CN111650117A - 一种模拟传热管腐蚀实验及原位电化学测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉实验装置领域，具体涉及一种模拟传热管腐蚀实验及原位电化学测试装置，包括热介质储存腔和冷介质储存腔，所述热介质储存腔和冷介质储存腔之间通过导管连通形成循环回路；所述热介质存储腔设置有第一温度控制装置，所述冷介质储存腔设置有第二温度控制装置；所述热介质储存腔内设置有导管进口端和导管出口端，所述导管进口端和导管出口端之间设置有测试件固定位和电化学测量装置。本发明装置能够最大程度的模拟传热管实际工作时的工况条件，同时精确获取传热管内壁的腐蚀电化学信息，为研究传热管在冲刷和热交换耦合作用下的腐蚀规律提供可靠的测试手段。

Description

一种模拟传热管腐蚀实验及原位电化学测试装置

技术领域

本发明涉实验装置领域，具体涉及一种模拟传热管腐蚀实验及原位电化学测试装置。

技术背景

薄壁传热管具有高的换热效率，广泛应用于空调、冷凝器等装置。运行期间，传热管两侧不同温度的流动介质通过薄壁进行热量交换，传热管受介质冲刷和热交换耦合作用，腐蚀失效风险大。从环境因素来看，传热管服役期间主要受腐蚀性介质(如冷却海水等)的冲刷腐蚀，同时在材料界面存在热量交换的过程，是一种流场和温度场耦合作用下的腐蚀形式，热交换过程对界面腐蚀电化学过程存在重要影响。

目前，关于传热管的腐蚀研究往往仅关注腐蚀性介质冲刷的单一机理作用，研究方式包括旋转冲刷、喷射、模拟管路冲刷等，结合冲刷状态下材料的电化学测试，如动电位极化曲线、极化电阻、阻抗谱等技术研究材料的微观腐蚀机制和腐蚀过程，部分冲刷腐蚀实验评价与腐蚀过程测试已形成标准。

传热管服役期间受腐蚀介质冲刷和热交换这两种主要过程的协同作用。材料界面的热交换过程对腐蚀过程存在重要影响，如界面上O₂的吸脱附过程、产物扩散性能和反应活化能等。然而，目前缺乏针对介质冲刷-热交换耦合作用下的腐蚀行为研究，缺乏能够模拟实际工况下的冲刷、换热协同作用的腐蚀试验模拟装置，同时也不能有效开展在冲刷过程和换热过程同时存在的腐蚀过程原位电化学测试。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中缺乏针对介质冲刷-热交换耦合作用下的腐蚀行为研究，缺乏能够模拟实际工况下的冲刷、换热协同作用的腐蚀试验模拟装置，同时也不能有效开展在冲刷过程和换热过程同时存在的腐蚀过程原位电化学测试等技术问题，提供了一种模拟传热管腐蚀实验及原位电化学测试装置。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

一种模拟传热管腐蚀实验及原位电化学测试装置，包括热介质储存腔和冷介质储存腔，所述热介质储存腔和冷介质储存腔之间通过导管连通形成循环回路；所述热介质存储腔设置有第一温度控制装置，所述冷介质储存腔设置有第二温度控制装置；所述热介质储存腔内设置有导管进口端和导管出口端，所述导管进口端和导管出口端之间设置有测试件固定位和电化学测量装置。

上述模拟传热管腐蚀实验及原位电化学测试装置，热源储存腔内为热水箱，冷源储存腔内为冷却水箱。冷介质在导管内循环，低温的腐蚀介质在腐蚀管路处与热水箱完成热交换后回到冷却水箱中。热水箱和冷水箱均安装有水温测量和控制装置，以此维持腐蚀管路内外侧温度差，使温度场保持稳定。设置的电化学测量装置可以实现腐蚀电化学过程的原位测试。

优选地，所述测试件固定为，包括设置于导管进口端的第一绝缘法兰，和设置于导管出口端的第二绝缘法兰；所述第一绝缘法兰和第二绝缘法兰均设置有卡槽。

将待测的传热管设置在第一绝缘法兰和第二绝缘法兰之间。并且传热管与导管进口端和导管出口管相连通，使得冷介质在传热管内流动。待测试样，即待测传热管是置于热源存储腔内的，冷介质和热介质在传热管壁进行热交换。第一绝缘法兰和第二绝缘法兰设置的卡槽，卡槽便于传热管的接入，可以防止介质渗漏。采用非金属制作是为避免异种金属之间的电偶效应，同时也能将测试管路与系统介质传输的管路进行绝缘便于电化学测试。

优选地，所述电化学测量装置包括工作电极、参比电极和辅助电极；所述工作电极焊接于待测传热管表面；所述参比电极一端伸入待测传热管内部；所述辅助电极设置于待测传热管内部，辅助电极通过金属丝伸出待测传热管。

工作电极焊接于待测传热管表面，进而可以实现传热管表面电化学反应的原位测试。传热管可在实际的空调、冷凝器上截取，其固定方式是将管路两端插入非金属连接法兰的卡槽内，卡槽内壁与测试管路之间涂装密封胶泥，防止试验过程中漏水。

所述的固态参比电极通过卡槽部位预制的连接孔与待测传热管内部流动的腐蚀介质相连，达到测量试验管内壁腐蚀过程的腐蚀电位的功能，连接界面采用胶泥进行密封，防止漏水。参比电极工作面尽量与管路试样内壁平齐，降低参比电极对内部介质流场的影响。

优选地，所述辅助电极为环形网状铂丝电极；所述辅助电极一端通过辅助电极架固定于测试件固定位上，辅助电极另一端通过金属丝伸出待测传热管。

所述的辅助电极采用圆柱形的网状铂丝电极，位于管路试样的中心轴线上，保证试验管路内壁与辅助电极之间的电流均匀分布，采用网状形式是为了减少对界面热传递过程的影响，降低结构的屏蔽作用。靠近导管进口端，采用聚四氟乙烯的辅助电极固定架进行固定和支撑，防止辅助电极在水流冲击下发生松动。靠近导管抽端将部分铂丝插入非金属连接法兰，兼有固定和支撑作用，部分铂丝通过法兰预制的孔伸出，孔内填充密封胶泥防止漏水。

优选地，所述测试件固定位设置有连接螺杆，所述连接螺杆将导管进口端、第一绝缘法兰、第二绝缘法兰和导管出口端固定连接。

预装好的试验测试管段通过连接紧固螺杆与系统循环的管路相连，在试验管路内侧进行冷却介质循环，实现介质流动场的模拟。冷却介质通常为腐蚀介质，如冷却海水、冷却淡水等。

优选地，所述导管上设置有循环水泵和流量计。

优选地，所述导管进口端设置有入口温度计，所述导管出口端设置有出口温度计。

优选地，所述冷介质储存腔内设置有水质监测装置。

上述模拟传热管腐蚀实验及原位电化学测试装置在模拟介质冲刷和热交换耦合作用下传热管腐蚀实验及原味电化学测试中的应用。

与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：

本发明提供的一种模拟传热管腐蚀实验及原位电化学测试装置，利用实际的传热管作为测试试样，传热管内壁作为工作电极表面，能够最大程度再现传热管的实际工况；选用固态参比电极保证冲刷和一定温度作用下参比电极可连续可靠工作；辅助电极采用环形网状的铂制作，位于测试管路的中轴线，能够在不影响内部介质流场和温度场的情况下，使环形工作电极与辅助电极之间的电流线均匀分布，提高电化学测试的精度。采用这种形式的电化学测试装置，能够最大程度的模拟传热管实际工作时的工况条件，同时精确获取传热管内壁的腐蚀电化学信息，为研究传热管在冲刷和热交换耦合作用下的腐蚀规律提供可靠的测试手段。

附图说明

图1本发明实施例装置示意图；

图2本发明实施例装置的测试件固定位与待测传热管配合的横截面示意图；

图3本发明实施例装置的测试件固定位的横截面示意图；

图4本发明实施例装置的测试件固定位的纵截面示意图。

附图标记说明：

1-热介质储存腔，11-第一温度控制装置，2-冷介质储存腔，21-第二温度控制装置，3-导管，31-导管进口端，32-导管出口端，33-循环水泵，34-流量计，35-入口温度计，36-出口温度计，4-测试件固定位,41-第一绝缘法兰，42-第二绝缘法兰，43-卡槽，5-电化学测量装置(图中未示出，包括51,52,53)51-工作电极，52-参比电极，53-辅助电极，6-辅助电极架，7-连接螺杆，8-固定架

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合具体实施例和附图将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

实施例1

一种模拟传热管腐蚀实验及原位电化学测试装置，包括固定架8，热介质储存腔1和冷介质储存腔2，所述热介质储存腔1和冷介质储存腔2之间通过导管3连通形成循环回路；所述热介质存储腔1设置有第一温度控制装置11，所述冷介质储存腔2设置有第二温度控制装置21；所述热介质储存腔1内设置有导管进口端31和导管出口端32，所述导管进口端31和导管出口端32之间设置有测试件固定位4和电化学测量装置5。

所述测试件固定为4，包括设置于导管进口端31的第一绝缘法兰41，和设置于导管出口端32的第二绝缘法兰42；所述第一绝缘法兰41和第二绝缘法兰42均设置有卡槽43。

所述电化学测量装置5包括工作电极51、参比电极52和辅助电极53；所述工作电极51焊接于待测传热管表面；所述参比电极52一端伸入待测传热管内部；所述辅助电极53设置于待测传热管内部，辅助电极53通过金属丝伸出待测传热管。

所述辅助电极为环形网状铂丝电极；所述辅助电极53一端通过辅助电极架6固定于测试件固定位4上，辅助电极53另一端通过金属铂丝伸出待测传热管。

所述测试件固定位4设置有连接螺杆7，所述连接螺杆7将导管进口端31、第一绝缘法兰41、第二绝缘法兰42和导管出口端32固定连接。所述导管3上设置有循环水泵33和流量计34。所述导管进口端31设置有入口温度计35，所述导管出口端设置有出口温度计36。所述冷介质储存腔2内设置有水质监测装置22。

使用时，上述模拟传热管腐蚀实验及原位电化学测试装置，热介质储存腔内储存热水，热介质储存腔内设置的第一温度控制装置，控制热介质储存腔内的温度恒定。冷介质储存腔内为冷的腐蚀介质(如海水)，第二温度控制装置控制冷介质腔内的温度恒定。实验过程中，冷介质储存腔中的腐蚀介质经导管冲刷测试传热管的内表面，介质流速通过循环水泵工作频率进行调节，形成腐蚀介质的流动场。同时，测试传热管浸入一定温度的热水中，管路内侧的冷却水与外侧的热水通过管壁进行热交换，形成温度场。通过工作电极、固态参比电极和网状环形腐蚀电极所构成的三电极体系，实现在介质冲刷和热交换耦合作用下的腐蚀电位、极化曲线、交流阻抗的原位测试。

本实验测试装置中的工作电极可从实际的换热管上剪裁下来，能够最大程度的使实验中的换热管内壁流场和温度场与实际情况相同，提高实验室腐蚀与实际情况的吻合度。三电极电化学测试体系的接入方式有利于保持试验管路内的温度场和流场的稳定，使测试结果更加稳定可靠，有利于分析换热管在实际工作过程中的腐蚀机理。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (9)

1.一种模拟传热管腐蚀实验及原位电化学测试装置，其特征在于，包括热介质储存腔(1)和冷介质储存腔(2)，所述热介质储存腔(1)和冷介质储存腔(2)之间通过导管(3)连通形成循环回路；所述热介质存储腔(1)设置有第一温度控制装置(11)，所述冷介质储存腔(2)设置有第二温度控制装置(21)；所述热介质储存腔(1)内设置有导管进口端(31)和导管出口端(32)，所述导管进口端(31)和导管出口端(32)之间设置有测试件固定位(4)和电化学测量装置(5)。

2.根据权利要求1所述模拟传热管腐蚀实验及原位电化学测试装置，其特征在于，所述测试件固定为(4)，包括设置于导管进口端(31)的第一绝缘法兰(41)，和设置于导管出口端(32)的第二绝缘法兰(42)；所述第一绝缘法兰(41)和第二绝缘法兰(42)均设置有卡槽(43)。

3.根据权利要求1所述模拟传热管腐蚀实验及原位电化学测试装置，其特征在于，所述电化学测量装置(5)包括工作电极(51)、参比电极(52)和辅助电极(53)；所述工作电极(51)焊接于待测传热管表面；所述参比电极(52)一端伸入待测传热管内部；所述辅助电极(53)设置于待测传热管内部，辅助电极(53)通过金属丝伸出待测传热管。

4.根据权利要求3所述模拟传热管腐蚀实验及原位电化学测试装置，其特征在于，所述辅助电极为环形网状铂丝电极；所述辅助电极(53)一端通过辅助电极架(6)固定于测试件固定位(4)上，辅助电极(53)另一端通过金属丝伸出待测传热管。

5.根据权利要求2所述模拟传热管腐蚀实验及原位电化学测试装置，其特征在于，所述测试件固定位(4)设置有连接螺杆(7)，所述连接螺杆(7)将导管进口端(31)、第一绝缘法兰(41)、第二绝缘法兰(42)和导管出口端(32)固定连接。

6.根据权利要求1所述模拟传热管腐蚀实验及原位电化学测试装置，其特征在于，所述导管(3)上设置有循环水泵(33)和流量计(34)。

7.根据权利要求1所述模拟传热管腐蚀实验及原位电化学测试装置，其特征在于，所述导管进口端(31)设置有入口温度计(35)，所述导管出口端设置有出口温度计(36)。

8.根据权利要求1所述模拟传热管腐蚀实验及原位电化学测试装置，其特征在于，所述冷介质储存腔(2)内设置有水质监测装置(22)。

9.权利要求1至8任一项所述模拟传热管腐蚀实验及原位电化学测试装置在模拟介质冲刷和热交换耦合作用下传热管腐蚀实验及原味电化学测试中的应用。

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