一种多组可控温的缝隙腐蚀模拟实验装置

1.本实用新型涉及缝隙腐蚀模拟装置技术领域，具体涉及一种多组可控温的缝隙腐蚀模拟实验装置。


背景技术：

2.埋地管道防护涂层破坏后的腐蚀问题日益突出，已引起国内外广泛关注，但由于受到多种因素影响，关于涂层缺陷情况下埋地金属管道腐蚀行为的研究较少。而在管道实际铺设环境中，因外力或其他因素所造成的涂层破损情况不可避免，这样的破损会为缝隙腐蚀提供有利环境。对于已建埋地油气管道来说，若管道的防护涂层遭到破坏，则会导致破损位置的防腐性能大幅度下降，假以时日可能发生管道穿孔或破裂，甚至导致重大的安全事故。据调查，管道防腐层破损、剥离以及管道腐蚀、穿孔等管道缺陷，是管道失效的主要原因。相关研究表明，在无阴极保护情况下，剥离涂层下金属腐蚀最严重位置为距破损点3mm附近区域，腐蚀速率可达0.54mm/a，因此，对剥离涂层下金属管道腐蚀行为研究是十分必要的。
3.在管道运输快速发展的背景下，管道安全也将受到更严峻的考验，对管道腐蚀研究也提出了更高的要求。但管道剥离涂层下的缝隙腐蚀与破损点处基体的腐蚀相比更加具有隐蔽性，并且在一定的条件和环境下，缝隙腐蚀会比破损点处的腐蚀更加严重，带来极大的安全隐患。因此，目前需要一个能直接模拟缝隙腐蚀环境的实验装置，为管道腐蚀提供理论依据和数据支持，便于管道的日常检测与防护。并且管道的剥离涂层下缝隙现场实验不容易实现，现场实验成本和要求较高，所以大多采用室内模拟实验，需要可靠、高效、可调性较强的装置，以充分模拟现场环境。
4.目前一些模拟装置存在一下缺点：(1)目前尚未见具有平行(多组)试样研究剥离涂层下缝隙腐蚀的装置，现有的装置一次只能对固定位置的单个样品进行实验，由于单个样品不能排除腐蚀体系环境变化所导致的实验偏差，因此使用两个腐蚀体系进行平行实验存在实验结果再现性差的问题，不满足实验需求；(2)现有装置的缝隙厚度大多由弹性垫片固定，这类材料由于受力会产生形变，因此具有较好的密封性，但是，在长时间的外力影响下弹性垫片的变形会使缝隙厚度发生改变，导致厚度调节不准确，从而影响实验的准确性；此外，这类材料在特定的温度和电流作用下容易发生热解和电解，直接导致缝隙厚度改变或者溶液泄漏，甚至导致实验失败；(3)现有的缝隙腐蚀装置缝隙厚度不可调，只能单一研究一个缝隙厚度下钢片的腐蚀，无法进行基于缝隙厚度的缝隙腐蚀规律研究，限制了装置的使用范围；(4)现有装置基本未考虑温度调节和控制装置，在缝隙腐蚀中，温度会改变缝隙内部的腐蚀环境，对腐蚀介质的成分也会产生影响，从而直接影响实验的结果，在室温下若不同时刻的温差较大，两组平行实验的结果也会产生直接变化，因此不考虑温度变量的影响会对实验结果产生不可小觑的改变；(5)现有装置的结构较为复杂，垫片的更换环节繁琐，在多次重复实验情景下，这类操作会直接影响实验的效率，此外，部分装置的实验过程对装置结构影响较大，可能导致部件无法重复使用，实验装置的重复利用率较低。
5.因此，亟需一种能一次进行多组平行实验、精准控温和调温、重复利用、制造简便并且缝隙厚度可调的模拟实验装置。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种多组可控温的缝隙腐蚀模拟实验装置，能够实现同时进行多组平行实验的需求，缝隙厚度可调节，并且可对缝隙腐蚀环境体系的温度进行较为精准的调控。
7.本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：一种多组可控温的缝隙腐蚀模拟实验装置，其特征在于：所述装置包括上顶板、下底板、粘接在上顶板上用于对腐蚀介质进行存储的储液槽、水浴槽、位于上顶板与下底板中间位置的刚性可调垫片、电化学工作站、以及储液槽右上方设置的出气孔、储液槽左上方设置的进气孔；所述上顶板和储液槽之间设置有用于模拟涂层的破损点，用于使储液槽中的腐蚀介质流入缝隙中。
8.进一步的，在上顶板、下底板的四角设置有螺栓孔，非金属螺栓穿过螺栓孔与非金属螺母配合将上顶板与下底板固定连接。
9.进一步的，所述刚性可调垫片用于控制缝隙大小，并通过密封圈封装四周，防止腐蚀介质渗漏。
10.进一步的，所述装置还设置有水浴槽，水浴槽位于装置的外围，将装置整个包裹，使整个装置浸泡其中，保证整个腐蚀体系的温度不变，水浴槽温控器与水浴槽连接，用于调控水浴槽的温度。
11.进一步的，所述破损点右侧上顶板上等间距的开设有微电极孔，自制微电极通过微电极孔插入，并与下底板等间距设置钢片试样槽中的试样一一对应；所述试样通过防水绝缘导线与电化学工作站连接。
12.进一步的，所述储液槽中设置有辅助电极，所述辅助电极与电化学工作站连接，所述电化学工作站还与自制微电极连接，用于对采集的电化学信息进行处理和分析，得出腐蚀数据。
13.进一步的，所述上顶板和下底板均由亚克力板制作而成，厚度为5mm～1cm；所述储液槽由硬质耐腐蚀刚性材料制成。
14.本实用新型的有益效果是：
15.1)本实用新型装置采用强度较高、耐高温、耐腐蚀的亚克力板为主要材料，在刚性可调垫片的支撑下形成固定缝隙，通过相同位置多组平行放置多个钢片试样以达到减少实验的偶然性、提高实验效率和准确性的目的，且较高程度还原现场实际腐蚀情况，为管道腐蚀的日常维护和修复提供数据和理论支持。该装置的可加工性好，材料来源广泛并且组装方式简单，装置可重复利用，同时可打造多个实验装置平行开展多组实验，提高实验效率。
16.2)该装置可通过水浴的方式精确控温和调温，不仅可以排除温度变量对实验的影响，还可以研究在不同温度下缝隙腐蚀实验的特征。本实用新型根据缝隙腐蚀实验再现性差的特征，创新性的使用了多平行样的方式，相同位置平行放置试样，实现一次实验获得多个平行样的实验数据，极大的提高了实验的效率和准确性，减少了使用两组平行装置进行实验所带来的实验数据再现性差的问题。
17.3)中间刚性可调垫片可调节不同厚度，由于装置结构简单，垫片的更换也十分方
便，通过垫片的厚度可调这个方式，又可进行不同缝隙空间对缝隙腐蚀的影响研究。
附图说明
18.图1为本实用新型装置结构示意图；
19.图2为多组微电极孔布设示意图；
20.图3为多组钢片试样槽布设示意图；
21.图中，1-储液槽，2-辅助电极，3-上顶板，4-密封圈，5-下底板，6-水浴槽温控器，7-试样，8-防水绝缘导线，9-非金属螺栓，10-非金属螺母，11-刚性可调垫片，12-水浴槽，13-自制微电极，14-电化学工作站，1-5出气口，16-破损点，17-进气口，18-螺栓孔，19-微电极孔，20-钢片试样槽。
具体实施方式
22.下面结合附图进一步详细描述本实用新型的技术方案，但本实用新型的保护范围不局限于以下所述。
23.实施例1
24.缝隙腐蚀的多组平行实验装置主要通过模拟管道在剥离涂层下缝隙腐蚀的环境，通过腐蚀介质在缝隙环境中与钢片接触，导致钢片发生规律或非规律性的腐蚀情况，其具体内容主要包括以下几个层面：
25.(1)缝隙环境模拟：腐蚀介质通过模拟破损点进入缝隙当中与钢片接触，通过刚性垫片所创造的缝隙空间，模拟研究实际情况下管道与涂层之间的缝隙环境。
26.(2)缝隙调整方法：缝隙腐蚀的一个变量便是缝隙环境的大小，通过调整刚性垫片的厚度可对缝隙空间大小进行改变。
27.(3)温度控制方法：使用自制水浴槽，通过温度调节装置，精准控制和调节实验体系所处的温度，排除温度对于腐蚀实验的影响。
28.(4)数据获取方法：主要通过电化学当中的三电极体系，上顶板上制造的圆孔上插入自制的微电极，下地板上的钢片后部焊接导线与电化学工作站的工作电极相连，储液槽中插入对电极形成三电极体系，通过对电极发出的激励信号反馈到工作电极上并与微电极电位产生对比后输入到电化学工作站中处理，从而获得需要的电化学数据。
29.(5)平行试样设计：在距离破损点相同位置的地方，也就是缝隙深度相同的位置平行设计了三个试样槽，用于放入钢片试样，以达到一次实验相同位置处可测得三组数据，可做到简化实验方式、节省实验时间和提高实验准确性。
30.(6)组装与调试：主要包括装置调试和测试调试两方面，装置调试主要检查装置密封性和结构完整性，测试调试主要检查体系中是否存在断路和短路。
31.所述装置具体为一种多组可控温的缝隙腐蚀模拟实验装置，如图1所示，包括：上顶板3、下底板5、粘接在上顶板3上用于对腐蚀介质进行存储的储液槽1、水浴槽12、位于上顶板与下底板中间位置的刚性可调垫片11、电化学工作站14、以及储液槽1右上方设置的出气孔15、储液槽1左上方设置的进气孔17；所述上顶板和储液槽之间设置有用于模拟涂层的破损点16，用于使储液槽中的腐蚀介质流入缝隙中。
32.进一步的，在上顶板3、下底板5的四角设置有螺栓孔18，非金属螺栓9穿过螺栓孔
与非金属螺母10配合将上顶板与下底板固定连接。
33.进一步的，所述刚性可调垫片11用于控制缝隙大小，并通过密封圈4封装四周，防止腐蚀介质渗漏。
34.进一步的，所述装置还设置有水浴槽12，水浴槽位于装置的外围，将装置整个包裹，使整个装置浸泡其中，保证整个腐蚀体系的温度不变，水浴槽温控器6与水浴槽连接，用于调控水浴槽的温度。
35.进一步的，所述破损点16右侧上顶板上等间距的开设有微电极孔19，如图2所示。自制微电极13通过微电极孔插入，并与下底板5等间距设置钢片试样槽20中的试样7一一对应，如图3所示；所述试样通过防水绝缘导线8与电化学工作站14连接。
36.进一步的，所述储液槽中设置有辅助电极2，所述辅助电极与电化学工作站14连接，所述电化学工作站还与自制微电极连接，用于对采集的电化学信息进行处理和分析，得出腐蚀数据。
37.进一步的，所述上顶板3和下底板5均由亚克力板制作而成，厚度为5mm～1cm；所述储液槽1由硬质耐腐蚀刚性材料制成。
38.实验过程：
39.储液槽中注入腐蚀溶液介质，溶液通过模拟的涂层破损点流入由上下板和垫片所制造的缝隙当中，介质与钢片接触后致使钢片发生腐蚀，由于等间距设置了不同的缝隙位置，故不同位置的钢片试样的腐蚀剧烈程度也不一样，每个钢片位置所对应的上顶板上都有圆孔用来插入自制微电极，施加激励信号的辅助电极放置在储液槽当中，钢片后焊接导线连接电化学工作站充当工作电极，三电极体系的形成用于采集钢片的腐蚀数据和参数，设定试验方案定时测量数据，分析数据得出结论完成实验。
40.实施例2
41.一种多组可控温的缝隙腐蚀模拟实验装置，包括：上顶板3、下底板5、粘接在上顶板3上用于对腐蚀介质进行存储的储液槽1、水浴槽12、位于上顶板与下底板中间位置的刚性可调垫片11、电化学工作站14、以及储液槽1右上方设置的出气孔15、储液槽1左上方设置的进气孔17；所述上顶板和储液槽之间设置有用于模拟涂层的破损点16，用于使储液槽中的腐蚀介质流入缝隙中。
42.储液槽1粘接在上顶板3上，储液槽1中有一个人造缺陷孔用于模拟涂层破损点16，距破损点右侧等间距插入自制微电极13，上顶板3与下底板5之间通过四周/四角打螺栓孔18并嵌入非金属螺栓9通过非金属螺母10配合固定连接，中间使用刚性可调垫片11控制缝隙大小，使用具有弹性的密封圈4封装四周，下底板5等间距制造钢片试样槽20用于封装钢片试样7，试样后端焊接防水绝缘导线8用于连接电化学工作站14，辅助电极2放置在储液槽中，与微电极13、工作电极形成三电极体系用于测量钢片的电化学信息，外部浸泡在自制的水浴槽12中，通过与水浴槽连接的水浴槽温控器6对整个装置进行温度调节和控制。
43.进一步的，储液槽1由硬质耐腐蚀刚性材料制成，粘接在上顶板上用于对腐蚀介质进行存储；辅助电极2根据使用体系的不同可进行更换，一般腐蚀环境选用铂片电极，用于三电极体系中发出激励信号。
44.上顶板3由亚克力板制作而成，厚度一般选用5mm-1cm保证其在加载荷的情况下不易发生变形，且较耐腐蚀和高温，并且此材质的上顶板也方便在板上通过激光雕刻的方式
进行打孔和铸槽。
45.进一步的，密封圈4由弹性的密封圈制成，用于封装缝隙环境，防止腐蚀介质渗漏，拆装都很简便。下底板5由亚克力板制成，厚度一般选用5mm-1cm保证其在加载荷的情况下不易发生变形，且较耐腐蚀和高温，并且此材质的上顶板也方便在板上通过激光雕刻的方式进行打孔和铸槽。水浴槽温控器6位于水浴槽上，连接水浴槽用于调控水浴槽的温度，保证水温不变，并且可实时反馈当前温度，排除温度对实验体系的影响。试样7位于下底板5的上表面，使用环氧树脂将其封装固定，使固定的工作面积暴露于上表面与腐蚀介质接触。
46.进一步的，防水绝缘导线8使用锡焊的方式焊接在试样7后部，导线经过防水和绝缘处理并且穿过水浴槽12，用于连接电化学工作站14的工作电极测量钢片的电化学信息。非金属螺栓9使用的是非金属材料，防止其与腐蚀介质发生反应影响实验，起到固定和加固作用。非金属螺母10使用的是非金属材料，防止其与腐蚀介质发生反应影响实验，起到固定和加固作用。刚性可调垫片11位于上下板中间位置，采用刚性材料不易变形，且耐高温、耐腐蚀、耐电解，可准确的保证缝隙的厚度不发生改变，并且更换简便，厚度可调。
47.进一步的，水浴槽12位于装置的外侧/外围，将装置整个包裹，使整个装置浸泡其中，保证整个腐蚀体系的温度不变。如图2和图3所示，自制微电极13通过上顶板3开的微电极孔19插入其上表面，并且与下底板5上的试样7一一对应，且距离较近，上端可连接电化学工作站14的参比电极，用于三电极体系中对信号进行反馈，并且表面进行了防水和绝缘处理。电化学工作站14用于对采集的电化学信息进行处理和分析，得出腐蚀数据。
48.进一步的，出气孔15位于储液槽1右上方，且下部高于腐蚀介质液面，用于排出体系中的多余气体和惰性气体，保证腐蚀体系不受其他气体的影响。破损点16位于上顶板3和储液槽1之间，是上顶板开出的一个方孔，用于模拟涂层的破损，使储液槽中的腐蚀介质流入缝隙中。进气孔17位于储液槽1左上方，下部低于腐蚀介质液面，可通入惰性气体，用于排除体系中多余的空气。
49.本实用新型提升了实验效率，增加与平行实验组的对照，该套装置在距离破损点的相同位置可设置多个平行测试点，即可同时开展多组平行实验，避免因实验体系不一致带来的实验效果不理想，提高实验效率，解决平行实验再现性差的问题。
50.减少变量影响，增加温控系统：该套装置外侧加上了自制水浴槽，通过控温系统可对实验体系的温度进行准确的调节和控制，以减少温度变量对实验的影响，还可进行温度变化对缝隙腐蚀影响的规律研究；
51.简化实验步骤：使缝隙厚度调节可控，探究缝隙厚度、缝隙深度、土壤腐蚀介质等多因素对剥离涂层下管线钢缝隙腐蚀的影响，扩展装置使用范围；
52.节约实验成本：利用该套装置，可减少同一组实验所需溶液剂量与其他耗材，减少实验各项成本与开销，提高实验效率和装置使用率。
53.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当理解本实用新型并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本实用新型的精神和范围，则都应在本实用新型所附权利要求的保护范围内。