保持压力表1的压力调节开关3为开启状态，将腐蚀溶液7缓慢注入压力泵9，采用高强螺栓5和高强螺母6将压力顶盖10安装在压力泵9正上方固定；
步骤二：开启压力注射阀2的压力调节开关3，将腐蚀溶液沿高压注射阀2注射至压力泵9内；
步骤三:当观察到压力表1的读数大于所需模拟的压力时，关闭压力注射阀2的压力调节开关3，开启压力调节阀4的压力调节开关3调节压力泵9内压力，使得压力表1的读数达到所需模拟的压力；
步骤四：关闭压力调节阀4的压力调节开关3，开启玻璃纤维加热系统8的开关进行加热，观察热电偶的读数调整泵体内腐蚀溶液温度达到所需模拟的温度，待温度稳定为所需模拟的温度后，开启压力调节阀4的压力调节开关3对压力泵9内压力校正到所需模拟的压力。
优选地，步骤一中所述注入压力泵9的腐蚀溶液7为压力泵9总容量的4/5。
本发明具有以下有益效果：
针对现有施加液态压力困难，本发明通过高压注射器将腐蚀溶液注射至压力泵内，通过压力表读数确定泵体内压力，操作安全、简单，同时采用压力调节阀进行泵体内压力的调整，精确度高，压力施加范围广
对压力泵9内壁和外壁进行防腐蚀处理，可实现长期高温高压腐蚀环境的模拟，在压力泵9和压力顶盖10之间设有的高弹性橡胶垫可防止压力和腐蚀溶液溢出，稳定性和安全性能好。利用玻璃纤维带加热，再通过热电偶对温度进行监测，使得温度施加更精确，玻璃纤维加热带外层缠绕的绝缘棉，可防止压力泵9内的热量散发，热稳定性好。
注入压力泵9的腐蚀溶液7为压力泵9总容量的4/5，可避免注入量太多导致腐蚀溶液7的溢出；注入量太少可能导致高压注射时间过长，增加仪器耗损。
根据不同工况，可配置不同腐蚀溶液7模拟不同腐蚀环境，同时可将压力泵设计成不同尺寸，容纳大量不同的土木建筑材料。利用所需模拟的压力值来计算高强螺丝5和高强螺母6的数量，保证压力不会溢出，扩大了应用范围。
附图说明
图1是实现高温高压腐蚀环境的模拟装置结构示意图。
图2是顶盖的局部放大示意图。
图中：1-压力表，2-压力注射阀，3-压力调节开关，4-压力调节阀，5-高强螺栓，6-高强螺母，7-腐蚀溶液，8-玻璃纤维加热系统，9-压力泵，10-压力顶盖。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明进行了详细说明。
具体实施例一：
根据图1，本发明提出一种实现高温高压腐蚀环境的模拟装置，压力表1、压力注射阀2、压力调节开关3、压力调节阀4、高强螺栓5、高强螺母6、腐蚀溶液7、玻璃纤维加热系统8、压力泵9、压力顶盖10，玻璃纤维加热系统8包括热电偶、玻璃纤维加热带和绝缘棉；
所述压力泵9内注射有腐蚀溶液7，在压力泵9的表面贴合有热电偶，再由玻璃纤维加热带将贴合有热电偶的压力泵9紧密缠绕，玻璃纤维加热带外缠绕有绝缘棉，多个高强螺栓5和高强螺母6将压力顶盖10固定安装在压力泵9正上方，压力泵9和压力顶盖10间缝隙处设有高弹性橡胶垫，压力顶盖10正上方固定安装有压力表1、压力注射阀2和压力调节阀4，压力表1、压力注射阀2和压力调节阀4上个安装有一个压力调节开关3。
在压力泵9和压力顶盖10间缝隙处设有高弹性橡胶垫，高弹性橡胶垫的加入，可以防止压力和腐蚀溶液在压力施加过程中溢出，使得稳定性和安全性能提高。压力表1、压力注射阀2和压力调节阀4上安装的压力调节开关3，使得在调试压力过程中操作便捷，过程简单。
具体实施例二：
经过多次试验计算得知每个螺栓承受的压力是一定的，根据所需要模拟的压力，计算高强螺栓5和高强螺母6的数量，待得到具体的数量值，根据排列方式计算相邻间距值。将高强螺栓5和高强螺母6在压力顶盖10正上方沿圆周排列，压力表1、压力注射阀2和压力调节阀4安装在所述高强螺栓5和高强螺母6形成的圆周范围内。
对压力泵9内壁和外壁进行防腐蚀处理，在内壁和外壁涂刷防腐蚀涂料，可实现长期高温高压腐蚀环境的模拟。根据不同工况，可将压力泵设计成不同尺寸，容纳大量不同的土木建筑材料。
具体实施例三：
本发明提出一种实现高温高压腐蚀环境的模拟方法，包括以下步骤：
步骤一：保持压力表1的压力调节开关3为开启状态，将的腐蚀溶液7缓慢注入压力泵9，采用高强螺栓5和高强螺母6将压力顶盖10安装在压力泵9正上方固定；
步骤二：开启压力注射阀2的压力调节开关3，将腐蚀溶液7沿高压注射阀2注射至压力泵9内；
步骤三:当观察到压力表1的读数大于所需模拟的压力时，关闭压力注射阀2的压力调节开关3，开启压力调节阀4的压力调节开关3调节压力泵9内压力，使得压力表1的读数达到所需模拟的压力；
步骤四：关闭压力调节阀4的压力调节开关3，开启玻璃纤维加热系统8的开关进行加热，观察热电偶的读数调整泵体内腐蚀溶液温度达到所需模拟的温度，待温度稳定为所需模拟的温度后，开启压力调节阀4的压力调节开关3对压力泵9内压力校正到所需模拟的压力。
腐蚀溶液7可根据不同工况进行配置，用以实现在多种腐蚀环境下的模拟，扩大了腐蚀环境模拟范围。
保持压力表开启状态，开始注入压力泵9内的腐蚀溶液7占其总容量的4/5，从而避免了注入量过大，导致腐蚀溶液7溢出，又避免了注入量太少导致的仪器损耗，延长使用寿命。
步骤二中通过高压注射器将腐蚀溶液7注入到压力泵9内，所述的高压注射器为浙江台州市腾龙清洗机厂生产的仪器型号为3600的高压注射器，通过耐高压耐磨橡胶钢丝管连接高压注射器和压力注射阀2，开启高压注射器，高压注射器开始施加压力，将腐蚀溶液7沿着压力注射阀2缓慢注入到压力泵9内，完成液态压力的施加。
以上所述仅是实现高温高压腐蚀环境的模拟装置及方法的优选实施方式，实现高温高压腐蚀环境的模拟装置及方法的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和变化，这些改进和变化也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种实现高温高压腐蚀环境的模拟装置，其特征是：包括：压力表(1)、压力注射阀(2)、压力调节开关(3)、压力调节阀(4)、高强螺栓(5)、高强螺母(6)、腐蚀溶液(7)、玻璃纤维加热系统(8)、压力泵(9)、压力顶盖(10)，玻璃纤维加热系统(8)包括热电偶、玻璃纤维加热带和绝缘棉；
所述压力泵(9)内注射有腐蚀溶液(7)，在压力泵(9)的表面贴合有热电偶，再由玻璃纤维加热带将贴合有热电偶的压力泵(9)紧密缠绕，玻璃纤维加热带外缠绕有绝缘棉，多个高强螺栓(5)和高强螺母(6)将压力顶盖(10)固定安装在压力泵(9)正上方，压力泵(9)和压力顶盖(10)间缝隙处设有高弹性橡胶垫，压力顶盖(10)正上方固定安装有压力表(1)、压力注射阀(2)和压力调节阀(4)，压力表(1)、压力注射阀(2)和压力调节阀(4)上均安装有一个压力调节开关(3)。
2.根据权利要求1所述的一种实现高温高压腐蚀环境模拟的装置，其特征是：所述压力泵(9)的内壁和外壁涂有防腐层。
3.根据权利要求1所述的一种实现高温高压腐蚀环境模拟的装置，其特征是：所述多个高强螺栓(5)和高强螺母(6)在压力顶盖(10)正上方沿圆周排列，压力表(1)、压力注射阀(2)和压力调节阀(4)安装在所述高强螺栓(5)和高强螺母(6)形成的圆周范围内。
4.一种实现高温高压腐蚀环境的模拟方法，其特征是：包括以下步骤：
步骤一：保持压力表(1)的压力调节开关(3)为开启状态，将腐蚀溶液(7)缓慢注入压力泵(9)，采用高强螺栓(5)和高强螺母(6)将压力顶盖(10)安装在压力泵(9)正上方固定；
步骤二：开启压力注射阀(2)的压力调节开关(3)，将腐蚀溶液(7)沿高压注射阀(2)注射至压力泵(9)内；
步骤三:当观察到压力表(1)的读数大于所需模拟的压力时，关闭压力注射阀(2)的压力调节开关(3)，开启压力调节阀(4)的压力调节开关(3)调节压力泵(9)内压力，使得压力表(1)的读数达到所需模拟的压力；
步骤四：关闭压力调节阀(4)的压力调节开关(3)，开启玻璃纤维加热系统(8)的开关进行加热，观察热电偶的读数调整泵体内腐蚀溶液温度达到所需模拟的温度，待温度稳定为所需模拟的温度后，开启压力调节阀(4)的压力调节开关(3)对压力泵(9)内压力校正到所需模拟的压力。
5.根据权利要求4所述的一种实现高温高压腐蚀环境的模拟方法，其特征是：步骤一中所述注入压力泵(9)的腐蚀溶液(7)为压力泵(9)总容量的4/5。
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