CN115791486A - 一种用于模拟振动工况小接管腐蚀的试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于模拟振动工况小接管腐蚀的试验装置及方法。本发明包括试验模型、振动加载机构、腐蚀介质存储容器和循环泵，所述试验模型包括主管道和小接管，所述小接管的根部与所述主管道的周侧部焊接连通，所述小接管的根部与所述主管道的周侧部之间的连接处具有焊缝结构，所述振动加载机构设置在所述小接管的外壁上，所述振动加载机构包括振动加载装置。相对于现有技术，本发明提供了一种模拟振动工况下小接管腐蚀状态的试验装置，能够根据试验要求模拟出接近于真实的小接管振动工况，从而为研究工业的生产装置在振动工况下的小接管腐蚀的规律提供有效参考。

Description

一种用于模拟振动工况小接管腐蚀的试验装置及方法

技术领域

本发明属于小接管腐蚀试验装置技术领域，尤其涉及一种用于模拟振动工况小接管腐蚀的试验装置及方法。

背景技术

在工业的生产装置中，一般将在设备本体或管道上直接开孔，并采用焊接方式连接的DN50及以下的半管接头、支管座、支管结构，统称为小接管。小接管主要用于安装测量温度、压力、液面等仪表及安全泄放装置等，通常处于设备或管道接管的第一道阀门内侧。

由于小接管通常壁厚远小于设备或管道本体，且处于介质流动死区，因此当设备或管道内存储、输送具有腐蚀性的介质时，小接管通常更容易发生腐蚀破坏，成为工业装置腐蚀管理的薄弱环节。此外，由于相连主管或机械设备的振动、以及管道内流动介质的冲击等原因，生产装置上的很多小接管长期处于振动工况下服役，从而导致小接管与主管或设备的连接焊缝出现疲劳失效，甚至出现裂纹或断裂。由此可见，振动工况下小接管的腐蚀开裂已成为工业生产装置的重要风险点，因此急需展开研究，摸清振动工况下小接管腐蚀的行为机理和腐蚀规律。但是，针对振动工况下小接管腐蚀的研究，目前尚无有效的试验模拟装置和方法，严重制约了振动工况下小接管腐蚀研究的开展。

因此，亟需一种能够用于模拟振动工况下小接管腐蚀的技术方案。

发明内容

本发明的目的之一在于：针对现有技术的不足，本发明提供一种用于模拟振动工况小接管腐蚀的试验装置，以解决现有技术中缺少用于模拟振动工况下小接管腐蚀技术方案的问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于模拟振动工况小接管腐蚀的试验装置，包括试验模型、振动加载机构、腐蚀介质存储容器和循环泵，所述试验模型包括主管道和小接管，所述小接管的根部与所述主管道的周侧部焊接连通，所述小接管的根部与所述主管道的周侧部之间的连接处具有焊缝结构，所述振动加载机构设置在所述小接管的外壁上，所述振动加载机构包括振动加载装置，所述主管道的第一端口与所述腐蚀介质存储容器的第二端口连通，所述腐蚀介质存储容器的第一端口与所述循环泵的第二端口连通，所述循环泵的第一端口与所述主管道的第二端口连通。

作为本发明所述的一种用于模拟振动工况小接管腐蚀的试验装置的优选方案，还包括调节管道，所述调节管道上设置有截止阀和流量检测装置；所述主管道的第一端口处设置有所述调节管道且所述主管道的第一端口通过所述调节管道与所述腐蚀介质存储容器的第二端口连通，或者所述主管道的第二端口处设置有所述调节管道且所述主管道的第二端口通过所述调节管道与所述循环泵的第一端口连通。

作为本发明所述的一种用于模拟振动工况小接管腐蚀的试验装置的优选方案，包括多个所述试验模型，多个所述试验模型之间并联设置。

作为本发明所述的一种用于模拟振动工况小接管腐蚀的试验装置的优选方案，所述振动加载机构还包括安装架，所述安装架上设置有调节滑轨和安装卡箍，所述振动加载装置通过所述调节滑轨滑动设置在所述安装架上，所述振动加载装置通过所述调节滑轨调节其与所述小接管之间的距离，所述安装架通过所述安装卡箍设置在所述小接管的外壁上。

作为本发明所述的一种用于模拟振动工况小接管腐蚀的试验装置的优选方案，还包括压力调节机构，所述压力调节机构用于调节所述腐蚀介质存储容器的内部压力，所述腐蚀介质存储容器上设置有压力检测装置，所述压力检测装置用于检测所述腐蚀介质存储容器的内部压力。

作为本发明所述的一种用于模拟振动工况小接管腐蚀的试验装置的优选方案，所述压力调节机构包括气压容器、调节气阀、开关气阀和气路管道，所述气压容器的出气端口通过所述气路管道与所述腐蚀介质存储容器的进气端口连通，所述气压容器的出气端口处设置有所述调节气阀，所述气路管道上设置有所述开关气阀。

作为本发明所述的一种用于模拟振动工况小接管腐蚀的试验装置的优选方案，还包括温度调节机构，所述温度调节机构用于调节所述腐蚀介质存储容器内部腐蚀介质的温度，所述腐蚀介质存储容器上设置有温度检测装置，所述温度检测装置用于检测所述腐蚀介质存储容器内部腐蚀介质的温度。

作为本发明所述的一种用于模拟振动工况小接管腐蚀的试验装置的优选方案，所述温度调节机构包括温度控制器和电热管，所述温度控制器与所述电热管电连接，所述电热管设置在所述腐蚀介质存储容器的内部。

本发明目的之一具有的有益效果为：本发明提供了一种模拟振动工况下小接管腐蚀状态的试验装置，能够根据试验要求模拟出接近于真实的小接管振动工况，从而为研究工业的生产装置在振动工况下的小接管腐蚀的规律提供有效参考。同时，本发明也可用于评价不同焊接方式、不同焊接质量、不同管道材质的焊缝结构，在不同腐蚀介质、不同操作条件及不同振动状态下的适用性，便于研究小接管腐蚀情况的规律。

本发明的目的之二在于：针对现有技术的不足，本发明提供一种用于模拟振动工况小接管腐蚀的试验方法，以解决现有技术中缺少用于模拟振动工况下小接管腐蚀技术方案的问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于模拟振动工况小接管腐蚀的试验方法，使用本发明目的之一中任一项所述的用于模拟振动工况小接管腐蚀的试验装置，包括以下步骤：

步骤S1，配置相应参数的试验模型；

步骤S2，配制相应组分的腐蚀介质，并将所述腐蚀介质置于腐蚀介质存储容器的内部；

步骤S3，调节试验模型中主管道的流速；调节腐蚀介质存储容器的内部压力；调节腐蚀介质存储容器内部腐蚀介质的温度；调节振动加载机构的振动加载参数；

步骤S4，设定试验时间，启动循环泵和振动加载装置直至试验时间结束；

步骤S5，检测试验模型中焊缝结构的状态。

作为本发明所述的一种用于模拟振动工况小接管腐蚀的试验方法的优选方案，所述步骤5，检测试验模型中焊缝结构的状态，还包括：检测试验模型的手段包括渗透检测和/或超声检测。

本发明目的之二具有的有益效果为：本发明提供了一种模拟振动工况下小接管腐蚀状态的试验方法，能够根据试验要求模拟出接近于真实的小接管振动工况，从而为研究工业的生产装置在振动工况下的小接管腐蚀的规律提供有效参考。同时，本发明也可用于评价不同焊接方式、不同焊接质量、不同管道材质的焊缝结构，在不同腐蚀介质、不同操作条件及不同振动状态下的适用性，便于研究小接管腐蚀情况的规律。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1中A区域的放大图。

图3为图1中B区域的放大图。

图4为本发明中试验模型的剖视图。

图5为本发明中振动加载机构的结构示意图。

图中：

1-试验模型；11-主管道；12-小接管；13-焊缝结构；

2-振动加载机构；21-振动加载装置；22-安装架；221-调节滑轨；222-安装卡箍；

3-腐蚀介质存储容器；31-压力检测装置；32-温度检测装置；33-安全阀；34-进料口；35-卸料口；

4-循环泵；

5-调节管道；51-截止阀；52-流量检测装置；

6-压力调节机构；61-气压容器；62-调节气阀；63-开关气阀；64-气路管道；

7-温度调节机构；71-温度控制器；72-电热管；

81-第一管道；82-第二管道；83-第三管道。

具体实施方式

为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施方式和说明书附图，对本发明及其有益效果作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

如图1至图5所示，一种用于模拟振动工况小接管腐蚀的试验装置，包括试验模型1、振动加载机构2、腐蚀介质存储容器3和循环泵4，试验模型1包括主管道11和小接管12，小接管12的根部与主管道11的周侧部焊接连通，小接管12的根部与主管道11的周侧部之间的连接处具有焊缝结构13，振动加载机构2设置在小接管12的外壁上，振动加载机构2包括振动加载装置21，主管道11的第一端口与腐蚀介质存储容器3的第二端口连通，腐蚀介质存储容器3的第一端口与循环泵4的第二端口连通，循环泵4的第一端口与主管道11的第二端口连通。

具体地，主管道11沿水平方向设置，小接管12沿竖直方向设置，主管道11与小接管12相互垂直。试验模型1能够从试验装置上拆卸下来，试验模型1需要根据试验要求相应配置焊接结构的焊接方式、焊接质量和材质。腐蚀介质需要根据试验要求配制相应组分并置入腐蚀介质存储容器3的内部。振动加载机构2用于给小接管12施加振动以使小接管12处于相应的振动工况，振动加载机构2能够根据试验要求调节相应的振动频率和振动幅度，振动加载装置21为微型振动电机。循环泵4用于使腐蚀介质在试验装置内部循环流动，循环泵4能够根据试验要求调节循环泵4的流量以调节腐蚀介质的流速，循环泵4为变频调速立式管道泵，流量在1.5-340m³/h范围内可无级调节，泵体选用S31603不锈钢材质，避免试验介质对泵体造成腐蚀。在循环泵4的作用下，腐蚀介质存储容器3中的腐蚀介质依次在循环泵4、试验模型1和腐蚀介质存储容器3中循环流动，或者腐蚀介质存储容器3中的腐蚀介质依次在腐蚀介质存储容器3、试验模型1和循环泵4中循环流动，以模拟腐蚀介质在小接管12中流动。主管道11的第一端口通过第一管道81与腐蚀介质存储容器3的第二端口连通，腐蚀介质存储容器3的第一端口通过第二管道82与循环泵4的第二端口连通，循环泵4的第一端口通过第三管道83与主管道11的第二端口连通。第一管道81、第二管道82和第三管道83均采用S31603不锈钢材质，兼顾经济性与耐蚀性。

本实施例具有的有益效果为：本实施例提供了一种模拟振动工况下小接管12腐蚀状态的试验装置，能够根据试验要求模拟出接近于真实的小接管12振动工况，从而为研究工业的生产装置在振动工况下的小接管12腐蚀的规律提供有效参考。同时，本实施例也可用于评价不同焊接方式、不同焊接质量、不同管道材质的焊缝结构13，在不同腐蚀介质、不同操作条件及不同振动状态下的适用性，便于研究小接管12腐蚀情况的规律。

优选地，还包括调节管道5，调节管道5上设置有截止阀51和流量检测装置52；主管道11的第一端口处设置有调节管道5且主管道11的第一端口通过调节管道5与腐蚀介质存储容器3的第二端口连通，或者主管道11的第二端口处设置有调节管道5且主管道11的第二端口通过调节管道5与循环泵4的第一端口连通。通过上述设置，本实施例能够通过截止阀51调节腐蚀介质的流速；本实施例能够通过流量检测装置52检测腐蚀介质的流量，并通过主管道11的管道流通面积，进一步计算得到主管道11中腐蚀介质的流速；其中，流量检测装置52检测的瞬时流量除以主管道11的管道流通面积得到主管道11中腐蚀介质的流速。具体地，截止阀51为阀体材质为CF3M、公称通径为DN80的J41H-25型截止阀51；流量检测装置52为上海自动化仪表有限公司的LWGY-80A型涡轮流量计，并配备TBS显示器，可实时显示瞬时流量和累积流量总量。

优选地，包括多个试验模型1，多个试验模型1之间并联设置。通过上述设置，本实施例能够根据试验要求同时研究相同腐蚀介质、相同温度和相同压力下，不同试验模型1或不同振动工况下的小接管12腐蚀情况。

优选地，振动加载机构2还包括安装架22，安装架22上设置有调节滑轨221和安装卡箍222，振动加载装置21通过调节滑轨221滑动设置在安装架22上，振动加载装置21通过调节滑轨221调节其与小接管12之间的距离，安装架22通过安装卡箍222设置在小接管12的外壁上。通过上述设置，振动加载机构2能够根据试验要求通过安装卡箍222沿小接管12的外壁调节振动加载装置21在竖直方向上的位置，同时振动加载机构2能够根据试验要求通过调节滑轨221调节振动加载装置21在横方向上的位置，最终使振动加载机构2能够根据试验要求调节小接管12的振动方向，提高试验装置的适用范围。具体地，安装架22沿水平方向设置。调节滑轨221沿水平方向设置且沿水平方向设置有长度刻度。

优选地，还包括压力调节机构6，压力调节机构6用于调节腐蚀介质存储容器3的内部压力，腐蚀介质存储容器3上设置有压力检测装置31，压力检测装置31用于检测腐蚀介质存储容器3的内部压力。通过上述设置，本实施例能够通过压力调节机构6调节试验装置内腐蚀介质的压力，同时通过压力检测装置31检测腐蚀介质存储容器3的内部压力，提高试验装置的适用范围。

优选地，压力调节机构6包括气压容器61、调节气阀62、开关气阀63和气路管道64，气压容器61的出气端口通过气路管道64与腐蚀介质存储容器3的进气端口连通，气压容器61的出气端口处设置有调节气阀62，气路管道64上设置有开关气阀63，气压容器61内部存储有压力气体，调节气阀62用于调节压力气体的流量以调节压力调节机构6的施加压力，开关气阀63用于控制压力调节机构6的开闭。具体地，气压容器61为高压氮气气瓶，调节气阀62为减压阀，开关气阀63为气路球阀。

优选地，还包括温度调节机构7，温度调节机构7用于调节腐蚀介质存储容器3内部腐蚀介质的温度，腐蚀介质存储容器3上设置有温度检测装置32，温度检测装置32用于检测腐蚀介质存储容器3内部腐蚀介质的温度。通过上述设置，本实施例能够通过温度调节机构7调节试验装置内腐蚀介质的温度，同时通过温度检测装置32检测腐蚀介质存储容器3内部腐蚀介质的温度，提高试验装置的适用范围。

优选地，温度调节机构7包括温度控制器71和电热管72，温度控制器71与电热管72电连接，电热管72设置在腐蚀介质存储容器3的内部，电热管72用于加热调节腐蚀介质存储容器3内部腐蚀介质的温度，温度控制器71用于控制电热管72的加热功率和开关状态。

优选地，腐蚀介质存储容器3上设置有安全阀33，安全阀33用于紧急泄压，提高试验装置的使用安全。

优选地，腐蚀介质存储容器3上设置有进料口34和卸料口35，腐蚀介质通过进料口34置入腐蚀介质存储容器3内部，腐蚀介质存储容器3内部的腐蚀介质通过卸料口35排出试验装置外部。

实施例2

一种用于模拟振动工况小接管腐蚀的试验方法，使用实施例1中任一项的用于模拟振动工况小接管腐蚀的试验装置，包括以下步骤：

步骤S1，根据试验要求，配置相应参数的试验模型1。具体地，试验模型1的参数包括：主管道11的材质、外径、壁厚和/或长度，以及小接管12的材质、外径、壁厚和/或长度；主管道11和小接管12之间的焊接方式和/或焊接质量。

步骤S2，根据试验要求，配制相应组分的腐蚀介质，并将腐蚀介质置于腐蚀介质存储容器3的内部。具体地，根据试验要求添加相应的化学药剂配制相应组分的腐蚀介质。

步骤S3，调节试验模型1中主管道11的流速；调节腐蚀介质存储容器3的内部压力；调节腐蚀介质存储容器3内部腐蚀介质的温度；调节振动加载机构2的振动加载参数。具体地，通过截止阀51和/或循环泵4调节主管道11的流速；通过调节气阀62调节腐蚀介质存储容器3的内部压力以调节主管道11的内部压力；通过温度调节机构7调节腐蚀介质存储容器3内部腐蚀介质的温度；通过振动加载机构2调节小接管12受到的振动频率、振动幅度和振动方向。

步骤S4，根据试验要求设定试验时间，启动循环泵4和振动加载装置21直至试验时间结束。具体地，设定固定的试验周期时间，以周期时间为单位检测焊缝结构13的状态；或者进行试验直至焊缝结构13出现可见裂纹位置。

步骤S5，检测试验模型1中焊缝结构13的状态。具体地，关闭试验装置，待冷却降温后，拆卸下试验模型1，并对试验模型1进行检测，从而开展对小接管12腐蚀的研究。

本实施例具有的有益效果为：本实施例提供了一种模拟振动工况下小接管12腐蚀状态的试验方法，能够根据试验要求模拟出接近于真实的小接管12振动工况，从而为研究工业的生产装置在振动工况下的小接管12腐蚀的规律提供有效参考。同时，本实施例也可用于评价不同焊接方式、不同焊接质量、不同管道材质的焊缝结构13，在不同腐蚀介质、不同操作条件及不同振动状态下的适用性，便于研究小接管12腐蚀情况的规律。

优选地，步骤5，检测试验模型1中焊缝结构13的状态，还包括：检测试验模型1的手段包括渗透检测和/或超声检测。通过上述设置，本实施例通过渗透检测手段检测试验模型1的表面和焊缝结构13的表面是否存在表面裂纹，通过超声检测手段检测试验模型1的内部和焊缝结构13的内部是否存在内部裂纹。

需要说明的是：

渗透检测(Penetrant Testing)，是一种以毛细管作用原理为基础的无损检测技术，主要用于检测非疏孔性的金属或非金属零部件的表面开口缺陷。检测时，将溶有荧光染料或着色染料的渗透液施加到零部件表面，由于毛细作用，渗透液渗入到细小的表面开口缺陷中，清除附着在工件表面的多余渗透液，经干燥后再施加显像剂，缺陷中的渗透液在毛细现象的作用下被重新吸附到零件表面上，就形成放大了的缺陷显示，即可检测出缺陷的形貌和分布状态。

超声检测(Ultrasonic Testing)，是指利用超声波对金属构件内部缺陷进行检查的一种无损探伤方法。用发射探头向构件表面通过耦合剂发射超声波，超声波在构件内部传播时遇到不同界面将有不同的反射信号(回波)。利用不同反射信号传递到探头的时间差，可以检查到构件内部的缺陷。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (10)

1.一种用于模拟振动工况小接管腐蚀的试验装置，其特征在于：包括试验模型(1)、振动加载机构(2)、腐蚀介质存储容器(3)和循环泵(4)，所述试验模型(1)包括主管道(11)和小接管(12)，所述小接管(12)的根部与所述主管道(11)的周侧部焊接连通，所述小接管(12)的根部与所述主管道(11)的周侧部之间的连接处具有焊缝结构(13)，所述振动加载机构(2)设置在所述小接管(12)的外壁上，所述振动加载机构(2)包括振动加载装置(21)，所述主管道(11)的第一端口与所述腐蚀介质存储容器(3)的第二端口连通，所述腐蚀介质存储容器(3)的第一端口与所述循环泵(4)的第二端口连通，所述循环泵(4)的第一端口与所述主管道(11)的第二端口连通。

2.根据权利要求1所述的一种用于模拟振动工况小接管腐蚀的试验装置，其特征在于：还包括调节管道(5)，所述调节管道(5)上设置有截止阀(51)和流量检测装置(52)；所述主管道(11)的第一端口处设置有所述调节管道(5)且所述主管道(11)的第一端口通过所述调节管道(5)与所述腐蚀介质存储容器(3)的第二端口连通，或者所述主管道(11)的第二端口处设置有所述调节管道(5)且所述主管道(11)的第二端口通过所述调节管道(5)与所述循环泵(4)的第一端口连通。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于模拟振动工况小接管腐蚀的试验装置，其特征在于：包括多个所述试验模型(1)，多个所述试验模型(1)之间并联设置。

4.根据权利要求1所述的一种用于模拟振动工况小接管腐蚀的试验装置，其特征在于：所述振动加载机构(2)还包括安装架(22)，所述安装架(22)上设置有调节滑轨(221)和安装卡箍(222)，所述振动加载装置(21)通过所述调节滑轨(221)滑动设置在所述安装架(22)上，所述振动加载装置(21)通过所述调节滑轨(221)调节其与所述小接管(12)之间的距离，所述安装架(22)通过所述安装卡箍(222)设置在所述小接管(12)的外壁上。

5.根据权利要求1所述的一种用于模拟振动工况小接管腐蚀的试验装置，其特征在于：还包括压力调节机构(6)，所述压力调节机构(6)用于调节所述腐蚀介质存储容器(3)的内部压力，所述腐蚀介质存储容器(3)上设置有压力检测装置(31)，所述压力检测装置(31)用于检测所述腐蚀介质存储容器(3)的内部压力。

6.根据权利要求5所述的一种用于模拟振动工况小接管腐蚀的试验装置，其特征在于：所述压力调节机构(6)包括气压容器(61)、调节气阀(62)、开关气阀(63)和气路管道(64)，所述气压容器(61)的出气端口通过所述气路管道(64)与所述腐蚀介质存储容器(3)的进气端口连通，所述气压容器(61)的出气端口处设置有所述调节气阀(62)，所述气路管道(64)上设置有所述开关气阀(63)。

7.根据权利要求1所述的一种用于模拟振动工况小接管腐蚀的试验装置，其特征在于：还包括温度调节机构(7)，所述温度调节机构(7)用于调节所述腐蚀介质存储容器(3)内部腐蚀介质的温度，所述腐蚀介质存储容器(3)上设置有温度检测装置(32)，所述温度检测装置(32)用于检测所述腐蚀介质存储容器(3)内部腐蚀介质的温度。

8.根据权利要求7所述的一种用于模拟振动工况小接管腐蚀的试验装置，其特征在于：所述温度调节机构(7)包括温度控制器(71)和电热管(72)，所述温度控制器(71)与所述电热管(72)电连接，所述电热管(72)设置在所述腐蚀介质存储容器(3)的内部。

9.一种用于模拟振动工况小接管腐蚀的试验方法，其特征在于，使用权利要求1至8中任一项所述的用于模拟振动工况小接管腐蚀的试验装置，包括以下步骤：

步骤S1，配置相应参数的试验模型(1)；

步骤S2，配制相应组分的腐蚀介质，并将所述腐蚀介质置于腐蚀介质存储容器(3)的内部；

步骤S3，调节试验模型(1)中主管道(11)的流速；调节腐蚀介质存储容器(3)的内部压力；调节腐蚀介质存储容器(3)内部腐蚀介质的温度；调节振动加载机构(2)的振动加载参数；

步骤S4，设定试验时间，启动循环泵(4)和振动加载装置(21)直至试验时间结束；

步骤S5，检测试验模型(1)中焊缝结构(13)的状态。

10.根据权利要求9所述的一种用于模拟振动工况小接管腐蚀的试验方法，其特征在于，所述步骤5，检测试验模型(1)中焊缝结构(13)的状态，还包括：检测试验模型(1)的手段包括渗透检测和/或超声检测。

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