CN115575308A - 一种frp加固缺陷管道的电化学腐蚀装置与测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种FRP加固缺陷管道的电化学腐蚀装置与测试方法，适用于不同种类的纤维复合材料，以及不同加固工艺和缺陷类型的FRP加固缺陷管道的电化学腐蚀测试，包括FRP加固缺陷管道模块、加压水泵、循环池模块、直流电源、水压采集模块和应变采集模块。缺陷管道采用钢管，通过在钢管内外构建电解池，可实现钢管的快速电化学腐蚀。钢管在发生腐蚀和内部压力变化的过程中，钢管表面会发生应变变换；通过在钢管表面缠绕光纤，并采用光纤解调仪对应变进行采集，构建应变与监测位置的关系，可实现对钢管表面的应变场变化监测。本试验装置与测试方法具有安装简易、工况多样的优势，弥补了现有FRP加固缺陷管道测试装置及测试方法的不足。
Description
技术领域
本发明属于电化学腐蚀实验器材领域，具体涉及一种FRP加固缺陷管道的电化学腐蚀装置与测试方法。
背景技术
金属管道被广泛应用于陆地与海底的石油气运输管线中，在长期服役过程中，受到环境电化学腐蚀影响，面临着管壁减薄、穿孔、破口、裂缝等缺陷问题，进而降低管道结构的承载力，造成严重的人身财产损失。
纤维复合材料(FRP)具有轻质、高强、耐腐蚀等优点，常见的FRP材料有碳纤维复合材料(CFRP)、玻璃纤维复合材料(GFRP)、玄武岩纤维复合材料(BFRP)。FRP可有效应用于结构的加固与修复工况中，通过将FRP层粘结在缺陷管道的缺陷部位，可实现对缺陷管道的FRP加固，提高结构的承载力，以达到结构修复目的。常用加固工艺包括手糊法、真空灌注法、缠绕法等，将纤维布与浸渍胶紧密缠绕在缺陷管道表面，使得纤维布被浸渍胶完全浸渍，固化后形成FRP加固层，实现对管道的加固作用。但FRP加固缺陷管道，仅对管道外表面进行增强修复，并不能阻止管道内部电化学腐蚀的继续发展，管内的腐蚀液体的流动、管内压力升降可能加速管道内壁腐蚀；随着程度的进一步加深，可能使得FRP加固层发生变形、渗漏、失效等问题，因此需要对FRP加固缺陷管道进行电化学腐蚀后的极限承载液压性能研究。
发明内容
本发明的目的是提供一种FRP加固缺陷管道的电化学腐蚀装置，适用于不同种类的纤维复合材料，以及不同加固工艺和缺陷类型的FRP加固缺陷管道的电化学腐蚀测试，并可实现无液压静止溶液、高液压静止溶液、高液压流动溶液的三种溶液工况，可实现不同电化学腐蚀程度下管道缺陷部位随液压变化的应变场监测，可实现FRP加固管道的快速电化学腐蚀与极限承载液压测试一体化功能。
本发明所采用的技术方案如下：一种FRP加固缺陷管道的电化学腐蚀装置，包括FRP加固缺陷管道模块、加压水泵、循环池模块、直流电源、水压采集模块和应变采集模块，所述的加压水泵将溶液从循环池压入FRP加固缺陷管道模块的进水口，溶液从FRP加固缺陷管道模块上端出水口排出到循环池模块中，循环池模块对溶液进行稳压、沉降后重新被加压水泵抽取，实现溶液的循环，所述的直流电源的正极与FRP加固缺陷管道模块的阳极电极连接，负极与FRP加固缺陷管道模块内部的阴极电极连接，FRP加固缺陷管道模块表面通过导体进行接地处理，从而实现FRP加固缺陷管道模块内壁的快速电化学腐蚀；水压采集模块的水压传感器固定在FRP加固缺陷管道模块顶部，用以实时监测FRP加固缺陷管道模块内部水压变化；应变采集模块的应变光纤缠绕在FRP加固缺陷管道模块表面，用于监测FRP加固缺陷管道模块表面的应变场变化；通过加压水泵向FRP加固缺陷管道模块内压入所需压力溶液，实现无液压静止溶液、高液压静止溶液和高液压流动溶液的三种溶液工况，同时向FRP加固缺陷管道模块通直流电，从而实现FRP加固缺陷管道模块的加速电化学腐蚀；在通入所需时间的直流电流后，清零FRP加固缺陷管道模块的水压，并重新加压直至FRP加固缺陷管道模块损坏，从而实现对加速电化学腐蚀后的FRP加固缺陷管道模块的极限承载液压测试；
所述的FRP加固缺陷管道模块包括缺陷管道、FRP层、支撑底座、法兰顶盘、单向阀、进水球阀、出水球阀、阴极电极和阳极电极，所述的支撑底座上端通过法兰螺栓与缺陷管道下端连接，缺陷管道上端通过法兰螺栓与法兰顶盘连接，单向阀上端与支撑底座连接，进水球阀与单向阀下端连接，进水球阀作为FRP加固缺陷管道模块的进水口，法兰顶盘分别安装有出水球阀和水压传感器，出水球阀作为FRP加固缺陷管道模块的出水口；法兰顶盘中心固定连接有阴极电极接口，阴极电极通过阴极电极接口插入到缺陷管道内部，缺陷管道侧壁外表面靠近其上、下端均部固定连接有阳极电极；缺陷管道侧壁中部预制有缺陷，缺陷管道内表面的非缺陷区、法兰底盘内壁和法兰顶盘内壁均涂覆有保护层；应变光纤缠绕在缺陷管道表面，并用环氧树脂胶粘剂固化封装；采用FRP层在外部加固缺陷管道的缺陷部位。
进一步的，所述的循环池模块包括稳流池、沉降池和抽水池，FRP加固缺陷管道模块的出水口通过管道与稳流池连接，并深入稳流池底部，用于释放水压；稳流池内的上方溶液通过管道流入沉降池，使得杂质沉降到底部；沉降池内上方澄清溶液进一步流入抽水池，加压水泵从抽水池底部重新抽取溶液。
进一步的，所述的缺陷管道整体长度应该至少大于FRP层加固宽度的1.5倍，且缺陷区域应位于缺陷管道中间；所述的缺陷管道的最小长度应为其外径的10倍。
进一步的，所述的溶液为离子溶液，所述的阴极电极为导电铂棒或碳棒，所述的阳极电极为铂制电极。
进一步的，所述的应变采集模块包括应变光纤和光纤解调仪；应变光纤缠绕在缺陷管道表面，用于监测缺陷管道表面应变场，缠绕间距应在缠绕宽度的1/100以下。
本发明的另一目的是提供一种通过如上所述的电化学腐蚀装置得出的测试方法，包括快速电化学腐蚀测试方法和极限承载液压测试方法，
所述的快速电化学腐蚀测试方法如下：在钢管道表面预制所需缺陷，包括管壁减薄、穿孔、破口或裂缝；打开进水球阀与出水球阀，启动加压水泵，并以小水压向缺陷管道内注入溶液，当管道内空气排尽后，关闭加压水泵，关闭出水球阀，清零水压传感器和应变光纤采集数据；水压传感器和应变光纤开始采集数据，并同步打开加压水泵，向缺陷管道内加压至所需液压，通过调整加压水泵、进水球阀与出水球阀，实现所需溶液工况，包括无液压静止溶液、高液压静止溶液、高液压流动溶液；打开直流电源，向缺陷管道通所需电流的直流电，并达到所需时长；关闭所有设备，打开出水球阀，清除缺陷管道内部液压，完成缺陷管道的快速电化学腐蚀，同时获得缺陷管道应变场随时间的变化关系。
所述的极限承载液压测试方法如下：打开进水球阀与出水球阀，启动加压水泵，并以小水压向缺陷管道内注水，当管道内空气排尽后，关闭加压水泵，关闭出水球阀，清零水压传感器、应变光纤采集数据；水压传感器和应变光纤开始采集数据，并同步打开加压水泵向缺陷管道内加压，加压采用分级加压法，直至FRP加固缺陷管道发生破坏；关闭所有设备，获得缺陷管道应变场与加载水压的变化关系。
本发明具有以下优点及有益效果：本发明可适用于不同加固工艺、多种缺陷类型的FRP加固缺陷管道；可实现无液压静止溶液、高液压静止溶液、高液压流动溶液的三种溶液工况；可获得不同电化学腐蚀程度下管道缺陷部位的应变场随液压变化监测；可实现FRP加固管道的快速电化学腐蚀与极限承载液压测试的一体化功能；本试验装置与测试方法具有安装简易、工况多样的优势，弥补了现有FRP加固缺陷管道测试装置及测试方法的不足。
附图说明
图1为一种FRP加固缺陷管道的电化学腐蚀测试方法的流程图；
图2为一种FRP加固缺陷管道的电化学腐蚀装置的整体图；
图3为加固管道无FRP示意图；
图4为加固管道顶部示意图；
图5为法兰顶盘示意图；
图6为支撑底座示意图；
图7为缺陷管道示意图；
图8为缺陷管道剖面示意图；
图9为循环池模块示意图。
图中：1-加固管道模块、2-加压水泵、3-循环池模块、4-直流电源、5-水压采集模块、6-应变采集模块、11-缺陷管道、12-缺陷、13-FRP层、131-出水孔、132-电极孔、133-传感器孔、134-螺栓孔、135-橡胶圈、14-支撑底座、15-法兰顶盘、16-单向阀、17进水球阀、18-出水球阀、19-法兰螺栓、41-阴极电极、411-阴极电极接口、412-封装段、413-导电段、42-阳极电极、51-水压传感器、61-应变光纤、301-支撑底盘、302-支撑立柱、303-支撑腰环、304-法兰底盘、305-进水孔、306-螺栓孔、307-橡胶圈、111-管道主体、112-法兰盘、113-螺栓孔、114-保护段、115-腐蚀段、31-稳流池、32-沉降池、33-抽水池。
具体实施方式
下面结合说明书附图举例对本发明做进一步的说明：
实施例1
如图1所示，一种FRP加固缺陷管道的电化学腐蚀装置，包括FRP加固缺陷管道模块1、加压水泵2、循环池模块3、直流电源4、水压采集模块5和应变采集模块6，所述的加压水泵2将溶液从循环池3压入FRP加固缺陷管道模块1的进水口，溶液从FRP加固缺陷管道模块1上端出水口排出到循环池模块3中，循环池模块3对溶液进行稳压、沉降后重新被加压水泵2抽取，实现溶液的循环，所述的直流电源4的正极与FRP加固缺陷管道模块1的阳极电极连接，负极与FRP加固缺陷管道模块1内部的阴极电极连接，FRP加固缺陷管道模块1表面通过导体进行接地处理，从而实现FRP加固缺陷管道模块1内壁的快速电化学腐蚀；水压采集模块5的水压传感器固定在FRP加固缺陷管道模块1顶部，用以实时监测FRP加固缺陷管道模块1内部水压变化；应变采集模块6的应变光纤缠绕在FRP加固缺陷管道模块1表面，用于监测FRP加固缺陷管道模块1表面的应变场变化；通过加压水泵2向FRP加固缺陷管道模块1内压入所需压力溶液，实现无液压静止溶液、高液压静止溶液和高液压流动溶液的三种溶液工况，同时向FRP加固缺陷管道模块1通直流电，从而实现FRP加固缺陷管道模块1的加速电化学腐蚀；在通入所需时间的直流电流后，清零FRP加固缺陷管道模块1的水压，并重新加压直至FRP加固缺陷管道模块1损坏，从而实现对加速电化学腐蚀后的FRP加固缺陷管道模块1的极限承载液压测试；
如图2-8所示，所述的FRP加固缺陷管道模块1包括缺陷管道11、FRP层13、支撑底座14、法兰顶盘15、单向阀16、进水球阀17、出水球阀18、阴极电极41和阳极电极42，所述的支撑底座14上端通过法兰螺栓19与缺陷管道11下端连接，缺陷管道11上端通过法兰螺栓19与法兰顶盘15连接，单向阀16上端与支撑底座14连接，进水球阀17与单向阀16下端连接，进水球阀17作为FRP加固缺陷管道模块1的进水口，法兰顶盘15分别安装有出水球阀18和水压传感器51，出水球阀18作为FRP加固缺陷管道模块1的出水口；法兰顶盘15中心固定连接有阴极电极接口411，阴极电极41通过阴极电极接口411插入到缺陷管道11内部，缺陷管道11侧壁外表面靠近其上、下端均部固定连接有阳极电极42；缺陷管道11侧壁中部预制有缺陷12；应变光纤61缠绕在缺陷管道11表面，并用环氧树脂胶粘剂固化封装；FRP层13加固在缺陷管道11的缺陷12部位外部。
缺陷管道固定在支撑底座上端；缺陷管道中间有预制的缺陷12，如管壁减薄、穿孔、破口、裂缝等；为仅对管道内表面的缺陷部位进行电化学腐蚀，法兰底盘内壁、法兰顶盘内壁、缺陷管道的非缺陷区域均采用除锈漆或环氧树脂涂抹保护，为保证缺陷管道可被FRP层环向加固，减少边界约束影响，缺陷管道整体长度应该至少大于所需FRP层加固宽度的1.5倍，缺陷区域应位于缺陷管道中间；同时缺陷管道的最小长度应为外径的10倍，以满足国家标准(GB/T241-2007)。
支撑底座位于最底部，用于支撑整个装置；为保证支撑底部能够为装置提供稳固的支撑不易倾覆，支撑底盘直径应为缺陷管道直径的3倍以上，支撑杆长度应不超过缺陷管道长度的1/2；为保证进水通道口的固定、拆卸、通过的方便可靠，支撑杆长度应同时在300mm以上；为防止支撑杆支撑过程中发生屈曲，支撑杆跨中应设置支撑腰环固定；法兰底盘中间有进水开孔，用以与单向阀连接，单向阀防止水泵加压过程中因水压不稳而造成回流；进水球阀与单向阀连接，用于控制增压。为保证支撑底座与缺陷管道连接的密闭性，在法兰底盘上应布置橡胶圈。法兰顶盘位于FRP加固缺陷管道模块顶部，用于形成封闭环境；法兰顶盘中间设有出水孔、阴极电极接口、水压传感器接口，分别用于连接出水球阀、阴极电极、水压传感器，其中阴极电极接口位于中心，出水球阀与法兰顶盘的出水孔连接，用于控制泄压；为保证法兰顶盘与缺陷管道连接的密闭性，在法兰顶盘下应布置橡胶圈。测试全过程中，液压均不能超过各部件能承受最高液压水平的80％。
本实施例的原理：缺陷管道采用钢管，通过在钢管内外构建电解池，可实现钢管的快速电化学腐蚀。钢管在发生腐蚀和内部压力变化的过程中，钢管表面会发生应变变换；而应变光纤传感器常被应用于环境应变监测工作中，其具有体积小、灵敏度高、监测距离长、可实现应变场监测、可与FRP兼容等优点；通过在钢管表面缠绕光纤，并采用光纤解调仪对应变进行采集，构建应变与监测位置的关系，可实现对钢管表面的应变场变化监测。应变采集模块包括应变光纤和光纤解调仪；应变光纤缠绕在缺陷管道表面，用于监测管道表面应变场，缠绕间距越小，监测所得应变场分辨率越高，为保证获得纤维复合材料加固试样缠绕内部的管道应变场具有足够的分辨率，缠绕间距应在试样缠绕宽度的1/100以下；为保证应变光纤在测试过程中的存活率，应采用环氧树脂将应变光纤紧密封装在钢管表面，封装层厚度应保证2mm以内；可采用布里渊分布式光纤解调技术或瑞利分布式光纤解调技术对应变场进行监测；条件受限情况下，可采用光纤光栅或弱栅等光纤替代，但此时仅可获得点应变或低分辨率的应变场。水压采集模块由水压传感器和动态采集仪组成；通过法兰顶盘连接，为保证缺陷管道内液压的可靠监测，缺陷管道内的最大液压水压应小于传感器量程的80％。
如图9所示，所述的循环池模块3包括稳流池31、沉降池32和抽水池33，FRP加固缺陷管道模块1的出水口通过管道与稳流池31连接，并深入稳流池31底部，用于释放水压；稳流池31内的上方溶液通过管道流入沉降池32，使得杂质沉降到底部；沉降池32内上方澄清溶液进一步流入抽水池33，加压水泵2从抽水池33底部重新抽取溶液。
为提高电解加速锈蚀的效果，应采用离子溶液(例如10％的NaNO3溶液)，溶液种类可按试验所需模拟环境调整。阴极电极为导电铂棒或碳棒，与直流电源负极连接，用于为溶液提供电子；为对管道缺陷区域进行定向锈蚀，阴极电极的封装段表面应采用环氧树脂保护层隔绝，导电段保持裸露状态，导电段的位置与缺陷管道内测腐蚀段位置水平对应。阳极电极为铂制电极，分上下两个对称固定在缺陷管道外表面，并联后与直流电源正极连接，用于从两个位置均匀获得缺陷管道失去的电子。为释放非锈蚀区域多余的电荷，应对缺陷管道外表面进行接地处理。
实施例2
采用手糊法的CFRP加固减薄缺陷管道进行无液压静止溶液电化学腐蚀试验如下：
现需采用手糊法工艺加固500mm宽、2层单向碳纤维布的CFRP层，并在加固100mm直径的减薄缺陷管道，用以开展无液压静止20％NaNO3溶液工况下的0.5A、7天的电化学腐蚀研究。
(1)第一部分为快速电化学腐蚀，步骤如下：
步骤一：在直径为100mm，长度为1200mm的钢管道表面预制减薄缺陷，制备成缺陷管道；
步骤二：通过法兰螺栓，将缺陷管道下端与连接有单向阀、进水球阀的支撑底座固定，上端与连接有出水球阀、阴极电极、水压传感器的法兰顶盘固定；
步骤三：将两个相同阳极电极固定在缺陷管道外表面的上下两端，两者并联，将直流电源的正负极分别于阳极电极和阴极电极连接，缺陷管道表面有接地处理；
步骤四：在缺陷管道表面缠绕应变光纤，光纤每圈间距为5mm，缠绕距离为80mm，并用环氧树脂封装，并将应变光纤与光纤采集仪连接；
步骤五：采用手糊法加固工艺，将500mm宽、2层单向碳纤维布与树脂粘结在管道缺陷部位并固化，实现CFRP层加固；
步骤六：打开进水球阀与出水球阀，启动加压水泵，并以小水压向缺陷管道内注入20％NaNO3溶液，当管道内空气排尽后，关闭加压水泵，关闭出水球阀，清零水压传感器、应变光纤采集数据；
步骤七：应变光纤开始采集数据，关闭进水球阀与出水球阀，实现无液压静止溶液工况；
步骤八：打开直流电源，向缺陷管道通0.5A的直流电，并持续7天；
步骤九：关闭所有设备，打开出水球阀，清除缺陷管道内部液压，完成缺陷管道的快速电化学腐蚀，同时获得缺陷管道应变场随时间的变化关系。
(2)第二部分极限承载液压测试，步骤如下：
步骤一：打开进水球阀与出水球阀，启动加压水泵，并以小水压向缺陷管道内注水，当管道内空气排尽后，关闭加压水泵，关闭出水球阀，清零水压传感器、应变光纤采集数据；
步骤二：水压传感器和应变光纤开始采集数据，并同步打开加压水泵向缺陷管道内加压，加压采用分级加压法，每级加压1MPa，每级持续10s，直至CFRP加固缺陷管道发生破坏；
步骤三：关闭所有设备，获得缺陷管道应变场与加载水压的变化关系。
实施例3
采用真空灌注法的GFRP加固穿孔缺陷管道进行5MPa液压静止溶液电化学腐蚀试验如下：
现需采用真空灌注法工艺加固300mm宽、3层(0/90/0)玻璃纤维布的GFRP层，并在加固200mm直径的穿孔缺陷管道，用以开展无液压静止10％AgCl溶液工况下的0.1A、15天的电化学腐蚀研究。
(1)第一部分为快速电化学腐蚀，步骤如下：
步骤一：在直径为200mm，长度为2000mm的钢管道表面预制穿孔缺陷，制备成缺陷管道；
步骤二：通过法兰螺栓，将缺陷管道下端与连接有单向阀、进水球阀的支撑底座固定，上端与连接有出水球阀、阴极电极、水压传感器的法兰顶盘固定；
步骤三：将两个相同阳极电极固定在缺陷管道外表面的上下两端，两者并联，将直流电源的正负极分别于阳极电极和阴极电极连接，缺陷管道表面有接地处理；
步骤四：在缺陷管道表面缠绕应变光纤，光纤每圈间距为10mm，缠绕距离为50mm，并用环氧树脂封装，并将应变光纤与光纤采集仪连接；
步骤五：采用真空灌注法加固工艺，将300mm宽、3层(0/90/0)玻璃纤维布与树脂粘结在管道缺陷部位并固化，实现GFRP层加固；
步骤六：打开进水球阀与出水球阀，启动加压水泵，并以小水压向缺陷管道内注入10％AgCl溶液，当管道内空气排尽后，关闭加压水泵，关闭出水球阀，清零水压传感器、应变光纤采集数据；
步骤七：水压传感器和应变光纤开始采集数据，并同步打开加压水泵，向缺陷管道内加压至5MPa液压，通过关闭加压水泵、关闭进水球阀与出水球阀，实现5MPa液压静止溶液工况；
步骤八：打开直流电源，向缺陷管道通0.1A的直流电，并持续15天；
步骤九：关闭所有设备，打开出水球阀，清除缺陷管道内部液压，完成缺陷管道的快速电化学腐蚀，同时获得缺陷管道应变场随时间的变化关系。
(2)第二部分极限承载液压测试，步骤如下：
步骤一：打开进水球阀与出水球阀，启动加压水泵，并以小水压向缺陷管道内注水，当管道内空气排尽后，关闭加压水泵，关闭出水球阀，清零水压传感器、应变光纤采集数据；
步骤二：水压传感器和应变光纤开始采集数据，并同步打开加压水泵向缺陷管道内加压，加压采用分级加压法，每级加压0.5MPa，每级持续10s，直至GFRP加固缺陷管道发生破坏；
步骤三：关闭所有设备，获得缺陷管道应变场与加载水压的变化关系。
实施例4
采用缠绕法的BFRP加固裂缝缺陷管道进行1MPa液压流动溶液电化学腐蚀试验如下：
现需采用缠绕法工艺加固800mm宽、2层(与管轴向呈±45°)玄武岩纤维布的BFRP层，并在加固150mm直径的裂缝缺陷管道，用以开展1MPa液压流动30％NaCl溶液工况下的0.05A、30天的电化学腐蚀研究。
(1)第一部分为快速电化学腐蚀，步骤如下：
步骤一：在直径为150mm，长度为1500mm的钢管道表面预制裂缝缺陷，制备成缺陷管道；
步骤二：通过法兰螺栓，将缺陷管道下端与连接有单向阀、进水球阀的支撑底座固定，上端与连接有出水球阀、阴极电极、水压传感器的法兰顶盘固定；
步骤三：将两个相同阳极电极固定在缺陷管道外表面的上下两端，两者并联，将直流电源的正负极分别于阳极电极和阴极电极连接，缺陷管道表面有接地处理；
步骤四：在缺陷管道表面缠绕应变光纤，光纤每圈间距为15mm，缠绕距离为1200mm，并用环氧树脂封装，并将应变光纤与光纤采集仪连接；
步骤五：采用缠绕法加固工艺，将800mm宽、2层(与管轴向呈±45°)玄武岩纤维布与树脂粘结在管道缺陷部位并固化，实现BFRP层加固；
步骤六：打开进水球阀与出水球阀，启动加压水泵，并以小水压向缺陷管道内注入30％NaCl溶液，当管道内空气排尽后，关闭加压水泵，关闭出水球阀，清零水压传感器、应变光纤采集数据；
步骤七：打开出水球阀，水压传感器和应变光纤开始采集数据，并同步打开加压水泵，向缺陷管道内加压至1MPa液压，实现1MPa液压流动溶液工况；
步骤八：打开直流电源，向缺陷管道通0.05A的直流电，并持续30天；
步骤九：关闭所有设备，打开出水球阀，清除缺陷管道内部液压，完成缺陷管道的快速电化学腐蚀，同时获得缺陷管道应变场随时间的变化关系。
(2)第二部分极限承载液压测试，步骤如下：
步骤一：打开进水球阀与出水球阀，启动加压水泵，并以小水压向缺陷管道内注水，当管道内空气排尽后，关闭加压水泵，关闭出水球阀，清零水压传感器、应变光纤采集数据；
步骤二：水压传感器和应变光纤开始采集数据，并同步打开加压水泵向缺陷管道内加压，加压采用分级加压法，每级加压0.5MPa，每级持续10s，直至BFRP加固缺陷管道发生破坏；
步骤三：关闭所有设备，获得缺陷管道应变场与加载水压的变化关系。
Claims (6)
1.一种FRP加固缺陷管道的电化学腐蚀装置，包括FRP加固缺陷管道模块、加压水泵、循环池模块、直流电源、水压采集模块和应变采集模块，其特征在于：所述的加压水泵将溶液从循环池压入FRP加固缺陷管道模块的进水口，溶液从FRP加固缺陷管道模块上端出水口排出到循环池模块中，循环池模块对溶液进行稳压、沉降后重新被加压水泵抽取，实现溶液的循环，所述的直流电源的正极与FRP加固缺陷管道模块的阳极电极连接，负极与FRP加固缺陷管道模块内部的阴极电极连接，FRP加固缺陷管道模块表面通过导体进行接地处理，从而实现FRP加固缺陷管道模块内壁的快速电化学腐蚀；水压采集模块的水压传感器固定在FRP加固缺陷管道模块顶部，用以实时监测FRP加固缺陷管道模块内部水压变化；应变采集模块的应变光纤缠绕在FRP加固缺陷管道模块表面，用于监测FRP加固缺陷管道模块表面的应变场变化；通过加压水泵向FRP加固缺陷管道模块内压入所需压力溶液，实现无液压静止溶液、高液压静止溶液和高液压流动溶液的三种溶液工况，同时向FRP加固缺陷管道模块通直流电，从而实现FRP加固缺陷管道模块的加速电化学腐蚀；在通入所需时间的直流电流后，清零FRP加固缺陷管道模块的水压，并重新加压直至FRP加固缺陷管道模块损坏，从而实现对加速电化学腐蚀后的FRP加固缺陷管道模块的极限承载液压测试；
所述的FRP加固缺陷管道模块包括缺陷管道、FRP层、支撑底座、法兰顶盘、单向阀、进水球阀、出水球阀、阴极电极和阳极电极，所述的支撑底座上端通过法兰螺栓与缺陷管道下端连接，缺陷管道上端通过法兰螺栓与法兰顶盘连接，单向阀上端与支撑底座连接，进水球阀与单向阀下端连接，进水球阀作为FRP加固缺陷管道模块的进水口，法兰顶盘分别安装有出水球阀和水压传感器，出水球阀作为FRP加固缺陷管道模块的出水口；法兰顶盘中心固定连接有阴极电极接口，阴极电极通过阴极电极接口插入到缺陷管道内部，缺陷管道侧壁外表面靠近其上、下端均部固定连接有阳极电极；缺陷管道侧壁中部预制有缺陷，缺陷管道内表面的非缺陷区、法兰底盘内壁和法兰顶盘内壁均涂覆有保护层；应变光纤缠绕在缺陷管道表面，并用环氧树脂胶粘剂固化封装；采用FRP层在外部加固缺陷管道的缺陷部位。
2.根据权利要求1所述的一种FRP加固缺陷管道的电化学腐蚀装置，其特征在于：所述的循环池模块包括稳流池、沉降池和抽水池，FRP加固缺陷管道模块的出水口通过管道与稳流池连接，并深入稳流池底部，用于释放水压；稳流池内的上方溶液通过管道流入沉降池，使得杂质沉降到底部；沉降池内上方澄清溶液进一步流入抽水池，加压水泵从抽水池底部重新抽取溶液。
3.根据权利要求2所述的一种FRP加固缺陷管道的电化学腐蚀装置，其特征在于：所述的缺陷管道整体长度应该至少大于FRP层加固宽度的1.5倍，且缺陷区域应位于缺陷管道中间；所述的缺陷管道的最小长度应为其外径的10倍。
4.根据权利要求3所述的一种FRP加固缺陷管道的电化学腐蚀装置，其特征在于：所述的溶液为离子溶液，所述的阴极电极为导电铂棒或碳棒，所述的阳极电极为铂制电极。
5.根据权利要求4所述的一种FRP加固缺陷管道的电化学腐蚀装置，其特征在于：所述的应变采集模块包括应变光纤和光纤解调仪；应变光纤缠绕在缺陷管道表面，用于监测缺陷管道表面应变场，缠绕间距应在缠绕宽度的1/100以下。
6.采用权利要求1-5任一项所述的电化学腐蚀装置得出的一种测试方法，其特征在于：包括快速电化学腐蚀测试方法和极限承载液压测试方法，
所述的快速电化学腐蚀测试方法如下：在钢管道表面预制所需缺陷，包括管壁减薄、穿孔、破口或裂缝；打开进水球阀与出水球阀，启动加压水泵，并以小水压向缺陷管道内注入溶液，当管道内空气排尽后，关闭加压水泵，关闭出水球阀，清零水压传感器和应变光纤采集数据；水压传感器和应变光纤开始采集数据，并同步打开加压水泵，向缺陷管道内加压至所需液压，通过调整加压水泵、进水球阀与出水球阀，实现所需溶液工况，包括无液压静止溶液、高液压静止溶液、高液压流动溶液；打开直流电源，向缺陷管道通所需电流的直流电，并达到所需时长；关闭所有设备，打开出水球阀，清除缺陷管道内部液压，完成缺陷管道的快速电化学腐蚀，同时获得缺陷管道应变场随时间的变化关系。
所述的极限承载液压测试方法如下：打开进水球阀与出水球阀，启动加压水泵，并以小水压向缺陷管道内注水，当管道内空气排尽后，关闭加压水泵，关闭出水球阀，清零水压传感器、应变光纤采集数据；水压传感器和应变光纤开始采集数据，并同步打开加压水泵向缺陷管道内加压，加压采用分级加压法，直至FRP加固缺陷管道发生破坏；关闭所有设备，获得缺陷管道应变场与加载水压的变化关系。
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