评估100℃～150℃热网系统中不锈钢耐点蚀能力的装置的制作方法

评估100
℃
～150
℃
热网系统中不锈钢耐点蚀能力的装置
技术领域
1.本实用新型属于供热管网系统中材料腐蚀行为研究领域，具体涉及一种用于评估100℃～150℃热网系统中不锈钢耐点蚀能力的装置。


背景技术：

2.供热管网是冬季保障居民供热的重要设备，供热管网的稳定运行对保障民生具有重要意义。供热管网中换热管或换热板通常使用不锈钢材质，在该环境中点蚀是其主要的失效形式。供热管网系统水量大，通常补水水源也比较复杂。而且相比于循环水系统，热网系统的温度更高，不锈钢发生点蚀的风险更大。换热管或者换热板一旦发生点蚀泄漏后，不仅造成优质水源流失，如果泄漏严重后导致两侧压差不稳定，甚至会导致换热器退出运行，影响整体供热的稳定性。
3.不锈钢点蚀是卤素离子(主要是cl-)在不锈钢表面某些位置引起钝化膜局部破坏的腐蚀行为，具有较强的破坏性。不锈钢点蚀的发生受到材料及环境两方面因素的共同影响。从材料的角度讲，提高不锈钢耐点蚀性能最有效的元素是铬、钼、氮、镍等，不同牌号的不锈钢含有的元素比例不同，其耐点蚀能力也不相同。从环境的角度看，点蚀主要受到氯离子浓度、温度、ph值、so
42-浓度等因素的影响。不锈钢点蚀对介质环境中的cl-浓度特别敏感，cl-可吸附在不锈钢表面，导致钝化膜的不均匀破坏。一般认为只有当cl-达到一定临界浓度时才发生点蚀。因此测定不锈钢发生点蚀的临界氯离子浓度对于指导热网循环水水质指标设定具有重要意义。
4.通过电化学测试可以对不锈钢点蚀行为进行快速表征，测试不锈钢耐点蚀性能的电化学方法一般包括动电位极化曲线测试、恒电位测试和临界点蚀温度测试。其中动电位极化曲线测试和恒电位测试可以表征不锈钢在某种溶液条件下的点蚀情况，临界点蚀温度测试是通过控制环境温度线性升高同时对不锈钢进行恒电位极化，当不锈钢电流密度突然增大时，此时的环境温度为不锈钢的临界点蚀温度。通过动电位极化曲线和恒电位测试的方式可以分析不锈钢在某种氯离子浓度条件下的点蚀敏感性，但是为了找到临界值，往往需要配制含有不同浓度氯离子的溶液并进行多次试验，逐渐找到临界值，试验耗时较长。目前市场上没有相对简易的测试不锈钢点蚀临界氯离子浓度的装置。


技术实现要素：

5.为了解决上述现有技术存在的难题，本实用新型的目的在于提供一种能够快速测量不锈钢点蚀临界氯离子浓度的装置及其使用方法。本装置可以测试 95℃以下环境中，不锈钢发生点蚀的临界氯离子浓度为热网循环水水质标准设定提供参考。
6.为了达到以上的目的，本实用新型采用如下技术方案：
7.一种评估100℃～150℃热网系统中不锈钢耐点蚀能力的装置，包括电化学测试容器、储存于浓液箱和参比电极容器，
8.所述电化学测试容器外包裹有恒温加热套；所述电化学测试容器内装有热网水模
拟液；电化学测试容器内底部设置有搅拌桨；搅拌桨附近设置有氯离子浓度调节液加入口；所述电化学测试容器上设置铂片电极、不锈钢工作电极和盐桥；盐桥跨接于电化学测试容器和参比电极容器之间；
9.所述浓液箱内装有nacl溶液，所述浓液箱通过管道与所述氯离子浓度调节液加入口连接；
10.所述盐桥的另一端伸入参比电极容器内，参比电极容器内装有kcl溶液，参比电极容器上还设置有参比电极。
11.所述铂片电极端部、不锈钢工作电极端部和盐桥的一端部均设置于热网水模拟液的液面以下；
12.盐桥的另一端部和参比电极的端部置于kcl溶液液面以下。
13.所述管道上设置有剂量泵。
14.所述电化学测试容器顶部分别设置有溶液注入口、排气口和电极测试口，所述铂片电极，不锈钢工作电极和盐桥设置在所述电极测试胶塞上。
15.所述电极测试胶塞为圆形胶塞。
16.所述恒温加热套连接有温度控制器。
17.一种评估100℃～150℃热网系统中不锈钢耐点蚀能力的装置的使用方法，包括以下步骤：
18.将热网水模拟液注入电化学测试容器中，调节恒温加热套的温度；将nacl 溶液注入浓液箱内，将铂片电极、不锈钢工作电极和盐桥插入电化学测试容器中，向参比电极容器中注入kcl溶液，放入参比电极；
19.开启搅拌桨，以恒定速率旋转，对电化学测试容器中的溶液进行搅拌；测试不锈钢工作电极的开路电位，当开路电位稳定后，记录此时的电极电位e0；对不锈钢工作电极施加阳极恒电位极化，记录阳极极化电位，并记录工作电极电流密度；以恒定的加药速率将nacl溶液注入电化学测试容器内；当记录到工作电极电流密度有明显升高后，终止电化学试验组测试；
20.根据工作电极电流密度明显升高的时间、计量泵流量计算电化学测试容器内氯离子浓度升高曲线；计算出工作电极在恒电位极化过程中电流密度突然增大时热网水模拟液的理论氯离子浓度ce。
21.还包括空白组实验：
22.试验过程中全程关闭计量泵，温度、搅拌桨转速等参数与试验组完全一致，试验相同时间后，对电化学测试容器内的溶液进行取样，通过离子色谱法分析其中氯离子浓度c0；不锈钢在该水质特点条件下的临界离子浓度为ce+c0。
23.本实用新型与现有技术相比，具有以下优点：
24.本装置在使用过程中考虑到温度对参比电极稳定性的影响，使用盐桥将参比电极和测试溶液分开，使得参比电极在常温下使用，测试结果更稳定。同时，考虑到盐桥对电化学测试溶液中氯离子浓度的影响，本实用新型对最终氯离子浓度的结果进行了修正。本装置使用热网水模拟液为测试溶液，充分考虑不锈钢点蚀的影响因素包括ph值和so
42-浓度。考虑的影响因素较全面，所得到的不锈钢点蚀临界氯离子浓度更接近真实值。在该过程中通过恒电位的方式实时测量不锈钢电极的电流密度，该种测试方法可以通过一次电化学测
量，在较短时间内测得不锈钢在热网模拟液中发生点蚀的临界氯离子浓度。
25.本实用新型中在电化学测量容器底部设置有高精度的计量泵，能够在电化学测试过程中线性增加电化学测试溶液中氯离子浓度。
附图说明
26.在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本实用新型公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本实用新型的理解，并不是具体限定本实用新型各部件的形状和比例尺寸。在附图中：
27.图1为本实用新型一种评估100℃～150℃热网系统中不锈钢耐点蚀能力的装置示意图。
具体实施方式
28.为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型中的技术方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。
29.需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施例。
30.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
31.本实用新型一种评估100℃～150℃热网系统中不锈钢耐点蚀能力的装置，包括电化学测试容器2、储存于浓液箱7和参比电极容器15，
32.所述电化学测试容器2外包裹有恒温加热套1；所述电化学测试容器2内装有热网水模拟液3；电化学测试容器2内底部设置有搅拌桨4；搅拌桨4附近设置有氯离子浓度调节液加入口5；所述电化学测试容器2上设置铂片电极9、不锈钢工作电极10和盐桥11；盐桥11跨接于电化学测试容器2和参比电极容器 15之间；
33.所述浓液箱7内装有nacl溶液8，所述浓液箱7通过管道与所述氯离子浓度调节液加入口5连接；
34.所述盐桥11的另一端伸入参比电极容器15内，参比电极容器15内装有 kcl溶液16，参比电极容器15上还设置有参比电极14。
35.其中，为了确保测试准确性，所述铂片电极9端部、不锈钢工作电极10端部和盐桥11的一端部均设置于热网水模拟液3的液面以下；盐桥11的另一端部和参比电极14的端部置于kcl溶液16液面以下。
36.本实用新型中设计有高精度的计量泵，能够在电化学测试过程中线性增加电化学
测试溶液中氯离子浓度。在该过程中通过恒电位的方式实时测量不锈钢电极的电流密度，该种测试方法可以通过一次电化学测量，在较短时间内测得不锈钢在热网模拟液中发生点蚀的临界氯离子浓度。本实用新型使用盐桥将参比电极和测试溶液分开，使得参比电极在常温下使用，测试结果更稳定。本装置使用热网水模拟液为测试溶液，充分考虑不锈钢点蚀的影响因素包括ph值和 so
42-浓度。考虑的影响因素较全面，所得到的不锈钢点蚀临界氯离子浓度更接近真实值。
37.一种评估100℃～150℃热网系统中不锈钢耐点蚀能力的装置的使用方法，包括以下步骤：
38.将热网水模拟液3注入电化学测试容器2中，调节恒温加热套1的温度；将nacl溶液8注入浓液箱7内，将铂片电极9、不锈钢工作电极10和盐桥插入电化学测试容器2中，向参比电极容器15中注入kcl溶液16，放入参比电极 14；
39.开启搅拌桨4，以恒定速率旋转，对电化学测试容器2中的溶液进行搅拌；测试不锈钢工作电极10的开路电位，当开路电位稳定后，记录此时的电极电位 e0；对不锈钢工作电极10施加阳极恒电位极化，记录阳极极化电位，并记录工作电极电流密度；以恒定的加药速率将nacl溶液8注入电化学测试容器2内；当记录到工作电极电流密度有明显升高后，终止电化学试验组测试；
40.根据工作电极电流密度明显升高的时间、计量泵流量计算电化学测试容器内氯离子浓度升高曲线；计算出工作电极在恒电位极化过程中电流密度突然增大时热网水模拟液的理论氯离子浓度ce。
41.还包括空白组实验：
42.试验过程中全程关闭计量泵，温度、搅拌桨转速等参数与试验组完全一致，试验相同时间后，对电化学测试容器内的溶液进行取样，通过离子色谱法分析其中氯离子浓度c0；不锈钢在该水质特点条件下的临界离子浓度为ce+c0。
43.结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步说明。
44.如图1所示，一种用于测试热网环境中不锈钢点蚀临界氯离子浓度的装置，该装置包括电化学测试容器2，电化学测试容器2外包裹有恒温加热套1，恒温加热套1通过温度控制器18控制电化学测试容器的温度。电化学测试容器2底部设置有搅拌桨4，在电化学测试过程中搅拌桨保持匀速搅拌。搅拌桨附近设置有氯离子浓度调节液加入口5。浓度为1mol/l的nacl溶液8，储存于浓液箱7 内，由剂量泵6匀速地注入电化学测量容器2中。
45.电化学测试容器2顶部分别设置有溶液注入口12、排气口13和电极测试口 17。其中溶液注入口12用于注入热网水模拟液3，在测试过程中排气口13用于排出气体。电极测试胶塞17使用圆形胶塞制作，中间分别设置有铂片电极9，不锈钢工作电极10和盐桥11。盐桥跨接于电化学测试容器2和参比电极容器 15之间，参比电极14放置于3mol/l kcl溶液16中。
46.一种能够快速测量不锈钢点蚀临界氯离子浓度的装置的使用方法如下：通过溶液注入口12将配置好的热网水模拟液3注入电化学测试容器2中，利用温度控制器18调节恒温加热套1的温度，控制电化学测试容器的温度至目标值。将1mol/l nacl溶液8注入浓液箱7内。将铂片电极9、不锈钢工作电极10和盐桥插入电极测试胶塞17中。向参比电极容器15中注入适量3mol/l kcl溶液，放入参比电极14。开启搅拌桨4，以恒定速率旋转，对电化学测试
容器2中的溶液进行搅拌。测试不锈钢工作电极10的开路电位，当开路电位稳定后，记录此时的电极电位e0。对不锈钢工作电极施加阳极恒电位极化，阳极极化电位为 e0+0.944v，并通过电化学工作站记录工作电极电流密度。与此同时，开启计量泵6，以恒定的加药速率将1mol/l nacl溶液8注入电化学测试容器2内。当记录到工作电极电流密度有明显升高，超过100μa/cm2后，终止电化学测试，同时关闭计量泵6。根据工作电极电流密度明显升高的时间、计量泵流量计算电化学测试容器内氯离子浓度升高曲线。计算出工作电极在恒电位极化过程中电流密度突然增大时热网水模拟液的理论氯离子浓度ce。
47.由于盐桥长时间浸泡后，会引起溶液氯离子浓度一定幅度升高，试验过程中应做空白组实验，试验过程中全程关闭计量泵，温度、搅拌桨转速等参数与试验组完全一致，试验相同时间后，对电化学测试容器内的溶液进行取样，通过离子色谱法分析其中氯离子浓度c0。最终，该种不锈钢在该水质特点条件下的临界离子浓度为ce+c0。
48.热网水模拟液配制过程中，应考虑目标体系的ph值、so
42-浓度。最好使用热网补水为基础液进行调配。
49.需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的和区别类似的对象，两者之间并不存在先后顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
50.应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施例和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照前述权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为申请人没有将该主题考虑为所公开的实用新型主题的一部分。