CN113138159B - 臭氧环境下的腐蚀评价方法及腐蚀评价装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了臭氧环境下的腐蚀评价方法及腐蚀评价装置，涉及腐蚀评估技术领域。臭氧环境下的腐蚀评价方法，包括：将待测件置于反应室内进行腐蚀反应，反应结束后取出计算腐蚀速率；其中，反应室内具有臭氧和有机废水催化氧化的环境。通过在反应室内进行臭氧和有机废水的催化氧化反应，模拟这种特定的催化氧化环境，通过将待测件置于反应室内进行腐蚀反应，反应结束后取出计算腐蚀速率。在实验室中即可完成腐蚀速率的测试，显著提升腐蚀速率的测试效率，具有很好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及腐蚀评估技术领域，具体而言，涉及臭氧环境下的腐蚀评价方法及腐蚀评价装置。
背景技术
炼厂污水成分复杂，难降解的有机类物质较多，为提高污水的可生化性，常引入高级氧化技术将难降解的大分子有机物分解为小分子有机物，提高污水的可生化性，然后再导入生化处理单元。而臭氧催化氧化技术凭借反应速度快、无二次污染、占用空间小、无额外运输费用及管理安全问题等优点，在污水处理领域应用广泛。
但是，臭氧分子能量较高，极不稳定，在水中易产生羟基自由基，氧化性极强，对各类金属材料具有一定的腐蚀性。炼厂臭氧催化氧化单元的装置及部分管线时常出现腐蚀泄漏现象，目前针对臭氧催化氧化环境的腐蚀特性研究尚未有成熟的实验室评价试验装置。
鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种臭氧环境下的腐蚀评价方法及腐蚀评价装置，旨在通过模拟臭氧与有机废水催化氧化的环境，实现在实验室中评价待测件的腐蚀速率。
本发明是这样实现的：
第一方面，本发明提供一种臭氧环境下的腐蚀评价方法，包括：
将待测件置于反应室内进行腐蚀反应，反应结束后取出测试腐蚀速率；
其中，反应室内具有臭氧和有机废水的催化氧化环境，腐蚀反应时，待测件位于有机废水中。
在可选的实施方式中，将臭氧和有机废水通入填充有催化剂的反应室内，以在反应室内形成催化氧化环境；催化剂包括活性组分和载体，活性组分选自Fe、Mn、Ni、Co、Cd、Cu、Zn、Cr和Ag中的至少一种；优选地，载体选自γ-氧化铝、活性炭和多孔陶瓷中的至少一种；优选地，催化剂为圆柱形，且催化剂的长度为3-8mm。
在可选的实施方式中，在腐蚀反应过程中采用第一紫外光源在反应室内进行照射，第一紫外光源的功率为30～100W。
在可选的实施方式中，将反应室输出的气体通入装有吸收液的吸收装置中，以吸收未反应的臭氧；优选地，吸收液选自KI溶液和维生素C溶液中的至少一种；优选地，吸收液的质量分数为10-35％；优选地，采用第二紫外光源在吸收装置内进行照射，第二紫外光源的功率为100～200W。
第二方面，本发明提供一种用于实施前述实施方式中任一项臭氧环境下的腐蚀评价方法的腐蚀评价装置，包括反应室，反应室内设置有用于装载催化剂的结构，反应室的进料口与臭氧输送管路和有机废水输送管路连通。
在可选的实施方式中，反应室内设置有用于装载催化剂的筛板，筛板的目数为18-80目；优选地，反应室内设置有用于放置待测件的置物架，置物架包括第一置物架和位于第一置物架下方的第二置物架，第一置物架和第二置物架分别位于筛板的两侧。
在可选的实施方式中，反应室内的顶部还安装有第一紫外光源，且第一紫外光源与第一置物架之间的距离为20-50mm；优选地，反应室内底部还安装有第一气液分布器，且第一气液分布器的安装位置高于反应室的进料口的水平位置，第一气液分布器与筛板之间的距离为30-60mm。
在可选的实施方式中，还包括吸收装置，吸收装置的进料口与反应室的顶部气体出口连通；优选地，吸收装置内设置有第二气液分布器，且第二气液分布器的安装位置高于吸收装置的进料口的水平位置；优选地，吸收装置内还安装有第二紫外光源；优选地，第二紫外光源为圆柱形，且第二紫外光源竖直安装，第二紫外光源的底部与第二气液分布器之间的间距为20-40mm。
在可选的实施方式中，还包括臭氧发生器，臭氧发生器的臭氧出口与反应室的进料口连通；优选地，反应室的外侧还设置有循环管路，循环管路的一端与反应室的顶部出液口连通，循环管路的另一端与反应室的进料口连通。
在可选的实施方式中，还包括氧气存储器，氧气存储器的出气口与臭氧发生器的原料进口连通；优选地，在氧气存储器和臭氧发生器的连通管路上设置有流量控制器。
本发明具有以下有益效果：本发明通过在反应室内进行臭氧和有机废水的催化氧化反应，模拟这种特定的催化氧化环境，通过将待测件置于反应室内进行腐蚀反应，反应结束后取出测试腐蚀速率。在实验室中即可完成腐蚀速率的测试，显著提升腐蚀速率的测试效率，具有很好的应用前景。
需要补充的是，目前对待测件进行腐蚀速率的测试需要将待测件置于实际工况中，只有在工艺停车时才可取出，周期非常长，效率低下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的腐蚀评价装置的结构示意图。
主要元件符号说明：1-氧气存储器；2-流量控制器；3-臭氧发生器；4-循环泵；5-反应室；6-第一紫外光源；7-第一置物架；8-第二置物架；9-筛板；10-第一气液分布器；11-第二紫外光源；12-放空口；13-吸收装置；14-第二气液分布器；15-待测件。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明实施例提供一种臭氧环境下的腐蚀评价方法，包括：将待测件置于反应室内进行腐蚀反应，反应结束后取出测试腐蚀速率；其中，反应室内具有臭氧和有机废水的催化氧化环境，腐蚀反应时，待测件位于有机废水中。
发明人创造性地利用臭氧和有机废水在反应室内进行催化氧化反应，以在反应室内模拟臭氧和有机废水的催化氧化环境，从而待测件可以在实验室内完成腐蚀速率的测试，检测的效果显著提高。
在实际操作过程中，是将臭氧和有机废水通入填充有催化剂的反应室内，臭氧与催化剂反应产生羟基自由基和氧气，以在反应室内形成催化氧化环境，臭氧和有机废水的浓度可以灵活控制，有机废水可以输出后循环进入反应室内再次反应，维持反应室内废水中有机物含量即可。
需要补充的是，腐蚀反应的时间、臭氧的浓度、有机废水中有机物含量等参数均可以根据实际需要调节，可以模拟不同工况下的催化氧化环境。
在可选的实施方式中，催化剂包括活性组分和载体，活性组分选自Fe、Mn、Ni、Co、Cd、Cu、Zn、Cr和Ag中的至少一种；载体选自γ-氧化铝、活性炭和多孔陶瓷中的至少一种。催化剂的活性组分可以为一种或多种，如可以采用Fe、Ni和Co三种活性组分，载体的种类也不限，可以是一种也可以为多种。
在可选的实施方式中，催化剂为圆柱形，且催化剂的长度为3-8mm。通过进一步控制催化剂的具体尺寸，有利于提升催化效率。
在优选的实施方式中，在腐蚀反应过程中采用第一紫外光源在反应室内进行照射，第一紫外光源的功率为30～100W。利用第一紫外光源进行紫外照射，以提高臭氧的转化率。本发明实施例设置非均相催化氧化(催化剂/臭氧)和均相催化催化氧化(UV/臭氧)结合起来，提高臭氧的转化利用率，维持稳定的臭氧催化氧化液态环境，以使模拟的效果更接近实际工况。
在可选的实施方式中，将反应室输出的气体通入装有吸收液的吸收装置中，以吸收未反应的臭氧，避免臭氧直接排除对环境造成不利影响。吸收液选自KI溶液和维生素C溶液中的至少一种；吸收液的质量分数为10-35％。KI溶液和维生素C溶液均能够有效吸收未反应的臭氧，吸收液的质量分数可以为10％、15％、20％、25％、30％、35％等。
优选地，采用第二紫外光源在吸收装置内进行照射，第二紫外光源的功率为100～200W，利用第二紫外光源能够最大程度的吸收和转化未反应的臭氧，确保将污染性气体的含量降至最低。
请参照图1，本发明实施例还提供一种腐蚀评价装置，可以用于实施上述腐蚀评价方法，包括依次设置的氧气存储器1、臭氧发生器3、反应室5、吸收装置13。
需要说明的是，氧气存储器1用于存放氧气，为臭氧发生器3提供原料制备臭氧，进入反应室5作为反应原料，反应完成之后将反应室5顶部输出的臭氧等气体输送至吸收装置13进行吸收，以避免过多的臭氧排入空气。
具体地，氧气存储器1可以为储罐的形式，在氧气存储器1和臭氧发生器3的连通管路上可以设置流量控制器2以控制输送至臭氧发生器3的氧气流量，进而控制臭氧的产生速率。从臭氧发生器3输出的臭氧，利用臭氧输送管路与反应室5进料口连通。
具体地，臭氧发生器3为现有的利用氧气生产臭氧的装置，如利用紫外线照射的原理，其具体结构和工作原理不做过多限定。
进一步地，由臭氧发生器3产生的臭氧进入反应室5内与其中的有机污水进行反应，反应室5内的有机污水可以通过循环管路上的循环泵4进行循环，以减少水的用量，节约资源。循环管路的一端与反应室5的顶部出液口连通，循环管路的另一端与反应室5的进料口连通。循环管路为有机废水输送管路的一部分管路，图中未示出其他管路。在实际操作过程中，为控制反应室5内的臭氧含量还需要补充水量，根据需要进行调节。
进一步地，反应室5内自上而下设置有第一紫外光源6、第一置物架7、筛板9、第二置物架8、第一气液分布器10。在使用过程中，利用第一紫外光源6对反应室5内进行紫外照射，在第一置物架7和第二置物架8上均可以放置或者悬挂待测件15，在筛板9上装入催化剂。
在一些实施例中，第一紫外光源6安装在反应室5的顶部，且第一紫外光源6与第一置物架7之间的距离为20-50mm，以更好地对反应室5内进行照射。
具体地，第一置物架7和第二置物架8分别位于筛板9的两侧，第一置物架7和第二置物架8的两端可以和反应室5的内壁固定连接，置物架的具体形状和材质不限，可以为板状结构在上面设置悬挂钩等用于悬挂待测件15的结构。
在其他实施例中，置物架也可以为一个，每个置物架上均可以放置或者悬挂多个待测件15，如1-8个。
进一步地，筛板9的目数为18-80目，以更好地装载催化剂。筛板9的两端也可以和反应室5的内壁固定连接，利用筛板9的多孔结构装载催化剂。
进一步地，第一气液分布器10的安装位置高于反应室5的进料口的水平位置，第一气液分布器10与筛板9之间的距离为30-60mm，该距离为一般理解的竖直距离。
进一步地，吸收装置13的进料口与反应室5的顶部气体出口连通，以对未反应的臭氧进行吸收。
在一些实施例中，吸收装置13内设置有第二气液分布器14，且第二气液分布器14的安装位置高于吸收装置13的进料口的水平位置。通过第二气液分布器14使进入吸收装置13内的气体分布更加均匀，增加臭氧吸收的效果。
在一些实施例中，吸收装置13内还安装有第二紫外光源11，通过第二紫外光源11对吸收装置13内进行紫外照射，以促进臭氧的反应，进一步减少臭氧的排放。
具体地，第二紫外光源11可以为圆柱形，且第二紫外光源11竖直安装，第二紫外光源11的底部与第二气液分布器14之间的间距为20-40mm，吸收之后的气体从放空口12排放。这样，第二紫外光源11可以一部分位于吸收液的上方，一部分位于吸收液内，可以同时对吸收液中和吸收液之外的气体进行照射，以促进从吸收液中溢出的臭氧进行反应，减少臭氧的排放量。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供一种臭氧环境下的腐蚀评价方法，其应用图1中的装置进行评价，具体参数如下：筛板9目数为18目，筛板9与第一气液分布器10的垂直距离为30mm；筛板9上催化剂的活性组分为Fe、Ni、Co(质量比为3:2:5)，载体为γ-氧化铝，活性组分和载体的质量比为7：43，催化剂为圆柱形，长度为3mm；第一置物架7和第二置物架8的材质为聚四氟乙烯，各悬挂4个待测件15，材质分别为20G、304L、316和316L；第一置物架7与第二紫外光源11(环形UV灯)的距离为30mm，紫外灯功率为50W。
吸收装置13中第二气液分布器14与第二紫外光源11(UV灯)的底部之间的距离为30mm，吸收装置13内的吸收液为维生素C溶液，质量浓度25％，尾气经UV灯和吸收液的处理后排空，紫外灯功率为100W。
控制通入反应室5内的臭氧的浓度为80mg/L，评价时间为30天，顶层的待测件15中20G、304L、316和316L的腐蚀速率为0.12mm/a、0.08mm/a，0.05mm/a和0.04mm/a，底层的待测件15中20G、304L、316和316L的腐蚀速率为0.13mm/a、0.10mm/a，0.08mm/a和0.07mm/a，尾气中的臭氧含量为6ppm。
实施例2
本实施例提供一种臭氧环境下的腐蚀评价方法，其应用图1中的装置进行评价，与实施例1不同之处仅在于：控制通入反应室5内的臭氧的浓度为100mg/L。
结果显示：顶层的待测件15中20G、304L、316和316L的腐蚀速率为0.15mm/a、0.11mm/a，0.08mm/a和0.08mm/a，底层的待测件15中20G、304L、316和316L的腐蚀速率为0.18mm/a、0.14mm/a，0.09mm/a和0.08mm/a，尾气中的臭氧含量为7ppm。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (16)
1.一种臭氧环境下的腐蚀评价方法，其特征在于，利用腐蚀评价装置进行腐蚀评价，包括：
将待测件置于反应室内进行腐蚀反应，反应结束后取出测试腐蚀速率；
其中，所述反应室内具有臭氧和有机废水的催化氧化环境，腐蚀反应时，所述待测件位于所述有机废水中；
所述腐蚀评价装置包括反应室，所述反应室内设置有用于装载催化剂的结构，所述反应室的进料口与臭氧输送管路和有机废水输送管路连通；所述反应室内设置有用于装载催化剂的筛板，所述筛板的目数为18-80目；所述反应室内设置有用于放置所述待测件的置物架，所述置物架包括第一置物架和位于所述第一置物架下方的第二置物架，所述第一置物架和所述第二置物架分别位于所述筛板的两侧；
将所述反应室输出的气体通入装有吸收液的吸收装置中，以吸收未反应的臭氧；采用第二紫外光源在所述吸收装置内进行照射，所述第二紫外光源的功率为100~200W；
所述反应室内的顶部还安装有第一紫外光源。
2.根据权利要求1所述的臭氧环境下的腐蚀评价方法，其特征在于，将臭氧和有机废水通入填充有催化剂的反应室内，以在所述反应室内形成催化氧化环境；所述催化剂包括活性组分和载体，所述活性组分选自Fe、Mn、Ni、Co、Cd、Cu、Zn、Cr和Ag中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的臭氧环境下的腐蚀评价方法，其特征在于，所述载体选自γ-氧化铝、活性炭和多孔陶瓷中的至少一种。
4.根据权利要求2所述的臭氧环境下的腐蚀评价方法，其特征在于，所述催化剂为圆柱形，且所述催化剂的长度为3-8mm。
5.根据权利要求2所述的臭氧环境下的腐蚀评价方法，其特征在于，腐蚀反应的过程中采用第一紫外光源在所述反应室内进行照射，所述第一紫外光源的功率为30~100W。
6.根据权利要求2所述的臭氧环境下的腐蚀评价方法，其特征在于，所述吸收液选自KI溶液和维生素C溶液中的至少一种。
7.根据权利要求6所述的臭氧环境下的腐蚀评价方法，其特征在于，所述吸收液的质量分数为10-35%。
8.一种用于实施权利要求1-7中任一项所述臭氧环境下的腐蚀评价方法的腐蚀评价装置，其特征在于，包括反应室，所述反应室内设置有用于装载催化剂的结构，所述反应室的进料口与臭氧输送管路和有机废水输送管路连通；
所述反应室内设置有用于装载催化剂的筛板，所述筛板的目数为18-80目；所述反应室内设置有用于放置所述待测件的置物架，所述置物架包括第一置物架和位于所述第一置物架下方的第二置物架，所述第一置物架和所述第二置物架分别位于所述筛板的两侧；还包括吸收装置，所述吸收装置的进料口与所述反应室的顶部气体出口连通；
所述反应室内的顶部还安装有第一紫外光源，所述吸收装置内还安装有第二紫外光源。
9.根据权利要求8所述的腐蚀评价装置，其特征在于，所述第一紫外光源与所述第一置物架之间的距离为20-50mm。
10.根据权利要求9所述的腐蚀评价装置，其特征在于，所述反应室内底部还安装有第一气液分布器，且所述第一气液分布器的安装位置高于所述反应室的进料口的水平位置，所述第一气液分布器与所述筛板之间的距离为30-60mm。
11.根据权利要求10所述的腐蚀评价装置，其特征在于，所述吸收装置内设置有第二气液分布器，且所述第二气液分布器的安装位置高于所述吸收装置的进料口的水平位置。
12.根据权利要求11所述的腐蚀评价装置，其特征在于，所述第二紫外光源为圆柱形，且所述第二紫外光源竖直安装，所述第二紫外光源的底部与所述第二气液分布器之间的间距为20-40mm。
13.根据权利要求8所述的腐蚀评价装置，其特征在于，还包括臭氧发生器，所述臭氧发生器的臭氧出口与所述反应室的进料口连通。
14.根据权利要求13所述的腐蚀评价装置，其特征在于，所述反应室的外侧还设置有循环管路，所述循环管路的一端与所述反应室的顶部出液口连通，所述循环管路的另一端与所述反应室的进料口连通。
15.根据权利要求14所述的腐蚀评价装置，其特征在于，还包括氧气存储器，所述氧气存储器的出气口与所述臭氧发生器的原料进口连通。
16.根据权利要求15所述的腐蚀评价装置，其特征在于，在所述氧气存储器和所述臭氧发生器的连通管路上设置有流量控制器。
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