供热管网外壁腐蚀模拟试验装置及其使用方法与流程

1.本发明属于供热管网系统中材料腐蚀研究领域，具体涉及一种供热管网外壁腐蚀模拟试验装置及其使用方法。


背景技术：

2.集中供热能给城市提供稳定、可靠的热源，改善人民生活，而且能节约能源，减少城市污染，具有显著的经济效益和社会效益。供热管网是保障居民集中供热的重要设施，随着集中供热规模不断扩大，供热管网的输热距离不断增加，管道穿越的地质工况也更加复杂多样，管道面临更加严峻的土壤腐蚀和地下水腐蚀风险。据统计，供热管网系统的腐蚀问题占热网事故的70％以上，因此供热管网的防腐问题一直是运行人员的工作重点之一。
3.供热管网的外防护层由聚氨酯保温层、防水层和防腐层构成，其中整段供热管网外预制的外防护层一般而言不易损坏，具有较好的防腐效果。但是管段接头处的外防护层是在施工现场制作，相对容易破损。管道外防水层破损后，管道附近的地下水可渗透进入保温层，聚氨酯保温层遇水后碳化，失去保温效果，而且地下水被管道加热变成蒸汽后，会进一步破坏保温层。此时蒸汽会在管道上方土壤冒出，形成蒸汽冒气点。在供热管网运行期间，管道温度较高，地下水在管道表面不断蒸发，可能在管道附近形成沉积盐分。热网系统每年运行时间4-6个月，其余时间处于停运状态，在热网停用过程中，管道温度降低，管道处于地下水浸泡之中。这些因素使得埋地的供热管网外壁具有较高的土壤腐蚀风险。此外，供热管网中的阀门一般设置于阀门井中，阀门井内管道无外保温层，部分阀门井内由于地下水渗入，积水严重，阀门井内管段也存在较大的腐蚀风险。
4.由于供热管网外有土壤覆盖，其腐蚀速率和腐蚀情况难以实地监测；现场试验需要土方开挖，无法展开系统的科学研究。而供热管网外壁一旦发生腐蚀泄漏，不仅会造成热源损失，还可能会导致烫伤事故发生。管网所处的土壤腐蚀环境、地下水水质情况均不相同，因此在实验室根据埋地供热管网腐蚀特点，搭建模拟装置进行试验研究更具实际意义。埋地供热管网系统庞大，管道外涉及土壤腐蚀和阀门井内腐蚀两种工况，影响因素复杂，常规的实验室模拟实验无法针对该环境的实际特点展开模拟。目前市场上也没有用于供热管网外壁腐蚀的模拟装置和使用方法。


技术实现要素：

5.为了解决上述现有技术存在的难题，本发明的目的在于提供一种供热管网外壁腐蚀模拟试验装置及其使用方法。本装置可以在实验室模拟供热管网外壁的腐蚀情况，用于供热埋地管道外腐蚀研究工作。
6.为了达到以上的目的，本发明采用如下技术方案：
7.一种供热管网外壁腐蚀模拟试验装置，包括腐蚀模拟容器；
8.所述腐蚀模拟容器内横向设置有管装加热器；管装加热器上下分别设置有顶部挂样杆和底部挂样杆；顶部挂样杆和底部挂样杆用于悬挂腐蚀试片，顶部挂样杆与设置在腐
蚀模拟容器外部的顶部挂样杆温度控制装置电连接；底部挂样杆与设置在腐蚀模拟容器外部的底部挂样杆温度控制装置电连接；
9.所述顶部挂样杆上方设置有顶部加液管道，所述底部挂样杆下方设置有底部加液管；顶部加液管道和底部加液管表面均匀分布有孔洞。
10.作为本发明的进一步改进，所述管装加热器与设置在腐蚀模拟容器外部的加热温度通过温度控制器电连接。
11.作为本发明的进一步改进，所述底部加液管与底部加液泵相连，底部加液泵与底部加液管之间设置有底部加液阀门；
12.所述顶部加液管道与顶部加液泵相连，顶部加液泵与顶部加液管道之间设置有顶部加液阀门。
13.作为本发明的进一步改进，所述顶部加液泵和底部加液泵与试验溶液储水箱通过管道相连接，试验溶液储水箱中储存有试验溶液；试验溶液为试验目标管道附近地下水或地下水模拟液。
14.作为本发明的进一步改进，所述顶部挂样杆通过第一固定法兰与腐蚀模拟容器连接；
15.所述底部挂样杆通过第二固定法兰与腐蚀模拟容器连接；
16.第一固定法兰和第二固定法兰均设置在腐蚀模拟容器侧壁上。
17.作为本发明的进一步改进，所述第一固定法兰上方设置有第一测试探头，第二固定法兰下方设置有第二测试探头。
18.作为本发明的进一步改进，所述腐蚀模拟容器底部设置有排液管，排液管上安装有排水阀门；腐蚀模拟容器中部安装有液位传感器。
19.作为本发明的进一步改进，所述腐蚀模拟容器底部设置有土壤排出装置。
20.一种供热管网外壁腐蚀模拟试验装置的使用方法，包括管道土壤腐蚀模拟试验方法；管道土壤腐蚀模拟试验方法包括：
21.在顶部挂样杆和底部挂样杆上悬挂腐蚀试片，将试验目标管道附近的土壤样品均匀铺洒在腐蚀模拟容器中，将腐蚀模拟容器填满；设定管装加热器的温度，通过顶部挂样杆温度控制装置和底部挂样杆温度控制装置控制顶部挂样杆和底部挂样杆的温度；
22.待温度稳定后，通过顶部加液管道和底部加液管向腐蚀模拟容器中加入试验溶液，并对试验环境中温度、湿度和土壤电阻率进行实时监测；
23.试验结束后，取出顶部挂样杆和底部挂样杆，对试片的腐蚀形貌和腐蚀速率进行计算。
24.一种供热管网外壁腐蚀模拟试验装置的使用方法，包括阀门井管道腐蚀模拟试验方法；阀门井管道腐蚀模拟试验方法包括：
25.在顶部挂样杆和底部挂样杆上悬挂腐蚀试片；设定管装加热器的温度，通过顶部挂样杆温度控制装置和底部挂样杆温度控制装置控制顶部挂样杆和底部挂样杆的温度；
26.待温度控制器温度稳定后，通过顶部加液管道和底部加液管向腐蚀模拟容器中加入试验溶液，当液位到达设定高度时，停止加入模拟液；试验过程对试验环境中温度进行实时监测；
27.试验结束后，取出顶部挂样杆和底部挂样杆，对试片的腐蚀形貌和腐蚀速率进行
计算。
28.本发明与现有技术相比，具有以下优点：
29.本发明的装置模拟容器内可加入管道附近土壤以模拟埋地管道的土壤腐蚀行为；也可以单独加入管道附近地下水模拟阀门井内管道腐蚀行为，挂样杆连接有温度控制装置，可以在挂样过程中对试片进行加热，控制试片温度，以模拟供热管网运行过程中高温条件下的腐蚀行为。此外模拟器中部还设置有管装加热器，可以加热腐蚀介质，控制温度或形成蒸汽，模拟不同的供热管网腐蚀类型。通过模拟装置底部开孔，可以便捷地切换两种腐蚀模拟介质。顶部加液管道和底部加液管可以模拟试验目标管道附近地下水或地下水模拟液。因此本装置可以较为准确的在实验室模拟供热管网外壁的腐蚀情况，用于供热埋地管道外腐蚀研究工作。
30.进一步，本装置模拟容器中设置有两种高度的挂样杆，可以分别模拟埋地管道蒸汽段和积水段的腐蚀情况。
附图说明
31.图1为本发明一种供热管网埋地管道腐蚀模拟试验装置主视图；
32.图2为本发明一种供热管网埋地管道腐蚀模拟试验装置左视图。
具体实施方式
33.下面结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
34.实施例1
35.如图1和图2所示，本发明第一个目的是提供一种实验室研究埋地供热管网腐蚀情况的模拟试验装置，
36.包括腐蚀模拟容器21；
37.所述腐蚀模拟容器21内横向设置有管装加热器5；所述管装加热器5与设置在腐蚀模拟容器21外部的加热温度通过温度控制器6电连接。
38.管装加热器5上下分别设置有顶部挂样杆3和底部挂样杆4；顶部挂样杆3和底部挂样杆4用于悬挂腐蚀试片，顶部挂样杆3与设置在腐蚀模拟容器21外部的顶部挂样杆温度控制装置19电连接；底部挂样杆4与设置在腐蚀模拟容器21外部的底部挂样杆温度控制装置20电连接；
39.所述顶部挂样杆3上方设置有顶部加液管道8，所述底部挂样杆4下方设置有底部加液管7；顶部加液管道8和底部加液管7表面均匀分布有孔洞。
40.所述底部加液管7与底部加液泵12相连，底部加液泵12与底部加液管7之间设置有底部加液阀门10；所述顶部加液管道8与顶部加液泵11相连，顶部加液泵11与顶部加液管道8之间设置有顶部加液阀门9。所述顶部加液泵11和底部加液泵12与试验溶液储水箱13通过管道相连接，试验溶液储水箱13中储存有试验溶液16；试验溶液16为试验目标管道附近地下水或地下水模拟液。
41.所述腐蚀模拟容器21底部设置有土壤排出装置24。可以排出腐蚀模拟容器21内部的固体物。
42.本发明的挂样杆连接有温度控制装置，可以在挂样过程中对试片进行加热，控制试片温度，以模拟供热管网运行过程中高温条件下的腐蚀行为。此外模拟器中部还设置有管装加热器，可以加热腐蚀介质，控制温度或形成蒸汽，模拟不同的供热管网腐蚀类型。通过模拟装置底部开孔，可以便捷地切换两种腐蚀模拟介质。顶部加液管道和底部加液管可以模拟试验目标管道附近地下水或地下水模拟液。
43.为了固定挂样杆，采用法兰的方式，所述顶部挂样杆3通过第一固定法兰1与腐蚀模拟容器21连接；所述底部挂样杆4通过第二固定法兰2与腐蚀模拟容器21连接；第一固定法兰1和第二固定法兰2均设置在腐蚀模拟容器21侧壁上。
44.还包括一些测试传感器，所述第一固定法兰1上方设置有第一测试探头14，第二固定法兰2下方设置有第二测试探头15。所述腐蚀模拟容器21底部设置有排液管25，排液管25上安装有排水阀门22；腐蚀模拟容器21中部安装有液位传感器23。
45.具体地，装置包括腐蚀模拟容器21，腐蚀模拟容器21中部设置有管装加热器5；管装加热器5的加热温度通过温度控制器6进行控制，温度可控制
±
1℃。腐蚀模拟容器21底部设置有底部加液管7，底部加液管7表面均匀分布有孔洞，用于从模拟容器底部加入试验溶液。底部加液管7与底部加液泵12相连，底部加液泵12与底部加液管7之间设置有底部加液阀门10，底部加液管7与底部加液泵12相连。
46.腐蚀模拟容器21顶部设置有顶部加液管道8，顶部加液管道8表面均匀分布有孔洞，用于从模拟容器顶部加入试验溶液。顶部加液管道8与顶部加液泵11相连，顶部加液泵11与顶部加液管道8之间设置有顶部加液阀门9。顶部加液泵11和底部加液泵12均与试验溶液储水箱13通过管道相连接，试验溶液储水箱13中储存有试验溶液16。试验溶液16为试验目标管道附近地下水或地下水模拟液。
47.顶部加液管8下方设置有顶部挂样杆3，顶部挂样杆上悬挂8片腐蚀试片。顶部挂样杆3可控制恒温，挂样杆温度通过顶部挂样杆温度控制装置19进行控制。温度可控制
±
1℃。顶部挂样杆3通过第一固定法兰1与腐蚀模拟容器21侧壁相连接。底部加液管7上方设置有底部挂样杆4，底部挂样杆4上悬挂8片腐蚀试片。底部挂样杆4可控制恒温，挂样杆温度通过底部挂样杆温度控制装置20进行控制。温度可控制
±
1℃。底部挂样杆4通过第二固定法兰2与腐蚀模拟容器21侧壁相连接。
48.本装置模拟容器内可加入管道附近土壤以模拟埋地管道的土壤腐蚀行为；也可以单独加入管道附近地下水模拟阀门井内管道腐蚀行为。通过模拟装置底部开孔，可以便捷地切换两种腐蚀模拟介质。本装置模拟容器中设置有两种高度的挂样杆，可以分别模拟埋地管道蒸汽段和积水段的腐蚀情况。
49.如图2所示，在第一固定法兰1上方设置有第一测试探头14，在第二固定法兰2下方设置有第二测试探头15，可测量土壤环境中温度、湿度、土壤电阻率数据。腐蚀模拟容器21底部设置有排液管25，排液管安装有排水阀门22。腐蚀模拟容器21底部设置有土壤排出装置24。腐蚀模拟容器21中部安装有液位传感器23。
50.挂样杆连接有温度控制装置，可以在挂样过程中对试片进行加热，控制试片温度，以模拟供热管网运行过程中高温条件下的腐蚀行为。此外模拟器中部还设置有加热管，可
以加热腐蚀介质，控制温度或形成蒸汽，模拟不同的供热管网腐蚀类型。
51.实施例2
52.本发明第二个目的是提供一种供热管网埋地管道腐蚀模拟试验装置的使用方法，包括以下步骤：
53.该装置有2种试验模式：包括管道土壤腐蚀模拟试验方法和阀门井管道腐蚀模拟试验方法；
54.管道土壤腐蚀模拟试验方法包括：
55.在顶部挂样杆3和底部挂样杆4上悬挂腐蚀试片，将试验目标管道附近的土壤样品均匀铺洒在腐蚀模拟容器21中，将腐蚀模拟容器21填满；设定管装加热器5的温度，通过顶部挂样杆温度控制装置19和底部挂样杆温度控制装置20控制顶部挂样杆3和底部挂样杆4的温度；
56.待温度稳定后，通过顶部加液管道8和底部加液管7向腐蚀模拟容器21中加入试验溶液16，并对试验环境中温度、湿度和土壤电阻率进行实时监测；
57.试验结束后，取出顶部挂样杆3和底部挂样杆4，对试片的腐蚀形貌和腐蚀速率进行计算。
58.阀门井管道腐蚀模拟试验方法包括：
59.在顶部挂样杆3和底部挂样杆4上悬挂腐蚀试片；设定管装加热器5的温度，通过顶部挂样杆温度控制装置19和底部挂样杆温度控制装置20控制顶部挂样杆和底部挂样杆的温度；
60.待温度控制器温度稳定后，通过顶部加液管道8和底部加液管7向腐蚀模拟容器21中加入试验溶液16，当液位到达设定高度时，停止加入模拟液；试验过程对试验环境中温度进行实时监测；
61.试验结束后，取出顶部挂样杆3和底部挂样杆4，对试片的腐蚀形貌和腐蚀速率进行计算。
62.以下分别对两种情况进行详细说明。
63.在研究埋地管道土壤腐蚀情况时，首先在顶部挂样杆3和底部挂样杆4上悬挂腐蚀试片，将挂样杆放置于腐蚀模拟容器21内，拧紧第一紧固法兰1和第二紧固法兰2。将试验目标管道附近的土壤样品均匀铺洒在腐蚀模拟容器21中，将腐蚀模拟容器21填满，填入土壤总量可参考现场取土过程中测量的土壤密度。将试验目标管道附近地下水或地下水模拟液加入试验溶液储水箱13。通过温度控制器6设定管装加热器5的温度，通过顶部挂样杆温度控制装置19和底部挂样杆温度控制装置20控制顶部挂样杆和底部挂样杆的温度。待温度控制器温度稳定后，开启顶部加液阀门9和底部加液阀门10，通过顶部加液泵11和底部加液泵12向腐蚀模拟容器21中加入试验溶液16。模拟试验过程中可通过第一测试探头14和第二测试探头15对试验环境中温度、湿度和土壤电阻率进行实时监测。试验结束后，开启土壤排出装置，必要时可通过顶部加液管8和底部加液管7加入试验溶液，促进土壤排出。取出顶部挂样杆3和底部挂样杆4，对试片的腐蚀形貌和腐蚀速率进行计算。在进行加速试验时，可以调整试验溶液16中腐蚀因子浓度，比如按比例增加氯离子浓度等。
64.在研究埋地管道阀门井内管道腐蚀情况时，首先在顶部挂样杆3和底部挂样杆4上悬挂腐蚀试片，将挂样杆放置于腐蚀模拟容器21内，拧紧第一紧固法兰1和第二紧固法兰2。
将试验目标管道附近地下水或地下水模拟液加入试验溶液储水箱13。通过温度控制器6设定管装加热器5的温度，通过顶部挂样杆温度控制装置19和底部挂样杆温度控制装置20控制顶部挂样杆和底部挂样杆的温度。待温度控制器温度稳定后，开启底部加液阀门10，底部加液泵12向腐蚀模拟容器21中加入试验溶液16。试验过程中溶液液位通过液位传感器23进行测量，当液位高于液位传感器上限时，停止加入模拟液。模拟试验过程中可通过第一测试探头14和第二测试探头15对试验环境中温度进行实时监测。试验结束后，开启排液管25，排出腐蚀模拟容器21中溶液。取出顶部挂样杆3和底部挂样杆4，对试片的腐蚀形貌和腐蚀速率进行计算。
65.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。