一种喷射式冲刷腐蚀试验装置制造方法
【专利摘要】一种喷射式冲刷腐蚀试验装置，属于金属材料防腐领域。采用聚四氟乙烯塑料为管道回路材料，装置包括恒温储液箱、冲刷室、搅拌室、循环泵、管道回路、喷嘴、半圆柱样品台、夹具。循环泵串接变频器改变泵体运转频率实现零级变速，在循环泵后段的管道回路安装电磁流量计实时监测流量，搅拌室内部设聚齿轮，安装外部调速电动机驱动齿轮搅拌流体，确保流体中固体颗粒均匀悬浮。夹持装置包括一个半圆柱样品台与夹具，通过旋转样品台改变流体冲刷角度。冲刷室内置参比电极和辅助电极与夹具夹持的样品构成三电极系统，外连电化学工作站和计算机，能够精确控制，实现在不同流体流速、角度、温度下的实时动态电化学测量。
【专利说明】一种喷射式冲刷腐蚀试验装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种金属材料的流体冲刷腐蚀试验装置，试验环境因素可控，能精确测量材料在不同温度、流速与冲刷角度下的电化学信息。
【背景技术】
[0002]冲刷腐蚀是材料在流体冲刷和腐蚀交互作用下发生的腐蚀。管道在使用过程受流体的冲刷腐蚀作用会使管壁局部变薄进而穿孔失效，这种现象在石油、化工、能源电力等领域的管道弯曲部广泛存在。据报道，95%的工业爆炸、火灾、气体泄漏都发生在管道弯管或弯头处和正在泄漏的泵或控制阀处。所以管道弯曲部冲刷腐蚀研究一直以来备受国内外学者的广泛关注。目前，用于材料冲刷腐蚀试验的装置分为管流式、喷射式和旋转式三类，适用于不同工况，各有其优缺点。旋转式试验装置由于金属转盘样品台置于浆料底部，会与腐蚀性介质及固体颗粒发生磨损、产生腐蚀，样品的封装夹持也有困难。管流式试验装置能较好的模拟和评价实际工况，但整套设备占地面积大，所需试验溶液量多，试验周期长且试验装置维护费用高。传统的喷射式装置能很好的控制流速，同时样品相对静止，电化学测试比较容易，但传统的喷射式装置采用喷头出水口大小来控制流速，使得流体循环时在窄口径管道处引发剧烈磨损，同时引起流体升温现象，流体温度控制不易，试验结果较实际腐蚀情况严重。冲刷腐蚀试验装置由样品台、冲刷室、温度控制系统、流速控制系统、电化学测试系统组成。现有的喷射式冲刷腐蚀试验装置所用溶液量大、系统回路容易被腐蚀、样品夹持与夹具及样品封装困难，容易与样品形成电偶腐蚀影响导致电化学测试准确性。为了取得较高的冲刷速度，而采用小口径喷嘴，使样品磨损不均匀，同时高的冲刷速度下流体与管壁摩擦引起发热，使试验结果比实际工况腐蚀严重。
【发明内容】
[0003]为了克服现有的喷射式冲刷腐蚀试验装置高流速时试验溶液显著升温，回路的磨损量大、及回路中混入装置金属离子及装置夹持部位与样品容易构成电偶腐蚀，导致电话学测试受影响的问题。本发明提供一种试验装置，通过合理设计夹具与流体回路实现流体流速、温度、流体冲刷角度的连续可控和实时精确的电化学测试，设备损耗低，维护简单。
[0004]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:喷射式冲刷腐蚀试验机包括恒温储液箱11、冲刷室14、搅拌室13、循环泵7、管道回路12、喷嘴17、半圆柱样品台21、夹具16，样品台21设有样品槽，样品槽底部设弹簧跟耐蚀垫片，弹簧一端用于与样品接触，另一端连接导线，通过样品台21内部孔径引出冲刷室14，连接电化学工作站；冲刷室14下端为漏斗状，下部连接搅拌室13，搅拌室13与冲刷室置于恒温储液箱11中；循环泵7串接变频器6实现零级变速，在循环泵7后段的管道回路安装电磁流量计10检测流量，搅拌室13内部装有齿轮8，安装外部调速电动机9驱动齿轮搅拌流体，冲刷室14设内置参比电极20和辅助电极19与夹具18夹持的样品构成三电极系统，外连电化学工作站和计算机。
[0005]冲刷室内部粘接有聚四氟乙烯下挡板15，顶部粘接上挡板2，下挡板15上端有圆槽，上挡板2有一小于半圆柱样品台21直径的圆形通孔，两挡板配合用于固定半圆柱型样品台21，冲刷室14顶部另有两个圆形通孔，通孔用中心带通孔的玻璃塞密封，从玻璃塞中间的通孔引出比电极20和辅助电极19的导线。
[0006]冲刷室14内部设有温度探测器3实时监测流体温度，温度显示在控制面板I上，通过控制面板I设定温度，当冲刷室内部流体温度高于设定温度时，恒温储液箱的制冷与压缩机开始工作，通过恒温储液箱11中的制冷器4使恒温储液箱11中的液体温度下降，同时回路中的流体温度下降，反之，热电偶5开始加热，恒温储液箱11中的液体温度上升，回路中流体温度上升，如此反复循环控制冲刷室内流体温度的稳定。
[0007]夹具16包括样品槽和螺纹通孔，样品槽底部有导线通孔，槽壁设有M12螺纹通孔，样品置于样品槽，由底部通孔引出导线，通过旋转样品槽一端设有的塑料螺栓调整螺栓与另一端槽壁的距离来夹持不同形状和尺寸的样品，样品槽外四角设通孔，通过旋紧配套塑料螺栓与旋转半圆柱样品台21装配。
[0008]样品台21是一个两端为圆柱，中间为半圆柱的旋转半圆柱，上底面有角度标线，转动时通过角度标线与上挡板2的刻度确定冲刷角度，上挡板2板壁设螺纹通孔和配套塑料螺栓。
[0009]管道回路采用摩擦系数小且耐酸碱的聚四氟乙烯材料，样品台21、夹具16、喷嘴17、齿轮8以及整个冲刷室由聚四氟乙烯制作。管道回路设磁通流量计、变频器连接耐蚀隔膜泵，所用泵为市售聚四氟乙烯隔膜泵，调节变频器频率控制泵的流量。回路喷嘴置于冲刷室，可根据需要更换不同内径的喷嘴。根据流量计显示流量与喷嘴内径大小，由下式可得出冲刷速度:
[0010]Q=Vt 31 (R/2)2
[0011]式中Q为流量计读数m3/h, V即流体流速,单位m/s, R为喷嘴内径,单位mm。
[0012]本发明的有益效果是，可以在精确调节流体温度、流速及冲刷角度的同时，实时精确的进行样品在各种腐蚀流体下的电化学测试。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是本发明的基本构造示意图。
[0014]图1中:1.温度控制面板；2.上挡板；3.温度探测器；4.制冷器；5.热电偶；6.变频器；7.循环泵；8.齿轮；9.电机；10.电磁流量计；11.恒温储液箱；12.管道；13.搅拌室；14.冲刷室；15.下挡板；16.夹具；17.喷嘴；18.样品；19.辅助电极；20.参比电极；21.半圆柱样品台；22.电化学工作站；23计算机。
[0015]图2是旋转半圆柱样品台示意图。
[0016]图3是夹具示意图。
[0017]图4是半圆柱样品台与夹具的组装图。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图对本发明做进一步说明。
[0019]在图1中，温度控制面板1、温度探测器3、制冷器4、热电偶5组成温度控制系统。温度探测器3置于冲刷室14内，制冷器4与热电偶5置于冲刷室14外部的恒温贮液箱11中。冲刷室下端连接搅拌室13，搅拌室13的下端连接循环泵7，循环泵7，循环泵7通过聚四氟乙烯管道12连接至冲刷室14中的聚四氟乙烯塑料喷嘴17构成流体循环回路。循环泵7串联变频器6连接电源，循环泵7与聚四氟乙烯塑料喷嘴17中间的聚四氟乙烯管道12上安装电磁流量计10检测流量。冲刷室14内部设样品夹持装置，包括半圆柱样品台21，夹具16及固定半圆柱样品台21的上挡板2及下挡板15。样品18背面连接导线固定在夹持装置上，样品经由导线从夹持装置引出作为工作电极，冲刷室14内置参比电极20和辅助电极19与工作电极构成三电极测试系统，可在冲刷过程中实时动态测量样品表面的电化学信息。外联电化学工作站22及计算机23。搅拌室13内置聚四氟乙烯塑料齿轮8，由外部电机9驱动搅拌流体。
[0020]流速调节由变频器6调整循环泵7电机转速来控制流量大小，循环泵7为市售FUH耐腐耐磨泵，最大流量10m3/h。由电磁流量计10的读数得到流体单位时间流量，已知聚四氟乙烯塑料喷嘴17的内径R及单位时间流体流量Q/t，根据公式Q=Vt π (R/2)2即可确定流体冲刷速度,反之,可根据流体冲刷速度来确定流量,进而设定对应频率。内部流体悬浮颗粒的解决由搅拌室13内置聚四氟乙烯塑料齿轮8与外部电机9驱动搅拌完成。冲刷室14内部及顶部粘接有聚四氟乙烯下挡板15,下挡板15上端有Φ80mmX 5mm深度圆槽,上挡板2有一 Φ80_圆形通孔用于固定半圆柱样品台21，板壁有设有螺纹通孔与配套塑料螺栓，用于调节冲刷角度后固定半圆柱样品台21。
[0021]半圆柱样品台21设有样品槽，样品槽底部设弹簧跟耐蚀垫片，弹簧一端用于与样品接触，另一端连接导线通过半圆柱样品台内部孔径引出冲刷室连接电化学工作站，避免样品与装置任何部位构成电偶，确保冲刷的稳定性。如图2所示，半圆柱样品台21的两端为圆柱，中间延直径剖平为半圆柱，上底面有角度标线，转动时通过角度标线与挡板2的刻度确定冲刷角度，上挡板板壁设螺纹通孔和配套塑料螺栓，半圆柱样品台21调整角度后旋紧塑料螺栓进行固定，样品台中段半圆柱平面上设有与夹具四周螺纹通孔内切的螺纹，使用塑料螺栓将夹具固定在半圆柱样品台21的平面上。冲刷室顶部另有两个Φ20πιπι的圆形通孔用中心带孔的玻璃塞密封，从玻璃塞中间的通孔引出参比电极20和辅助电极19的导线。管道回路采用摩擦系数小且耐酸碱的聚四氟乙烯材料，半圆柱样品台21、夹具16、喷嘴17、齿轮8以及整个冲刷室也均由聚四氟乙烯制作。冲刷室14流体温度控制由温度控制面板I设定温度，温度探测器3实时探测冲刷室内流体温度，再由制冷器4及热电偶5对恒温储液箱11中的冷凝液进行制冷或制热，进而对冲刷室14内的流体进行恒温水浴，精确控制冲刷室的温度，可控范围5°C?90°C。
[0022]如图2、图3所示，夹具16包括样品槽和螺纹通孔，样品槽底部有导线通孔，槽壁设有M12螺纹通孔，样品置于样品槽后由底部通孔引出导线，通过旋转塑料螺栓调整螺栓与另一端槽壁的距离来夹持不同形状和尺寸的样品，样品槽外四角设通孔，用于夹具16与旋转半圆柱样品台21装配。
[0023]本发明通过精确控制流体冲刷速度、角度与温度，实现了对试样实时动态的电化学测试。
【权利要求】
1.一种喷射式冲刷腐蚀试验装置，包括恒温储液箱(11 )、冲刷室(14)、搅拌室(13)、循环泵(7)、管道回路(12)、喷嘴(17)、半圆柱样品台(21)、夹具(16)，其特征是:半圆柱样品台(21)设有样品槽，样品槽底部设弹簧和耐蚀垫片，弹簧一端用于与样品接触，另一端连接导线，通过半圆柱样品台(21)内部孔径引出冲刷室(14)，连接电化学工作站；冲刷室(14)下端为漏斗状，下部连接搅拌室(13)，搅拌室(13)与冲刷室(14)置于恒温储液箱(11)中；循环泵(7)串接变频器(6)实现零级变速，在循环泵(7)后段的管道回路安装电磁流量计(10)检测流量；搅拌室(13)内部装有齿轮(8)，安装外部调速电动机(9)驱动齿轮搅拌流体；冲刷室(14)设内置参比电极(20 )和辅助电极(19 )与夹具(18 )夹持的样品构成三电极系统，外连电化学工作站和计算机。
2.根据权利要求1所述的喷射式冲刷腐蚀试验装置，其特征是:冲刷室(14)内部粘接有聚四氟乙烯下挡板(15)，顶部粘接上挡板(2)，下挡板(15)上端有圆槽，挡板(2)有一直径小于半圆柱样品台直径的圆形通孔，两挡板配合用于固定半圆柱型样品台，冲刷室(14)顶部另有两个圆形通孔用中心带通孔的玻璃塞密封，从玻璃塞中间的通孔引出比电极(20)和辅助电极(19)的导线。
3.根据权利要求1所述的喷射式冲刷腐蚀试验装置，其特征是:冲刷室(14)内部设有温度探测器(3)实时监测流体温度，温度显示在控制面板(I)上，通过控制面板(I)设定温度，当冲刷室内部流体温度高于设定温度时，恒温储液箱的制冷与压缩机开始工作，通过恒温储液箱(11)中的制冷器(4 )使恒温储液箱(11)中的液体温度下降，同时回路中的流体温度下降；反之，热电偶(5)开始加热，恒温储液箱(11)中的液体温度上升，回路中流体温度上升，如此反复循环控制冲刷室内流体温度的稳定。
4.根据权利要求1所述的喷射式冲刷腐蚀试验装置，其特征是:夹具(16)包括样品槽和螺纹通孔，样品槽底部有导线通孔，槽壁设有M12螺纹通孔，样品置于样品槽，由底部通孔引出导线，通过旋转样品槽一端设有的塑料螺栓调整螺栓与另一端槽壁的距离来夹持不同形状和尺寸的样品，样品槽外四角设通孔，通过旋紧配套塑料螺栓与旋转半圆柱样品台(21)装配。
5.根据权利要求1所述的喷射式冲刷腐蚀试验装置，其特征是:半圆柱样品台(21)是一个两端为圆柱，中间为半圆柱的旋转半圆柱，上底面有角度标线，转动时通过角度标线与上挡板(2)的刻度确定冲刷角度，上挡板(2)板壁设螺纹通孔和配套塑料螺栓。
6.根据权利要求1所述的喷射式冲刷腐蚀试验装置，其特征是:管道回路采用摩擦系数小且耐酸碱的聚四氟乙烯材料，半圆柱样品台(21)、夹具(16)、喷嘴(17)、齿轮(8)以及整个冲刷室由聚四氟乙烯制作。
【文档编号】G01N3/56GK103543077SQ201310507370
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年10月24日 优先权日:2013年10月24日
【发明者】杨振明, 岩雨, 乔利杰 申请人:北京科技大学