一种湿硫化氢环境下的腐蚀疲劳试验装置及其试验方法
【技术领域】
[0001]本发明属于湿硫化氢等有毒腐蚀气氛中环境腐蚀开裂领域，具体涉及一种湿硫化氢环境下的腐蚀疲劳试验装置及其试验方法。
【背景技术】
[0002]实际工程构件在符合疲劳设计规范时过早失效的情况仍然时有发生，研宄表明工程构件一般在一定的腐蚀环境下使用，腐蚀环境会对材料造成损伤，加速疲劳裂纹的萌生以及扩展，引发设备过早失效。现有的疲劳设计准则大多是在简单受力情况下结合经验化的安全系数来进行，这与工程构件的实际服役工况存在一定的差异。因此，研宄腐蚀环境与应力场共同作用下材料的疲劳行为具有十分重要的理论意义和工程价值。
[0003]在石油石化行业中，为了脱除油品中的杂质硫原子等，从重质石油馏分油制取高质量轻质油品，加氢工艺过程不可或缺，在相关设备中不可避免会形成湿硫化氢环境，从而对设备造成极大的腐蚀，在交变载荷的共同作用下，设备会发生严重的腐蚀疲劳断裂。国内外对腐蚀疲劳性能测试技术还不成熟，尚缺乏有效的腐蚀疲劳试验测试装置。
[0004]中国专利文献(公开号CN 203758889U)公开了一种湿硫化氢环境中的环境腐蚀开裂试验用装置，可实现密闭不同浓度的硫化氢及其混合气体循环溶液环境下低于75°C的环境腐蚀开裂试验。该实验装置包括腐蚀溶液储循容器、溶液循环系统，环境腐蚀开裂试验样品室以及电化学辅助装置，但是该装置不能进行含气体介质下的疲劳试验；由于湿硫化氢环境对设备腐蚀较大，硫化氢毒性大，操作过程中浓度控制较难，并且常规的湿硫化氢环境下的试验装置未考虑疲劳试验过程中交变载荷引起的试样位移所需要的动密封结构，对于该湿硫化氢环境下的腐蚀疲劳试验适应性还有待改进。
【发明内容】
[0005]为了克服上述现有技术的不足，本发明要解决的技术问题之一是提供了一种湿硫化氢环境下的腐蚀疲劳试验装置。该装置结构简单且密封性能良好，可以用于不同形状和尺寸的疲劳试样在湿硫化氢腐蚀环境下的腐蚀疲劳性能测试，另外，该装置具备温度控制功能，并且可以在线测量控制腐蚀溶液中硫化氢的浓度，提高试验结果的精确性。
[0006]为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案:
[0007]一种湿硫化氢环境下的腐蚀疲劳试验装置，包括疲劳试验机，该装置还包括设置在疲劳试验机工作段的带波纹管补偿器的密闭腐蚀环境箱、设置在密闭腐蚀环境箱外对其对内部腐蚀介质加热的循环水系统以及与密闭腐蚀环境箱连通的对其内部腐蚀介质浓度实时测量并调控的在线取液装置；所述密闭腐蚀环境箱内的试样由与之适配的夹具夹持，所述夹具分别穿过密闭腐蚀环境箱的上盖板、下底板与疲劳试验机相连。
[0008]优选的，所述试样为不同材料和类型的棒状疲劳试样或板状疲劳试样。
[0009]进一步的，所述夹具分别穿过下底板、上盖板与疲劳试验机固连的一端设置为带螺纹的长杆，另一端则设为试样夹持端，所述夹持端设为用于板状疲劳试样的U型夹持端或用于棒状疲劳试样的螺纹夹持端。
[0010]优选的，所述密闭腐蚀环境箱包括由上盖板、下底板与两端开口的腐蚀环境筒构成的密封分体式圆筒结构，所述腐蚀环境筒设为带法兰的有机玻璃圆筒，所述密闭腐蚀环境箱上盖板为有机玻璃圆形厚板，上盖板中心设置了便于夹具穿过的通孔，上盖板与夹具之间通过橡胶O型圈静密封；所述腐蚀环境筒利用螺栓分别与上盖板及下底板连接，并通过橡胶O型圈实现静密封。
[0011]进一步的，所述密闭腐蚀环境箱的上盖板上设置有硫化氢进气管，进气管上设有进气管阀门；所述密闭腐蚀环境箱的上盖板上还设置有废气排放管，所述排气管末端连接有废气吸收装置。
[0012]进一步的，所述波纹管补偿器设为带法兰的不锈钢焊接波纹管，波纹管上端法兰通过螺栓与疲劳试验机固连，波纹管下端法兰通过螺栓固定在密闭腐蚀环境箱的上盖板上，并通过橡胶O型圈实现静密封；所述夹具的固连端穿过上盖板伸入所述波纹管补偿器内与疲劳试验机相连。
[0013]优选的，所述循环水系统包括在循环水槽上安装的循环水入口管，循环水出口管以及连通二者的循环水泵，循环水入口管上设有循环水入口阀门，循环水出口管上设有循环水出口阀门；自所述循环水出口管流出的水经外部加热装置加热后流经循环水泵返回至循环水入口管进而进入循环水槽中从而构成循环水系统；所述循环水槽设为有机玻璃材质的圆筒体，所述循环水槽与密闭腐蚀环境箱的下底板通过螺纹固定连接、并通过橡胶垫圈防止循环水泄露。
[0014]优选的，所述在线取液装置包括在所述密闭腐蚀环境箱上盖板设置的溶液量取管，所述溶液量取管的输出端与溶液量取装置相连；所述溶液量取装置包括三通、橡皮管及橡胶球，所述三通一端通过橡皮管与溶液量取管连接，橡皮管与溶液量取管之间设有取液入口阀，一端作为由取液出口阀控制的腐蚀介质出口，另外一端连接橡胶球；所述在线取液装置通过调整两侧取液入口阀和取液出口阀的开闭并结合橡胶球来实现腐蚀疲劳试验过程中腐蚀溶液的在线量取。
[0015]优选的，所述密闭腐蚀环境箱上盖板设有测量腐蚀介质温度的温度计。
[0016]本发明的另一个要解决的技术问题是提供一种基于上述结构的湿硫化氢环境下的腐蚀疲劳试验装置的试验方法，本试验方法采用了如下技术方案:
[0017]①控制试验温度:调节循环水入口阀门的开度，保证流量，测量腐蚀介质的温度并控制在O?(80±2)°C ；
[0018]②控制试验中腐蚀介质硫化氢的浓度:首先打开进气管上的进气管阀门，向密闭腐蚀环境箱中通入硫化氢；接着打开取液出口阀，挤压橡胶球以排除其中的气体，随后关闭取液出口阀，打开取液入口阀，释放橡胶球，将密闭腐蚀环境箱中的腐蚀介质经三通暂时储存在橡胶球中，最后关闭取液入口阀，打开取液出口阀，挤压橡胶球将待测量的腐蚀介质排放到特定容器中进行腐蚀介质的浓度测量；调节进气管阀门控制进气量，使硫化氢浓度到达试验所需值；
[0019]③腐蚀疲劳试验:保证在线取液装置中取液入口阀及取液出口阀保持关闭状态，开始进行试样在湿硫化氢环境下的腐蚀疲劳试验。
[0020]本发明的有益效果在于:
[0021]I)、本发明通过在密闭腐蚀环境箱外设置循环水系统为试验提供O?80°C的恒温条件，首先，调整循环水入口阀门开度，保证流量，并测量腐蚀介质的温度，控制在O?(80±2)°C ;同时打开进气管阀门，通入硫化氢气体，通过调节进气管阀门开度来控制腐蚀溶液中硫化氢的含量，多余的硫化氢气体从废气吸收装置的排放接管排放到硫化氢吸收瓶中进行吸收；要吸取腐蚀介质时，首先打开取液出口阀，挤压橡胶球以排除其中的气体，随后关闭取液出口阀，打开取液入口阀，释放橡胶球，将密闭腐蚀环境箱中的腐蚀介质经三通暂时储存在橡胶球中，最后关闭取液入口阀，打开取液出口阀，挤压橡胶球将待测量的腐蚀介质排放到特定容器中进行相关的介质浓度测量，待硫化氢浓度到达试验所需值后，保证在线取液装置中取液入口阀及取液出口阀保持关闭状态，开始进行试样在湿硫化氢环境下的腐蚀疲劳试验。
[0022]本发明结构简单，可以有效的完成试样在湿硫化氢腐蚀环境下的腐蚀疲劳试验，可为不同材料和类型的试样在湿硫化氢腐蚀环境下的疲劳设计和验证提供技术支撑；同时，该装置具备温度控制功能，并且可以在线测量控制腐蚀溶液中硫化氢的浓度，提高了试验结果的精确性。
[0023]2)、本发明中的在线取液装置、循环水系统结合气体调节阀门，可以实时监测腐蚀疲劳试验过程中腐蚀介质的浓度、温度、气体含量等参数，方便实时控制介质浓度、温度以及气体含量，将试验参数维持在恒定数值，保证实验的精确性，并为不同条件的腐蚀研宄创造了条件，且节约成本，制作简单。
[0024]3)、本发明中的密闭腐蚀疲劳试验箱利用波纹管补偿器对试样在疲劳试验过程中由交变载荷作用引起的位移进行补偿，波纹管补偿器设为带法兰的不锈钢焊接波纹管，波纹管上端法兰与疲劳试验机相连，波纹管下端法兰通过螺栓固定在密闭腐蚀环境箱的上盖板上，并通过橡胶O型圈实现密封，采用波纹管补偿器结合静密封结构代替了原本需要的动密封结构，保证腐蚀环境箱的密封性能的同时简化了整体结构。
[0025]4)、