CN117419980A - 一种管道电化学充氢装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种管道电化学充氢装置，该装置包括充氢筒、底部卡盘、顶部卡盘、短电极棒、长电极棒、顶部端盖、管道顶部固定装置、管道底部固定装置和恒流电源。该装置可加装多根电极，实现管道各段通入均匀电流，能够保证充氢均匀性。该装置通过给管道提供双重约束，有效避免管道在装置中晃动导致管道与电极误接触，防止管道、电极间短路。该装置也能够适配不同管径的管道，满足不同尺寸管道结构充氢的需求。该装置通过管道底部固定装置，使得管道内外存在间隙，可让管道内外的电解液自由流通，能够保证电解液浓度均匀。
Description
技术领域
本发明涉及管道充氢领域，具体涉及一种管道电化学充氢装置。
背景技术
输氢管道在服役过程中，氢会侵入管材内部引起材料力学性能劣化。当管材中达到一定氢浓度时，就会引起材料氢损伤，使管道塑性下降，导致材料氢脆，可能造成管道失效等严重后果。因此，研究临氢环境下管道的氢损伤对保障输氢管道服役安全具有重要意义。
金属氢渗透主要通过高压气相充氢和电化学充氢两种方式实现。高压气相充氢是指把试样放入高压氢气环境中并升温，从而促进氢渗透过程，需要高压釜和氢气的直接使用，存在危险性大的不足。电化学充氢指将试样作为阴极放入电解液中，并在阳极与阴极之间通入电流，试样(阴极)表面即会电解产生氢气并渗透入试样内部，具有操作简单、安全隐患小等优点。
然而目前的电化学充氢装置多为小尺寸试样设计，如图1所示，无法满足实际管道结构内外壁面的充氢需要。若只是简单的将目前的电化学充氢装置进行放大对实际管道结构充氢，则无法做到管道各段通入的电流大小相同，不能保证充氢均匀性。此外若装置运行中电流过大，电解产生的大量氢气会使管道在装置中晃动，可能导致管道与电极接触，造成管道、电极间短路。管道与装置底部接触会将管道内部的溶液与外部溶液隔开，导致管道内外电解液无法流通。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种管道电化学充氢装置，能够适配不同管径的管道，满足不同尺寸管道结构充氢的需求，且能够保证运行时均匀充氢，避免管道、电极间短路等安全隐患，同时能够确保管道内外电解液流通。
本发明的目的通过如下的技术方案来实现：
一种管道电化学充氢装置，该装置包括充氢筒、底部卡盘、顶部卡盘、短电极棒、长电极棒、顶部端盖、管道顶部固定装置、管道底部固定装置和恒流电源；
所述充氢筒内部加有电解液，所述底部卡盘和顶部卡盘分别安装在所述充氢筒内部底面和顶部出口处；所述顶部卡盘开设有沿轴向的顶部中心管道入孔和围绕所述中心管道入孔均匀分布的顶部短电极棒导孔；所述底部卡盘也开设有沿轴向的底部中心长电极棒导孔和沿周向均匀分布的底部短电极棒导孔，所述底部短电极棒导孔与所述顶部短电极棒导孔的大小和位置相对应，所述短电极棒插入并固定在所述底部短电极棒导孔与所述顶部短电极棒导孔中；所述管道顶部固定装置安装在所述顶部卡盘上，所述管道底部固定装置安装在所述底部卡盘上，使用时，充氢管道通过所述中心管道入孔插入所述充氢筒内部，并分别由所述管道底部固定装置和管道顶部固定装置固定，保证充氢管道与所述充氢筒保持同心布置；所述管道底部固定装置能够适配不同管径的充氢管道，保证所述充氢管道与所述底部卡盘之间存在间隙，使所述充氢管道内外电解液自由流通；
所述顶部端盖用于固定在充氢管道的顶部出口处，所述顶部端盖开设有沿轴向的顶部中心长电极棒导孔和沿周向分布的出气孔，所述长电极棒穿过所述顶部中心长电极棒导孔插入所述底部卡盘的底部中心长电极棒导孔中；
充氢时，所述短电极棒和长电极棒通过导线连接，所述长电极棒通过导线接所述恒流电源的正极，充氢管道通过导线接所述恒流电源的负极。
进一步地，所述管道顶部固定装置为卡盘顶针，所述顶部卡盘开设多个沿径向贯通且均匀分布的顶针导孔，所述卡盘顶针穿过所述顶针导孔抵靠充氢管道，使其在所述充氢筒内部保持竖直。
进一步地，所述管道底部固定装置为底座，所述底座固定在所述底部卡盘的中心，能够适配不同管径的充氢管道。
进一步地，所述底座为梯形、半圆形、三角形或楔形。
进一步地，所述短电极棒为多个，沿充氢管道外部均匀分布。
进一步地，所述短电极棒和长电极棒均为石墨棒。
进一步地，所述充氢筒、底部卡盘、顶部卡盘、顶部端盖均为有机玻璃材质。
进一步地，所述顶部端盖为圆台形，用于适配不同管径的充氢管道。
本发明的有益效果如下：
1.本发明的管道电化学充氢装置，可加装多根电极，实现管道各段通入均匀电流，能够保证充氢均匀性。
2.本发明的管道电化学充氢装置，可以给管道提供双重约束，有效避免管道在装置中晃动导致管道与电极误接触，防止管道、电极间短路。该装置也能够适配不同管径的管道，满足不同尺寸管道结构充氢的需求。
3.本发明的管道电化学充氢装置，通过管道底部固定装置，使得管道内外存在间隙，可让管道内外的电解液自由流通，能够保证电解液浓度均匀。
附图说明
图1为背景技术中的小尺寸试样的电化学充氢装置。
图2为本发明实施例的管道电化学充氢装置的示意图。
图3为本发明实施例的管道电化学充氢装置纵向剖面示意图。
图4为去除充氢筒的管道组装示意图。
图5为顶部卡盘与卡盘顶针、电极棒配合的装配示意图。
图中，充氢筒1、底部卡盘2、顶部卡盘3、充氢管道4、短电极棒5、长电极棒6、顶部端盖7、管道顶部固定装置8、管道底部固定装置9、电解液10、顶部短电极棒导孔11、顶部中心管道入孔12、顶针导孔13、恒流电源14、导线15。
具体实施方式
下面根据附图和优选实施例详细描述本发明，本发明的目的和效果将变得更加明白，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图2和3所示，本实施例的管道电化学充氢装置，包括充氢筒1、底部卡盘2、顶部卡盘3、短电极棒5、长电极棒6、顶部端盖7、管道顶部固定装置8、管道底部固定装置9和恒流电源14。
充氢筒1是一个空心圆柱容器，容器内部加有电解液10。充氢筒1顶部装有顶部卡盘3，顶部卡盘3开设有沿轴向的中心管道入孔12和围绕所述中心管道入孔12均匀分布的顶部短电极棒导孔11。充氢筒1内部底面安装有底部卡盘2，底部卡盘2也开设有沿轴向的中心长电极棒导孔和沿周向均匀分布的底部短电极棒导孔。底部短电极棒导孔与顶部短电极棒导孔的大小和位置相对应，短电极棒5插入且两端固定在底部短电极棒导孔与顶部短电极棒导孔中。充氢时，充氢管道4穿过中心管道入孔12置于充氢筒1内。顶部卡盘3上固定有管道顶部固定装置8，该实施例中为卡盘顶针。顶部卡盘3侧面均匀分布4个沿径向导通的顶针导孔13，4个卡盘顶针均可在顶针导孔13中滑动，如图5所示。卡盘顶针用于固定充氢管道4，使其在充氢筒1中保持竖直。同时可以调节卡盘顶针8，使其可以适配不同管径的充氢管道。底部卡盘2上表面置有管道底部固定装置9，在该实施例中为梯形底座9，用于放置充氢管道4。梯形底座也可以替换成由于其上窄下宽的形状特点，可以适配不同管径的管道。这里的梯形底座也可以替换为半圆形、三角形或楔形等。管道顶部固定装置8也可以替换为弹簧片、卡扣、螺栓等其他能够固定充氢管道的装置。管道底部固定装置9和管道顶部固定装置8为充氢管道提供双重约束，可以有效避免充氢管道在装置中晃动导致充氢管道与电极误接触，防止管道、电极间短路。另外，充氢管道4与梯形底座之间存在间隙，此间隙可以让管道内外的电解液自由流通。
如图4所示，顶部端盖7用于固定在充氢管道4的顶部出口处，顶部端盖7开设有沿轴向的顶部中心长电极棒导孔和沿周向分布的出气孔，长电极棒6穿过顶部中心长电极棒导孔插入底部卡盘2的底部中心长电极棒导孔中。充氢管道内外壁面均布有电极棒，可以保证充氢管道各段通入的电流大小相同，做到均匀充氢。顶部端盖7上的出气孔用于排出装置内的气体。顶部端盖7设计成圆台形，可以适配不同管径的充氢管道。
充氢时，短电极棒5和长电极棒6通过导线15连接，长电极棒6通过导线接恒流电源14的正极，充氢管道4通过导线接恒流电源14的负极。
另外，本实施例中的短电极棒5和长电极棒6均选用的石墨棒，但也可以替换为其他惰性电极。该实施例中充氢筒1、底部卡盘2、顶部卡盘3、顶部端盖7均选用有机玻璃材质，但也可以选择其他绝缘且化学稳定性好的的材质。
本实施例的装置在使用时，首先将底部卡盘2置于充氢筒1内，将顶部卡盘3置于充氢筒1顶部。将充氢管道插入顶部卡盘3的中心管道入孔12中，使充氢管道底部对准梯形底座9，并套在梯形底座9上。第三步：调节卡盘顶针8，使充氢管道4和顶部卡盘3保持同圆心，并确保充氢管道4在充氢筒1中竖直放置。第四步：在充氢管道4内部插入长电极棒6，使其依次插入顶部中心长电极棒导孔和底部中心长电极棒导孔中；继续插入短电极棒5，使其依次插入顶部短电极棒导孔和底部短电极棒导孔中，短电极棒5的数量可根据管径与充氢速率自由增减。第五步：将顶部端盖7装在充氢管道4顶端，使长电极棒6插入顶部端盖7中心的顶部中心长电极棒导孔中，确保长电极棒6在充氢筒1中竖直放置。最后将长电极棒6和短电极棒5之间通过导线15连接。
充氢时，短电极棒5和长电极棒6通过导线15连接，长电极棒6通过导线接恒流电源14的正极，充氢管道4通过导线接恒流电源14的负极，通过恒流电源13设置恒流值进行电化学充氢。
本领域普通技术人员可以理解，以上所述仅为发明的优选实例而已，并不用于限制发明，尽管参照前述实例对发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在发明的精神和原则之内，所做的修改、等同替换等均应包含在发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种管道电化学充氢装置，其特征在于，该装置包括充氢筒(1)、底部卡盘(2)、顶部卡盘(3)、短电极棒(5)、长电极棒(6)、顶部端盖(7)、管道顶部固定装置(8)、管道底部固定装置(9)和恒流电源(14)；
所述充氢筒(1)内部加有电解液(10)，所述底部卡盘(2)和顶部卡盘(3)分别安装在所述充氢筒(1)内部底面和顶部出口处；所述顶部卡盘(3)开设有沿轴向的顶部中心管道入孔(12)和围绕所述中心管道入孔(12)均匀分布的顶部短电极棒导孔；所述底部卡盘(2)也开设有沿轴向的底部中心长电极棒导孔和沿周向均匀分布的底部短电极棒导孔，所述底部短电极棒导孔与所述顶部短电极棒导孔的大小和位置相对应，所述短电极棒(5)插入并固定在所述底部短电极棒导孔与所述顶部短电极棒导孔中；所述管道顶部固定装置(8)安装在所述顶部卡盘(3)上，所述管道底部固定装置(9)安装在所述底部卡盘(2)上，使用时，充氢管道通过所述中心管道入孔(12)插入所述充氢筒(1)内部，并分别由所述管道底部固定装置(9)和管道顶部固定装置(8)固定，保证充氢管道与所述充氢筒(1)保持同心布置；所述管道底部固定装置(9)能够适配不同管径的充氢管道，保证所述充氢管道与所述底部卡盘(2)之间存在间隙，使所述充氢管道内外电解液自由流通；
所述顶部端盖(7)用于固定在充氢管道的顶部出口处，所述顶部端盖(7)开设有沿轴向的顶部中心长电极棒导孔和沿周向分布的出气孔，所述长电极棒(6)穿过所述顶部中心长电极棒导孔插入所述底部卡盘(2)的底部中心长电极棒导孔中；
充氢时，所述短电极棒(5)和长电极棒(6)通过导线(15)连接，所述长电极棒(6)通过导线接所述恒流电源(14)的正极，充氢管道(4)通过导线接所述恒流电源(14)的负极。
2.根据权利要求1所述的管道电化学充氢装置，其特征在于，所述管道顶部固定装置(8)为卡盘顶针，所述顶部卡盘(3)开设多个沿径向贯通且均匀分布的顶针导孔(13)，所述卡盘顶针穿过所述顶针导孔(13)抵靠充氢管道，使其在所述充氢筒(1)内部保持竖直。
3.根据权利要求1所述的管道电化学充氢装置，其特征在于，所述管道底部固定装置(9)为底座，所述底座固定在所述底部卡盘(2)的中心，能够适配不同管径的充氢管道。
4.根据权利要求3所述的管道电化学充氢装置，其特征在于，所述底座为梯形、半圆形、三角形或楔形。
5.根据权利要求1所述的管道电化学充氢装置，其特征在于，所述短电极棒(5)为多个，沿充氢管道外部均匀分布。
6.根据权利要求1所述的管道电化学充氢装置，其特征在于，所述短电极棒(5)和长电极棒(6)均为石墨棒。
7.根据权利要求1所述的管道电化学充氢装置，其特征在于，所述充氢筒(1)、底部卡盘(2)、顶部卡盘(3)、顶部端盖(7)均为有机玻璃材质。
8.根据权利要求1所述的管道电化学充氢装置，其特征在于，所述顶部端盖(7)为圆台形，用于适配不同管径的充氢管道。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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