CN110132715B - 可调式对称多通道导流冲刷腐蚀测试系统及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可调式对称多通道导流冲刷腐蚀测试系统及测试方法。可调式对称多通道导流冲刷腐蚀测试系统，包括气体瓶、溶液箱、离心泵、冲刷流道、电化学工作站，溶液箱内设有冷却盘管，冲刷流道上设有冲刷流体入口和冲刷流体出口，冲刷流道内设有可动的导流板，冲刷流道的流道壁上设置有两个相对于导流板的轴线中心对称的试样安装口，气体瓶的出气口通过连接管路与溶液箱连通，冲刷流道的冲刷流体出口通过回流管路与溶液箱连接，离心泵的输入口通过连接管路与溶液箱连接，离心泵的输出口通过连接管路分别与冲刷流道的冲刷流体入口和回流管路连接，两个安装在所述试样安装口内的试样上的电极分别通过电极导线与所述电化学工作站上相应的电极接线连接。
Description
技术领域
本发明涉及一种可调式对称多通道导流冲刷腐蚀测试系统，主要用于管道冲刷腐蚀电化学测试实验。本发明还涉及该冲刷腐蚀测试系统的测试方法。
背景技术
在石油、化工、矿山等行业中，腐蚀和冲刷作用常造成设备的加速破坏，如在湿法磷酸生产中，动设备和静止设备受磷酸料浆的冲刷腐蚀一直是棘手的问题，矿源的多样性、高固含率和高速的冲刷往往使料浆泵、搅拌桨、管道和管部件等设备出现沟槽、豁口和变薄甚至断裂。
流体作用下的金属材料容易发生冲刷腐蚀。这种腐蚀在海洋环境及石油管道运输中十分常见，其在工业磨损中所占比重大于5％。冲刷腐蚀是金属表面与腐蚀性流体之间由于高速相对运动而产生的金属损坏现象，是冲刷磨损和电化学腐蚀交互作用的结果。冲刷与腐蚀协同作用造成的金属材料失重远大于冲刷和腐蚀单独作用之和。因此有必要对管道内部流场对管道钢的作用做深入研究。
目前，国内外学者对冲刷腐蚀进行了较深入的研究，主要采用电化学测试手段及失重方法研究了不同流体力学条件、环境因素、材料性质对金属冲刷腐蚀的影响作用。丁一刚等对国内外液固两相流的冲刷腐蚀研究进行了综述，重点论述了冲刷腐蚀的影响规律及其危害性。Stack M M开始使用计算机建模的方法模拟冲刷腐蚀实验，以揭示流体力学因素对冲刷腐蚀的影响规律，从而找到减少流体中金属冲刷腐蚀的方法。上述专家对管路中流场变化分布作了具体研究，但未有一个实际实验装置能够有效控制因角度变化而造成的流场变化对腐蚀产物的影响。
发明内容
针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明提供了一种可调式对称多通道导流冲刷腐蚀测试系统。
本发明是通过如下技术方案来实现的：一种可调式对称多通道导流冲刷腐蚀测试系统，其特征是：包括气体瓶、溶液箱、离心泵、冲刷流道、电化学工作站，所述溶液箱内设置有冷却盘管，所述冲刷流道上沿轴向相对设置有冲刷流体入口和冲刷流体出口，所述冲刷流道内在其中心位置设置有导流板，所述导流板的两端分别通过导流板安装轴可动地连接在所述冲刷流道的流道壁上，所述冲刷流道的流道壁上设置有两个相对于所述导流板的轴线中心对称的试样安装口，所述气体瓶的出气口通过连接管路与所述溶液箱连通，所述气体瓶与所述溶液箱的连接管路上设置有气体流量计，所述冲刷流道的冲刷流体出口通过回流管路与所述溶液箱连接，所述离心泵的输入口通过连接管路与所述溶液箱连接，所述离心泵的输出口通过连接管路分别与所述冲刷流道的冲刷流体入口和所述回流管路连接，所述离心泵与所述冲刷流道的冲刷流体入口之间的连接管路上设置有流量计，两个安装在所述试样安装口内的试样上的电极分别通过电极导线与所述电化学工作站上相应的电极接线连接。
本发明中，溶液箱用于盛放盛放腐蚀性溶液，气体瓶用于向溶液箱内充入气体，以形成实验所需的冲刷流体，通过气体流量计可以控制气体的流量，溶液箱内设置的冷却盘管用于保证实验用流体的温度符合要求。利用本发明进行实验时，气体以规定流速流入溶液箱内；通过离心泵将溶液箱内的溶液以所需流速流入冲刷流道，导流板用于对流体进行导流，通过调节导流板的角度，可引导流体以不同的角度冲刷测试试样，以便于研究局部流场变化对管道顶部和底部的腐蚀形貌的影响。通过电化学工作站可对不同流场下的腐蚀情况进行动电位极化、线性极化电阻和电化学阻抗等数据的测试。
进一步的，所述导流板的端部为流线型。当导流板为水平放置时，形成上下两个液体分配流路，流线型的端部设计可减小对试样水平流向流体的扰动，可模拟在冲刷流道内部没有导流板作用时内部流场变化情况。
进一步的，所述冲刷流道的截面为矩形或圆形。
进一步的，所述冲刷流道的截面为矩形时，所述导流板为矩形状；所述冲刷流道的截面为圆形时，所述导流板为圆形或椭圆形。
进一步的，所述导流板的活动角度范围为：-90°—+90°。
进一步的，为便于加工及安装，所述导流板安装轴与所述导流板一体制出。
进一步的，为便于调节导流板的角度，在位于所述冲刷流道外侧的所述导流板安装轴上安装有用于调整导流板角度的角度调节杆，所述角度调节杆的轴线与所述导流板的板面设置为共面。通过转动角度调节杆可方便地调节导流板的角度，并可方便的了解冲刷流道内导流板的角度。
进一步的，为准确掌握冲刷流道内导流板的角度变化，在安装有角度调节杆一侧的所述冲刷流道的外壁上对应于所述角度调节杆设有角度标尺。角度调节杆可作为指针指示角度变化。
进一步的，两个所述试样安装口分别位于所述导流板的轴线中心的正上方和正下方。
本发明还提供了上述的可调式对称多通道导流冲刷腐蚀测试系统的测试方法，其采用的技术方案是：包括如下步骤：
步骤1：将用环氧树脂封好的三电极体系放在1000#水砂纸上打磨至表面光滑无划痕；
步骤2：将上述打磨好的三电极体系安装在冲刷流道上的试样安装口内并分别通过导线与电化学工作站上对应的工作电极接线、辅助电极接线、参比电极接线连接，连接处用绝缘胶带缠绕；
步骤3：打开气体瓶上的压力阀，调节压力表，使气体瓶内的气体以规定流速流入溶液箱内；
步骤4：启动离心泵，调节回流阀和主流阀，使溶液以所需流速流入冲刷流道内；
步骤5：待系统稳定后，接通冷却盘管，使系统中溶液的温度保持恒定；
步骤6：启动电化学工作站，通过调节导流板的角度，对不同流场下的腐蚀情况进行动电位极化、线性极化电阻和电化学阻抗进行测试。
本发明的有益效果是：本发明中的可调式对称多通道导流冲刷腐蚀测试系统可进行液相或气液两相流管道引流冲刷实验。其在冲刷流道内部设置对称的两个试样安装口，可以在完全相同的体系内同时测试对称的两个试样。相比于单侧冲刷，本发明可以确保两个对称的试样能在完全相同的体系内进行冲刷试验，避免了体系内存在的误差。本发明能够提供实验所需要的冲刷流体，能够对实验所需流体的流量、流速、温度等进行有效控制，有效满足实验的要求；本发明通过在冲刷流道内设置导流板，可对流体进行导流，并通过调节导流板的角度，可引导流体以不同的角度冲刷测试试样，形成局部流场变化的微湍流腐蚀，有利于研究局部流场变化对管道顶部和底部的腐蚀形貌的影响。本发明的测试系统适用于管道冲刷腐蚀电化学测试实验，其导流板结构简单，便于操作，能够较好的对角度进行调节，改变局部流场的变化。
附图说明
图1是本发明具体实施方式中的结构示意图；
图2是本发明中导流板的安装示意图；
图3是本发明具体实施方式中导流板调节为正角度时冲刷流道内部流场变化示意图；
图4是本发明具体实施方式中导流板调节为负角度时冲刷流道内部流场变化示意图；
图5是本发明具体实施方式中导流板调节为0角度时冲刷流道内部流场变化示意图。
图中，1、回流阀，2、主流阀，3、流量计，4、冲刷流道，41、冲刷流体入口，42、冲刷流体出口，5、导流板，6、顶部试样安装口，7、角度调节杆，8、导流板安装轴，9、底部试样安装口，10、电化学工作站，11、溶液箱，12、冷却盘管，13、气体流量计，14、压力表，15、压力阀，16、气体瓶，17、离心泵，18、固定螺母，19、回流管路，WE为工作电极，CE为辅助电极，RE为参比电极。
具体实施方式
下面通过非限定性的实施例并结合附图对本发明作进一步的说明：
如附图所示，一种可调式对称多通道导流冲刷腐蚀测试系统，其包括气体瓶16、溶液箱11、离心泵17、冲刷流道4、电化学工作站10，所述溶液箱11内设置有冷却盘管12，冷却盘管12可通入循环冷却水。气体瓶16的出气口通过连接管路与溶液箱11连通，气体瓶16与溶液箱11的连接管路上设置有压力阀15、压力表14、气体流量计13。所述冲刷流道4上沿轴向相对设置有冲刷流体入口41和冲刷流体出口42，所述冲刷流道4内在其中心位置设置有导流板5，所述导流板5的两端分别通过导流板安装轴8可动地连接在所述冲刷流道4的流道壁上，导流板安装轴8通过固定螺母18与冲刷流道4的流道壁固定。所述冲刷流道4的流道壁上设置有两个相对于所述导流板5的轴线中心对称的试样安装口：顶部试样安装口6和底部试样安装口9，两个试样安装口内分别安装有试样。优选的是，两个试样安装口分别位于导流板5的轴线中心的正上方和正下方。所述冲刷流道4的冲刷流体出口42通过回流管路19与所述溶液箱11连接。离心泵17的输入口通过连接管路与所述溶液箱11连接，离心泵17的输出口通过连接管路分别与冲刷流道4的冲刷流体入口41和所述回流管路19连接，离心泵17与冲刷流道4的冲刷流体入口41之间的连接管路上设置有流量计3和主流阀2，离心泵17与回流管路19连接的管路上设有回流阀1。本实施例中所述的电化学工作站10为现有技术，本实施例中的电化学工作站10为Solartron 1287型电化学工作站，其上设置有工作电极接线、辅助电极接线、参比电极接线，两个安装在试样安装口内的试样上的电极分别通过电极导线与电化学工作站10上相应的电极接线连接。
本发明中，冲刷流道4的截面优选为矩形或圆形。本实施例中所示的冲刷流道4的截面为矩形。当所述冲刷流道4的截面为矩形时，所述导流板5为矩形状，当所述冲刷流道的截面为圆形时，所述导流板为圆形或椭圆形。为了减小对流体流向的扰动及保证流体稳定性，所述导流板5的端部优选设计为流线型。
本发明中，导流板5的角度可以进行调节，通过松开固定螺母18，转动导流板安装轴8即可对导流板5的角度进行调节。导流板5的活动角度范围设计为：-90°-+90°。为便于加工及安装，导流板安装轴8与导流板5最好为一体制出的一体结构。为便于调节导流板5的角度，在位于冲刷流道4外侧的导流板安装轴8上安装有用于调整导流板角度的角度调节杆7，导流板安装轴8上设置有螺纹孔，角度调节杆7与导流板安装轴8通过螺纹连接在一起，并通过螺母进行固定。通过转动角度调节杆可方便地调节导流板5的角度。为便于准确调节冲刷流道4内导流板5的角度，角度调节杆7的轴线与导流板5的板面设置为共面，在安装有角度调节杆7一侧的冲刷流道4的外壁上对应于角度调节杆7设有角度标尺。角度调节杆7可作为指针指示角度变化，通过转动角度调节杆7即可方便地调节导流板5的角度，并通过角度调节杆7转动的角度可方便的了解冲刷流道内导流板5的角度。
本发明可进行液相或气液两相流管道引流冲刷实验。本发明中，溶液箱11用于盛放盛放腐蚀性溶液，气体瓶16用于向溶液箱11内充入气体，以形成实验所需的冲刷流体，通过气体流量计13可以控制气体的流量，溶液箱11内设置的冷却盘管12通过接入循环冷却水可保证实验用流体的温度符合要求。利用本发明进行实验时，气体以规定流速流入溶液箱11内，离心泵17将溶液箱11内的溶液以所需流速打入冲刷流道4内，通过导流板5对流体进行导流，导流板两侧的流体以不同的角度同时冲刷两个对称放置的试样，通过调节导流板的角度，可引导流体以不同的角度冲刷测试试样，通过电化学工作站10对不同流场下的腐蚀情况进行动电位极化、线性极化电阻和电化学阻抗等数据的测试。
通过调节导流板5的角度，可形成不同的流体流向，以对不同流场下的腐蚀情况进行测试。
如图3所示，是导流板调节为正角度时冲刷流道内部流场变化示意图。当导流板5调节角度为正角度时，流体会被导流板5分成上下两部分流体，下方流体会在导流板5的引导下垂直冲刷试样表面，该处流速大，压力大，可以形成局部微湍流，起到改变局部区域流场的作用；上方流体在顶部试样下方形成负压区，形成局部涡流，改变试样流场变化，形成有效的分流、导流效果。
如图4所示，是导流板5调节为负角度时冲刷流道内部流场变化示意图。当导流板5调节角度为负角度时，流体会被导流板5分成上下两部分流体，下方流体在顶部试样下方形成负压区，形成局部涡流，改变试样流场变化，形成有效的分流、导流效果；上方流体会在导流板5的引导下垂直冲刷试样表面，该处流速大，压力大，可以形成局部微湍流，起到改变局部区域流场的作用。
如图5所示，是导流板调节为零角度时冲刷流道内部流场变化示意图。当导流板5调节角度为零角度时，即当导流板5为水平放置时，形成上下两个液体分配流路，导流板端部流线型设计可减小对试样水平流向流体的扰动，可模拟单剪切力冲刷腐蚀实验。
上述可调式对称多通道导流冲刷腐蚀测试系统的测试方法，其包括如下步骤：
步骤1：将用环氧树脂封好的三电极体系(即试样)放在1000#水砂纸上打磨至表面光滑无划痕；
步骤2：将上述打磨好的三电极体系安装在冲刷流道上的试样安装口内并分别通过导线与电化学工作站10上对应的工作电极接线、辅助电极接线、参比电极接线连接，连接处用绝缘胶带缠绕，防止三支导线相接触导致短路；
步骤3：打开气体瓶上的压力阀，调节压力表13，使气体瓶内的气体以规定流速流入溶液箱11内；
步骤4：启动离心泵17，调节回流阀1和主流阀2，使溶液以所需流速流入冲刷流道4内；
步骤5：待系统稳定后，接通冷却盘管12，使系统中溶液的温度保持恒定；
步骤6：启动电化学工作站10，通过调节导流板的角度，对不同流场下的腐蚀情况进行动电位极化、线性极化电阻和电化学阻抗进行测试。
本实施例中的其他部分均为现有技术，在此不再赘述。
Claims (7)
1.一种可调式对称多通道导流冲刷腐蚀测试系统，其特征是：包括气体瓶（16）、溶液箱（11）、离心泵（17）、冲刷流道（4）、电化学工作站（10），所述溶液箱（11）内设置有冷却盘管（12），所述冲刷流道（4）上沿轴向相对设置有冲刷流体入口和冲刷流体出口，所述冲刷流道（4）内在其中心位置设置有导流板（5），所述导流板（5）的两端分别通过导流板安装轴（8）可动地连接在所述冲刷流道（4）的流道壁上，所述冲刷流道（4）的流道壁上设置有两个相对于所述导流板（5）的轴线中心对称的试样安装口，所述气体瓶（16）的出气口通过连接管路与所述溶液箱（11）连通，所述气体瓶（16）与所述溶液箱（11）的连接管路上设置有气体流量计，所述冲刷流道（4）的冲刷流体出口通过回流管路（19）与所述溶液箱（11）连接，所述离心泵（17）的输入口通过连接管路与所述溶液箱（11）连接，所述离心泵（17）的输出口通过连接管路分别与所述冲刷流道（4）的冲刷流体入口和所述回流管路（19）连接，所述离心泵（17）与所述冲刷流道（4）的冲刷流体入口之间的连接管路上设置有流量计，两个安装在所述试样安装口内的试样上的电极分别通过电极导线与所述电化学工作站（10）上相应的电极接线连接；在位于所述冲刷流道（4）外侧的所述导流板安装轴（8）上安装有用于调整导流板（5）角度的角度调节杆（7），所述角度调节杆（7）的轴线与所述导流板（5）的板面设置为共面；两个所述试样安装口分别位于所述导流板（5）的轴线中心的正上方和正下方；
在安装有角度调节杆（7）一侧的所述冲刷流道（4）的外壁上对应于所述角度调节杆（7）设有角度标尺；
当导流板调节角度为正角度时，流体会被导流板分成上下两部分流体，下方流体会在导流板的引导下垂直冲刷试样表面，该处流速大，压力大，可以形成局部微湍流，起到改变局部区域流场的作用；上方流体在顶部试样下方形成负压区，形成局部涡流，改变试样流场变化，形成有效的分流、导流效果；
当导流板调节角度为负角度时，流体会被导流板分成上下两部分流体，下方流体在顶部试样下方形成负压区，形成局部涡流，改变试样流场变化，形成有效的分流、导流效果；上方流体会在导流板的引导下垂直冲刷试样表面，该处流速大，压力大，可以形成局部微湍流，起到改变局部区域流场的作用；
当导流板调节角度为零角度时，即当导流板为水平放置时，形成上下两个液体分配流路，可模拟单剪切力冲刷腐蚀实验。
2.根据权利要求1所述的可调式对称多通道导流冲刷腐蚀测试系统，其特征是：所述导流板（5）的端部为流线型。
3.根据权利要求1所述的可调式对称多通道导流冲刷腐蚀测试系统，其特征是：所述冲刷流道（4）的截面为矩形或圆形。
4.根据权利要求3所述的可调式对称多通道导流冲刷腐蚀测试系统，其特征是：所述冲刷流道（4）的截面为矩形时，所述导流板（5）为矩形状；所述冲刷流道（4）的截面为圆形时，所述导流板（5）为圆形或椭圆形。
5.根据权利要求1所述的可调式对称多通道导流冲刷腐蚀测试系统，其特征是：所述导流板（5）的活动角度范围为：-90°— +90°。
6.根据权利要求1所述的可调式对称多通道导流冲刷腐蚀测试系统，其特征是：所述导流板安装轴（8）与所述导流板（5）一体制出。
7.一种权利要求1-6任一所述的可调式对称多通道导流冲刷腐蚀测试系统的测试方法，其特征是：包括如下步骤：
步骤1：将用环氧树脂封好的三电极体系放在1000#水砂纸上打磨至表面光滑无划痕；
步骤2：将上述打磨好的三电极体系安装在冲刷流道上的试样安装口内并分别通过导线与电化学工作站（10）上对应的工作电极接线、辅助电极接线、参比电极接线连接，连接处用绝缘胶带缠绕；
步骤3：打开气体瓶上的压力阀，调节压力表（13），使气体瓶内的气体以规定流速流入溶液箱（11）内；
步骤4：启动离心泵（17），调节回流阀（1）和主流阀（2），使溶液以所需流速流入冲刷流道（4）内；
步骤5：待系统稳定后，接通冷却盘管（12），使系统中溶液的温度保持恒定；
步骤6：启动电化学工作站（10），通过调节导流板的角度，对不同流场下的腐蚀情况进行动电位极化、线性极化电阻和电化学阻抗进行测试。
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