CN111006945B - 一种用于管道冲刷腐蚀试验的试样加载装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于管道冲刷腐蚀试验的试样加载装置，其包括带有外螺纹的主体螺杆、位于主体螺杆一端的螺帽，穿入主体螺杆中并在主体螺杆上可上下拧动的定位螺母，主体螺杆的另一端设有中部贯通开槽，中部贯通开槽结构上方为弧面结构，主体螺杆旋入流体管道中后，通过拧紧固定螺母将主体螺杆固定于流体管道，在螺杆的另一端的两侧通过中部贯通开槽分别形成有刃形结构，两个刃形结构分别设有对应的加载孔，两个试样加载孔供试样加载杆穿过并固定于其中。本发明还涉及包括该试样加载装置的管道冲刷腐蚀试验装置。采用本发明，能够满足管道冲刷腐蚀试验需要，对试样进行精确的量化分析和表面状态观察等冲刷腐蚀行为评价，适用于管道冲刷腐蚀研究。

Description

一种用于管道冲刷腐蚀试验的试样加载装置
技术领域
本发明属于腐蚀试验技术领域，具体地说是涉及一种用于管道冲刷腐蚀试验的试样加载装置。
背景技术
在石油化工生产装置的反应器或管道中，冲刷腐蚀是比较常见的失效因素之一。腐蚀和冲刷的协同作用使得材料更容易发生损伤，特别是在一定温度压力和强腐蚀性体系下，非常容易造成设备失效。因此根据使用工况进行腐蚀因素评估、材质评价或腐蚀行为研究，对冲刷腐蚀的防护和预测具有重要作用。在冲刷腐蚀研究的方法中，需使用到试验室小试研究搭建的模拟装置，根据行业内的研究经验，旋转圆盘、管道和射流等方式模拟冲刷环境最为常用。其中管道冲刷的模拟方法能够直观的反应装置运行工况条件，特别是在石油化工行业的冲刷腐蚀研究中更常用。
在管道式冲刷腐蚀研究中，试样的放置有两种形式。其中一种为将试样制成相应直径的管道，在试验时替换掉其中一段，在试验前后对这段试样管道进行分析；另一种是将试样以合适的方法放置于管道内的指定位置，实现流速对试样的直接冲刷，同时，在试验前后可以对试样进行腐蚀行为表征。通常而言，第一种方法比较直观，容易观察到管道内部的冲刷腐蚀影响，但是由于作为试样的管道面积、体积和质量均较大，对腐蚀研究而言误差较大不便于进行量化分析，一般进行腐蚀形貌观察和评价。而第二种植入式试样的方法，将试样制成标准试片，可以在试验前后进行量化分析，同时可以进行试样表面形貌的观察分析，在管道式冲刷腐蚀研究中较为常用。而将试样置于冲刷管路的设计中，常会由于装置设计不当导致在高流速水流接触试样之前就造成流场紊乱，试样表面受流速作用比预期要小或几乎没有，造成试验结果的偏差；或者加载装置受到冲刷水流的影响，导致试样移位或偏转，从而使试样表面的冲刷角度达不到试验需求，最终导致试验输出结果出现偏差，严重影响研究目的；同时有些夹具设计不当，在试验过程中不能稳定固定从而使得试验失败。因此，在石化行业的强腐蚀体系或者高温高压情况，更是需要合理的试样加载装置的设计，以达到试验目的。
相关冲刷腐蚀试样加载装置设计中，如专利ZL201410035264.0介绍了一种高温高压的流动冲刷腐蚀测试装置。该装置包括主体部分，紧固螺杆和腐蚀试样，紧固螺杆和腐蚀试样分别通过主体上的接入口进行固定和安装。该装置在进行多角度冲刷时，需要更换主体部件，过程较为繁琐；研究方法为单一的表面状态观察，无具体的量化指标。专利ZL201510044741.4提供了一种弯管冲刷腐蚀测试系统及测试方法，该装置在试样夹持设计方面，采用在弯管内壁设置环向和轴向的凹槽，并在凹槽微小区域内挂样。该装置能够实现在特定冲刷角度的冲刷腐蚀研究，但是在高温高压体系下，需要考虑试样固定，凹槽漏液和漏气，如果使用裸金属试验时需考虑凹槽开孔处缝隙腐蚀影响。操作过程较为复杂，结果评价中对腐蚀速度无具体的量化指标。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供了一种用于管道冲刷腐蚀试验的试样加载装置及包括该加载装置的管道冲刷腐蚀试验装置，无需特殊的处理方式，就可以实现试样朝向满足试验需要，同时不会造成水流流场紊乱的情况，并适用于温度、压力和强腐蚀体系下进行试验研究的需要。其解决了管道内流速紊乱，试样朝向和位置定位困难，试样加载程序复杂的问题，适用于石化管道装置的一定温度压力和腐蚀体系造成的冲刷腐蚀的研究，如酸、流速共同作用下材质使用情况评价，新工艺冲刷腐蚀情况评估等。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于管道冲刷腐蚀试验的试样加载装置，其包括带有外螺纹的主体螺杆、位于主体螺杆一端的螺帽，穿入主体螺杆中并在主体螺杆上可上下拧动的定位螺母，主体螺杆的另一端设有中部贯通开槽，中部贯通开槽结构上方为弧面结构，
主体螺杆旋入流体管道中后，通过拧紧固定螺母将主体螺杆固定于流体管道，
在主体螺杆的另一端的两侧通过上述中部贯通开槽分别形成有刃形结构，两个刃形结构分别设有对应的加载孔，两个试样加载孔供试样加载杆穿过并固定于其中，试样加载杆用于加载试样。
进一步地，试样加载杆穿入加载孔中通过外紧固螺母紧固于主体螺杆另一端两侧的两个刃形结构上。
进一步地，试样为带有中心螺孔的片状结构(或盘状结构)，试样的中心螺孔与试样加载杆的外周螺纹匹配，试样旋入试样加载杆上的适当位置(例如中间位置)后通过内紧固螺母紧固。
进一步地，中部贯通开槽结构的上方弧面结构使得将试样加载装置加载到流体管道上后，贯通开槽顶与流体管路顶部接近重合(即贯通开槽顶部与旋入试样记载装置的流体管道的横断弧面结构基本一致)。
本发明中，主体螺杆的另一端(即下方)具有贯通开槽，开槽位置于主体螺杆正下方，开槽位置顶部为弧形，在进行加载后开槽顶与流体管路顶部接近重合。所述开槽为通透开槽，可以满足流体通过；所述开槽宽度为不超过主体螺杆直径，并保证余下刃形结构(刃形分叉)具有一定的强度，例如余下的刃形结构的厚度(刃形结构一般为弓形，即弓形结构的最大厚度)为2-3mm(根据加载装置大小选择，保证分叉的强度)；所述刃形结构(刃形分叉)优选是在与贯通开槽方向相同方向上有切角的刃形结构，可避免流体在此位置产生旋涡；两个刃形结构产生的刃形分叉，在与贯通开槽方向的垂向方向的中心具有加载孔，可以使用螺母将试样加载杆固定。
进一步地，所述螺帽顶部有与下端开槽方向相同的标示线，用于判断拧入流体管道后的贯通开槽的方向，在将主体螺杆旋入流体管道后该标示线的朝向处于所需位置后使用定位螺母拧紧固定，而将试样调整至所需的朝向。
所述试样加载杆，置于刃形结构加载孔内，具有外螺纹结构，优选为圆柱状棒体，配套适用螺母进行紧固。所述试样加载杆材质为PTFE材质(根据试验介质，选择合适材质例如陶瓷、镍合金等，优选非金属电绝缘材料)，不与使用环境介质产生反应或溶解；所述试样加载杆具有的一定的强度，可以在一定流速下使用。所述试样支架顶部具有平行于开槽方向的方向指示。
在一个实施方案中，所述试样为片状试样，具有中间开孔；所述试样中间开孔，可置于试样加载杆上；所述试样，置于主体螺杆开槽位置，不与主体螺杆接触。优选地，试样的较长长度方向不超过主体螺杆直径。
所述定位螺母为螺母结构，在主体螺杆上使用，当试样加载装置拧入合适位置后，使用定位螺母旋紧。
优选地，所述主体螺杆、试样加载杆和加载螺母(内紧固螺母和外紧固螺母)具有一定的耐腐蚀性能，不会在拟用介质环境下产生腐蚀失效。
本发明进一步提供了一种管道冲刷腐蚀试验装置，其包括上述试样加载装置和用于加载上述试样加载装置的流体管道，所述流体管道上设有一个试样加载装置接入口，该试样加载装置接入口为一个与流体管道连通的管状结构，试样加载装置接入口内部具有内螺纹，该内螺纹与主体螺杆上的外螺纹匹配，使得主体螺杆能够旋入试样加载装置接入口内部。该接入口优选垂直嵌入流体管道上，试样加载装置接入口直径(包括内径和外径)优选与流体管道的直径(包括内径和外径)相等或大致相当。试样加载装置接入口的高度可以为4-6cm(可以根据需要，选择合适高度)。
使用本发明的试样加载装置的管道冲刷腐蚀试验方法包括以下步骤：试验前，从贯通开槽分叉处插入试样加载杆，并依次穿过内紧固螺母、试样、内紧固螺母等，将试样固定在试样加载杆正中间。再通过外紧固螺母把试样加载杆固定于主体螺杆上。所述完成试样固定的试样加载装置，通过螺纹拧入管道冲刷腐蚀试验装置流体管道的试样加载装置接入口上，拧入后根据主体螺杆顶端的朝向调整试样的朝向，满足试验要求。所述试样加载装置拧入管道后，确定试样朝向，使用定位螺母旋紧，固定试样加载装置。
在试验前后，可以利用称重设备，对试样试验前后的质量变化进行定量分析和表征。
在试验后，可以利用微观分析设备，对试验后的试样形貌进行观察，确定腐蚀行为。
根据本发明的管道冲刷腐蚀试验装置，可以调整试样的朝向，实现小角度的冲刷腐蚀试验评价。
本发明的一种用于管道冲刷腐蚀研究的试样加载装置和管道冲刷腐蚀试验装置，与现有技术相比具有以下有益效果：操作简单，仅需要试样更换，就可以实现高流速环境下的试样加持和试验，并可进行精确测试和分析，改进了传统试验方法中试样定量测试不精确的问题；通过对水流小角度切向受力，减少了水流紊乱的情况，使得试样表面流体状态符合需要；采用定位螺母紧固的方法对试样加载装置进行紧固，可以使得试样按照需要的朝向放置，避免了传统方法试验过程中试样角度的偏移，造成结果偏差；试验装置整体具有结构简单，操作方便，不易损坏，设计合理的优点。
附图说明
下面结合附图对本发明进行进一步说明：
图1试样加载装置；
图2为带有试样加载装置接入口的流体管道。
图中，1为螺帽，2为定位螺母，3为外紧固螺母，4为内紧固螺母，5为试样，6为刃形结构；7为试样加载杆；8为弧面结构；9为主体螺杆；10为加载孔；11为试样加载装置接入口；12为流体管道。
具体实施方式
以下结合附图来进一步说明本发明。
如图1、2所示，本发明涉及一种用于管道冲刷腐蚀试验的试样加载装置，其包括带有外螺纹的主体螺杆9、位于主体螺杆一端的螺帽1，穿入主体螺杆中并在主体螺杆上可上下拧动的定位螺母2，主体螺杆的另一端设有中部贯通开槽，中部贯通开槽结构上方为弧面结构8，主体螺杆旋入流体管道中后，通过拧紧固定螺母2将主体螺杆9固定于流体管道12，
在螺杆的另一端的两侧通过上述中部贯通开槽分别形成有刃形结构6，两个刃形结构分别设有对应的加载孔10，两个试样加载孔10供试样加载杆7穿过并固定于其中，试样加载杆7用于加载试样5。
试样加载杆7穿入加载孔10中通过外紧固螺母3紧固于主体螺杆另一端两侧的两个刃形结构6上。
在一个优选实施方案中，试样5为带有中心螺孔的片状结构(或盘状结构)，试样的中心螺孔与试样加载杆7的外周螺纹匹配，试样旋入试样加载杆上的适当位置(例如中间位置)后通过内紧固螺母4紧固。
在一个实施方案中，所述螺帽顶部有与下端开槽方向相同的标示线，用于判断拧入流体管道后的贯通开槽的方向，在将主体螺杆旋入流体管道后该标示线的朝向处于所需位置后使用定位螺母拧紧固定，而将试样调整至所需的朝向。
在一个优选实施方案中，中部贯通开槽结构的上方弧面结构8使得将试样加载装置加载到流体管道12上后，贯通开槽顶与流体管路顶部接近重合(即贯通开槽顶部与旋入试样记载装置的流体管道的横断弧面结构基本一致)。
本发明中，主体螺杆的另一端(即下方)具有贯通开槽，开槽位置于主体螺杆正下方，开槽位置顶部为弧形，在进行加载后开槽顶与流体管路顶部接近重合。所述开槽为通透开槽，可以满足流体通过；所述开槽宽度为不超过主体螺杆直径，并保证余下刃形结构(刃形分叉)具有一定的强度，例如余下的刃形结构的厚度(刃形结构一般为弓形，即弓形结构的最大厚度)为2-3mm(根据加载装置大小选择，保证分叉的强度)；所述刃形结构(刃形分叉)优选是在与贯通开槽方向相同方向上有切角的刃形结构，可避免流体在此位置产生旋涡；两个刃形结构产生的刃形分叉，在与贯通开槽方向的垂向方向的中心具有加载孔，可以使用螺母将试样加载杆固定。所述试样架顶部有与下端开槽方向相同的标示线。
所述试样加载杆，置于试样支架加载孔内，具有外螺纹结构，优选为圆柱状棒体，配套适用螺母进行紧固。所述试样加载杆材质为惰性材质(例如)，不与使用环境介质产生反应或溶解；所述试样加载杆具有的一定的强度，可以在一定流速下使用。所述试样支架顶部具有平行于开槽方向的方向指示。
在一个实施方案中，所述试样为片状试样，具有中间开孔；所述试样中间开孔，可置于试样加载杆上；所述试样，置于主体螺杆开槽位置，不与主体螺杆接触。
所述定位螺母为螺母结构，在主体螺杆上使用，当试样加载装置拧入合适位置后，使用定位螺母旋紧。
本发明进一步提供了一种管道冲刷腐蚀试验装置，其包括上述试样记载装置和用于加载上述试样加载装置的流体管道11，所述流体管道上设有一个试样加载装置接入口12，该试样加载装置接入口为一个与流体管道连通的管状结构，试样加载装置接入口内部具有内螺纹，该内螺纹与主体螺杆上的外螺纹匹配，使得主体螺杆能够旋入试样加载装置接入口内部。该接入口优选垂直嵌入流体管道上，试样加载装置接入口直径(包括内径和外径)优选与流体管道的直径(包括内径和外径)相等或大致相当。试样加载装置接入口的高度可以为4-6cm。
使用本发明的试样加载装置的管道冲刷腐蚀试验方法包括以下步骤：试验前，从贯通开槽分叉处插入试样加载杆，并依次穿过内紧固螺母、试样、内紧固螺母等，将试样固定在试样加载杆正中间。再通过外紧固螺母把试样加载杆固定于主体螺杆上。所述完成试样固定的试样加载装置，通过螺纹拧入管道冲刷腐蚀试验装置流体管道的试样加载装置接入口上，拧入后根据主体螺杆顶端的朝向调整试样的朝向，满足试验要求。所述试样加载装置拧入管道后，确定试样朝向，使用定位螺母旋紧，固定试样加载装置。
本发明的试样加载装置具有刃形结构6，可以将水流分开，从而避免在试样位置形成紊流，影响试样表面的腐蚀行为。
另外，试样加载装置具有弧面结构8，可以使水流流过而不在试样上方形成紊流，影响试样表面的腐蚀行为。
当试样加载装置旋紧进入冲刷管路适当高度和角度后，使用定位螺母将试样加载装置固定于冲刷管道外接口上，并不会由于管道内的流速冲刷而导致角度偏移或者松弛。
实施例1
使用如图1、2所示的管道冲刷腐蚀试验装置，从贯通开槽分叉处刃形结构加载孔插入试样加载杆，并依次穿过内紧固螺母、试样、内紧固螺母，将试样固定在试样加载杆正中间。再通过外紧固螺母把试样加载杆固定于主体螺杆上。所述完成试样固定的试样加载装置，通过螺纹拧入管道冲刷腐蚀试验装置流体管道的试样加载装置接入口上，拧入后根据主体螺杆顶端的朝向调整试样的朝向，满足试验要求。
所述试样加载装置拧入管道后，确定试样方向与水流方向呈180°角度。使用定位螺母旋紧，固定试样支架。管路内添加液体为质量分数25％甲酸水溶液，试验温度115℃，管道内流速1.5m/s。试验7天后，取出并清洗试样，宏观观察304不锈钢试样表面有沟壑状腐蚀痕迹，微观观察试样表面冲刷腐蚀形成的局部条状凹坑；通过试验前后试样质量，计算腐蚀速度为0.15mm/a。
试验后进行检查，试样加载装置未出现角度偏移、试样加载未出现松弛现象，试样表面腐蚀形貌未受紊流影响，为典型冲刷腐蚀形貌，试验前后试样质量计算结果有效。

Claims (11)

1.一种用于管道冲刷腐蚀试验的试样加载装置，其包括带有外螺纹的主体螺杆、位于主体螺杆一端的螺帽，穿入主体螺杆中并在主体螺杆上可上下拧动的定位螺母，主体螺杆的另一端设有中部贯通开槽，中部贯通开槽结构上方为弧面结构，
主体螺杆旋入流体管道中后，通过拧紧固定螺母将主体螺杆固定于流体管道，
在主体螺杆的另一端的两侧通过上述中部贯通开槽分别形成有刃形结构，两个刃形结构分别设有对应的加载孔，两个试样加载孔供试样加载杆穿过并固定于其中，试样加载杆用于加载试样。
2.根据权利要求1所述的试样加载装置，其特征在于，试样加载杆穿入加载孔中通过外紧固螺母紧固于主体螺杆另一端两侧的两个刃形结构上。
3.根据权利要求1或2所述的试样加载装置，其特征在于，试样为带有中心螺孔的片状结构，试样的中心螺孔与试样加载杆的外周螺纹匹配，试样旋入试样加载杆上的适当位置后通过内紧固螺母紧固。
4.根据权利要求3所述的试样加载装置，其特征在于，试样置于主体螺杆开槽位置，不与主体螺杆接触。
5.根据权利要求1或2所述的试样加载装置，其特征在于，所述螺帽顶部有与下端开槽方向相同的标示线，用于判断拧入流体管道后的贯通开槽的方向，在将主体螺杆旋入流体管道后该标示线的朝向处于所需位置后使用定位螺母拧紧固定，而将试样调整至所需的朝向。
6.根据权利要求1或2所述的试样加载装置，其特征在于，中部贯通开槽结构的上方弧面结构使得将试样加载装置加载到流体管道上后，贯通开槽顶与流体管路顶部接近重合。
7.根据权利要求1或2所述的试样加载装置，其特征在于，中部贯通开槽宽度为不超过主体螺杆直径，刃形结构的厚度为2-3mm。
8.根据权利要求1或2所述的试样加载装置，其特征在于，所述刃形结构是在与贯通开槽方向相同方向上有切角的刃形结构，两个刃形结构产生的刃形分叉，在与贯通开槽方向的垂向方向的中心具有加载孔。
9.根据权利要求1或2所述的试样加载装置，其特征在于，所述试样加载杆置于刃形结构加载孔内，具有外螺纹结构，且为圆柱状棒体，配套适用螺母进行紧固。
10.一种管道冲刷腐蚀试验装置，其包括权利要求1-9中任一项所述的试样加载装置和用于加载所述试样加载装置的流体管道，所述流体管道上设有一个试样加载装置接入口，该试样加载装置接入口为一个与流体管道连通的管状结构，试样加载装置接入口内部具有内螺纹，该内螺纹与主体螺杆上的外螺纹匹配，使得主体螺杆能够旋入试样加载装置接入口内部。
11.根据权利要求10所述的管道冲刷腐蚀试验装置，其特征在于，样加载装置接入口垂直嵌入流体管道上，试样加载装置接入口直径与流体管道的直径相等或大致相当。
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