一种交直流间歇干扰下金属管道腐蚀实验装置与方法

1.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间歇干扰下金属管道腐蚀实验装置与方法。


背景技术：

2.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。我国地铁、交直流高压特高压输电线路、石油与天然气输送管道的里程不断增加，其中地铁等电气化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，高压特高压交流线路排流与及感应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，由于地铁轻轨等电气化铁路运行有时间限制，其附近的石油天然气管路于白天主要受电气化铁路线直流杂散电流影响，夜间主要受交流电流造成杂散电流影响。直流杂散电流与交流杂散电流的间歇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间歇腐蚀。
3.现有的杂散电流腐蚀实验装置，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，金属试样等。当实验研究对象处于交流和直流杂散电流交替干扰的阴极区和阳极区，管材的腐蚀程度如何是无法判断。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，对于交直流间歇干扰下金属腐蚀的研究较少，同时研究装置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：

4.基于上述问题，本发明的目的在于提供一种交直流间歇干扰下金属管道腐蚀实验装置与方法，通过该装置对交直流间歇干扰下的金属管道腐蚀过程进行实验研究，根据杂散电流腐蚀特性研究交直流间歇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与电化学测试系统b同时测试阴极区和阳极区的腐蚀过程；通过该装置能更好地研究交直流间歇干扰下金属管道的腐蚀机理，为交直流间歇干扰下金属管道的腐蚀防护提供实验依据。
5.为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
6.一种交直流间歇干扰下金属管道腐蚀实验装置是由金属试片a、金属试片b、阳极池、阴极池、直流电源、交流电源、电化学测试系统、充排气系统组成以及时间继电器、电脑等组成。直流电源连接时间继电器的直流电源闭路；交流电源连接时间继电器的交流电源闭路，通过电脑对时间继电器控制实现两个电源开关自动转换。
7.阳极池是由与正极连接的容器a及其里面的电解液a组成，阳极池用于研究交直流间歇干扰下金属管道阳极极区的腐蚀过程。
8.阴极池是由与电源负极连接的容器b及其里面的电解液b组成，阴极池用于研究交直流间歇干扰下金属管道阴极极区的腐蚀过程。
9.直流干扰是由直流电源、导线、开关c、电感元件、电阻r、电流表c、时间继电器组
成。直流电源正负极连接有导线，导线末端连接时间继电器的直流端，时间继电器控制开关转换，在一定时间内输出直流杂散电流，上述连接即构成直流电流干扰。
10.交流电流干扰是由交流电源、电容元件a、电流表a、开关a、保险丝a、导线、时间继电器组成。交流电源a的输出接口连接有导线，导线依次连接有保险丝a、电容元件a、电流表a、开关a；最后连接在时间继电器的交流端，时间继电器控制实现两个电源开关自动转换，在一定时间内输出交流杂散电流，上述连接即构成阴极池的交流电流干扰，。
11.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。
12.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。
13.桥接：阳极池与阴极池之间通过石墨电极a17接出导线29连接滑动变阻器18、电流表b19连接到容器b38中的石墨电极b21，形成桥接电路。容器a与容器b内分别阳极池与阴极池，可以观察交直流电流间歇干扰对金属试片的腐蚀情况。
14.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。
15.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。
16.金属试片a和金属试片b为10mm
×
10mm
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3mm的方形试样，金属试片a和金属试片b均保留一个10mm
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10mm的面作为工作面，其余面都由环氧树脂密封。
17.本发明的有益效果如下：
18.(1)本发明提出的一种交直流间歇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间歇干扰下的金属管道腐蚀进行实验研究。
19.(2)本发明基于交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，可以研究交直流杂散电流干扰下阴极区和阳极区的腐蚀过程。
20.(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。
21.(4)本发明通过设计的一台直流电源，一台交流电源，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，避免重复接线造成失误。
22.(5)本发明通过对时间继电器控制从而实现对两个电源间实现自动转换。
23.(6)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
24.图1是本发明的结构示意图。
25.图1中：1—直流电源a，2—交流电源，3—电容元件，4—开关a，5—时间继电器，6—开关b，7—电阻元件b，8—电感元件b，9—电脑，10—开关c，11—电流表a，12—进气管a，13—辅助电极a，14—金属试片a，15—参比电极a，16—排气管a，17—石墨电极a，18—滑动电阻器，19—电流表b，20—排气管b，21—石墨电极b，22—辅助电极b，23—金属试片b，24—参比电极b，25—进气管b，26—开关d，27—电化学工作站a，28—电化学工作站b，29—导线，30—保险丝a，31—保险丝b，32—保险丝c，33—电解液a，34—橡胶塞a，35—电解液b，36—橡胶塞b，37—容器a，38—容器b，39—充气装置a，40—充气装置b
具体实施方式
26.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。一种交直流间歇干扰下金属管道腐蚀实验装置与方法是由金属试片a14、金属试片b23、阳极池、阴极池、直流电流干扰、交流电流干扰回路、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。直流电流电源、交流电源分别与时间继电器的直流端、交流端相连接，电脑数据端连接在时间继电器上控制开关切换；阳极池与电流干扰回路a、电化学测试系统a、充排气系统a、以及金属试片a14连接；阳极池与电流干扰回路b、电化学测试系统b、充排气系统b、以及金属试片b23连接。
27.将金属试片a14与金属试片b23加工成10mm
×
10mm
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3mm的方形试样，金属试片a14与金属试片b23均保留一个10mm
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10mm的面作为工作面，其余面由环氧树脂密封。
28.在容器a37和容器b38中分别倒入电解液a33和电解液b35，构造腐蚀环境与导电环境；从直流电源1正极接出导线，导线末端连接电感元件8、电阻7、保险丝31以及开关b6，接入时间继电器直流端口，从交流电源2接出导线连接电容元件3、保险丝30以及开关a4接入时间继电器的交流端口；直流电源的负极与交流电源的负极分别接入时间继电器的负极交直流端口，电脑接入时间继电器数据端，从而设定时间变化；通过上述连接即构成时间继电器电源输入端。
29.时间继电器5的正极输出端通过导线29接入到金属试片a14，时间继电器5的负极通过导线29输出端接入到金属试片b23。从容器a37中石墨电极a17接出导线29连接滑动变阻器18、电流表b19连接到容器b38中的石墨电极b21，而在两容器间构成回路。容器a37与容器b38内分别阳极池与阴极池，可以观察在某一段时间内的交直流电流间歇工作对金属试片的腐蚀情况。
30.从电化学工作站a27的we接口接出导线29，导线29末端连接金属试片a14，构成工作电极a；从电化学工作站a27的re接口接出导线29，导线29末端连接参比电极a15；从电化学工作站a27的ce接口接出导线29，导线29末端连接辅助电极a13；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a14腐蚀过程中的电化学参数。
31.从电化学工作站b28的we接口接出导线29，导线29末端连接金属试片b23，构成工作电极b；从电化学工作站b28的re接口接出导线29，导线29末端连接参比电极b24；从电化学工作站b28的ce接口接出导线29，导线29末端连接辅助电极b22；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b23腐蚀过程中的电化学参数。
32.容器a37旁边放置有充气装置a39，充气装置a39连接进气管a12，进气管a12穿过橡胶塞a34没入电解液a33中，开启充气装置a39即可向容器a37中充气；排气管a16下端高于电解液a33液面，排气管a16上端穿过橡胶塞a34与外界空气接触，气体可以通过排气管a16排出，即形成一个完整的充排气系统a。
33.容器b38旁边放置有充气装置b40，充气装置b40连接进气管b25，进气管b25穿过橡胶塞b36没入电解液b35中，开启充气装置b40即可向容器b38中充气；排气管b20下端高于电解液b35液面，排气管b20上端穿过橡胶塞b36与外界空气接触，气体可以通过排气管b20排出，即形成一个完整的充排气系统b。