CN110954424A - 一种管线钢应力腐蚀试验系统 - Google Patents

一种管线钢应力腐蚀试验系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种管线钢应力腐蚀试验系统，包括试验架、环境皿、压盖、上夹具、下夹具、搅拌装置和自动注水装置，环境皿置于试验架上，压盖盖在环境皿的上端口，上夹具和下夹具的中部均设有六角头，上夹具的下半部从压盖上的第一通孔中穿过，下夹具的上半部旋装在环境皿底部的螺纹安装孔中，上夹具和下夹具相对分布，上夹具的下半部设有上螺纹连接孔，下夹具的上半部设有下螺纹连接孔，搅拌装置包括变频电机和电机控制器，变频电机连接有由上至下伸入环境皿中的搅拌轴，搅拌轴的下端安装有搅拌叶片，自动注水装置包括储水罐，储水罐连接有由上至下伸入环境皿中的补水管，补水管的下端安装有浮球阀。其具有结构简单、拆装便捷、实验结果准确的优点。

Description

一种管线钢应力腐蚀试验系统
技术领域
本发明涉及一种金属材料性能测试系统，具体涉及一种用于管线钢的应力腐蚀试验系统。
背景技术
近年来，随着油气田开发的快速发展，油气输送管线因腐蚀破裂引发的泄露情况时有发生。土壤应力腐蚀破裂是影响油气输送管线安全运行的因素之一，主要分为两类，一是高pH土壤应力腐蚀破裂，二是中pH土壤应力腐蚀破裂，如，美国的一条输气管线曾发生土壤应力腐蚀破裂，开裂处腐蚀介质的pH>9.5，裂纹沿晶扩展，故称为高pH值的沿晶应力腐蚀；又如，1985年本领域技术人员发现管道涂层下方有时会存在穿晶应力腐蚀，腐蚀处腐蚀介质的pH为6～8，故称为近中性穿晶应力腐蚀。目前本领域在进行土壤应力腐蚀试验时，所采取的试验系统通常以模拟滞留水作为腐蚀介质，如NS4溶液，无法模拟真实的土壤环境，影响了实验结果的准确性，且现有的应力腐蚀试验系统存在着结构复杂、使用不便的问题，有待进一步改进和完善。
发明内容
本发明的目的是提供一种管线钢应力腐蚀试验系统，其具有结构简单、成本低廉、拆装便捷、实验结果准确的优点。
为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种管线钢应力腐蚀试验系统，包括试验架、环境皿、压盖、上夹具、下夹具、搅拌装置和自动注水装置，所述环境皿置于试验架上，所述压盖盖在环境皿的上端口，所述上夹具和下夹具的中部均设有六角头，上夹具的下半部从压盖中部设置的第一通孔中穿过，下夹具的上半部旋装在环境皿底部设置的螺纹安装孔中，上夹具和下夹具沿上下方向相对分布，上夹具的下半部沿轴线设有上螺纹连接孔，下夹具的上半部沿轴线设有下螺纹连接孔，所述搅拌装置包括相互连接并分别固定在试验架上的变频电机和电机控制器，变频电机连接有由上至下伸入环境皿中的搅拌轴，搅拌轴的下端安装有搅拌叶片，所述自动注水装置包括固定在试验架上的储水罐，储水罐的底部连接有由上至下伸入环境皿中的补水管，补水管的下端安装有浮球阀；试验时，在环境皿中盛放土壤腐蚀介质，使管线钢拉伸试样的上下端对应与上夹具和下夹具通过螺纹连接，并使上夹具的上半部与拉伸试验机的活动块连接，使下夹具的下半部与拉伸试验机的固定块连接。
进一步的，本发明一种管线钢应力腐蚀试验系统，其中，所述压盖由两个半圆形的盖板对接组合构成，两个盖板对接处的中部设有相对分布的半圆形凹槽，压盖上的第一通孔由两个盖板上的半圆形凹槽对接组合构成，两个盖板上还分别设有两个以上的第二通孔。
进一步的，本发明一种管线钢应力腐蚀试验系统，其中，所述上夹具的下半部套设有第一密封圈，第一密封圈处于第一通孔中；所述下夹具的上半部套设有第二密封圈，环境皿的底部下侧面在螺纹安装孔的外围设有密封槽，第二密封圈处于密封槽中。
进一步的，本发明一种管线钢应力腐蚀试验系统，其中，所述上夹具的上半部呈圆柱状并设有通过切削形成的第一限位平台，第一限位平台处设有第一销轴孔；所述下夹具的下半部呈圆柱状并设有通过切削形成的第二限位平台，第二限位平台处设有第二销轴孔。
进一步的，本发明一种管线钢应力腐蚀试验系统，其中，所述环境皿和压盖分别采用透明的钢化玻璃制作；所述上夹具和下夹具分别采用哈氏合金制作；所述第一密封圈和第二密封圈分别采用氢化丁腈橡胶制作。
进一步的，本发明一种管线钢应力腐蚀试验系统，其中，所述搅拌装置设有两组，两组搅拌装置以环境皿的轴线呈对称分布。
进一步的，本发明一种管线钢应力腐蚀试验系统，其中，所述试验架包括四根立柱，相邻立柱的中部之间分别通过螺钉固定有第一连杆，第一连杆之间通过螺钉固定有井字型的第一台架，所述环境皿置于第一台架上。
进一步的，本发明一种管线钢应力腐蚀试验系统，其中，所述试验架在相邻立柱的上半部之间分别通过螺钉固定有第二连杆，所述两组搅拌装置的变频电机分别固定在第二连杆之间，两组搅拌装置的电机控制器分别固定在立柱上；试验架在一对相邻立柱的上端之间还通过螺钉固定有第二台架，所述储水罐固定在第二台架上。
进一步的，本发明一种管线钢应力腐蚀试验系统，其中，所述试验架的四根立柱底部分别设有万向轮，万向轮设有止动装置。
进一步的，本发明一种管线钢应力腐蚀试验系统，其中，所述环境皿的底部设有排污孔，排污孔安装有排污管，排污管上安装有排污阀；还包括用于封堵压盖上第二通孔的堵塞。
本发明一种管线钢应力腐蚀试验系统与现有技术相比，具有以下优点：本发明通过设置试验架、环境皿、压盖、上夹具、下夹具、搅拌装置和自动注水装置，将环境皿置于试验架上，将压盖盖在环境皿的上端口，在上夹具和下夹具的中部均设置六角头，使上夹具的下半部从压盖中部设置的第一通孔中穿过，使下夹具的上半部旋装在环境皿底部设置的螺纹安装孔中，让上夹具和下夹具沿上下方向相对分布，在上夹具的下半部沿轴线设置上螺纹连接孔，在下夹具的上半部沿轴线设置下螺纹连接孔，使搅拌装置设置相互连接并分别固定在试验架上的变频电机和电机控制器，让变频电机连接由上至下伸入环境皿中的搅拌轴，并在搅拌轴的下端安装搅拌叶片，使自动注水装置设置固定在试验架上的储水罐，让储水罐的底部连接由上至下伸入环境皿中的补水管，并在补水管的下端安装浮球阀；试验时，在环境皿中盛放土壤腐蚀介质，使管线钢拉伸试样的上下端对应与上夹具和下夹具通过螺纹连接，并使上夹具的上半部与拉伸试验机的活动块连接，使下夹具的下半部与拉伸试验机的固定块连接。由此就构成一种结构简单、成本低廉、拆装便捷、实验结果准确的管线钢应力腐蚀试验系统。本发明通过设置环境皿，在环境皿中盛放模拟土壤环境的土壤腐蚀介质，并通过搅拌装置对土壤腐蚀介质进行搅拌使其始终保持充分的混合状态，保证了土壤腐蚀介质状态的稳定性和实验结果的准确性；同时，本发明通过设置自动注水装置可避免因实验周期长造成土壤腐蚀介质损失水分的问题，进一步保证了土壤腐蚀介质状态的稳定性和实验结果的准确性。另外，本发明通过让上夹具和下夹具对应设置上螺纹连接孔和下螺纹连接孔，提高了与管线钢拉伸试样连接的便利性，通过设置压盖可避免实验过程中因晃动造成土壤腐蚀介质溅出的问题，通过让搅拌装置设置电机控制器可方便设置变频电机的运行周期和转速，提高了控制的便利性，通过让自动注水装置设置浮球阀，可根据土壤腐蚀介质的液位实现自动补水目的，且不需要使用电力，增强了实验的安全性和准确性。
下面结合附图所示具体实施方式对本发明一种管线钢应力腐蚀试验系统作进一步详细说明。
附图说明
图1为本发明一种管线钢应力腐蚀试验系统的结构示意图；
图2为图1中A位置的局部放大示意图；
图3为本发明一种管线钢应力腐蚀试验系统中环境皿的俯视图；
图4为图3中的B-B向视图；
图5为本发明一种管线钢应力腐蚀试验系统中压盖的俯视图。
具体实施方式
首先需要说明的，本发明中所述的上、下、左、右、前、后等方位词只是根据附图进行的描述，以便于理解，并非对本发明的技术方案以及请求保护范围进行的限制。
如图1至图5所示本发明一种管线钢应力腐蚀试验系统的具体实施方式，包括试验架、环境皿1、压盖2、上夹具3、下夹具4、搅拌装置和自动注水装置。将环境皿1置于试验架上，并将压盖2盖在环境皿1的上端口。在上夹具3和下夹具4的中部分别设置六角头，使上夹具3的下半部从压盖2中部设置的第一通孔中穿过，使下夹具4的上半部旋装在环境皿1底部设置的螺纹安装孔11中，让上夹具3和下夹具4沿上下方向相对分布，并在上夹具3的下半部沿轴线设置上螺纹连接孔31，在下夹具4的上半部沿轴线设置下螺纹连接孔41。使搅拌装置设置相互连接并分别固定在试验架上的变频电机51和电机控制器52，让变频电机51连接有由上至下伸入环境皿1中的搅拌轴53，并在搅拌轴53的下端安装搅拌叶片54。使自动注水装置设置固定在试验架上的储水罐61，让储水罐61的底部连接由上至下伸入环境皿1中的补水管62，并在补水管62的下端安装浮球阀63。试验时，在环境皿1中盛放土壤腐蚀介质，使管线钢拉伸试样(图中未示出)的上下端对应与上夹具3和下夹具4通过螺纹连接，并使上夹具3的上半部与拉伸试验机(图中未示出)的活动块连接，使下夹具4的下半部与拉伸试验机的固定块连接。
通过以上结构设置就构成一种结构简单、成本低廉、拆装便捷、实验结果准确的管线钢应力腐蚀试验系统。本发明通过设置环境皿1，在环境皿1中盛放模拟土壤环境的土壤腐蚀介质，并通过搅拌装置对土壤腐蚀介质进行搅拌使其始终保持充分的混合状态，保证了土壤腐蚀介质状态的稳定性和实验结果的准确性。同时，本发明通过设置自动注水装置可避免因实验周期长造成土壤腐蚀介质损失水分的问题，进一步保证了土壤腐蚀介质状态的稳定性和实验结果的准确性。另外，本发明通过让上夹具3和下夹具4对应设置上螺纹连接孔31和下螺纹连接孔41，提高了与管线钢拉伸试样连接的便利性，通过设置压盖2可避免实验过程中因晃动造成土壤腐蚀介质溅出的问题，通过让搅拌装置设置电机控制器52可方便设置变频电机51的运行周期和转速，提高了控制的便利性，通过让自动注水装置设置浮球阀63，可根据土壤腐蚀介质的液位实现自动补水目的，且不需要使用电力，增强了实验的安全性和准确性。需要说明的是，所述土壤腐蚀介质是根据埋地管线所处的真实土壤条件配制的混合溶液，其所含成分与真实土壤所含的成分相同；所述管线钢拉伸试样是与埋地管线相同材质的试验样品。当实验完成(管线钢拉伸试样被拉断)后，通过对管线钢拉伸试样的表面进行显微观察并对采集的实验数据进行分析，即可得出管线钢在土壤腐蚀介质下的应力腐蚀实验结果。实验数据是通过由工作电极、参比电极、辅助电极、电化学工作站和计算机组成的数据采集系统采集的，这属于本领域的常规技术手段，在此不再赘述。
作为优化方案，本具体实施方式使用压盖2采用了由两个半圆形的盖板21对接组合的结构形式，并在两个盖板21对接处的中部设置了相对分布的半圆形凹槽22，使压盖2上的第一通孔由两个盖板21上的半圆形凹槽22对接组合构成，且在两个盖板21上分别设置两个以上的第二通孔。这一设置的压盖2具有结构简单、拆装便捷的优点，通过第二通孔可方便搅拌轴53、补水管62穿过压盖2，并可方便向环境皿1中添加土壤腐蚀介质的混合料，需要指出的是，在实验过程中应通过堵塞将空置的第二通孔封住，以免土壤腐蚀介质溅出。为增强环境皿1的封闭性，本具体实施方式在上夹具3的下半部套设了第一密封圈32，并使第一密封圈32处于第一通孔中；在下夹具4的上半部套设了第二密封圈42，在环境皿1的底部下侧面处于螺纹安装孔11的外围设置了密封槽，并使第二密封圈42处于密封槽中。
作为进一步优化方案，本具体实施方式使上夹具3的上半部采用圆柱结构并设置了通过切削形成的第一限位平台，且在第一限位平台处设置了第一销轴孔；同理，使下夹具4的下半部也采用了圆柱结构并设置了通过切削形成的第二限位平台，且在第二限位平台处设置了第二销轴孔。这一结构的上夹具3和下夹具4具有连接方便、定位准确、操作简单的优点，在实际应用中，让上夹具3的上半部插入拉伸试验机活动块对应设置的插座中，在第一限位平台的作用下可实现准确定位，通过销轴插入第一销轴孔即可将上夹具3固定在拉伸试验机的活动块上；同样地，让下夹具4的下半部插入拉伸试验机固动块对应设置的插座中，在第二限位平台的作用下可实现准确定位，通过销轴插入第二销轴孔即可将下夹具4固定在拉伸试验机的固动块上。
作为具体实施方式，本发明让环境皿1和压盖2分别采用了透明的钢化玻璃制作，以便于观察土壤腐蚀介质和管线钢拉伸试样的状态；并使上夹具3和下夹具4分别采用了哈氏合金制作，以保证其结构强度；使第一密封圈32和第二密封圈42分别采用了氢化丁腈橡胶制作，以增强其耐腐蚀能力和密封性能。同时，本发明设置了两组搅拌装置，并使两组搅拌装置以环境皿1的轴线呈对称分布，以增强搅拌的均匀性。
需要说明的是，在实际应用中本发明让试验架设置了四根立柱71，使相邻立柱71的中部之间分别通过螺钉固定了第一连杆72，并在第一连杆72之间通过螺钉固定了井字型的第一台架，以便于将环境皿1置于第一台架上，且不影响与拉伸试验机的连接。并使试验架在相邻立柱71的上半部之间分别通过螺钉固定了第二连杆73，以便于将两组搅拌装置的变频电机51分别固定在第二连杆73之间，而两组搅拌装置的电机控制器52可分别固定在立柱71上。还使试验架在一对相邻立柱71的上端之间通过螺钉固定了第二台架74，以便于将储水罐61固定在第二台架74上。这一结构的试验架具有结构简单、质量轻便、拆装便捷的特点。为便于移动，本发明还在试验架的四根立柱71底部分别设置了万向轮75，并使万向轮75设置了止动装置，以使其移动到位后保持稳定状态。为便于清洗环境皿1，本发明在环境皿1的底部设置了排污孔12，并使排污孔12连接的排污管(图中未示出)，在排污管上安装了排污阀(图中未示出)。
以上实施例仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对本发明请求保护范围进行限定，在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域技术人员依据本发明的技术方案做出的各种变形，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种管线钢应力腐蚀试验系统，其特征在于，包括试验架、环境皿(1)、压盖(2)、上夹具(3)、下夹具(4)、搅拌装置和自动注水装置，所述环境皿(1)置于试验架上，所述压盖(2)盖在环境皿(1)的上端口，所述上夹具(3)和下夹具(4)的中部均设有六角头，上夹具(3)的下半部从压盖(2)中部设置的第一通孔中穿过，下夹具(4)的上半部旋装在环境皿(1)底部设置的螺纹安装孔(11)中，上夹具(3)和下夹具(4)沿上下方向相对分布，上夹具(3)的下半部沿轴线设有上螺纹连接孔(31)，下夹具(4)的上半部沿轴线设有下螺纹连接孔(41)，所述搅拌装置包括相互连接并分别固定在试验架上的变频电机(51)和电机控制器(52)，变频电机(51)连接有由上至下伸入环境皿(1)中的搅拌轴(53)，搅拌轴(53)的下端安装有搅拌叶片(54)，所述自动注水装置包括固定在试验架上的储水罐(61)，储水罐(61)的底部连接有由上至下伸入环境皿(1)中的补水管(62)，补水管(62)的下端安装有浮球阀(63)；试验时，在环境皿(1)中盛放土壤腐蚀介质，使管线钢拉伸试样的上下端对应与上夹具(3)和下夹具(4)通过螺纹连接，并使上夹具(3)的上半部与拉伸试验机的活动块连接，使下夹具(4)的下半部与拉伸试验机的固定块连接。
2.根据权利要求1所述的一种管线钢应力腐蚀试验系统，其特征在于，所述压盖(2)由两个半圆形的盖板(21)对接组合构成，两个盖板(21)对接处的中部设有相对分布的半圆形凹槽(22)，压盖(2)上的第一通孔由两个盖板(21)上的半圆形凹槽(22)对接组合构成，两个盖板(21)上还分别设有两个以上的第二通孔。
3.根据权利要求2所述的一种管线钢应力腐蚀试验系统，其特征在于，所述上夹具(3)的下半部套设有第一密封圈(32)，第一密封圈(32)处于第一通孔中；所述下夹具(4)的上半部套设有第二密封圈(42)，环境皿(1)的底部下侧面在螺纹安装孔(11)的外围设有密封槽，第二密封圈(42)处于密封槽中。
4.根据权利要求3所述的一种管线钢应力腐蚀试验系统，其特征在于，所述上夹具(3)的上半部呈圆柱状并设有通过切削形成的第一限位平台，第一限位平台处设有第一销轴孔；所述下夹具(4)的下半部呈圆柱状并设有通过切削形成的第二限位平台，第二限位平台处设有第二销轴孔。
5.根据权利要求4所述的一种管线钢应力腐蚀试验系统，其特征在于，所述环境皿(1)和压盖(2)分别采用透明的钢化玻璃制作；所述上夹具(3)和下夹具(4)分别采用哈氏合金制作；所述第一密封圈(32)和第二密封圈(42)分别采用氢化丁腈橡胶制作。
6.根据权利要求5所述的一种管线钢应力腐蚀试验系统，其特征在于，所述搅拌装置设有两组，两组搅拌装置以环境皿(1)的轴线呈对称分布。
7.根据权利要求6所述的一种管线钢应力腐蚀试验系统，其特征在于，所述试验架包括四根立柱(71)，相邻立柱(71)的中部之间分别通过螺钉固定有第一连杆(72)，第一连杆(72)之间通过螺钉固定有井字型的第一台架，所述环境皿(1)置于第一台架上。
8.根据权利要求7所述的一种管线钢应力腐蚀试验系统，其特征在于，所述试验架在相邻立柱(71)的上半部之间分别通过螺钉固定有第二连杆(73)，所述两组搅拌装置的变频电机(51)分别固定在第二连杆(73)之间，两组搅拌装置的电机控制器(52)分别固定在立柱(71)上；试验架在一对相邻立柱(71)的上端之间还通过螺钉固定有第二台架(74)，所述储水罐(61)固定在第二台架(74)上。
9.根据权利要求8所述的一种管线钢应力腐蚀试验系统，其特征在于，所述试验架的四根立柱(71)底部分别设有万向轮(75)，万向轮(75)设有止动装置。
10.根据权利要求9所述的一种管线钢应力腐蚀试验系统，其特征在于，所述环境皿(1)的底部设有排污孔(12)，排污孔(12)安装有排污管，排污管上安装有排污阀；还包括用于封堵压盖(2)上第二通孔的堵塞。
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