CN109507101A - 电极装置、高温高压点蚀电位的检测装置和高温高压点蚀电位的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电化学领域，具体而言，涉及一种电极装置、高温高压点蚀电位的检测装置和高温高压点蚀电位的检测方法。该电极装置包括工作电极棒，降低工作电极密封界面处的工作温度的降温组件，降温组件套设于工作电极棒外，并与工作电极棒连接。其结构简单，可以实现在高温高压的条件下进行点蚀电位的检测，且保证检测结果的准确性，防止缝隙腐蚀影响点蚀的检测。

Description

电极装置、高温高压点蚀电位的检测装置和高温高压点蚀电 位的检测方法

技术领域

本发明涉及电化学领域，具体而言，涉及一种电极装置、高温高压点蚀电位的检测装置和高温高压点蚀电位的检测方法。

背景技术

点蚀或称孔蚀，是金属局部腐蚀的一种，其形态主要表现为直径小而深度深的蚀坑，是化工行业常见的腐蚀类型之一。由于点蚀发生时金属损失量较小，很难用失重及测量壁厚减薄的方法来预测设备寿命。使用电化学工作站循环动电位极化法是试验室测量金属点蚀敏感性的主要方法。将被测金属作为工作电极固定在试样架上浸入电解质溶液内，组装电解池，施加一个连续移动的电位，以获得主要的电化学参数。当试验条件要求温度压力较高时，应在密闭的高温高压反应釜内进行试验。

但是现有技术中，对于高温高压条件下的点蚀电位没有合适的测量方法和装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电极装置，其旨在解决上述技术问题。

本发明的另一目的在于提供一种高温高压点蚀电位的检测装置，其结构简单，可以实现在高温高压的条件下进行点蚀电位的检测，且保证检测结果的准确性，防止缝隙腐蚀影响点蚀的检测。

本发明的另一目的在于提供一种高温高压点蚀电位的检测方法，该方法操作简单，且可以保证检测结果的准确性。

本发明的实施例是这样实现的：

一种电极装置，该电极装置包括工作电极棒，降低工作电极密封界面处的工作温度的降温组件，降温组件套设于工作电极棒外，并与工作电极棒连接。

本发明较佳的实施例中，上述电极装置还包括绝缘密封件，绝缘密封件套设于工作电极棒外，绝缘密封件的一端与工作电极棒固定连接，降温组件套设于绝缘密封件外，且绝缘密封件与降温组件连接，绝缘密封件的另一端与降温组件的端部位于同一水平面。

本发明较佳的实施例中，上述电极装置还包括压力密封圈，绝缘密封件的一端和工作电极棒通过上述压力密封圈固定连接。

本发明较佳的实施例中，上述电极装置还包括不锈钢金属管，不锈钢金属管套设于绝缘密封件外，不锈钢金属管与工作电极棒通过螺栓连接，降温组件套设于不锈钢金属管外，并与不锈钢金属管连接。

本发明较佳的实施例中，上述降温组件包括降温箱，降温箱的一侧同时开设有进水口和出水口。

一种高温高压点蚀电位的检测装置，其包括高温高压反应釜和上述的电极装置，电极装置的工作电极的一端设置于高温高压反应釜内，电极装置与高温高压反应釜通过螺栓连接。

本发明较佳的实施例中，上述高温高压反应釜包括高温高压反应釜本体和高温高压反应釜盖，高温高压反应釜盖对高温高压反应釜本体的开口部进行密封，高温高压反应釜本体与开口部相对的一端与电极装置连接。

本发明较佳的实施例中，上述高温高压点蚀电位的检测装置还包括进气管和出气管，进气管的一端和出气管的一端分别穿过高温高压反应釜，均位于高温高压反应釜本体内。

本发明较佳的实施例中，上述高温高压点蚀电位的检测装置还包括参比电极和辅助电极，参比电极的一端和辅助电极的一端分别穿过高温高压反应釜，后均位于高温高压反应釜本体内。

一种高温高压点蚀电位的检测方法，利用上述高温高压点蚀电位的检测装置进行点蚀电位检测时，同时向降温组件内通入冷却水，对工作电极密封界面处的工作温度进行降温。

本发明实施例的有益效果是：本发明的电极装置适用于高温高压条件下的不锈钢点蚀电位的测量，电化学反应在高温高压反应釜内，与常规的只能在常压下使用点蚀电位测量方法相比，可以模拟更多苛刻的工况。而本发明通过外加降温组件，使用冷却水将工作电极密封界面处的工作温度降低，使在该部位可能发生的缝隙腐蚀的电位升高，高于点蚀发生的电位，避免缝隙腐蚀的发生。该装置避免了对工作介质的破坏，对电化学装置试验介质的用量及试验工作时间没有过多的限制。进一步地，外接降温组件在工作电极棒的上部，高温高压反应釜的外部，不受反应釜温度压力的影响。冷却水外接，冷却水的温度可控，可以将密封界面处的温度降至非常低，尽可能地提高缝隙腐蚀的发生电位，避免缝隙腐蚀的发生。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明背景技术提供的电极装置的结构示意图；

图2为本发明实施例1提供的高温高压点蚀电位的检测装置的结构示意图；

图3为本发明实施例3提供的循环动电位极化曲线。

图标：100A-电极装置；100B-高温高压点蚀电位的检测装置；1-工作电极棒；1a-第一电极杆；1b-第二电极杆；2-绝缘密封件；3-压力密封圈；4-降温箱；4a-进水口；4b-出水口；5-不锈钢金属管；20-高温高压反应釜；21-高温高压反应釜本体；22-高温高压反应釜盖；23-连通孔；24-进气管；25-出气管；26-控制阀门；27-压力显示仪；28-参比电极；29-辅助电极；30-加热套；31-热电偶；32-电化学工作站。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连通”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1

参见图1，本实施例提供一种电极装置100A，其包括工作电极棒1，工作电极棒1浸入电解质溶液内，进行电化学反应。工作电极棒1包括第一电极杆1a和第二电极杆1b，第一电极杆1a和第二电极杆1b一体成型，第一电极杆1a浸入电解质溶液内，第二电极杆1b未浸入电解质溶液内。

电极装置100A还包括绝缘密封件2，所述绝缘密封件2套设于所述工作电极棒1外，所述绝缘密封件2的一端与所述工作电极棒1固定连接。具体地，绝缘密封件2套设于第二电极杆1b外，且第二电极杆1b相对远离第一电极杆1a的一端与绝缘密封件2固定连接，继而实现绝缘密封件2和工作电极棒1的连接。

进一步地，电极装置100A还包括压力密封圈3，所述绝缘密封件2的一端和所述工作电极棒1通过上述压力密封圈3固定连接。即压力密封圈3能够提升电极装置100A的结构的稳定性。

对于表面有氧化膜的不锈钢类，当试样固定在试样架上密封时，有时可能在密封界面上引起不期望的缝隙腐蚀。且在同等条件下，缝隙腐蚀发生的电位低于点蚀发生电位，即缝隙腐蚀优先于点蚀首先发生。常用的避免缝隙腐蚀的方法为使用冲洗式电解池或冲洗式试样架。即向试样与电解池端口的接触区域输送少量的高纯水以取代原本在缝隙区域的电解质溶液，达到消除试样与电解池接触点的缝隙腐蚀的发生的目的。该方法只适用于试验条件为常压的情况，且电解池必须足够大以保证有充足的试验溶液，避免测试时间内试样溶液被高纯水稀释。但是在高温高压条件下，无法使用冲洗式电解池或冲洗式试样架，因此，现有技术中，对于高温高压条件下的点蚀电位没有合适的测量方法和装置。

具体地，进行高温高压点蚀电位的检测时，第一电极杆1a浸泡在电解质溶液中，而电解质溶液与绝缘密封件2相对靠近第一电极杆1a的一端接触，而随着反应的进行，缝隙腐蚀发生的电位低于点蚀发生电位，即缝隙腐蚀优先于点蚀首先发生，因此，绝缘密封件2与电解质溶液接触的一端发生缝隙腐蚀，继而影响点蚀的检测结果。同时，由于采用的是高温高压装置进行检测，不能对试样架进行冲洗，也不能采用冲洗式电解池。

因此，为了解决这一技术问题电极装置100A包括降低工作电极密封界面处的工作温度的降温组件，所述降温组件套设于所述工作电极棒1外，并与所述工作电极棒1连接，具体地，降温组件套设于所述绝缘密封件2外，且所述绝缘密封件2与所述降温组件连接，所述绝缘密封件2的另一端与所述降温组件的端部位于同一水平面。

也就是说绝缘密封件2相对靠近第一电极杆1a的端部，也即是其与电解质溶液接触的端部与降温组件的端部位于同一水平面，使得降温组件能够对工作电极密封界面处的工作温度进行降温，使得此处保持着较低的温度，由于温度对缝隙腐蚀和点蚀的形成有着重要的影响，当温度升高时，不锈钢点蚀电位和缝隙腐蚀的电位均有所降低。若在同等介质及试验材质条件下，降低缝隙处的温度，即提高了缝隙腐蚀的发生电位，缝隙腐蚀较点蚀相比更难发生，杜绝了缝隙腐蚀发生的可能性，继而保证点蚀电位检测的准确性。

本发明必须强调绝缘密封件2相对靠近第一电极杆1a的端部，也即是其与电解质溶液接触的端部与降温组件的端部位于同一水平面，若降温组件的端部与绝缘密封件2相对靠近第一电极杆1a的端部不在同一水平面将影响点蚀电位的检测结果的准确性。例如，当降温组件的端部相对低于绝缘密封件2相对低于第一电极杆1a的端部，即降温组件不能对绝缘密封件2相对靠近第一电极杆1a的端部进行降温，继而不能抑制缝隙腐蚀的方式。若降温组件的端部相对低于绝缘密封件2相对高于第一电极杆1a的端部，则降温组件会对电解质溶液进行降温，影响电解效果，继而影响点蚀的检测结果。

降温组件包括降温箱4，所述降温箱4的一侧同时开设有进水口4a和出水口4b，继而降低工作电极密封界面处的工作温度。

进一步地，电极装置100A还包括不锈钢金属管5，不锈钢金属管5不仅仅可以起到绝缘的效果，同时还实现电极装置100A与外部装置进行连接。具体地，不锈钢金属管5为空心结构，不锈钢金属管5套设于所述绝缘密封件2外，所述不锈钢金属管5与所述工作电极棒1通过螺栓连接，所述降温组件套设于所述不锈钢金属管5外，并与所述不锈钢金属管5连接。

实施例2

参见图2，本实施例提供一种高温高压点蚀电位的检测装置100B，其包括高温高压反应釜20和实施例1的电极装置100A，所述电极装置100A的工作电极的一端设置于所述高温高压反应釜20内，所述电极装置100A与所述高温高压反应釜20通过螺栓连接。

具体地，高温高压反应釜20包括高温高压反应釜本体21和高温高压反应釜盖22，该高温高压反应釜本体21的一端具有开口部，便于电解质溶液的添加。高温高压反应釜盖22对所述高温高压反应釜本体21的开口部进行选择性密封，当需要添加电解质溶液时，高温高压反应釜盖22打开，而进行电化学反应时，高温高压反应釜盖22对所述高温高压反应釜本体21的开口部进行密封，放置电解质溶液飞溅，保证检测结果的准确性，并保证生产环境的安全性。

进一步地，高温高压反应釜本体21与开口部相对的一端的中部设置有带螺纹的连通孔23，电极装置100A的工作电极棒1穿过连通孔23，第一电极杆1a位于高温高压反应釜本体21内，而后通过螺栓将不锈钢管套与高温高压反应釜本体21连接，而工作电极棒1的另一端，即第二电极杆1b相对远离第一电极杆1a的一端与电化学工作站32连接。

进一步地，高温高压点蚀电位的检测装置100B还包括进气管24和出气管25，所述进气管24的一端和所述出气管25的一端分别穿过所述高温高压反应釜20，均位于所述高温高压反应釜本体21内。进气管24的出气端没过电解质溶液，而出气管25的出气口未与电解质溶液接触，继而保证高温高压反应釜20内压力的恒定，保证检测的安全性。

进一步地，进气管24上设置有控制阀门26和压力显示仪27，继而便于通过高温高压反应釜本体21内压力，继而控制通气量，保证检测结果的准确性。

进一步地，高温高压点蚀电位的检测装置100B还包括参比电极28和辅助电极29，所述参比电极28的一端和所述辅助电极29的一端分别穿过所述高温高压反应釜20，后均位于所述高温高压反应釜本体21内。参比电极28和辅助电极29分别通过导线与电化学工作站32连接，且参比电极28和辅助电极29位与高压高温高压反应釜20内的端部浸没过电解质溶液，继而保证检测效果。

进一步地，高温高压点蚀电位的检测装置100B还包括加热套30，加热套30设置于高温高压反应釜本体21外，并与高温高压反应釜本体21连接。设置加热套30便于对电解液溶液进行加热。

进一步地，高温高压点蚀电位的检测装置100B还包括热电偶31，热电偶31的一端设置于高温高压反应釜20内，热电偶31的另一端与控制箱连接，继而便于检测电解质溶液的温度，继而保证检测结果的准确性。

实施例3

本实施例还提供一种高温高压点蚀电位的检测方法，在利用本实施例的高温高压点蚀电位的检测装置100B进行点蚀电位检测时，同时向降温组件内通入冷却水，对工作电极密封界面处的工作温度进行降温，使在该部位可能发生的缝隙腐蚀的电位升高，高于点蚀发生的电位，避免缝隙腐蚀的发生，继而保证点蚀电位的检测结果的准确性。

具体地，将电极装置100A与高温高压反应釜本体21连接完成后，加入电解质溶液，盖上高温高压反应釜盖22，并将参比电极28和辅助电极29通过高温高压反应釜盖22插入高温高压反应釜20内，参比电极28和辅助电极29通过螺栓密封于高温高压反应釜20顶端，密封釜体。连接电化学工作站32的导线，同时，开打工作电极冷凝水，向降温箱4内通入冷水，打开高温高压釜进行加热加压。具体地，使用加热套30对高温高压反应釜20加热至设定温度，热电偶31监测釜内温度。按照压力要求打开通气阀门，通入气体，通过压力表监测釜内压力。待温度压力达到规定数值后，开始进行点蚀电位的测量。

当反应开始后，随着温度的上升，测试溶液温度有所升高，但在工作电极的密封界面处由于循环冷却水的作用，此处保持着较低的温度。由于温度对缝隙腐蚀和点蚀的形成有着重要的影响，当温度升高时，不锈钢点蚀电位和缝隙腐蚀的电位均有所降低。若在同等介质及试验材质条件下，降低缝隙处的温度，即提高了缝隙腐蚀的发生电位，缝隙腐蚀较点蚀相比更难发生，杜绝了缝隙腐蚀发生的可能性。

具体地，本实施例提供一种针对某化工装置的高温高压部位，其装置内介质含有高浓度的醋酸及溴离子，极易引起点蚀的发生。使用该专利中设计的高温高压不锈钢点蚀电位的测量方法，测量在该腐蚀环境下，316L不锈钢的点蚀电位。试验工况为，温度：200℃，压力4.5MPa；工作溶液：醋酸浓度为90％，溴离子含量为1000ppm；参比电极：Ag/AgCl，辅助电极：不锈钢。试验步骤如下：

1.配置醋酸浓度为90％，溴离子含量为1000ppm的工作溶液；

2.将316L工作电极棒依次使用400#、800#、1000#砂纸打磨后，洗涤，酒精脱水后冷风吹干；

3.将电极棒安装在电极装置内，并安装在高温高压反应釜底部；

4.将高温高压Ag/AgCl参比电极和不锈钢辅助电极安装在高温高压釜盖上端；

5.倒入工作溶液，将工作电极完全浸泡在溶液内，并保证参比电极和辅助电极的部分浸入溶液；

6.闭合高温高压反应釜盖，用螺栓固定釜盖。将三电极系统通过导线与电化学工作站相连接；

7.将工作电极上的冷却水打开，保证冷却水系统循环正常；

8.打开加热套，升温至规定温度200℃并保温，使用热电偶监测釜内温度；

9.打开控制阀门，向釜内充空气至4.5MPa，用压力显示仪监测釜内压力变化；

10.观察釜内压力及温度，保持稳定后，开始进行开路电位OCP扫描；

11.当开路电位稳定后，开始进行极化曲线的扫描；

12.试验结束后，拆除装置，观察工作电极棒表面有无点蚀坑出现，分析相关数据。

试验结果：工作电极棒底部出现点蚀坑，其具体的电化学数据见表1，其循环动电位极化曲线如图3所示。

表1316L 200℃4.5MPa测量点蚀电位主要电化学参数

材质	E<sub>ocp</sub>	E<sub>b</sub>	E<sub>p</sub>
				316L	-0.011V	0.197V	0.0459V

根据表1和图3可知，点蚀电位检测结果准确。

综上，本发明的电极装置适用于高温高压条件下的不锈钢点蚀电位的测量，电化学反应在高温高压反应釜内，与常规的只能在常压下使用点蚀电位测量方法相比，可以模拟更多苛刻的工况。而本发明通过外加降温组件，使用冷却水将工作电极密封界面处的工作温度降低，使在该部位可能发生的缝隙腐蚀的电位升高，高于点蚀发生的电位，避免缝隙腐蚀的发生。该装置避免了对工作介质的破坏，对电化学装置试验介质的用量及试验工作时间没有过多的限制。进一步地，外接降温组件在工作电极棒的上部，高温高压反应釜的外部，不受反应釜温度压力的影响。冷却水外接，冷却水的温度可控，可以将密封界面处的温度降至非常低，尽可能地提高缝隙腐蚀的发生电位，避免缝隙腐蚀的发生。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电极装置，其特征在于，该电极装置包括工作电极棒，降低工作电极密封界面处的工作温度的降温组件，所述降温组件套设于所述工作电极棒外，并与所述工作电极棒连接。

2.根据权利要求1所述的电极装置，其特征在于，所述电极装置还包括绝缘密封件，所述绝缘密封件套设于所述工作电极棒外，所述绝缘密封件的一端与所述工作电极棒固定连接，所述降温组件套设于所述绝缘密封件外，且所述绝缘密封件与所述降温组件连接，所述绝缘密封件的另一端与所述降温组件的端部位于同一水平面。

3.根据权利要求2所述的电极装置，其特征在于，所述电极装置还包括压力密封圈，所述绝缘密封件的一端和所述工作电极棒通过上述压力密封圈固定连接。

4.根据权利要求2所述的电极装置，其特征在于，所述电极装置还包括不锈钢金属管，所述不锈钢金属管套设于所述绝缘密封件外，所述不锈钢金属管与所述工作电极棒通过螺栓连接，所述降温组件套设于所述不锈钢金属管外，并与所述不锈钢金属管连接。

5.根据权利要求1所述的电极装置，其特征在于，所述降温组件包括降温箱，所述降温箱的一侧同时开设有进水口和出水口。

6.一种高温高压点蚀电位的检测装置，其特征在于，其包括高温高压反应釜和权利要求1-5任意一项所述的电极装置，所述电极装置的工作电极棒的一端设置于所述高温高压反应釜内，所述电极装置与所述高温高压反应釜通过螺栓连接。

7.根据权利要求6所述的高温高压点蚀电位的检测装置，其特征在于，所述高温高压反应釜包括高温高压反应釜本体和高温高压反应釜盖，所述高温高压反应釜盖对所述高温高压反应釜本体的开口部进行密封，所述高温高压反应釜本体与所述开口部相对的一端与所述电极装置连接。

8.根据权利要求7所述的高温高压点蚀电位的检测装置，其特征在于，所述高温高压点蚀电位的检测装置还包括进气管和出气管，所述进气管的一端和所述出气管的一端分别穿过所述高温高压反应釜，均位于所述高温高压反应釜本体内。

9.根据权利要求7所述的高温高压点蚀电位的检测装置，其特征在于，所述高温高压点蚀电位的检测装置还包括参比电极和辅助电极，所述参比电极的一端和所述辅助电极的一端分别穿过所述高温高压反应釜，后均位于所述高温高压反应釜本体内。

10.一种高温高压点蚀电位的检测方法，其特征在于，利用权利要求6-9任意一项所述的高温高压点蚀电位的检测装置进行点蚀电位检测时，同时向降温组件内通入冷却水，对工作电极密封界面处的工作温度进行降温。