CN213337273U - 电化学腐蚀试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种电化学腐蚀试验装置，包括：座体；盖体，设置于座体上，盖体与座体之间形成缝隙，缝隙的一端被密封，缝隙的另一端与外部连通以通入水溶液；试件，设置于座体上，试件的上表面能够与水溶液接触，试件为沿缝隙的延伸方向上间隔布置的多个，多个试件之间相互连接；辅助电极，与水溶液接触，辅助电极为与试件一一对应设置的多个；参比电极，与水溶液接触，参比电极为与试件一一对应设置的多个，试件、辅助电极以及参比电极与电化学工作站电连接。应用本实用新型的技术方案能够有效地解决现有技术中缺乏关于破损点以及远离破损点不同位置管道表面的动力学特性测试研究装置的问题。

Description

电化学腐蚀试验装置

技术领域

本实用新型涉及管道防护领域，具体而言，涉及一种电化学腐蚀试验装置。

背景技术

破损涂层或保温层下的腐蚀是石油和天然气行业面临的最严峻的问题之一。对于埋地保温管道，一般在运行5年后，发生涂层或保温层下腐蚀的概率将大幅上升，运行10年后，60％的保温层下都含有腐蚀性冷凝水，这极大地提高了涂层或保温层下腐蚀发生的概率。

目前，国内大多埋地保温输油、输气管线已运行多年，管道外腐蚀环境非常复杂，破损涂层或保温层下的腐蚀是石油和天然气行业普遍存在的问题，其维护费用多达管道全部维护费用的80％。由于防腐涂层或保温层会遮住已经发生的腐蚀，导致在发生严重事故之前可能都不会发现管道已经出现明显的腐蚀损伤，这可能会造成严重的人员伤亡和重大的经济损失。因此，准确掌握破损涂层或保温层下的腐蚀特征与腐蚀机理，并采取有针对性的防治措施，对延长埋地保温管道的服役年限、保障管道的安全运行有着重要的意义。

现有技术中，关于破损涂层或保温层下管道的腐蚀行为和腐蚀机理研究，国内外也发明了一些装置，但仅可以进行腐蚀电位和阴极保电流屏蔽测试，主要是从电化学腐蚀热力学角度来研究破损涂层或保温层下管道的腐蚀行为和腐蚀机理。但针对涂层或保温层破损后，破损点以及远离破损点不同位置管道表面的动力学特性测试，还没有相关的研究装置。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种电化学腐蚀试验装置，以解决现有技术中的缺乏关于破损点以及远离破损点不同位置管道表面的动力学特性测试研究装置的问题。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种电化学腐蚀试验装置，包括：座体；盖体，设置于座体上，盖体与座体之间形成缝隙，缝隙的一端被密封，缝隙的另一端与外部连通以通入水溶液；试件，设置于座体上，试件的上表面能够与水溶液接触，试件为沿缝隙的延伸方向上间隔布置的多个，多个试件之间相互连接；辅助电极，与水溶液接触，辅助电极为与试件一一对应设置的多个；参比电极，与水溶液接触，参比电极为与试件一一对应设置的多个，试件、辅助电极以及参比电极与电化学工作站电连接。

进一步地，座体上设置有向下凹入的容纳凹槽，容纳凹槽的槽底设置有向下凹入的流通槽，盖体设置于容纳凹槽内，盖体的底面与流通槽的槽底之间形成缝隙，盖体的一端设置有与缝隙连通的排气孔，排气孔处设置有可拆卸的密封件，盖体的另一端的侧壁与容纳凹槽的槽侧壁之间形成与缝隙连通的进水通道。

进一步地，多个试件中包括设置于座体的与进水通道相对的位置处的第一试件，多个参比电极中包括伸入进水通道内的第一参比电极，多个辅助电极中包括与进水通道处的水溶液接触的第一辅助电极。

进一步地，电化学腐蚀试验装置还包括：水箱，设置于座体上，水箱的底部具有出水口，出水口与进水通道连通，第一参比电极穿设于出水口处，第一辅助电极位于水箱内。

进一步地，水箱、盖体与座体中的至少一个由亚克力玻璃钢材料制成。

进一步地，多个试件中包括位于第一试件一侧的多个第二试件，各第二试件与第一试件之间的距离不同，多个参比电极中包括与各第二试件一一对应的第二参比电极，多个辅助电极中包括与各第二试件一一对应的第二辅助电极。

进一步地，第一试件与多个第二试件之间的最小距离为25mm至30mm之间。

进一步地，盖体上设置有沿缝隙的延伸方向间隔设置的多个第一安装通孔，第一安装通孔处设置有第一密封帽，第二参比电极以及第二辅助电极穿设于第一密封帽上。

进一步地，第一安装通孔为阶梯孔，第一密封帽的帽沿与阶梯孔的第一阶梯面抵接，帽沿与第一阶梯面之间设置有第一密封圈。

进一步地，第一密封帽包括壳体以及设置于壳体内的陶瓷砂芯，壳体由聚四氟乙烯材料制成。

进一步地，座体上设置有沿缝隙的延伸方向间隔设置的多个第二安装通孔，第二安装通孔为与缝隙连通的阶梯孔，第二安装通孔处设置有第二密封帽，第二密封帽将试件压设在阶梯孔的第二阶梯面上，第二密封帽上穿设有与试件接触的导电件，导电件与电化学工作站电连接。

进一步地，第二密封帽由聚四氟乙烯材料制成。

进一步地，参比电极为Ag/AgCl电极，和/或，辅助电极为聚四氟乙烯内嵌铂金环辅助电极或片状铂金辅助电极。

应用本实用新型的技术方案，相互连接的试件用来模拟实际腐蚀环境下的管道，盖体用来模拟实际腐蚀环境下的涂层或保温层；缝隙内注入水溶液，水溶液与试件接触，水溶液用来模拟实际腐蚀环境下的涂层或保温层与管道之间的冷凝水(由于管道和涂层或保温层之间存在温差凝结而成的水)，通过上述结构能够模拟破损涂层或保温层下的腐蚀环境。将试件间隔布置用来模拟实际腐蚀环境下的破损点以及远离破损点不同位置处的管道，将各位置处设置的试件、辅助电极以及参比电极与电化学工作站电连接，通过对不同位置的试件(即工作电极)进行原位实时电化学测试，可以模拟表征出涂层或保温层破损点以及远离破损点不同位置的腐蚀热力学和动力学特性，进而分析其腐蚀机理，为维修管道以及新制管道起到一定的指导作用。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本实用新型的电化学腐蚀试验装置的实施例的纵剖结构示意图；

图2示出了图1的电化学腐蚀试验装置的座体和水箱配合的俯视图；

图3示出了图2的座体和水箱配合的纵剖结构示意图；

图4示出了图1的电化学腐蚀试验装置的盖体的剖视图；

图5示出了图1的电化学腐蚀试验装置的第一试件以及各第二试件的极化曲线测试结果；

图6示出了图1的电化学腐蚀试验装置内的水溶液处于80℃时第一试件以及各第二试件的交流阻抗图谱测试结果；以及

图7示出了图1的电化学腐蚀试验装置的第一试件以及各第二试件的电偶电流测试结果。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1、缝隙；2、进水通道；3、电化学工作站；4、计算机；10、座体；11、凹槽；12、流通槽；13、第二安装通孔；131、第二阶梯面；20、盖体；21、排气孔；22、第一安装通孔；221、第一阶梯面；30、试件；31、第一试件；32、第二试件；40、辅助电极；41、第一辅助电极；42、第二辅助电极；50、参比电极；51、第一参比电极；52、第二参比电极；60、水箱；61、出水口；70、第一密封帽；80、第一密封圈；90、第二密封帽；100、导电件；110、导线；120、第二密封圈。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

如图1所示，本实施例的电化学腐蚀试验装置，包括：座体10、盖体20、试件30、辅助电极40以及参比电极50，其中，盖体20设置于座体10上，盖体20与座体10之间形成缝隙1，缝隙1的一端被密封，缝隙1的另一端与外部连通以通入水溶液；试件30设置于座体10上，试件30的上表面能够与水溶液接触，试件30为沿缝隙1的延伸方向上间隔布置的多个，多个试件30之间相互连接；辅助电极40与水溶液接触，辅助电极40为与试件30一一对应设置的多个；参比电极50与水溶液接触，参比电极50为与试件30一一对应设置的多个，试件30、辅助电极40以及参比电极50与电化学工作站3电连接。

应用本实施例的技术方案，相互连接的试件30用来模拟实际腐蚀环境下的管道，盖体20用来模拟实际腐蚀环境下的涂层或保温层；缝隙1内注入水溶液，水溶液与试件30接触，水溶液用来模拟实际腐蚀环境下的涂层或保温层与管道之间的冷凝水(由于管道和涂层或保温层之间存在温差凝结而成的水)，通过上述结构能够模拟破损涂层或保温层下的腐蚀环境。将试件30间隔布置用来模拟实际腐蚀环境下的破损点以及远离破损点不同位置处的管道，将各位置处设置的试件30、辅助电极40以及参比电极50与电化学工作站3电连接，通过对不同位置的试件30(即工作电极)进行原位实时电化学测试，可以模拟表征出涂层或保温层破损点以及远离破损点不同位置的腐蚀热力学和动力学特性，进而分析其腐蚀机理，为维修管道以及新制管道起到一定的指导作用。

如图1、图3和图4所示，在本实施例中，座体10上设置有向下凹入的容纳凹槽11，容纳凹槽11的槽底设置有向下凹入的流通槽12，盖体20设置于容纳凹槽11内，盖体20的底面与流通槽12的槽底之间形成缝隙1，盖体20的一端设置有与缝隙1连通的排气孔21，排气孔21处设置有可拆卸的密封件，盖体20的另一端的侧壁与容纳凹槽11的槽侧壁之间形成与缝隙1连通的进水通道2。具体地，密封件为堵塞排气孔的密封塞。当缝隙1内需要注入水溶液时，打开密封塞，水溶液从进水通道2内流入缝隙1内，水溶液注满缝隙1后盖好密封塞，使得缝隙1内形成密封环境。优选地，缝隙1的高度为1-2mm。

如图1所示，在本实施例中，多个试件30中包括设置于座体10的与进水通道2相对的位置处的第一试件31，多个参比电极50中包括伸入进水通道2内的第一参比电极51，多个辅助电极40中包括与进水通道2处的水溶液接触的第一辅助电极41。多个试件30中包括位于第一试件31一侧的多个第二试件32，各第二试件32与第一试件31之间的距离不同，多个参比电极50中包括与各第二试件32一一对应的第二参比电极52，多个辅助电极40中包括与各第二试件32一一对应的第二辅助电极42。需要说明的是，上述结构中，多个第二试件32与缝隙1内的水溶液接触，缝隙1内氧的扩散进入很困难。进水通道2与外部连通，氧从空气溶解以及其在水溶液中的扩散相对容易，缝隙内、外工作电极的腐蚀逐渐形成氧浓差电池，即多个第二试件32由于缺氧作为腐蚀宏电池的阳极，第一试件31表面溶液由于供氧充分，作为腐蚀宏电池的阴极。另外，由于缝隙1的口部会造成腐蚀产物或水解物的沉积，堵塞缝隙口部，形成闭塞效应，导致缝隙1内腐蚀环境恶化，缝隙内腐蚀加剧。最终，模拟破损点以及远离破损点不同位置的管道具有不同的电化学特征和表面状态。通过对不同位置的工作电极进行原位实时电化学测试，可以模拟表征出涂层或保温层破损点以及远离破损点不同位置的腐蚀热力学和动力学特性，进而分析其腐蚀机理。具体地，利用电化学工作站，可以原位实时测量涂层或保温层破损后，破损点以及远离破损点不同位置管道的腐蚀电位、电偶电流、极化曲线和交流阻抗等，以及采用恒电位极化时，距离破损点不同位置管道表面的电位变化情况。通过对测量的电化学数据拟合分析，研究破损点以及远离破损点不同位置管道腐蚀的热力学和动力学机理，具有结构简单、试验方便、数据准确的特点。

如图1和图3所示，在本实施例中，第一试件31与多个第二试件32之间的最小距离为25mm至30mm之间。上述结构模能够拟剥离涂层后，距离破损点不同位置的管道，优选地，最小距离为30mm。上述最小距离是发明人经过实际调研获得的。

具体地，如图1和图3所示，在本实施例中，电化学腐蚀试验装置还包括：水箱60，设置于座体10上，水箱60的底部具有出水口61，出水口61与进水通道2连通，第一参比电极51穿设于出水口61处，第一辅助电极41位于水箱60内。需要说明的是，第一辅助电极41为片状铂金辅助电极。上述结构中，水箱60内储存水溶液，进水通道2与水箱60连通，试验开始时，在水箱60中加入水溶液，水溶液从出水口61进入进水通道2，再进入缝隙1，当水溶液充满缝隙1后，用密封塞密封排气口，通过上述结构能够模拟破损涂层或保温层下的腐蚀环境。

如图1、图3和图4所示，在本实施例中，水箱60、盖体20与座体10中的至少一个由亚克力玻璃钢材料制成。需要说明的是，亚克力玻璃钢材料能够耐高温，便于进行高温试验，温度可通过外加恒温水浴箱控制，还可以研究不同温度、不同溶液类型等多种情况下的腐蚀特征。另外，亚克力玻璃钢材料也能够便于操作人员从外部观察实验装置的内部试验状况。

如图1、图2和图4所示，在本实施例中，盖体20上设置有沿缝隙1的延伸方向间隔设置的多个第一安装通孔22，第一安装通孔22处设置有第一密封帽70，第二参比电极52以及第二辅助电极42穿设于第一密封帽70上。需要说明的是，第一密封帽70具有外螺纹，第一安装通孔22内具有内螺纹，第一密封帽70螺纹连接在第一安装通孔22内。第一密封帽70由聚四氟乙烯材料制成，上述材质便于加工，且能够耐高温。第二辅助电极42为铂金环辅助电极，由铂金丝导出到缝隙1外。第一密封帽70能够在第二试件32上端形成密封环境，来模拟被涂层或保温层包裹的管道，也便于第二参比电极52和第二辅助电极42的安装。

如图1和图4所示，在本实施例中，第一安装通孔22为阶梯孔，第一密封帽70的帽沿与阶梯孔的第一阶梯面221抵接，帽沿与第一阶梯面221之间设置有第一密封圈80。上述结构能够提升第一密封帽70的密封性。

如图1所示，在本实施例中，第一密封帽70包括壳体以及设置于壳体内的陶瓷砂芯，壳体由聚四氟乙烯材料制成。参比电极50为Ag/AgCl电极，此电极在高温溶液体系中有极高稳定性和可逆性，配合第一密封帽70内部的陶瓷砂芯，可有效阻止氯离子与缝隙内溶液的互扩散，避免装置内的水溶液被污染，从而有利于环保。

如图1所示，在本实施例中，座体10上设置有沿缝隙1的延伸方向间隔设置的多个第二安装通孔13，第二安装通孔13为与缝隙1连通的阶梯孔，第二安装通孔13处设置有第二密封帽90，第二密封帽90将试件30压设在阶梯孔的第二阶梯面131上，试件30与第二阶梯面131之间设置第二密封圈120。第二密封帽90上穿设有与试件30接触的导电件100，导电件100与电化学工作站3电连接。需要说明的是，第二密封帽90由聚四氟乙烯材料制成，该材质容易加工且耐高温。第二密封帽90与第二安装通孔13通过螺纹连接。导电件100之间通过导线110连接，并接入电化学工作站3，电化学工作站与计算机4连接。导电件100为锥形紫铜顶杆。上述结构中，第二密封帽90能够在试件30的下端形成密封环境，来模拟腐蚀环境，也便于导电件100的安装。

从以上的描述中，可以看出，本实用新型上述的实施例实现了如下技术效果：

与现有技术相比，本实用新型模拟了破损涂层或保温层下腐蚀的实际情况。通过在座体10与盖体20之间形成一个1～2mm的缝隙1，构成了剥离涂层下腐蚀实验环境。利用电化学工作站3，可以原位实时测量涂层或保温层破损后，破损点以及远离破损点不同位置管道的腐蚀电位、电偶电流、极化曲线和交流阻抗等，以及采用恒电位极化时，距离破损点不同位置管道表面的电位变化情况。通过对测量的电化学数据拟合分析，研究破损点以及远离破损点不同位置管道腐蚀的热力学和动力学机理，具有结构简单、试验方便、数据准确的特点。

本实用新型可以直接为埋地保温管道腐蚀防治措施的筛选和评价提供理论基础和数据支撑。因此，本实用新型对于延长埋地保温管道的服役年限、保障管道的安全运行、提高油田的综合开发效益，以及减少油气管道腐蚀泄露对环境的污染具有重要作用。

采用本试验装置，可准确获得破损涂层或保温层下腐蚀相关特征参数，详见图5至图7，其中，1号试样模拟破损点位置，其余试样模拟远离破损点位置，编号越大，距离越远。由实验结果可以看出，2号试样(离水箱60距离最近的第二试件32)的腐蚀情况最为严重。本实施例的电化学腐蚀试验装置可以原位测量涂层或保温层破损后，破损点以及远离破损点不同位置管道的腐蚀电位、电偶电流、极化曲线和交流阻抗等，以及采用恒电位极化时，距离破损点不同位置管道表面的电位变化情况，实验方便，数据稳定、准确。

表1破损涂层或保温层下阴极保护屏蔽测试结果(80℃)

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种电化学腐蚀试验装置，其特征在于，包括：

座体(10)；

盖体(20)，设置于所述座体(10)上，所述盖体(20)与所述座体(10)之间形成缝隙(1)，所述缝隙(1)的一端被密封，所述缝隙(1)的另一端与外部连通以通入水溶液；

试件(30)，设置于所述座体(10)上，所述试件(30)的上表面能够与所述水溶液接触，所述试件(30)为沿所述缝隙(1)的延伸方向上间隔布置的多个，多个所述试件(30)之间相互连接；

辅助电极(40)，与所述水溶液接触，所述辅助电极(40)为与所述试件(30)一一对应设置的多个；

参比电极(50)，与所述水溶液接触，所述参比电极(50)为与所述试件(30)一一对应设置的多个，所述试件(30)、所述辅助电极(40)以及所述参比电极(50)与电化学工作站(3)电连接。

2.根据权利要求1所述的电化学腐蚀试验装置，其特征在于，所述座体(10)上设置有向下凹入的容纳凹槽(11)，所述容纳凹槽(11)的槽底设置有向下凹入的流通槽(12)，所述盖体(20)设置于所述容纳凹槽(11)内，所述盖体(20)的底面与所述流通槽(12)的槽底之间形成所述缝隙(1)，所述盖体(20)的一端设置有与所述缝隙(1)连通的排气孔(21)，所述排气孔(21)处设置有可拆卸的密封件，所述盖体(20)的另一端的侧壁与所述容纳凹槽(11)的槽侧壁之间形成与所述缝隙(1)连通的进水通道(2)。

3.根据权利要求2所述的电化学腐蚀试验装置，其特征在于，多个所述试件(30)中包括设置于所述座体(10)的与所述进水通道(2)相对的位置处的第一试件(31)，多个所述参比电极(50)中包括伸入所述进水通道(2)内的第一参比电极(51)，多个所述辅助电极(40)中包括与所述进水通道(2)处的水溶液接触的第一辅助电极(41)。

4.根据权利要求3所述的电化学腐蚀试验装置，其特征在于，所述电化学腐蚀试验装置还包括：

水箱(60)，设置于所述座体(10)上，所述水箱(60)的底部具有出水口(61)，所述出水口(61)与所述进水通道(2)连通，所述第一参比电极(51)穿设于所述出水口(61)处，所述第一辅助电极(41)位于所述水箱(60)内。

5.根据权利要求4所述的电化学腐蚀试验装置，其特征在于，所述水箱(60)、所述盖体(20)与所述座体(10)中的至少一个由亚克力玻璃钢材料制成。

6.根据权利要求3所述的电化学腐蚀试验装置，其特征在于，多个所述试件(30)中包括位于所述第一试件(31)一侧的多个第二试件(32)，各所述第二试件(32)与所述第一试件(31)之间的距离不同，多个所述参比电极(50)中包括与各所述第二试件(32)一一对应的第二参比电极(52)，多个所述辅助电极(40)中包括与各所述第二试件(32)一一对应的第二辅助电极(42)。

7.根据权利要求6所述的电化学腐蚀试验装置，其特征在于，所述第一试件(31)与多个所述第二试件(32)之间的最小距离为25mm至30mm之间。

8.根据权利要求6所述的电化学腐蚀试验装置，其特征在于，所述盖体(20)上设置有沿所述缝隙(1)的延伸方向间隔设置的多个第一安装通孔(22)，所述第一安装通孔(22)处设置有第一密封帽(70)，所述第二参比电极(52)以及第二辅助电极(42)穿设于所述第一密封帽(70)上。

9.根据权利要求8所述的电化学腐蚀试验装置，其特征在于，所述第一安装通孔(22)为阶梯孔，所述第一密封帽(70)的帽沿与所述阶梯孔的第一阶梯面(221)抵接，所述帽沿与所述第一阶梯面(221)之间设置有第一密封圈(80)。

10.根据权利要求8所述的电化学腐蚀试验装置，其特征在于，所述第一密封帽(70)包括壳体以及设置于所述壳体内的陶瓷砂芯，所述壳体由聚四氟乙烯材料制成。

11.根据权利要求1所述的电化学腐蚀试验装置，其特征在于，所述座体(10)上设置有沿所述缝隙(1)的延伸方向间隔设置的多个第二安装通孔(13)，所述第二安装通孔(13)为与所述缝隙(1)连通的阶梯孔，所述第二安装通孔(13)处设置有第二密封帽(90)，所述第二密封帽(90)将所述试件(30)压设在所述阶梯孔的第二阶梯面(131)上，所述第二密封帽(90)上穿设有与所述试件(30)接触的导电件(100)，所述导电件(100)与所述电化学工作站(3)电连接。

12.根据权利要求11所述的电化学腐蚀试验装置，其特征在于，所述第二密封帽(90)由聚四氟乙烯材料制成。

13.根据权利要求1所述的电化学腐蚀试验装置，其特征在于，所述参比电极(50)为Ag/AgCl电极，和/或，所述辅助电极(40)为聚四氟乙烯内嵌铂金环辅助电极或片状铂金辅助电极。

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