一种高温高压电偶腐蚀电化学测试用电极及其应用的制作方法

本发明涉及一种用于高温高压电偶腐蚀电化学测试用电极及其应用，更为具体的，它涉及在高温高压密闭环境下电偶腐蚀电化学测试用电极的制备，以及利用该电极与高温高压釜、参比电极构成电化学测试系统，对由异金属接触导致的电偶腐蚀进行在线电化学测试。

背景技术：

随着工业的不断发展，腐蚀环境越来越苛刻，其中高温高压密闭环境是石油工业和化学工业中最常见的腐蚀环境之一，高温高压对腐蚀电化学测试提出了更高的要求，因此，大多数腐蚀电化学测试是在常压下进行，其结果与实际环境中必然存在巨大差异。

电偶腐蚀是指设备选用了不同金属材料制备零件，它们相互接触，在电解质中，电极电位较低的金属成为腐蚀原电池阳极，从而引起其加速腐蚀的现象。石油工业和化学工业设备构成复杂，常常选用不同金属材料，因而电偶腐蚀十分常见，已成为人们研究的重要内容。

针对电偶腐蚀，人们主要采用电偶腐蚀计来测试构成电偶的两种金属各自的自腐蚀电位、电偶电位和电偶电流的变化情况，从而讨论电偶腐蚀的影响因素、电偶腐蚀的机理以及控制电偶腐蚀的方法。

目前，尚缺乏高温高压环境中的电偶电极体系，故相应的研究匮乏，缺乏相应的腐蚀数据积累，尤其是无法监测电偶腐蚀随时间的详细变化规律。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供一种高温高压电偶腐蚀电化学测试用电极，包含绝缘支架、高温高压釜和参比电极，所述绝缘支架的上部与高温高压釜的高温高压釜盖螺接，所述绝缘支架内设置有导线，所述导线的一端引出高温高压釜并连接电偶腐蚀计，所述导线的另一端连接金属试样，所述参比电极的一端伸入高温高压釜的内部，所述参比电极的另一端与电偶腐蚀计连接。

进一步地，所述绝缘支架还包括有支架外壳，所述支架外壳为哈氏合金外壳，在支架外壳内部设置有耐高温、承高压的绝缘填充材料。

进一步地，在所述金属试样与支架外壳的接触位置还设置有灌封胶、密封绝缘垫片。

进一步地，所述支架外壳的上部设置有固定垫片，所述导线的一端引出固定垫片，所述导线4的另一端连接有金属连接片。

进一步地，所述金属试样为两个，分别为金属试样A和金属试样B。

进一步地，所述金属试样的顶部设置有外螺纹，所述金属连接片设置有内螺纹，所述金属试样与金属连接片螺纹连接。

本发明还提供一种高温高压电偶腐蚀电化学测试用电极的应用，步骤一：将支架外壳与高温高压釜盖螺接；步骤二：将参比电极通过高温高压釜盖插入高温高压釜中；步骤三：将参比电极、金属试样A和金属试样B的导线与电偶腐蚀计的三个接线柱分别连接；步骤四：根据所需模拟现场工况条件设计实验腐蚀介质、温度、压力条件，开启电偶腐蚀计进行测试相应的电偶腐蚀电化学参数。

本发明能够研究高温高压液相介质或含液相的多相介质中异金属接触腐蚀行为，其适于高温高压密闭环境进行电化学测试的电偶电极，借助高温高压釜应用该电极进行电偶腐蚀的电化学测试。

附图说明

图1是本发明的高温高压电偶腐蚀电化学测试用电极结构示意图；

图2是本发明的电偶电极与参比电极、高温高压釜连接的图；

图3是本发明应用时电偶腐蚀测试的电偶电位和电偶电流图。

图中，1、支架外壳，2、固定垫片，3、绝缘填充材料，4、导线，5、金属连接片，6、灌封胶，7、密封绝缘垫片，8、金属试样A，9、金属试样B，10、绝缘密封垫圈，11、参比电极，12、高温高压釜盖，13、高温高压釜。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

参阅图1至图3所示，本发明中一种高温高压电偶腐蚀电化学测试用电极，包含绝缘支架、高温高压釜13和参比电极11，绝缘支架包括支架外壳1，本实施例中，所述支架外壳1为哈氏合金外壳，在支架外壳1的上部设置有固定垫片2，在支架外壳1的内部还设置有耐高温、承高压的绝缘填充材料3、导线4和金属连接片5，所述导线4的一端引出固定垫片2，所述导线4的另一端连接有金属连接片5。

所述金属连接片5的下部连接有金属试样，本实施例中所述金属试样包含两个，分别为金属试样A8和金属试样B9，所述金属试样的顶部设置有外螺纹，所述金属连接片5设置有内螺纹，所述金属试样与金属连接片5螺纹连接。

在金属试样与支架外壳1的接触位置设置有灌封胶6、密封绝缘垫片7，本实施例中，所述的支架外壳1起到固定支撑作用，并通过其上端的螺纹与高温高压釜13的高温高压釜盖12螺接，起到了耐高温高压腐蚀的作用；所述的导线4、金属连接片5起到连接两个金属试样的导电作用，将金属试样表面的电化学信号传输到外部的电偶腐蚀计上；所述的导线4引出固定垫片2起到了固定导线作用，并防止绝缘填充材料3溢出；所述的绝缘填充材料3、灌封胶6和密封绝缘垫片7起到隔离两个金属试样的导电通道作用，同时起到抗高温高压作用。

本实施例中，所述的耐高温绝缘填充料为电木粉、所述的金属连接片为铜片，所述的导线为铜线，所述固定垫片为聚四氟乙烯。

参阅图2所示，本发明的一种高温高压电偶腐蚀电化学测试用电极，通过支架外壳1上端的外螺纹与高温高压釜盖12螺接，并在接触位置处设置绝缘密封垫圈10来加强密封效果，将参比电极11通过高温高压釜盖12插入高温高压釜13内，构成高温高压电偶腐蚀电化学测试体系。

所述绝缘支架的具体制备过程如下：

步骤一，加工圆形外壳，内部为空心，上段外表面加工外螺纹，其余为光滑表面；

步骤二，将导线4引出固定垫片2，使得导线4上端置于支架外壳1外部，导线4下端置于支架外壳1内部，将金属连接片5焊接在导线4下端；

步骤三，将耐高温、承高压的绝缘填充材料3装入支架外壳1内部，挤压密实，加热使耐高温绝缘填充材料熔融，在等静压下压紧固化；

步骤四，在支架外壳1下端对开两个台阶孔，在台阶孔中心钻孔，直到金属连接片5快被钻透，再加工内螺纹。

所述的金属试样及与绝缘支架连接的步骤如下：

步骤一，加工两种金属试样(金属试样A8和金属试样B9)，上端加工成带外螺纹的圆柱，下端根据需要可加工成不同的形状和不同的表面积比例；

步骤二，将金属试样套上聚四氟乙烯的密封绝缘垫片7，拧入支架外壳1下端的孔进而与金属连接片5螺接，在拧紧过程中，灌注耐高温环氧灌封胶6。

本发明提供的一种高温高压电偶腐蚀电化学测试用电极，其测试应用过程如下：

(A)根据现场工况条件确定腐蚀溶液组分、温度、总压和气体分压；

(B)安装高温高压电偶腐蚀电化学测试用金属试样和参比电极11；

(C)向高温高压釜13内通入适量腐蚀溶液，保证参比电极11全部浸泡在腐蚀溶液中，盖好高温高压釜盖12，按照分压和总压要求通入腐蚀气体，加热至设定温度；

(D)将高温高压电偶腐蚀电化学测试用金属试样和参比电极11的导线与电偶腐蚀计连接，开启电偶腐蚀计，开始测试电偶腐蚀的电化学参数如电偶电位和电偶电流，并对电化学测试结果进行分析，讨论金属试样A8和金属试样B9在高温高压腐蚀环境中的电偶腐蚀行为。

具体实施例，高温高压电偶腐蚀的电偶电位和电偶电流测试：

根据所述高温高压电偶腐蚀电化学测试用电极，对20钢和316L不锈钢的电偶电流和电偶电位进行测试，测试条件为H₂S分压1MPa、CO₂分压4MPa，温度60℃的3.5％NaCl溶液中。

测试结果见图3，测试的电偶电流和电偶电位曲线稳定，测试结果可靠。随着腐蚀时间延长，电偶电位逐渐增加，而电偶电流逐渐减低，在28小时后趋于稳定，说明电偶效应在开始时较大，后期减小，作为阳极的20钢腐蚀后表面腐蚀产物产生电阻，使电偶腐蚀速率降低。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。