专利名称：一种货油舱上甲板模拟腐蚀试验装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于材料腐蚀技术领域，具体涉及一种能够对油船货油舱上甲板腐蚀环境进行模拟的试验装置。
背景技术：
近年来，随着我国石油消耗的增大，海上石油运输的重要战略地位日趋凸显。目前外高桥船厂设计建造的30万吨级浮式生产储油船(FPSO)以及大连造船厂建造的30万吨级超大型油船(VLCC)为我国海上石油开采和运输提供了保障。现有油船货油舱使用的是各类高强度船板钢，这些船板钢在服役过程中由于耐腐蚀性能较差，使得油船的寿命大大缩短，油船的使用安全性也受到严重威胁。由于原油中含有的水分、盐分和腐蚀性气体的共同作用，油轮货油舱处于腐蚀环境中。尤其是在货油舱的上甲板内表面，由于原油中的挥发成分、混入的海水、油田盐水的盐分、为防止爆炸而输入的惰性气体以及船舶的引擎排气、昼夜温度变化导致的结露水的作用，货油舱上甲板处于一个独特的腐蚀环境中，导致了货油舱的产生严重的腐蚀问题，且各种腐蚀形式相互促进，最终导致材料开裂并引发大量恶性事故。因此，如何跟踪货油舱的腐蚀进程，预测其腐蚀程度成为保证油船货油舱安全性亟待解决问题。对实际油船货油舱进行跟踪检测，发现其上甲板内表面所处的实际腐蚀环境较为复杂。首先，货油舱上表面处于一些腐蚀性的气氛中。为了防爆常常在货油舱中填充惰性气体(该惰性气体的成分包括O2 :5%体积，CO2% :13%体积，SO2 :0. 01%体积，余量 为队)，惰性气体中的02，CO2, SO2以及从原油中挥发出来的H2S等腐蚀性气体，会在油轮货油舱的上部内表面(上甲板的里侧表面)富集。同时，由于甲板温度在白天和夜晚的交替变化，上甲板内表面总处于干和湿的交替状态。湿的H2S和O2以及SO2等发生反应，会在上甲板内表面析出单质的硫。目前对于H2S腐蚀问题的试验装置，主要是HIC、SSCC等腐蚀试验装置。但是货油舱是处于一种高低温昼夜交替且没有应力状态的一种腐蚀环境，传统的各类H2S、SO2应力腐蚀装置无法对此进行模拟试验。
发明内容本实用新型的目的是提供一种能够较好的模拟货油舱上甲板腐蚀状况，同时可以大幅度缩短试验周期、降低试验费用的货油舱上甲板模拟腐蚀试验装置。为了达到上述目的，本实用新型提供了如下技术方案一种货油舱上甲板模拟腐蚀试验装置，它包括由气体管线密封连接的以下单元可供应多组气体的气源供应单元、流量和试样温度控制单元4、气体混合单元5、腐蚀反应单元6和废气回收单元7。所述气源供应单元包括以下气体罐中的至少一种N2供应储罐1，S02+C02+02+N2混合气体供应储罐2，和H2S+N2混合气体供应储罐3 ;各种气体经流量控制阀输出。所述S02+C02+02+N2混合气体供应储罐2中的气体成分按体积百分比为26 %C02+0 . 02% S02+10% O2+余量N2 ；H2S+N2混合气体供应储罐3中的气体成分按体积百分比为0. 1% H2S+余量 N2。所述气体混合单元5包括多个进气口 8和一个出气口 11，进气口 8和出气口 11之间设有混气栏栅9，混气栏栅9的出口端连向真空气泵10，真空气泵10与出气口 11相接。所述腐蚀反应单元6包括顶板和反应器,顶板上设有腐蚀反应单元进气口 16和出气口 18 ;试样13布置在顶板上，测温电偶15与试样13连接；顶板侧边设有多个密闭固定压扣12，通过密闭固定压扣12将顶板紧固在反应器上；加热电阻丝14半悬空内置于反应器；反应器下方装有蒸馏水17，该蒸馏水17的高度通过侧面的加水口 19控制，反应器外侧设有控制蒸馏水17温度的水浴恒温器20。所述试验装置还包括用于控制腐蚀反应单元6内试样的昼夜交替温度变化的温度控制器。 所述蒸馏水17的液面低于加热电阻丝14的高度，所述进气口 16延长至浸没在蒸馏水17的液面下。所述试验装置包括多个串联的腐蚀反应单元21、22、23。本实用新型的有益效果在于I)本实用新型装置完整的模拟了油船货油舱实际运行的上甲板腐蚀环境。完整的腐蚀环境要点包括a)原油中周期性的释放出大量各种混合的腐蚀性气体，混合气体中包含氏5、502、0)2、02等，这些混合气体可以通过气体产生单元和混合单元获得。b)上甲板处于周期性的昼夜温度交替中。昼夜温度的交替由加热传感器来控制,试样温度由试样上的热电偶获得。c)原油中释放的水蒸气会在上甲板下表面凝聚。通过控制反应单元底部蒸馏水保持恒定温度，而试样温度周期性交替，可以让水蒸气周期性的在反应单元试样的下表面上凝聚。2)气源由三部分气体分开储存，其最大的优点是可以防止上述混合气体中H2S和SO2在储存过程中发生化学反应，降低气体对试样的腐蚀效果。同时为便于试验过程中的周期性取样，保证试验操作人员的安全，通入N2进行排空，简化了取样操作程序；3)通过内置加热传感器周期性的变换试样温度，并保持蒸馏水的温度恒定。可以很好的模拟货油舱上甲板在海上运输过程中的昼夜交替温度变化，并使得水蒸气在上甲板试样上的凝聚，加速H2S、SO2与试样的反应。4)可以将多个反应单元串联在本试验装置中，在保证试验数据准确无误的条件下经济的进行多轮次和多钢种的试验。同时要确保多个反应单元间的连接紧密，最后一个反应单元的尾气接入废气回收单元中。5)能够在实验室条件下方便快捷的模拟海上运行的油船货油舱实际工况，使实验条件更加接近自然状态，使之能在一个较短的时间内取得大量科学合理的试验数据，可以用于预测货油舱25年运行时间内的安全性，维护费用大大降低。同时还有利于缩短货油舱耐腐蚀钢新品种的研究开发周期。
图I是本实用新型的货油舱上甲板模拟腐蚀试验装置的流程示意图；图2是图I中的气体混合单元示意图；[0023]图3是图I中的腐蚀反应单元示意图；图4是本实用新型的货油舱上甲板模拟腐蚀试验装置多个腐蚀反应单元串联配合示意图。主要组件符号说明IN2供应储罐2S02+C02+02+N2混合气体供应储罐3H2S+N2混合气体供应储罐4流量和试样温度控制单元5气体混合单元6腐蚀反应单元7废气回收单元8气体混合单元进气口9混气栏栅10真空气泵11气体混合单元出气口12密闭固定压扣13试样14加热电阻丝15测温电偶16腐蚀反应单元进气口17蒸馏水18腐蚀反应单元出气口19加水口20水浴恒温器211号腐蚀反应单元222号腐蚀反应单元233号腐蚀反应单元
具体实施方式
下面根据附图对本实用新型的具体实施方式
作进一步说明。如图I所示，是本实用新型的货油舱上甲板模拟腐蚀试验装置的流程示意图，该装置包括气源供应单元，用于生成货油舱内各种腐蚀气体；流量和试样温度控制单元4，用于获得一定流量的气体及控、制试样13的温度昼夜交替；气体混合单元5，用于制备H2S、SO2,02,CO2的混合气体；腐蚀反应单元6，用于提供上述混合气体与试样13的反应环境；废气回收单元7，用于回收试验后的腐蚀性废气。其中气源供应单元包括=N2供应储罐I供应气体1，气体I由N2组成；S02+C02+02+N2混合气体供应储罐2供应气体2，气体2的气体组成体积百分数为26 % C02+0 . 02 % SO2+10 %O2+余量N2 ；H2S+N2混合气体供应储罐3供应气体3，气体3的气体组成体积百分数为O. I %H2S+余量N2 ;其中气体2和气体3通过气体混合单元5进行混合用于制备模拟货油舱混合腐蚀气体，气体I用于对整体试验装置进行排空。气体I和2经流量和试样温度控制单元4进行流量控制，然后流入气体混合单元5进行充分混合，混合后的气体直接接入腐蚀反应单元6中反应，最后流经废气回收单元7回收，由气体I排空。如图2所示，是图I中的气体混合单元5的示意图，它包括多个进气口 8和一个出气口 11，进气口 8和出气口 11之间设有混气栏栅9，混气栏栅9的出口端连向真空气泵10，真空气泵10与出气口 11相接。三种气体分别经三个进气口 8流入，流经混气栏栅9，可以将多种气体进行充分混合，混合均匀的气体经过真空气泵10进一步混合后从出气口 11流出。如图3所示,是图I中的腐蚀反应单元6的示意图,该腐蚀反应单元6包括顶板和反应器，试样13布置在顶板上，测温电偶15与试样13连接并测定其温度，该温度反馈采集·到流量和试样温度控制单元4 ;顶板侧边设有多个密闭固定压扣12，通过密闭固定压扣12将顶板紧固在反应器上，并使反应环境与大气环境隔绝；加热电阻丝14半悬空内置于反应器，由流量和试样温度控制单元4控制其加热温度；顶板上还设有腐蚀反应单元进气口 16和出气口 18，混合气体通过进气口 16导入到蒸馏水17中，并从腐蚀反应单元出气口 18流出，其中，蒸馏水的液面低于加热电阻丝14的高度，进气口 16延长至浸没在蒸馏水的液面下；反应器中的蒸馏水17通过旁侧的加水口 19填补，蒸馏水17的温度通过外置的水浴恒温器20进行控制。在本实施例的腐蚀反应单元中，试样13通过专用卡具镶嵌在反应器的顶板上，反应器中试样13的温度由内置的加热电阻丝14加热控制，反应器中蒸馏水17的温度由水浴锅控制。试验时，由流量和试样温度控制单元4中的三个流量控制阀分别控制三种气体的流量，控制气体2和气体3的流量均为10 50CC/min，使其通过气体混合单元5进行等量混合，混合均匀后的气体通入腐蚀反应单元6中；加热电阻丝14对试样13进行加热，由流量和试样温度控制单元4中设置的温度控制器控制其加热温度，其数值采集通过测温电偶15获得，用以实现试样13的昼夜交替温度变化。图4是本实用新型的货油舱上甲板模拟腐蚀试验装置多个腐蚀反应单元21、22、23串联配合示意图，当需要进行I个及以上钢种的货油舱上甲板腐蚀试验时，可以将本实用新型中的多个腐蚀反应单元进行串联。对普通低合金钢使用本实用新型装置进行货油舱上甲板模拟腐蚀试验，其分别进行7天、14天、21天、49天腐蚀试验，测试了试样的腐蚀失重以及分析了腐蚀产物，如表I所示。同样，采用在实际原油货油舱上甲板进行挂片腐蚀试验，分别测试了 6个月、I年、2年的腐蚀失重与腐蚀试验产物，如表2所示。通过两种方法外推25年低合金钢的腐蚀速率非常接近，同时腐蚀试验产物均为Fe00H、Fe304，FeS以及单质S等，通过XRD技术分析了腐蚀产物的定量组成，从表3可以看出，实船挂片和采用本实用新型模拟装置所产生的腐蚀产物组成十分接近，由此表明本实用新型装置能够较好的模拟货油舱上甲板腐蚀状况，同时可以大幅度缩短试验周期、降低试验费用。表I使用本实用新型装置模拟低合金钢的腐蚀试验结果
权利要求1.一种货油舱上甲板模拟腐蚀试验装置，其特征在于它包括由气体管线密封连接的以下单元可供应多组气体的气源供应单元、流量和试样温度控制单元(4)、气体混合单元(5)、腐蚀反应单元(6)和废气回收单元(7)。
2.如权利要求I所述的试验装置，其特征在于所述气源供应单元包括以下气体罐中的至少一种=N2供应储罐(I)，S02+C02+02+N2混合气体供应储罐(2 )，和H2S+N2混合气体供应储罐(3);各种气体经流量控制阀输出。
3.如权利要求I所述的试验装置，其特征在于所述气体混合单元(5)包括多个进气口(8)和一个出气口(11)，进气口(8)和出气口(11)之间设有混气栏栅(9)，混气栏栅(9)的出口端连向真空气泵(10)，真空气泵(10)与出气口(11)相接。
4.如权利要求I所述的试验装置，其特征在于所述腐蚀反应单元(6)包括顶板和反应器，顶板上设有腐蚀反应单元进气口( 16)和出气口( 18);试样(13)布置在顶板上，测温 电偶(15)与试样(13)连接；顶板侧边设有多个密闭固定压扣(12)，通过密闭固定压扣(12)将顶板紧固在反应器上；加热电阻丝(14)半悬空内置于反应器；反应器下方装有蒸馏水(17),该蒸馏水(17)的高度通过侧面的加水口( 19)控制，反应器外侧设有控制蒸馏水(17)温度的水浴恒温器(20)。
5.如权利要求4所述的试验装置，其特征在于该装置还包括用于控制腐蚀反应单元(6)内试样的昼夜交替温度变化的温度控制器。
6.如权利要求4所述的试验装置，其特征在于所述蒸馏水(17)的液面低于加热电阻丝(14)的高度，所述进气口( 16)延长至浸没在蒸馏水(17)的液面下。
7.如权利要求I或4所述的试验装置，其特征在于所述试验装置包括多个串联的腐蚀反应单元(21、22、23)。
专利摘要本实用新型属于材料腐蚀技术领域，具体涉及一种货油舱上甲板模拟腐蚀试验装置。该装置包括它包括由气体管线密封连接的以下单元可供应多组气体的气源供应单元、流量和试样温度控制单元(4)、气体混合单元(5)、腐蚀反应单元(6)和废气回收单元(7)。本实用新型能够在实验室条件下方便快捷的模拟海上运行的油船货油舱实际工况，使实验条件更加接近自然状态，使之能在一个较短的时间内取得大量科学合理的试验数据，可以用于预测货油舱25年运行时间内的安全性，维护费用大大降低；同时还有利于缩短货油舱耐腐蚀钢新品种的研究开发周期。
文档编号G01N17/00GK202486030SQ20112055943
公开日2012年10月10日 申请日期2011年12月28日 优先权日2011年12月28日
发明者张波, 李丽, 李超, 杨才福, 柴锋, 梁丰瑞, 沈俊昶, 潘涛, 王卓, 罗小兵, 苏航, 薛东妹 申请人:钢铁研究总院