CN110146438A - 一种实时监测工业废水排放管动态腐蚀的装置 - Google Patents
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Abstract
一种实时监测工业废水排放管动态腐蚀的装置，包括腐蚀介质存放和更新系统、电化学工作站、被测试组件、输液泵、总控制阀和流量计。所述腐蚀介质存放和更新系统由第一储液槽、第二储液槽、第一出液阀、第二出液阀、第一回液阀、第二回液阀、第一取样阀、第二取样阀及用于连接的管件构成；所述被测试组件由矩形环状管及安装在矩形环状管上的至少一套电极组构成；所述电化学工作站的数量与电极组的套数相同，各套电极组中的试样、辅助电极和参比电极分别通过导线与对应的电化学工作站连接。上述装置能实现工业废水排放管不同结构部位的监测，并提高监测精度及在不关闭输液泵的情况下进行工业废水的更换。
Description
技术领域
本发明属于化工设备腐蚀和腐蚀动态进程监测领域，涉及一种实时监测工业废水排放管动态腐蚀的装置。
背景技术
在化工生产过程中产生大量的高浓度含盐工业废水，这些含盐工业废水对管道的腐蚀十分严重，若不及时发现，会引发重大的安全事故并造成严重的经济损失，因此对管道腐蚀的实时监测十分必要。
关于工业废水对管道腐蚀的实时监测，离不开装置，但现有技术中公开的内容不多。CN 201510024664.6公开了一种流动腐蚀介质中金属腐蚀行为的监测系统，该监测系统由腐蚀介质更新系统、循环管道系统、电化学测试系统和失重实验装置组成。使用该监测系统虽然能对流动腐蚀介质中金属材料的腐蚀情况进行监测，但存在以下问题：(1)由于电化学测试管件为一带三电极测试装置的玻璃直管，因而只能监测工业废水排放管的直管处的腐蚀状况，不能监测工业废水排放管转角处或管径变化处的腐蚀状况；(2)由于工作电极伸入玻璃直管内一端顶部嵌有预制研究金属材料试片，参比电极为斜插入玻璃直管的一只饱和甘汞电极，其顶端与工作电极下端相对，因而难以避免腐蚀介质流型变化对监测结果造成的影响，会降低监测精度；(3)由于腐蚀介质更新系统中只设置了一个储备水箱，通过在循环管道系统设置排水口进行排液，因而在更换腐蚀介质时需关闭循环泵。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种实时监测工业废水排放管动态腐蚀的装置，以便能实现工业废水排放管不同结构部位的监测，并提高监测精度及在不关闭输液泵的情况下进行工业废水的更换。
本发明所述实时监测工业废水排放管动态腐蚀的装置，包括腐蚀介质存放和更新系统、电化学工作站、被测试组件、输液泵、总控制阀、流量计及连接腐蚀介质存放和更新系统的岀液总管和回液总管，输液泵的进液端与连接腐蚀介质存放和更新系统的岀液总管连接，输液泵的出液端通过管件与被测试组件的进液口连接，被测试组件的出液口与连接腐蚀介质存放和更新系统的回液总管连接，总控制阀和流量计安装在连接输液泵岀液端与被测试组件进液口的管件上；
所述腐蚀介质存放和更新系统由第一储液槽、第二储液槽、第一出液阀、第二出液阀、第一回液阀、第二回液阀、第一取样阀、第二取样阀及用于连接的管件构成；第一储液槽和第二储液槽均设置有出液口、进液口和取样口，第一出液阀、第二出液阀分别安装在与第一储液槽出液口、第二储液槽出液口连接的管件上，第一回液阀、第二回液阀分别安装在与第一储液槽进液口、第二储液槽进液口连接的管件上，第一取样阀、第二取样阀分别安装在与第一储液槽取样口、第二储液槽取样口连接的管件上，与第一储液槽出液口连接的管件及与第二储液槽出液口连接的管件均与所述出液总管连接，与第一储液槽进液口连接的管件及与第二储液槽进液口连接的管件均与所述回液总管连接；
所述被测试组件由矩形环状管及安装在矩形环状管上的至少一套电极组构成，矩形环状管由上边管、下边管、左边管、右边管及四个形成转角的L形弯管组合而成，右边管和左边管长度小于上边管和下边管长度，且右边管、左边管上分别设置有进液口和出液口；电极组由试样、辅助电极和参比电极组成，试样和辅助电极的安装是使其底面与安装处管的内壁在同一弧面，参比电极的安装是使其下端位于管的内孔中；
所述电化学工作站的数量与电极组的套数相同，各套电极组中的试样、辅助电极和参比电极分别通过导线与对应的电化学工作站连接。
上述实时监测工业废水排放管动态腐蚀的装置中，所述矩形环状管的右边管和左边管为等内径管，矩形环状管的上边管为变内径管、下边管为等内径管，或者矩形环状管的上边管为等内径管、下边管为变内径管，等内径管是指整根管的内径相同，变内径管是指管的内径至少为两种不同的尺寸；所述电极组不超过三套，当电极组为一套时，电极组安装在矩形环状管的L形弯管上，或安装在矩形环状管的上边管上，或安装在矩形环状管的下边管上；当电极组为两套时，两套电极组分别安装在矩形环状管的L形弯管上和上边管上，或分别安装在矩形环状管的L形弯管上和下边管上；当电极组为三套时，三套电极组分别安装在矩形环状管的L形弯管上、上边管上和下边管上。
上述实时监测工业废水排放管动态腐蚀的装置中，当电极组安装在L形弯管上时，试样位于L形弯管的外转角顶点处，参比电极位于L形弯管的内转角顶点处，辅助电极位于L形弯管与上边管或下边管衔接的部段且与试样在同一侧管壁；当电极组安装在上边管上或下边管上时，试样和辅助电极在同一侧管壁，参比电极在与试样和辅助电极呈轴对称的管壁，且参比电极与试样的中心线过同一直线；所述试样与辅助电极之间的间距b为5.0mm～20.0mm，所述参比电极下端端部与试样底面之间的间距a为2mm～5mm。
上述实时监测工业废水排放管动态腐蚀的装置中，矩形环状管中安装有电极组的L形弯管或/和上边管或/和下边管用聚四氟乙烯制作，未安装有电极组的左边管、右边管及L形弯管、上边管、下边管用有机玻璃制作。
上述实时监测工业废水排放管动态腐蚀的装置中，第一出液阀、第二出液阀、第一回液阀和第二回液阀为电磁阀，第一取样阀和第二取样阀为手动阀。
上述实时监测工业废水排放管动态腐蚀的装置中，矩形环状管的内径及岀液总管、回液总管、连接输液泵岀液端与被测试组件进液口的管件、与第一储液槽出液口连接的管件及与第二储液槽出液口连接的管件，与第一储液槽进液口连接的管件及与第二储液槽进液口连接的管件的内径尺寸应满足通过管内的工业废水流速在0.1～2.2m/s时，雷诺数在4～100之间。
本发明具有以下有益效果：
1、由于本发明所述装置中被测试组件由矩形环状管及安装在矩形环状管上的至少一套电极组构成，且矩形环状管的上边管为变内径管、下边管为等内径管，或者矩形环状管的上边管为等内径管、下边管为变内径管，因而能监测不同结构的工业废水排放管的腐蚀状况。
2、由于电极组由试样、辅助电极和参比电极组成，试样和辅助电极的安装是使其底面与安装处管的内壁在同一弧面，因而可避免工业废水流型对测试结果造成影响，有利于提高监测精度。
3、由于本发明所述装置中管件的内径尺寸应满足通过管内的工业废水流速在0.1～2.2m/s时，雷诺数在4～100之间，因而在低雷诺数下的工业废水对电极组电流和电压的形成影响很小，有利于进一步提高监测精度。
4、由于矩形环状管中安装有电极组的L形弯管或/和上边管或/和下边管用聚四氟乙烯制作，未安装有电极组的左边管、右边管及L形弯管、上边管、下边管用有机玻璃制作，因而监测时既能使电极组形成的电流和电压信号更稳定，又便于观察管内的情况。
5、腐蚀介质存放和更新系统的结构及与输液泵、控制总阀、被测试组件连接形成的回路，可在不关闭输液泵的情况下进行工业废水的更换，且能在取样和换样时保持管内充满液体以减小气泡的影响。
附图说明
图1是本发明所述实时监测工业废水排放管动态腐蚀的装置的结构示意图；
图2是本发明所述实时监测工业废水排放管动态腐蚀的装置中被测试组件的结构示意图；
图3是图2的A-A剖视图；
图4是图2中安装有电极组的L形弯管的局部放大图；
图5是图2中安装有电极组的变内径上边管的局部放大图；
图6是腐蚀介质存放和更新系统中第一出液阀、第二出液阀、第一回液阀和第二回液阀与继电器的连接示意图。
图中，1—试样，2—辅助电极，3—参比电极，4—上边管，5—下边管，6—L形弯管，7—法兰，8—被测试组件的出液口，9—被测试组件的进液口，10—左边管，11—右边管，12—回液总管，13—第一出液阀，14—第二出液阀，15—第一回液阀，16—第二回液阀，17—第一取样阀，18—第二取样阀，19—总控制阀，20—输液泵，21—电化学工作站，22—流量计，23—第一储液槽，24—第二储液槽，25—岀液总管。
具体实施方式
下面通过实施例并结合附图对本发明所述实时监测工业废水排放管动态腐蚀的装置结构和使用方法作进一步说明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。
实施例1
本实施例中，实时监测工业废水排放管动态腐蚀的装置如图1所示，包括腐蚀介质存放和更新系统、电化学工作站21、被测试组件、输液泵20、总控制阀19、流量计26、岀液总管25和回液总管12。
所述腐蚀介质存放和更新系统如图1所示，由第一储液槽23、第二储液槽24、第一出液阀13、第二出液阀14、第一回液阀15、第二回液阀16、第一取样阀17、第二取样阀18及用于连接的管件构成；第一出液阀13、第二出液阀14、第一回液阀15和第二回液阀16为电磁阀，通过继电器控制(见图6)，第一取样阀17和第二取样阀18为手动阀；第一储液槽23和第二储液槽24均设置有出液口、进液口和取样口，第一出液阀13、第二出液阀14分别安装在与第一储液槽23出液口、第二储液槽24出液口连接的管件上，第一回液阀15、第二回液阀16分别安装在与第一储液槽23进液口、第二储液槽24进液口连接的管件上，第一取样阀17、第二取样阀18分别安装在与第一储液槽23取样口、第二储液槽24取样口连接的管件上。
所述被测试组件如图2、图3、图4、图5所示，由矩形环状管及安装在矩形环状管上的电极组构成；矩形环状管由上边管4、下边管5、左边管10、右边管11及四个形成转角的L形弯管6通过法兰7及密封圈、螺钉组合而成，右边管11和左边管10为等内径管，长度小于上边管4和下边管5的长度，且右边管11、左边管10上分别设置有进液口9和出液口8，上边管4为变内径管，其左部段的内径为D1、右部段的内径为D2(D2＜D1)，下边管5为等内径管；形成左上转角的L形弯管及上边管4和下边管5用聚四氟乙烯制作，左边管10、右边管11及形成左下转角、右上转角和右下转角的L形弯管用有机玻璃制作；电极组为三套，每套电极组均由试样1、辅助电极2和参比电极3组成，所述试样1根据工业废水排放管的材料确定，所述辅助电极2为金属铂，所述参比电极3采用饱和甘汞电极，三套电极组分别安装在形成矩形环状管左上转角的L形弯管6上、上边管4内径为D1的左部段上和下边管5上；安装在所述L形弯管6上的电极组，其试样1位于L形弯管的外转角顶点处且其底面与安装处管的内壁在同一弧面，参比电极3位于所述L形弯管的内转角顶点处且下端位于管的内孔中，辅助电极2位于所述L形弯管与上边管4衔接的部段且其底面与安装处管的内壁在同一弧面，所述试样1与辅助电极2之间的间距b为10mm，参比电极3下端端部与试样1底面之间的间距a为5mm；安装在所述上边管4内径为D1的左部段上的电极组，其试样1与安装处管的内壁在同一弧面，辅助电极2与试样1位于同一侧管壁且其底面与安装处管的内壁在同一弧面，参比电极3位于与试样1和辅助电极2呈轴对称的管壁且下端位于管的内孔中，参比电极3与试样1的中心线过同一直线，所述试样1与辅助电极2之间的间距b为10mm，参比电极3下端端部与试样1底面之间的间距a为5mm；安装在所述下边管5上的电极组，其试样1与安装处管的内壁在同一弧面，辅助电极2与试样1位于同一侧管壁且其底面与安装处管的内壁在同一弧面，参比电极3位于与试样1和辅助电极2呈轴对称的管壁且下端位于管的内孔中，参比电极3与试样1的中心线过同一直线，所述试样1与辅助电极2之间的间距b为10mm，参比电极3下端端部与试样1底面之间的间距a为5mm。
所述输液泵20为低压泵，总控制阀19为手动阀，流量计26为转子流量计。
上述构件或组件的连接方式：
腐蚀介质存放和更新系统中，与第一储液槽23出液口连接的管件及与第二储液槽24出液口连接的管件均与出液总管25连接，与第一储液槽23进液口连接的管件及与第二储液槽24进液口连接的管件均与回液总管12连接；输液泵20的进液端与连接腐蚀介质存放和更新系统的岀液总管25连接，输液泵20的出液端通过管件与被测试组件的进液口9连接，被测试组件的出液口8与连接腐蚀介质存放和更新系统的回液总管12连接，总控制阀19和流量计22安装在连接输液泵岀液端与被测试组件进液口的管件上，所述电化学工作站21的数量与电极组的套数相同，各套电极组中的试样1、辅助电极2和参比电极3分别通过导线与对应的电化学工作站21连接。
为了实现在低雷诺数下监测工业废水排放管的动态腐蚀，本实施例中，除被测试组件中矩形环状管的上边管4右部段的内径D2为30mm、与上边管右部段连接的形成右上转角的L形弯管的部分内径为30mm外，矩形环状管其它部位的内径及岀液总管25、回液总管12、连接输液泵岀液端与被测试组件进液口的管件、与第一储液槽23出液口连接的管件、与第二储液槽24出液口连接的管件，与第一储液槽23进液口连接的管件、与第二储液槽24进液口连接的管件的内径均为40mm。
实施例2
本实施例使用实施例1所述装置在低雷诺数下实时监测工业废水排放管的动态腐蚀。所述工业废水的组成见表1，工业废水的动力黏度用乌氏粘度计测定，为1.02厘泊(25℃)。
表1工业废水的组成
根据工业废水排放管的材料确定电极组中试样的材料，试样的材料为304不锈钢。
本实施例中，在25℃下进行监测，工业废水的流量控制在2.512×10-3m3/s，即流速为0.5m/s，鉴于工业废水动力黏度和实施例1所述装置中各种管的内径，因此表征工业废水流动情况的雷诺数在4～100之间，属于低雷诺数。
本实施例中，监测操作如下：
(1)使第二出液阀14、第二回液阀16、第二取样阀18、第一取样阀17、总控制阀19和输液泵20处于关闭状态，使第一出液阀13、第一回液阀15处于开启状态，并将新鲜工业废水加入第一储液槽23；
(2)开启输液泵20，第一储液槽23中的工业废水经与第一储液槽出液口连接的管件和岀液总管25进入输液泵，当输液泵20达到工作压力后开启总控制阀19，在输液泵20的作用下，工业废水经与输液泵20出液端和被测试组件的矩形环状管进液口9连接的管件进入被测试组件的矩形环状管，再经所述矩形环状管的出液口8、回液总管12、与第一储液槽23进液口连接的管件回到第一储液槽，当工业废水充满装置的整个管路并运行稳定后，开启三个电化学工作站；
(3)当电化学工作站显示的电压和电流稳定后，开始计时，测量所需数据；
(4)在监测过程中，通过第一取样阀17取样，将所取工业废水样品分析后若需更换工业废水，则将新鲜工业废水加入第二储液槽24，然后关闭一出液阀13和第一回液阀15，并在关闭一出液阀13和第一回液阀15的同时开启第二出液阀14和第二回液阀16，再清空第一储液槽23中已使用过的工业废水；
(5)在继续监测过程中，通过第二取样阀18取样，将所取工业废水样品分析后若需更换工业废水，则将新鲜工业废水加入第一储液槽23，然后关闭第二出液阀14和第二回液阀16，并在关闭第二出液阀14和第二回液阀16的同时开启一出液阀13和第一回液阀15，再清空第二储液槽24中已使用过的工业废水；
监测过程中后继工业废水的更换按上述步骤(4)、步骤(5)操作。
本实施例每0.5小时进行一次电化学测量，从第三次开始，以三次测量结果的平均值作为最终监测值，其测量结果见表2。
表2试样的电化学测量结果
注：R1为阻抗，Rs为工业废水的内阻，CPE为常相角位元件，n为相对应的CPE指数
从开始计时起监测10小时停止所述装置的运行，取出试样进行质量损失检测，检测结果见表3。
表3试样质量损失检测结果
从上述电化学测量结果和质量损失检测结果可以看出，安装在矩形环状管上三处的试样都存在严重腐蚀，但位于矩形环状管上边管内径为D1的左部段的试样腐蚀＞位于形成矩形环状管左上转角的L形弯管上的试样腐蚀＞位于矩形环状管等内径下边管的试样腐蚀，即工业废水对变内径管道的腐蚀最严重，对等内径管道的腐蚀最轻，对转角处管道的腐蚀介于上述两者之间。
Claims (10)
1.一种实时监测工业废水排放管动态腐蚀的装置，该装置包括腐蚀介质存放和更新系统、电化学工作站(21)、被测试组件、输液泵(20)、总控制阀(19)、流量计(26)及连接腐蚀介质存放和更新系统的岀液总管(25)和回液总管(12)，输液泵(20)的进液端与连接腐蚀介质存放和更新系统的岀液总管(25)连接，输液泵(20)的出液端通过管件与被测试组件的进液口连接，被测试组件的出液口与连接腐蚀介质存放和更新系统的回液总管(12)连接，总控制阀(19)和流量计(22)安装在连接输液泵岀液端与被测试组件进液口的管件上，其特征在于：
所述腐蚀介质存放和更新系统由第一储液槽(23)、第二储液槽(24)、第一出液阀(13)、第二出液阀(14)、第一回液阀(15)、第二回液阀(16)、第一取样阀(17)、第二取样阀(18)及用于连接的管件构成；第一储液槽(23)和第二储液槽(24)均设置有出液口、进液口和取样口，第一出液阀(13)、第二出液阀(14)分别安装在与第一储液槽(23)出液口、第二储液槽(24)出液口连接的管件上，第一回液阀(15)、第二回液阀(16)分别安装在与第一储液槽(23)进液口、第二储液槽(24)进液口连接的管件上，第一取样阀(17)、第二取样阀(18)分别安装在与第一储液槽(23)取样口、第二储液槽(24)取样口连接的管件上，与第一储液槽(23)出液口连接的管件及与第二储液槽(24)出液口连接的管件均与所述出液总管(25)连接，与第一储液槽(23)进液口连接的管件及与第二储液槽(24)进液口连接的管件均与所述回液总管(12)连接；
所述被测试组件由矩形环状管及安装在矩形环状管上的至少一套电极组构成，矩形环状管由上边管(4)、下边管(5)、左边管(10)、右边管(11)及四个形成转角的L形弯管(6)组合而成，右边管(11)和左边管(10)长度小于上边管(4)和下边管(5)长度，且右边管(11)、左边管(10)上分别设置有进液口(9)和出液口(8)；电极组由试样(1)、辅助电极(2)和参比电极(3)组成，试样(1)和辅助电极(2)的安装是使其底面与安装处管的内壁在同一弧面，参比电极(3)的安装是使其下端位于管的内孔中；
所述电化学工作站(21)的数量与电极组的套数相同，各套电极组中的试样(1)、辅助电极(2)和参比电极(3)分别通过导线与对应的电化学工作站(21)连接。
2.根据权利要求1所述实时监测工业废水排放管动态腐蚀的装置，其特征在于所述矩形环状管的右边管(11)和左边管(10)为等内径管，矩形环状管的上边管(4)为变内径管、下边管(5)为等内径管，或者矩形环状管的上边管(4)为等内径管、下边管(5)为变内径管；
所述电极组不超过三套，当电极组为一套时，电极组安装在矩形环状管的L形弯管(6)上，或安装在矩形环状管的上边管(4)上，或安装在矩形环状管的下边管(5)上；当电极组为两套时，两套电极组分别安装在矩形环状管的L形弯管(6)上和上边管(4)上，或分别安装在矩形环状管的L形弯管(6)上和下边管(5)上；当电极组为三套时，三套电极组分别安装在矩形环状管的L形弯管(6)上、上边管(4)上和下边管(5)上。
3.根据权利要求2所述实时监测工业废水排放管动态腐蚀的装置，其特征在于当电极组安装在L形弯管(6)上时，试样(1)位于L形弯管的外转角顶点处，参比电极(3)位于L形弯管的内转角顶点处，辅助电极(2)位于L形弯管与上边管(4)或下边管(5)衔接的部段且与试样(1)在同一侧管壁；
当电极组安装在上边管(4)上或下边管(5)上时，试样(1)和辅助电极(2)在同一侧管壁，参比电极(3)在与试样(1)和辅助电极(2)呈轴对称的管壁，且参比电极(3)与试样(1)的中心线过同一直线；
所述试样(1)与辅助电极(2)之间的间距(b)为5.0mm～20.0mm，所述参比电极(3)下端端部与试样(1)底面之间的间距(a)为2mm～5mm。
4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述实时监测工业废水排放管动态腐蚀的装置，其特征在于矩形环状管中安装有电极组的L形弯管(6)或/和上边管(4)或/和下边管(5)用聚四氟乙烯制作，未安装有电极组的左边管(10)、右边管(11)及L形弯管(6)、上边管(4)、下边管(5)用有机玻璃制作。
5.根据权利要求1至3中任一权利要求所述实时监测工业废水排放管动态腐蚀的装置，其特征在于第一出液阀(13)、第二出液阀(14)、第一回液阀(15)和第二回液阀(16)为电磁阀，第一取样阀(17)和第二取样阀(18)为手动阀。
6.根据权利要求4中任一权利要求所述实时监测工业废水排放管动态腐蚀的装置，其特征在于第一出液阀(13)、第二出液阀(14)、第一回液阀(15)和第二回液阀(16)为电磁阀，第一取样阀(17)和第二取样阀(18)为手动阀。
7.根据权利要求1至3中任一权利要求所述实时监测工业废水排放管动态腐蚀的装置，其特征在于矩形环状管的内径及岀液总管(25)、回液总管(12)、连接输液泵岀液端与被测试组件进液口的管件、与第一储液槽(23)出液口连接的管件及与第二储液槽(24)出液口连接的管件，与第一储液槽(23)进液口连接的管件及与第二储液槽(24)进液口连接的管件的内径尺寸应满足通过管内的工业废水流速在0.1～2.2m/s时，雷诺数在4～100之间。
8.根据权利要求4所述实时监测工业废水排放管动态腐蚀的装置，其特征在于矩形环状管的内径及岀液总管(25)、回液总管(12)、连接输液泵岀液端与被测试组件进液口的管件、与第一储液槽(23)出液口连接的管件及与第二储液槽(24)出液口连接的管件，与第一储液槽(23)进液口连接的管件及与第二储液槽(24)进液口连接的管件的内径尺寸应满足通过管内的工业废水流速在0.1～2.2m/s时，雷诺数在4～100之间。
9.根据权利要求5所述实时监测工业废水排放管动态腐蚀的装置，其特征在于矩形环状管的内径及岀液总管(25)、回液总管(12)、连接输液泵岀液端与被测试组件进液口的管件、与第一储液槽(23)出液口连接的管件及与第二储液槽(24)出液口连接的管件，与第一储液槽(23)进液口连接的管件及与第二储液槽(24)进液口连接的管件的内径尺寸应满足通过管内的工业废水流速在0.1～2.2m/s时，雷诺数在4～100之间。
10.根据权利要求6所述实时监测工业废水排放管动态腐蚀的装置，其特征在于矩形环状管的内径及岀液总管(25)、回液总管(12)、连接输液泵岀液端与被测试组件进液口的管件、与第一储液槽(23)出液口连接的管件及与第二储液槽(24)出液口连接的管件，与第一储液槽(23)进液口连接的管件及与第二储液槽(24)进液口连接的管件的内径尺寸应满足通过管内的工业废水流速在0.1～2.2m/s时，雷诺数在4～100之间。
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