一种交直流混合干扰下金属管道腐蚀实验装置与方法与流程

本发明涉及杂散电流腐蚀与防护领域，具体涉及一种交直流混合干扰下金属管道腐蚀实验装置与方法。

背景技术：

杂散电流是指在设计或规定回路以外流动的电流，杂散电流对材料造成的腐蚀称为杂散电流腐蚀。我国铁路、交直流高压输电线路、石油与天然气输送管道的里程正在不断增多，三者集中区域正在不断扩大，其中铁路线上泄漏出的直流电流会对管道造成直流杂散电流腐蚀，交流高压线路排流与及感应的交流电流会对管道造成交流杂散电流腐蚀，在铁路、交流高压线路、石油与天然气输送管道的集中区域，直流杂散电流与交流杂散电流的共同干扰下会形成复杂的杂散电流腐蚀环境，对埋地金属管道造成交直流混合杂散电流腐蚀。

杂散电流从管道中流入，说明电子从管道流出，此处管道属于阳极区，发生杂散电流电解腐蚀；杂散电流流出管道，说明电子从此处流入，此处管道属于阴极区，当阴极区电位负至析氢电位时，此处管道会发生氢脆腐蚀。因此无论是阳极区还是阴极区，管道都存在发生腐蚀的风险。其中交流电流的电流方向在周期性的发生变化，因此相比于交流电流，直流电流的阴极腐蚀和阳极腐蚀特性会更加明显，目前单独针对交流或者直流杂散电流的研究装置与方法较多，但是对于交直流混合杂散电流干扰腐蚀目前还少有研究，研究装置与方法上还存在诸多不足，现有的实验装置只设置了一个反应池，因此只能单一的进行阳极区或者阴极区的实验，并不能完整研究杂散电流阳极区和阴极区的腐蚀过程。

现有的杂散电流腐蚀实验装置与方法，通常采用一台直流电源，一台交流电源，一套电化学测试系统，实验时研究对象同时处于交流或者直流的阴极区和阳极区，是由直流干扰还是交流干扰导致的实验结果无法判断，同时在杂散电流实验过程中，阳极区和阴极区同时在参与反应，一台电化学测试系统也不能同时测试阴极区和阳极区的实验结果。

由于杂散电流腐蚀实验与ph、氧气含量、交流电流与直流电流的相互干扰密切相关，现有的实验装置对于ph、氧气含量、交流电流与直流电流的相互干扰等因素并没有做到较好的控制，实验精度不高。

整体而言，目前对杂散电流的研究大多还处在对直流或者交流杂散电流的单独研究上，对于交直流混合杂散电流腐蚀的研究较少，同时研究装置与方法上还存在许多的不足，许多腐蚀机理还没有形成清晰的认识。

技术实现要素：

基于上述问题，本发明的目的在于提供一种交直流混合干扰下金属管道腐蚀实验装置与方法，通过该装置与方法可以对交直流混合干扰下的金属管道腐蚀过程进行实验研究，可以根据杂散电流腐蚀特性研究杂散电流干扰下管道阴极区和阳极区的腐蚀过程，可以利用电化学测试系统a和电化学测试系统b同时测试阴极区和阳极区的腐蚀过程；通过该装置与方法能更好地研究交直流混合干扰下金属管道的腐蚀机理，为交直流混合干扰下金属管道的腐蚀防护提供理论依据。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种交直流混合干扰下金属管道腐蚀实验装置与方法是由金属试片a、金属试片b、阳极池、阴极池、直流电流干扰回路、交流电流干扰回路a、交流电流干扰回路b、电化学测试系统a、电化学测试系统b、充排气系统a、充排气系统b组成。直流电流干扰回路连接阴极池、阳极池和直流电源；阴极池与交流电流干扰回路a、电化学测试系统a、充排气系统a、以及金属试片a连接；阳极池与交流电流干扰回路b、电化学测试系统b、充排气系统b、以及金属试片b连接。

阴极池是由与直流电源负极连接的容器a及其里面的电解液a组成，阴极池用于研究交直流混合干扰下金属管道阴极区的腐蚀过程。

阳极池是由与直流电源正极连接的容器b及其里面的电解液b组成，阳极池用于研究交直流混合干扰下金属管道阳极区的腐蚀过程。

直流干扰回路是由直流电源、导线、开关c、电感元件、石墨棒c、石墨棒d、金属试片a、金属试片b、滑动变阻器、电流表c、电解液a、电解液b组成。直流电源负极连接有导线，导线末端连接石墨棒c，石墨棒c没入容器a的电解液a中；直流电源正极连接有导线，导线依次连接有开关c和电感元件，导线末端连接有石墨棒d，石墨棒d没入容器b的电解液b中；容器a和容器b中分别放置有金属试片a和金属试片b，金属试片a和金属试片b之间通过导线连接，同时导线还依次连接有滑动变阻器和电流表c，电解液a和电解液b可以导电，上述连接即构成直流电流干扰回路。

交流电流干扰回路a是由交流电源a、电容元件a、电流表a、开关a、金属试片a、石墨棒a、保险丝a、导线、容器a、电解液a组成。交流电源a的左端接口连接有导线，导线依次连接有保险丝a和石墨棒a，石墨棒a没入容器a的电解液a中；交流电源a的右端接口连接有导线，导线依次连接有电容元件a、电流表a、开关a、金属试片a；电解液a作为工作介质，上述连接即构成阴极池的交流电流干扰回路a，交流电流干扰回路a为金属试片a提供交流干扰电流。

交流电流干扰回路b是由交流电源b、电容元件b、电流表b、保险丝b、开关b、金属试片b、石墨棒b、导线、容器b、电解液b组成。交流电源b的右端接口连接有导线，导线末端连接有石墨棒b，石墨棒b没入容器b的电解液b中；交流电源b的左端接口连接有导线，导线依次连接有电容元件b、电流表b、保险丝b、开关b、金属试片b；电解液b作为工作介质，上述连接即构成阳极池的交流电流干扰回路b，交流电流干扰回路b为金属试片b提供交流干扰电流。

电化学测试系统a由电化学工作站a、工作电极a、参比电极a、辅助电极a、导线组成。电化学工作站a的we接口连接有导线，导线末端连接金属试片a，构成工作电极a；电化学工作站a的re接口连接有导线，导线末端连接参比电极a；电化学工作站a的ce接口连接有导线，导线末端连接辅助电极a；上述连接构成电化学测试系统a，通过电化学测试系统a可以测定金属试片a腐蚀过程中的电化学参数。

电化学测试系统b由电化学工作站b、工作电极b、参比电极b、辅助电极b、导线组成。电化学工作站b的we接口连接有导线，导线末端连接金属试片b，构成工作电极b；电化学工作站b的re接口连接有导线，导线末端连接参比电极b；电化学工作站b的ce接口连接有导线，导线末端连接辅助电极b；上述连接构成电化学测试系统b，通过电化学测试系统b可以测定金属试片b腐蚀过程中的电化学参数。

充排气系统a由充气装置a、橡胶塞a、进气管a、排气管a组成。充气装置a连接进气管a，进气管a穿过橡胶塞a没入电解液a中，排气管a下端高于电解液a液面，排气管a上端穿过橡胶塞a与外界空气接触，即形成充排气系统a。

充排气系统b由充气装置b、橡胶塞b、进气管b、排气管b组成。充气装置b连接进气管b，进气管b穿过橡胶塞b没入电解液b中，排气管b下端高于电解液b液面，排气管b上端穿过橡胶塞b与外界空气接触，即形成充排气系统b。

金属试片a和金属试片b为10mm×10mm×3mm的方形试样，金属试片a和金属试片b均保留一个10mm×10mm的面作为工作面，其余面都由环氧树脂密封。

本发明的有益效果如下：

(1)本发明提出的一种交直流混合干扰下金属管道腐蚀实验装置与方法，通过该装置与方法可以对交直流混合干扰下的金属管道腐蚀进行实验研究。

(2)本发明基于直流杂散电流干扰下的阳极区和阴极区腐蚀特性，设计了阴极反应池和阳极反应池，可以研究直流杂散电流干扰下阴极区和阳极区的腐蚀过程。

(3)本发明基于阳极区和阴极区的反应同时进行，通过设计的两套电化学测试系统，可以同时测量阴极区和阳极区的腐蚀电化学信息。

(4)本发明通过设计的一台直流电源，两台交流电源，可以单独研究直流杂散电流干扰下的阳极区和阴极区，提高了实验精度。

(5)本发明通过设计的充气系统、电感元件、电容元件、保险丝，可以减少电流间的相互干扰，提高了实验的准确性和安全性。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图1中：1—交流电源a，2—导线，3—直流电源，4—开关c，5—电感元件，6—交流电源b，7—电容元件b，8—电流表b，9—保险丝b，10—开关b，11—容器b，12—石墨棒d，13—石墨棒b，14—电解液b，15—橡胶塞b，16—充气装置b，17—进气管b，18—排气管b，19—金属试片b，20—参比电极b，21—辅助电极b，22—滑动变阻器，23—充气装置a，24—进气管a，25—橡胶塞a，26—电解液a，27—石墨棒c，28—石墨棒a，29—容器a，30—电流表c，31—保险丝a，32—排气管a，33—参比电极a，34—辅助电极a，35—金属试片a，36—电容元件a，37—电流表a，38—开关a，39—电化学工作站a，40—电化学工作站b。

具体实施方式

为使本发明要解决的问题、技术方案和优点更加的清楚，下面结合图1进行详细描述。一种交直流混合干扰下金属管道腐蚀实验装置与方法是由金属试片a35、金属试片b19、阳极池、阴极池、直流电流干扰回路、交流电流干扰回路a、交流电流干扰回路b、电化学测试系统a、电化学测试系统b、充排气系统a、充排气系统b组成。直流电流干扰回路连接阴极池、阳极池和直流电源3；阴极池与交流电流干扰回路a、电化学测试系统a、充排气系统a、以及金属试片a35连接；阳极池与交流电流干扰回路b、电化学测试系统b、充排气系统b、以及金属试片b19连接。

将金属试片a35与金属试片b19加工成10mm×10mm×3mm的方形试样，金属试片a35与金属试片b19均保留一个10mm×10mm的面作为工作面，其余面由环氧树脂密封。

在容器a29和容器b11中分别倒入电解液a26和电解液b14，构造腐蚀环境与导电环境；从直流电源3负极接出导线2，导线2末端连接石墨棒c27，石墨棒c27没入容器a29的电解液a26中，与直流电源3负极连接的容器a29及其里面的电解液a26为阴极池；直流电源3正极接出导线2，导线2依次连接开关c4和电感元件5，导线2末端连接石墨棒d12，石墨棒d12没入容器b11的电解液b14中，与直流电源3正极连接的容器b11及其里面的电解液b14为阳极池；容器a29和容器b11中分别放置有金属试片a35和金属试片b19，金属试片a35和金属试片b19之间通过导线2连接，同时导线2还依次连接有滑动变阻器22和电流表c30，电解液a26和电解液b14可以导电，通过上述连接即构成直流电流干扰回路。

从交流电源a1的左端接口接出导线2，导线2依次连接保险丝a31和石墨棒a28，石墨棒a28没入容器a29的电解液a26中；从交流电源a1的右端接口接出导线2，导线2依次连接电容元件a36、电流表a37、开关a38、金属试片a35；电解液a26作为工作介质，通过上述连接即构成阴极池的交流电流干扰回路a，交流电流干扰回路a为金属试片a35提供交流干扰电流。

从交流电源b6的右端接口接出导线2，导线2末端连接石墨棒b13，石墨棒b13没入容器b11的电解液b14中；从交流电源b6的左端接口接出导线2，导线2依次连接电容元件b7、电流表b8、保险丝b9、开关b10、金属试片b19；电解液b14作为工作介质，通过上述连接即构成阳极池的交流电流干扰回路b，交流电流干扰回路b为金属试片b19提供交流干扰电流。

从电化学工作站a39的we接口接出导线2，导线2末端连接金属试片a35，构成工作电极a；从电化学工作站a39的re接口接出导线2，导线2末端连接参比电极a33；从电化学工作站a39的ce接口接出导线2，导线2末端连接辅助电极a34；连接完成后即构成电化学测试系统a，通过电化学测试系统a可以测定金属试片a35腐蚀过程中的电化学参数。

从电化学工作站b40的we接口接出导线2，导线2末端连接金属试片b19，构成工作电极b；从电化学工作站b40的re接口接出导线2，导线2末端连接参比电极b20；从电化学工作站b40的ce接口接出导线2，导线2末端连接辅助电极b21；连接完成后即构成电化学测试系统b，通过电化学测试系统b可以测定金属试片b19腐蚀过程中的电化学参数。

容器a29旁边放置有充气装置a23，充气装置a23连接进气管a24，进气管a24穿过橡胶塞a25没入电解液a26中，开启充气装置a23即可向容器a29中充气；排气管a32下端高于电解液a26液面，排气管a32上端穿过橡胶塞a25与外界空气接触，气体可以通过排气管a32排出，即形成一个完整的充排气系统a。

容器b11旁边放置有充气装置b16，充气装置b16连接进气管b17，进气管b17穿过橡胶塞b15没入电解液b14中，开启充气装置b16即可向容器b11中充气；排气管b18下端高于电解液b14液面，排气管b18上端穿过橡胶塞b15与外界空气接触，气体可以通过排气管b18排出，即形成一个完整的充排气系统b。