一种动态模拟垢下腐蚀的实验方法及其装置制造方法
【专利摘要】本发明属于材料腐蚀与防护实验【技术领域】，涉及一种动态模拟垢下腐蚀的实验方法及其装置。提供的实验方法能在两个试片间模拟电偶效应，且能实现腐蚀失重测量、表面形貌观察，适用于垢下腐蚀动态模拟实验研究。其实验装置包括主体环形夹具和扇形辅助试片；主体环形夹具中心位置设有圆形空心孔和相对应的豁口，主体环形夹具和外接驱动轴通过豁口连接固定；主体环形夹具底部设有凹槽，将电导线置于凹槽内连接两个实验试片；每两个实验试片间采用扇形辅助试片实现物理隔离；可调节辅助试片的厚度，使其与实验试片间的厚度差等于实验要求的垢层厚度。本发明具有实验方法可靠，可信度高，装置结构简单，方便实用的优点。
【专利说明】一种动态模拟垢下腐蚀的实验方法及其装置
【技术领域】
[0001]本发明属于材料腐蚀与防护实验【技术领域】，涉及一种动态模拟垢下腐蚀的实验方法及其装置。主要适用于评价不同砂垢沉积状况下金属管材的腐蚀状况，尤其对因砂垢在金属材料表面不均匀造成的电偶效应的模拟，以及加入缓蚀剂后对缓蚀剂作用效果的评价。
【背景技术】
[0002]金属材料在服役过程中常会与周围的环境发生化学和电化学作用，引发腐蚀风险，其中油气输送管道的特殊环境会产生C02、H2S等腐蚀性气体，且伴随有微生物的砂垢沉积，形成复杂介质环境下的垢下腐蚀，导致油气输送管道泄漏失效。
[0003]而这类垢下腐蚀往往兼有电化学腐蚀的特征，成垢金属表面和未成垢金属表面电位差不同造成电偶效应，垢层厚度不同金属表面腐蚀行为亦不同。由于砂垢的隔离、吸收等作用，缓蚀剂有时不能对垢下部分的基体起到很好的保护作用，垢层与缓蚀剂二者共存时，金属表面的腐蚀行为变得更加复杂。传统的模拟垢下腐蚀以电化学实验方法为主，且可能出现对工作电极上垢层质量的控制不一致的情况，从而导致研究结果的可重复性差可信度低。本实验方法和装置就是为实验室动态模拟垢下腐蚀状况而发明设计的，且可以将该装置置于高温高压动态反应釜中，模拟不同的环境参数。目前，还没有这种可以进行动态高温高压模拟的实验方法和装置，一种垢下腐蚀实验支架及其实验方法(申请号:ZL201210144586.X)主要关注的是垢下腐蚀条件下的电化学腐蚀测试，不能实现因垢层厚度不同导致的电偶效应和高温高压下的动态模拟。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种动态模拟垢下腐蚀的实验方法及其装置，主要针对不同砂垢沉积状况下金属管材的腐蚀状况，尤其对因砂垢在金属材料表面不均匀造成的电偶效应的模拟，以及加入缓蚀剂后对缓蚀剂作用效果的评价。
[0005]本发明所述的一种动态模拟垢下腐蚀的实验装置，包括主体环形夹具和扇形辅助试片。主体环形夹具正视截面呈双凹形，中心位置设有圆形空心孔和2个相应的豁口，实现主体环形夹具与外接驱动轴之间的连接固定，圆形空心孔的尺寸与外接驱动轴的尺寸一致；主体环形夹具底部设有凹槽，将电导线置于凹槽内可实现两个扇形实验试片间的电连接，凹槽尺寸与实验用电导线尺寸一致。
[0006]两个扇形实验试片间通过扇形辅助试片物理隔离，空隙位置采用704硅橡胶密封，使扇形实验试片的工作面接触腐蚀性介质而扇形实验试片的其余位置与腐蚀性介质隔离。扇形辅助试片可根据实验要求进行厚度调整，使扇形实验试片与扇形辅助试片厚度差等于垢层厚度。
[0007]本发明所述的主体环形夹具和扇形辅助试片均采用聚四氟乙烯耐蚀材料制成。
[0008]本发明所述的一种动态模拟垢下腐蚀的实验装置所用的实验方法，包括以下步骤:实验前，将工作面打磨后的4个扇形实验试片置于主体环形夹具内，工作面暴露在上，其余位置添加扇形辅助试片，空隙位置用704硅橡胶密封，将封好的试片在干燥处静置12小时以上待硅胶干燥；将I根电导线置于凹槽内，使其两端裸露处与2个扇形实验试片底部连接，并用导电胶带固定密封，模拟因砂垢在金属材料表面不均匀造成的电偶效应。实验中，根据需要在扇形实验试片表面放置不同厚度的垢层；为保证扇形实验试片表面的砂垢可以沉积良好，先静置2天，然后开始高温高压动态实验。实验结束后，利用扇形实验试片进行腐蚀失重测量和表面形貌观察。
[0009]本发明具有以下优点:适用于垢下腐蚀实验研究，如油气输送管道的CO2腐蚀、H2S腐蚀、砂及垢层沉积处金属的腐蚀和缓蚀剂性能评价等，尤其可以进行对于因砂垢分布不均匀引起的电偶效应的模拟，并且可以调节垢层的厚度；本装置结构简单，实验方法可靠，步骤合理，可重复性高，可操作性强。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1为动态模拟垢下腐蚀实验装置主体环形夹具的俯视图；
[0011]图2为动态模拟垢下腐蚀实验装置主体环形夹具的截面图；
[0012]图3为动态模拟垢下腐蚀实验装置辅助试片/实验试片的俯视图；
[0013]其中:1、主体环形夹具；2、扇形辅助试片；3、圆形空心孔；4、豁口 ；5、凹槽。
【具体实施方式】
[0014]下面结合具体实施例对本发明做进一步详细描述。
[0015]针对某海底输油管线的环境参数，设计两组实验，一组静态一组动态。动态实验所用试片为经过专门的制垢实验制得的砂垢沉积试样，以保证沉积的砂在模拟流速为0.5m/s条件下依然可以保持住。每组实验中有四块试片，其中一块表面无砂，一块表面全部被砂覆盖；另外两块试片底部用铜导线相连，模拟电偶效应，这两块也是一块表面无砂，一块表面全部被砂覆盖。实验温度为80°C，CO2分压为0.8MPa，实验溶液为该油田采出水模拟溶液。
[0016]实验装置采用动态模拟垢下腐蚀的实验装置，如图1、图2所示，主要包括主体环形夹具I和扇形辅助试片2 ;主体环形夹具I正视截面呈双凹形，中心位置设有圆形空心孔3和两个相应的豁口 4，实现主体环形夹具I与外接驱动轴之间的连接固定，圆形空心孔3的尺寸与外接驱动轴的尺寸一致；主体环形夹具I底部设有凹槽5，将电导线置于凹槽5内实现两个扇形实验试片间的电连接；两个扇形实验试片间通过扇形辅助试片2物理隔离。
[0017]实验前，将扇形试片的工作面用砂纸逐级打磨至800#，然后将4块扇形实验试片和扇形辅助试片2间隔开摆放到主体环形夹具I中，其中两个扇形辅助试片2底部用铜导线电连接，接口处用导电胶带固定，缝隙位置用704硅橡胶密封，如图3所示。将封好的试片于干燥处静置12小时。实验中，根据需要在扇形实验试片表面放置不同厚度的垢层；为保证扇形实验试片表面的砂垢可以沉积良好，先静置2天，然后开始高温高压动态实验。实验结束后，利用实验试片进行腐蚀失重测量和表面形貌观察。
【权利要求】
1.一种动态模拟垢下腐蚀的实验装置，其特征在于:包括主体环形夹具(I)和扇形辅助试片(2);所述主体环形夹具(I)正视截面呈双凹形，中心位置设有圆形空心孔(3)和两个相应的豁口(4)，实现主体环形夹具(I)与外接驱动轴之间的连接固定，圆形空心孔(3)的尺寸与外接驱动轴的尺寸一致；所述主体环形夹具(I)底部设有凹槽(5)，将电导线置于凹槽(5)内实现两个扇形实验试片间的电连接。
2.根据权利要求1所述的一种动态模拟垢下腐蚀的实验装置，其特征在于:所述主体环形夹具(I)底部的凹槽(5)尺寸与实验用电导线尺寸一致。
3.根据权利要求1所述的一种动态模拟垢下腐蚀的实验装置，其特征在于:两个扇形实验试片间通过扇形辅助试片(2)物理隔离，空隙位置采用704硅橡胶密封，使扇形实验试片的工作面接触腐蚀性介质而扇形实验试片的其余位置与腐蚀性介质隔离。
4.根据权利要求1所述的一种动态模拟垢下腐蚀的实验装置，其特征在于:所述扇形辅助试片(2)可根据实验要求进行厚度调整，使扇形实验试片与扇形辅助试片(2)厚度差等于垢层厚度。
5.根据权利要求1所述的一种动态模拟垢下腐蚀的实验装置，其特征在于:所述主体环形夹具(I)和扇形辅助试片(2 )采用聚四氟乙烯耐蚀材料制成。
6.根据权利要求1至5所述的一种动态模拟垢下腐蚀的实验装置所采用的实验方法，其特征在于:实验前，将工作面打磨后的4个扇形实验试片置于主体环形夹具(I)内，工作面暴露在上，其余位置添加扇形辅助试片(2)，空隙位置用704硅橡胶密封，将封好的试片在干燥处静置12小时以上待硅胶干燥；将I根电导线置于凹槽(5)内，使其两端裸露处与2个扇形实验试片底部连接，并用导电胶带固定密封，模拟因砂垢在金属材料表面不均匀造成的电偶效应。
7.根据权利要求6所述的一种动态模拟垢下腐蚀的实验装置及其实验方法，其特征在于:实验中，根据需要在扇形实验试片表面放置不同厚度的垢层；为保证扇形实验试片表面的砂垢可以沉积良好，先静置2天，然后开始高温高压动态实验。
8.根据权利要求6所述的一种动态模拟垢下腐蚀的实验装置及其实验方法，其特征在于:实验结束后，利用扇形实验试片进行腐蚀失重测量和表面形貌观察。
【文档编号】G01N17/00GK103884639SQ201410140949
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年4月10日 优先权日:2014年4月10日
【发明者】张雷, 刘英坤, 崔伟, 唐德志, 黄金营, 路民旭, 许立宁 申请人:北京科技大学