一种电偶腐蚀测试系统及其测试方法与流程

本发明涉及一种电偶腐蚀检测装置，具体涉及一种对高温高压环境下的电偶腐蚀进行测试的系统及其测试方法。

背景技术：

在石油、化工、材料等领域，同一设备或不同的设备之间经常存在两种金属处于同一高温高压腐蚀介质中的情况，若两种金属存在电位差就会因偶接导致电偶腐蚀的发生。此时，活性金属相当于阳极，钝性金属相当于阴极，活性金属就会受到快速腐蚀。每两种不同金属之间的电位差不同，其表现的电偶腐蚀倾向性也不尽相同。目前本领域还没有对高温高压环境下两种金属间的电偶腐蚀倾向性进行检测的装置或方法，无法对两种金属材料偶接后在高温高压腐蚀介质中的适用性进行评价，当两种不同金属材料间存在较大的电位差，一旦其通过腐蚀介质偶联就会因电偶腐蚀加快设备的损坏。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种电偶腐蚀测试系统及其测试方法，所述电偶腐蚀测试系统具有结构简单、操控方便、安全可靠、测试精确、适应性强的优点，解决了现有技术中无法对高温高压环境下两种金属间的电偶腐蚀倾向进行检测的问题；所述测试方法具有工艺简单、逻辑合理、可靠性高的优点。

为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供的一种电偶腐蚀测试系统，包括反应釜，所述反应釜包括釜体和釜盖，所述釜体设有外壳和内胆，外壳和内胆之间设有加热层，加热层中设有加热电阻丝，外壳和内胆的上端设有连接法兰；所述釜盖通过多个螺栓与釜体的连接法兰密封固定连接，釜盖上分别固定有伸入反应釜中的参比电极、进气管和出气管，釜盖上且处于参比电极的两侧位置还分别固定有穿线装置；所述穿线装置包括螺纹柱和锁紧螺母，螺纹柱中嵌设有聚四氟乙烯材料的密封块，密封块和螺纹柱开设有穿线孔，螺纹柱的下端与釜盖密封固定连接，釜盖与穿线孔对应的位置设有通过孔，螺纹柱和密封块的上端沿径向开设有凹槽，锁紧螺母旋装在螺纹柱的上端。

进一步的，本发明一种电偶腐蚀测试系统，其中，还包括温度压力监测装置，所述温度压力监测装置包括分布于反应釜内的温度传感器和压力传感器，以及设置于反应釜外的信息显示屏，所述信息显示屏通过信号线穿过釜盖与温度传感器和压力传感器连接。

进一步的，本发明一种电偶腐蚀测试系统，其中，还包括电压电流检测装置，所述电压电流检测装置包括零电阻电流计、万用表、第一接线端子、第二接线端子和第三接线端子，零电阻电流计和万用表并联，零电阻电流计所在支路上设有第一开关，万用表所在支路上设有第二开关，零电阻电流计和万用表的一公共端与第一接线端子连接，并在连接线路上设有第三开关，零电阻电流计和万用表的另一公共端与第二接线端子连接，并在连接线路上设有第四开关，零电阻电流计和万用表的两公共端之间串接有第五开关和第六开关，第五开关和第六开关之间的线路与第三接线端子连接。

进一步的，本发明一种电偶腐蚀测试系统，其中，所述进气管处于反应釜外的一端安装有第一控制阀，所述出气管处于反应釜外的一端安装有第二控制阀。

进一步的，本发明一种电偶腐蚀测试系统，其中，所述釜体的内胆中设有腐蚀介质，参比电极和进气管伸入反应釜中的一端均处于腐蚀介质中，出气管伸入反应釜中的一端处于腐蚀介质的液面上侧。

进一步的，本发明一种电偶腐蚀测试系统，其中，所述釜盖与釜体的连接法兰之间设有密封圈。

本发明还提供了一种利用上述系统测试两种金属电偶腐蚀的方法，包括以下步骤：

一、物料准备与设备连接：

a、采用两种待测试金属对应制作第一电偶样品和第二电偶样品，并使第一电偶样品和第二电偶样器对应焊接第一导线和第二导线；

b、让第一电偶样品和第二电偶样器置于腐蚀介质中，并使第一导线和第二导线对应从参比电极两侧的穿线装置中穿出；

c、让电压电流检测装置的第一接线端子、第二接线端子和第三接线端子对应与第一导线、第二导线和参比电极连接；并使第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关和第六开关均断开；

二、数据检测与分析判断：

d、通过釜体的加热层控制反应釜中的温度，并通过进气管和出气管控制反应釜中的压力，以使反应釜中的温度值和压力值等于设定值；

e、根据设定的检测周期，通过电压电流检测装置分别测量第一电偶样品与第二电偶样品偶联的电偶电流，以及第一电偶样品的腐蚀电位和第二电偶样品的腐蚀电位；其中，电偶电流的检测值记为数集i，第一电偶样品腐蚀电位的检测值记为数集u1，第二电偶样品腐蚀电位的检测值记为数集u2；

f、分别计算i、u1和u2中每个元素相对于前一元素的变化量，若i的变化量在±0.1mv之间，u1和u2的变化量在±50mv之间，确定该元素对应的检测值为有效值，否则，确定该元素对应的检测值为无效值；并分别计算i、u1和u2中所有有效值的平均值，对应记为

g、若则确定第一电偶样品(8)和第二电偶样品(9)之间无电偶腐蚀；若则确定第一电偶样品(8)和第二电偶样品(9)之间存在电偶腐蚀，并依据的值判断第一电偶样品(8)和第二电偶样品(9)之间的电偶腐蚀倾向性大小。

h、若则确定第一电偶样品(8)为电偶腐蚀加速方；若则确定第二电偶样品(9)为电偶腐蚀加速方；若则确定第一电偶样品(8)和第二电偶样品(9)之间无电偶腐蚀。

进一步的，本发明测试两种金属电偶腐蚀的方法，其中，在上述步骤b之前，还对腐蚀介质进行了一次除氧的工序；在步骤b之后和步骤d之前，还对腐蚀介质进行了二次除氧的工序；

所述一次除氧工序为：使反应釜处于密封状态，通过进气管向腐蚀介质中通入高纯n2除氧3～5h；

所述二次除氧工序为：使反应釜处于密封状态，通过进气管向腐蚀介质中通入高纯n2除氧0.5～1.5h。

进一步的，本发明测试两种金属电偶腐蚀的方法，其中，在上述步骤e中，所述检测周期为12～15天，其中，每天上午和下午各检测一次电偶电流、第一电偶样品的腐蚀电位和第二电偶样品的腐蚀电位。

进一步的，本发明测试两种金属电偶腐蚀的方法，其中，在上述步骤e中，所述通过电压电流检测装置分别测量第一电偶样品与第二电偶样品偶联的电偶电流，以及第一电偶样品的腐蚀电位和第二电偶样品的腐蚀电位，按以下方式实现：

测量电偶电流时，让第一开关、第三开关和第四开关闭合，通过零电阻电流计读取电偶电流的值；并在每次测量完毕后，让第一开关、第三开关和第四开关重新断开；

测量第一电偶样品的腐蚀电位时，让第二开关、第三开关和第六开关闭合，通过万用表读取第一电偶样品的腐蚀电位值；并在每次测量完毕后，让第二开关、第三开关和第六开关重新断开；

测量第二电偶样品的腐蚀电位时，让第二开关、第四开关和第五开关闭合，通过万用表读取第二电偶样品的腐蚀电位值；并在每次测量完毕后，让第二开关、第四开关和第五开关重新断开。

本发明一种电偶腐蚀测试系统及其测试方法与现有技术相比，具有以下优点：本发明通过设置反应釜，其中反应釜包括釜体和釜盖，让釜体设置外壳和内胆，在外壳和内胆之间设置加热层，在加热层中设置加热电阻丝，在外壳和内胆的上端设置连接法兰；让釜盖通过多个螺栓与釜体的连接法兰密封固定连接，在釜盖上分别固定伸入反应釜中的参比电极、进气管和出气管，在釜盖上且处于参比电极的两侧位置分别固定穿线装置；让穿线装置包括螺纹柱和锁紧螺母，在螺纹柱中嵌设聚四氟乙烯材料的密封块，在密封块和螺纹柱开设穿线孔，让螺纹柱的下端与釜盖密封固定连接，在釜盖与穿线孔对应的位置设置通过孔，并在螺纹柱和密封块的上端沿径向开设凹槽，让锁紧螺母旋装在螺纹柱的上端。由此就构成了一种结构简单、操控方便、安全可靠、测试精确、适应性强的电偶腐蚀测试系统。在实际应用中，首先制作两种待测试金属对应的第一电偶样品和第二电偶样品，使第一电偶样品和第二电偶样品对应焊接第一导线和第二导线，在括釜体的内胆中设置腐蚀介质，让第一电偶样品和第二电偶样品置于反应釜中，并使第一导线和第二导线对应从参比电极两侧的穿线装置中伸出。然后通过加热层控制反应釜中的温度，通过进气管和出气管控制反应釜中的压力，以模拟两种金属在实际服役工况下的高温高压环境。接着通过与第一导线、第二导线和参比电极连接的电压和电流测量装置，按设定的检测周期测量第一电偶样品与第二电偶样品偶联的电偶电流，以及第一电偶样品的腐蚀电位和第二电偶样品的腐蚀电位。最后根据电偶电流、第一电偶样品的腐蚀电位和第二电偶样品的腐蚀电位的测量值即可分析判断第一电偶样品和第二电偶样品的电偶腐蚀倾向性，以对两种金属材料偶接后在腐蚀介质中的适用性进行评价。本发明通过反应釜模拟高压高温环境，使测试环境与金属材料的实际服役工况贴合，可快速便捷地测试高温高压环境下两种金属间的电偶腐蚀倾向性，并保证了测量数据的可靠性和测试结果的精确度；且通过在参比电极两侧的釜盖上设置穿线装置，通过穿线装置密封固定待测试的第一电偶样品和第二电偶样品，在保证反应釜密封性能和连接便利性的基础上，通过更换不同的电偶样品可实现多组两种金属间的电偶腐蚀倾向性测试，具有较强的适应性和实用性。所述测试方法具有工艺简单、逻辑合理、测量结果可靠性高的优点。

下面结合附图所示具体实施方式对本发明一种电偶腐蚀测试系统及其测试方法作进一步详细说明：

附图说明

图1为本发明一种电偶腐蚀测试系统的结构示意图；

图2为本发明一种电偶腐蚀测试系统中穿线装置的剖视图；

图3为本发明一种电偶腐蚀测试系统中电压电流检测装置的示意图。

具体实施方式

首先需要说明的，本发明中所述的上、下、前、后、左、右等方位词只是根据附图进行的描述，以便于理解，并非对本发明的技术方案以及请求保护范围进行的限制。

如图1至图3所示本发明一种电偶腐蚀测试系统的具体实施方式，包括反应釜，反应釜包括釜体1和釜盖2。让釜体1设置外壳11和内胆12，并在外壳11和内胆12之间设置加热层13，在加热层13中设置加热电阻丝，在外壳11和内胆12的上端设置连接法兰14。让釜盖2通过多个螺栓与釜体1的连接法兰14密封固定连接，并在釜盖2上分别固定伸入反应釜中的参比电极21、进气管22和出气管23，在釜盖2上且处于参比电极21的两侧位置分别固定穿线装置24。穿线装置24具体包括螺纹柱241和锁紧螺母242，在螺纹柱241中嵌设聚四氟乙烯材料的密封块243，让密封块243和螺纹柱241开设穿线孔244，让螺纹柱241的下端与釜盖2密封固定连接，让釜盖2与穿线孔244对应的位置设有通过孔，并让螺纹柱241和密封块243的上端沿径向开设凹槽，让锁紧螺母242旋装在螺纹柱241的上端。

通过以上结构设置就构成了一种结构简单、操控方便、安全可靠、测试精确、适应性强的电偶腐蚀测试系统。在实际应用中，首先制作两种待测试金属对应的第一电偶样品8和第二电偶样品9，并使第一电偶样品8和第二电偶样品9对应焊接第一导线81和第二导线91。同时在括釜体的内胆中设置腐蚀介质15，让第一电偶样品8和第二电偶样品9置于的腐蚀介质15中，并使第一导线81和第二导线91对应从参比电极两侧的穿线装置24中伸出。然后通过加热层13控制反应釜中的温度，并通过进气管22和出气管23控制反应釜中的压力，以模拟两种金属在实际服役工况下的高温高压环境。接着通过与第一导线81、第二导线91和参比电极21连接的电压和电流测量装置，按设定的检测周期测量第一电偶样品与第二电偶样品偶联的电偶电流，以及第一电偶样品8的腐蚀电位和第二电偶样品9的腐蚀电位。最后根据电偶电流、第一电偶样品8的腐蚀电位和第二电偶样品9的腐蚀电位测量值即可分析判断第一电偶样品8和第二电偶样品9的电偶腐蚀倾向性，以对两种金属材料偶接后在高温高压腐蚀介质中的适用性进行评价。本发明通过反应釜模拟高压高温环境，使测试环境与金属材料的实际服役工况贴合，可快速便捷地测试高温高压环境下两种金属间的电偶腐蚀倾向性，并保证了测量数据的可靠性和测试结果的精确度。同时，本明通过在参比电极两侧的釜盖上设置穿线装置，在固定第一电偶样品8和第二电偶样品9时，首先旋松对应穿线装置的锁紧螺母242，在第一导线81和第二导线91从对应穿线装置的穿线孔244中穿过后再旋紧锁紧螺母242，通过紧锁紧螺母242向内挤压螺纹柱241并通过螺纹柱241中设置的密封块243即可夹紧第一导线81和第二导线91，从而实现第一导线81和第二导线91密封固定目的，在提高连接便利性的同时，通过更换不同的电偶样品可实现多组两种金属间的电偶腐蚀倾向性测试，具有较强的适应性和实用性。

作为优化方案，本具体实施方式设置了温度压力监测装置，温度压力监测装置具体包括分布于反应釜内的温度传感器25和压力传感器26，以及设置于反应釜外的信息显示屏27，信息显示屏27通过信号线穿过釜盖2与温度传感器25和压力传感器26连接。通过温度压力监测装置可直观了解反应釜中的温度和压力状况，以便于精确控制，提高了操控的便利性和测试结果的精确度。同时，本具体实施方式还设置了电压电流检测装置，电压电流检测装置具体包括零电阻电流计3、万用表4、第一接线端子5、第二接线端子6和第三接线端子7。零电阻电流计3和万用表4并联，并在零电阻电流计3所在支路上设置第一开关31，在万用表4所在支路上设置第二开关41。让零电阻电流计3和万用表4的一公共端与第一接线端子5连接，并在连接线路上设置第三开关51，让零电阻电流计3和万用表4的另一公共端与第二接线端子6连接，并在连接线路上设有第四开关61。同时在零电阻电流计3和万用表4的两公共端之间串接第五开关71和第六开关72，让第五开关71和第六开关72之间的线路与第三接线端子7连接。这一结构的电压电流检测装置具有结构简单、使用方便、安全可靠的优点，在实际应用中，让第一接线端子5、第二接线端子6和第三接线端子7对应与第一导线81、第二导线91和参比电极21连接，并在初始状态时，让第一开关31、第二开关41、第三开关51、第四开关61、第五开关71和第六开关72均断开。测量电偶电流时，让第一开关31、第三开关51和第四开关61闭合，通过零电阻电流计3即可读取电偶电流的值，并在每次测量完毕后，让第一开关31、第三开关51和第四开关61重新断开。测量第一电偶样品8的腐蚀电位时，让第二开关41、第三开关51和第六开关72闭合，通过万用表4即可读取第一电偶样品8的腐蚀电位值，并在每次测量完毕后，让第二开关41、第三开关51和第六开关72重新断开。测量第二电偶样品9的腐蚀电位时，让第二开关41、第四开关61和第五开关71闭合，通过万用表4即可读取第二电偶样品9的腐蚀电位值，并在每次测量完毕后，让第二开关41、第四开关61和第五开关71重新断开。

需要说明的是，在实际应用中，本发明在进气管22处于反应釜外的一端安装了第一控制阀221，以便对进气量进行控制，在出气管23处于反应釜外的一端安装了第二控制阀231，以便对出气量进行控制。本发明通过第一控制阀221和第二控制阀231可对反应釜中的压力进行有效控制，增强了系统的安全性以及测试结果的可靠性和精确性。同时，本发明通过在釜盖2与釜体1的连接法兰14之间设置密封圈28，增强了反应釜的密封性能。在具体测试时，釜体1的内胆12中盛装有腐蚀介质15，并使参比电极21和进气管22伸入反应釜中的一端均处于腐蚀介质15中，使出气管23伸入反应釜中的一端处于腐蚀介质15的液面上侧。其中，腐蚀介质15可采用去离子水和分析纯化学试剂配制，也可以直接使用金属材料实际服役工况下的腐蚀介质。

本发明还提供了一种利用上述系统测试两种金属电偶腐蚀的方法，具体包括以下步骤：

一、物料准备与设备连接：

a、采用两种待测试金属对应制作第一电偶样品8和第二电偶样品9，并使第一电偶样品8和第二电偶样器9对应焊接第一导线81和第二导线91。

b、让第一电偶样品8和第二电偶样器9置于腐蚀介质15中，并使第一导线81和第二导线91对应从参比电极21两侧的穿线装置24中穿出。其中，腐蚀介质15可采用去离子水和分析纯化学试剂配制，也可以直接使用金属材料在实际服役工况下的腐蚀介质。

c、让电压电流检测装置的第一接线端子5、第二接线端子6和第三接线端子7对应与第一导线81、第二导线91和参比电极21连接；并使第一开关31、第二开关41、第三开关51、第四开关61、第五开关71和第六开关72均断开。

二、数据检测与分析判断：

d、通过釜体1的加热层13控制反应釜中的温度，并通过进气管22和出气管23控制反应釜中的压力，以使反应釜中的温度值和压力值等于设定值。其中，温度值和压力值的设定值是根据金属材料实际服役工况下的温度和压力确定的。

e、根据设定的检测周期，通过电压电流检测装置分别测量第一电偶样品8与第二电偶样品9偶联的电偶电流，以及第一电偶样品8的腐蚀电位和第二电偶样品9的腐蚀电位。其中，电偶电流的检测值记为数集i，第一电偶样品8腐蚀电位的检测值记为数集u1，第二电偶样品9腐蚀电位的检测值记为数集u2。

f、分别计算i、u1和u2中每个元素相对于前一元素的变化量，若i的变化量在±0.1mv之间，u1和u2的变化量在±50mv之间，确定该元素对应的检测值为有效值，否则，确定该元素对应的检测值为无效值；并分别计算i、u1和u2中所有有效值的平均值，对应记为

g、若则确定第一电偶样品(8)和第二电偶样品(9)之间无电偶腐蚀；若则确定第一电偶样品(8)和第二电偶样品(9)之间存在电偶腐蚀，并依据的值判断第一电偶样品(8)和第二电偶样品(9)之间的电偶腐蚀倾向性大小。越大电偶腐蚀倾向性越大，即，两种金属材料偶接后在腐蚀介质中的适用性越差。

h、若则确定第一电偶样品(8)为电偶腐蚀加速方；若则确定第二电偶样品(9)为电偶腐蚀加速方；若则确定第一电偶样品(8)和第二电偶样品(9)之间无电偶腐蚀。

在上述步骤b之前，还对腐蚀介质15进行了一次除氧的工序；在步骤b之后和步骤d之前，还对腐蚀介质15进行了二次除氧的工序。

一次除氧工序为：使反应釜处于密封状态，通过进气管22向腐蚀介质15中通入高纯n2除氧3～5h。

二次除氧工序为：使反应釜处于密封状态，通过进气管22向腐蚀介质15中通入高纯n2除氧0.5～1.5h。

通过一次除氧工序和二次除氧工序可使腐蚀介质15与金属材料实际服役工况下的腐蚀介质贴合，保证了测试结果的可靠性和精确度。

在上述步骤e中，所述的检测周期为12～15天，其中，每天上午和下午各检测一次电偶电流、第一电偶样品8的腐蚀电位和第二电偶样品9的腐蚀电位。

在上述步骤e中，所述通过电压电流检测装置分别测量第一电偶样品8与第二电偶样品9偶联的电偶电流，以及第一电偶样品8的腐蚀电位和第二电偶样品9的腐蚀电位，按以下方式实现：

测量电偶电流时，让第一开关31、第三开关51和第四开关61闭合，通过零电阻电流计3即可读取电偶电流的值。每次测量完毕后，让第一开关31、第三开关51和第四开关61重新断开，以使电压电流检测装置恢复初始状态。

测量第一电偶样品8的腐蚀电位时，让第二开关41、第三开关51和第六开关72闭合，通过万用表4即可读取第一电偶样品8的腐蚀电位值。每次测量完毕后，让第二开关41、第三开关51和第六开关72重新断开，以使电压电流检测装置恢复初始状态。

测量第二电偶样品9的腐蚀电位时，让第二开关41、第四开关61和第五开关71闭合，通过万用表4即可读取第二电偶样品9的腐蚀电位值。每次测量完毕后，让第二开关41、第四开关61和第五开关71重新断开，以使电压电流检测装置恢复初始状态。

本发明提供的利用上述系统测试两种金属电偶腐蚀的方法，具有工艺简单、逻辑合理、测量结果可靠性高的优点。

以上实施例仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对本发明请求保护范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域工程技术人员依据本发明的技术方案做出的各种形式的变形，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。