本发明公开一种配置阴极保护装置的冲蚀实验弯管，特别是用于实验条件下研究两相流或多相流对弯管冲蚀情况的一种实验弯管。
背景技术：
:
冲蚀是金属表面与单相流体或携带固体颗粒的流体之间产生机械运动，从而引起的金属材料损失的现象。冲蚀广泛存在于矿山、冶金、水利、石油化工等工业过程当中。暴露在运动流体中的如管线、管件、阀门、泵等各种类型的设备设施，都会遭受不同程度的冲蚀破坏。
在含固相颗粒的两相流或者多相流中，冲蚀破坏非常严重，它将大大缩短设备的寿命。例如，从井下输出的原油成分复杂，通常伴有固态泥沙和气体，这些泥沙和伴生气随流体一起运动，对油管内壁造成冲蚀。油气田开发过程中，由于地层条件及井身结构的复杂性，在开发大位移井时易出现出砂、磨损等现象。随着我国油田相继进入开采的中后期，油井深度越来越深，开采难度也越来越大，油井产出物中的含砂量越来越高，地面集输管线面临着严重的冲蚀问题。管道冲蚀是一个十分复杂的过程，它与气液相流量、管道几何构造、管壁材质、砂粒形状、输砂率、砂粒粒径等诸多因素均有关系，且受到固相颗粒因素、液相方面的因素、流体力学因素、材料因素等诸多方面因素的影响，因此，设计一种便于研究弯管冲蚀的实验装置十分必要。
发明专利cn201710598423公开了一种浆体输送管道冲蚀磨损试验装置及测量方法，包括釜体、试样架、试样、浆体、密封盖、电机、传动皮带、充气管路、控制系统。试样架、浆体设置在釜体内，密封盖设置在釜体上部，充气管路连接釜体内部；电机、传动皮带、控制系统设置在釜体外部；电机带动传动皮带和试样架相连，带动试样旋转。利用加速试样模拟浆体对管道内壁的冲蚀磨损测量材料的耐冲蚀磨损性能。该装置在使用过程中存在如下问题：一是釜体内浆体密度的不均匀性，会使实验结果存在误差；二是浆体中的空气会与试样接触发生腐蚀，会对冲蚀的实验结果产生影响；三是所用试样按照均匀冲蚀处理，与弯管处冲蚀情况不同，因此该装置对弯管冲蚀研究意义不大。
实用新型专利cn201620086145公开了一种实验弯管，包括：底盘、螺栓孔、内槽、弯管、内拱壁挂片、挂片和外拱壁挂片，所述内槽开凿于底盘中间位置整体成型，底盘四周开凿有螺栓孔，底盘内部挖有和实际管路等径的弯形管道凹槽形成弯管，弯管两侧以及内、外拱璧等距离挖有若干方形、有一定深度的小孔，用于镶嵌挂片，所述弯管镶嵌于底盘上，所述弯管内弯处固定连接有内拱壁挂片，所述弯管外弯处固定连接有外壁挂片，所述弯管固定连接有挂片，相对于直接使用实际弯管来研究冲蚀而言，更加方便，而且可以多次重复使用，可以减少研究的成本。但是该装置在使用过程中存在如下问题：一是此装置分为上下两片，中间缝隙会对流体流动状态产生影响，从而影响挂片的冲蚀情况；二是实验过程中，挂片腐蚀现象难以避免。为了克服现有技术的缺陷，本发明提出一种配置阴极保护装置的冲蚀实验弯管，不仅可以避免冲蚀实验过程中试片的腐蚀现象，还可量化弯管具体部位的冲蚀速率，确定弯管冲蚀最严重部位，从而优化弯管设计，降低冲蚀风险。与现有冲蚀实验弯管相比，具有结构紧凑、测试点多且全面、误差小等优点，应用范围广泛。
技术实现要素：
：
本发明涉及一种配置阴极保护装置的冲蚀实验弯管，包括可拆卸弯管外拱，可拆卸弯管内拱，卡箍，铂电极，参比电极，电化学工作站，实验试片，螺杆，螺母，单组份室温固化硅橡胶和连接线；首先将螺杆与试片拧紧，螺杆穿过弯管上的小孔并用螺母固定，试片槽和小孔缝隙处用硅橡胶填充，弯管外拱和内拱用硅橡胶密封粘接，用卡箍固定；最后将螺杆一字横槽端部、铂电极和参比电极通过连接线接入电化学工作站，电化学工作站可为所有试片提供阴极保护。
所述的可拆卸弯管外拱、内拱均由超高分子量聚乙烯材料制成，外拱和内拱拼接为一个90°弯管，两端设置法兰；其中外拱内部有21个实验试片槽，1个截面直径8mm的通过孔和1个截面直径10mm的通过孔分别用来固定铂电极和参比电极，内拱内部有15个实验试片槽，所有试片槽底部设计有供螺杆穿过的小孔。
所述的实验试片由x60钢材料制备而成，形状为长方体，尺寸为8mm×6mm×5mm，其中一个8mm×6mm面的中心开有可供螺杆连接且深度为3mm的孔。
所述的螺杆材料为x60钢，形状为圆柱体，截面圆直径3mm，外表面布满螺旋槽，螺杆其中一端有一个“一”字横槽。
所述的螺母均为x60钢材料制备而成，形状为六棱柱，与螺杆配合。
所述的单组份室温固化硅橡胶用以填充试片与试片槽之间的缝隙，并对试片起到一定的固定作用。
所述的参比电极中注满饱和氯化钾溶液。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)与直接使用实际弯管来研究冲蚀相比，本弯管可重复使用，减少研究成本；
(2)本冲蚀实验弯管可以有效避免实验过程中的腐蚀现象，提高冲蚀实验精度；
(3)可以通过失重法量化弯管的各个部位的实际冲蚀速率，为弯管的实际生产提供指导；
(4)与现有冲蚀实验弯管相比，具有结构紧凑、测试点多且全面、误差小等优点，应用范围广泛。
附图说明：
图1为本发明结构示意图，其中，可拆卸弯管外拱1、可拆卸弯管内拱2、卡箍3、铂电极4、参比电极5、电化学工作站6、单组份室温固化硅橡胶10，连接线11；
图2为本发明实验弯管结构示意图；
图3为本发明实验弯管剖视图；
图4为本发明可拆卸弯管外拱结构示意图；
图5为本发明可拆卸弯管内拱结构示意图；
图6为本发明试片、螺杆、螺母连接结构示意图，其中，试片7、螺杆8、螺母9。
具体实施方式:
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1所示，本发明涉及一种配置阴极保护装置的冲蚀实验弯管，包括可拆卸弯管外拱1，可拆卸弯管内拱2，卡箍3，铂电极4，参比电极5，电化学工作站6，实验试片7，螺杆8，螺母9，单组份室温固化硅橡胶10和连接线11；实验前将螺杆8与试片7拧紧，将螺杆8穿过弯管外拱1和内拱2上的小孔并用螺母9固定，将缝隙处用硅橡胶10填充，再将弯管外拱1和内拱2用硅橡胶10密封粘接，用卡箍3固定；最后将螺杆8一字横槽端部、铂电极4和参比电极5通过连接线11接入电化学工作站6。
本实施例中可拆卸弯管外拱1和内拱2通过硅橡胶10密封粘接并用卡箍3固定。
本实施例中试片7通过螺杆8和螺母9连接固定在弯管内壁，用硅橡胶10填充缝隙并起到一定的固定作用。
本实施例中螺杆8一字横槽端部、铂电极4和参比电极5通过连接线11接入电化学工作站6。实验试片7、铂电极4和参比电极5均与冲蚀介质接触，其中，铂电极4接电化学工作站6正极，实验试片7接电化学工作站6负极。电化学工作站6向实验试片7表面施加一个外加电流，使实验试片7成为阴极，从而实现对试片7的保护。其工作过程是一个负反馈放大——输出系统，与试片7构成闭环调节，通过参比电极5测量试片7电位，作为取样信号与控制信号进行比较，从而调节极化电流输出，使试片7电位保持在设定控制电位上。
本实施例中试片7实验前处理流程：初始试片7加工成8mm×6mm×5mm，工作面积s约为48mm2。将试片7工作面用240#、600#和1000#水磨砂纸依次打磨，经丙酮清洗后用无水乙醇除水，将试片7置于干净滤纸上用冷风吹干后，放入试片盒中，然后在真空干燥箱中干燥24h后称重(精确到0.01mg)。称重时，对试片7称量5次，去掉最大值和最小值后取平均值，作为试片7实验前重量，并用游标卡尺测量打磨后试片7的尺寸。
本实施例中试片7实验后处理流程：实验结束取出试片7，清除表面杂质，经过无水乙醇除水后使用高精度电子天平称重(称重方法同上)。计算其冲蚀失重速率。
本实施例中冲蚀失重速率计算方法如下：
失重法计算得到的冲蚀速率为平均冲蚀速度，因此失重法比较适合用来测定平均的冲蚀速度，但不适用于测定瞬时冲蚀速度。冲蚀速率的计算如公式1所示：
式中：
v：用重量变化表示的冲蚀速率，g/(m2h)；
△w：试片7冲蚀前后平均失重，g；
s：试片7工作面积，m2；
t：实验时间，h；
ρ：碳钢的密度，g/cm3。
式(1)计算得到的冲蚀速度并不能用来表示金属表面的冲蚀损耗深度，即使是均匀冲蚀，也无法表示金属的冲蚀深度，这是因为不同金属的材料密度存在差异。为了表示不同金属的冲蚀深度，可用深度法表征冲蚀速度。用重量表示的冲蚀速度可以换算成用深度表示的冲蚀速率，换算如公式(2)所示：
式中：
kd：用冲蚀深度表示的冲蚀速度，mm/a；
ρ：试片7的密度，g/cm3；
v：用重量变化表示的冲蚀速率，g/(m2h)；
s：试片7的工作面积，m2；
t：冲蚀进行的时间，h。
从上述实施例中可以看出用此弯管来研究冲蚀，更加方便，弯管可重复使用，减少研究的成本，使用此弯管安装试片7，可以通过失重法量化弯管的各个部位的实际冲蚀情况，为弯管的优化设计提供指导。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。