一種全自動富氧腐蝕試驗裝置及方法與流程
2023-05-07 22:39:11
本發明涉及氧腐蝕試驗技術領域，尤其涉及一種全自動富氧腐蝕試驗裝置及方法。
背景技術：
在腐蝕與防腐研究工作中，氧氣作為一個關鍵影響因素，需要對不同溶氧濃度(無氧、貧氧、富氧)下的腐蝕現象進行試驗研究。若直接向試驗溶液通入氣體來改變溶液中的溶氧含量，試驗溶液中溶質氣液分配係數較大時，通氣過程中溶質會被大量吹脫，使得溶液濃度降低，試驗條件發生改變。若提前製備好溶氧合格的試驗用水，再用此試驗用水配製試驗溶液，操作過程中空氣的漏入或富氧水中溶氧的釋放會使溶液的溶氧含量發生變化，反應條件也發生了改變。目前的技術很難實現試驗溶液中藥劑濃度和溶氧濃度同步精確控制。
技術實現要素：
為了解決上述不足，本發明的目的在於提供一種全自動富氧腐蝕試驗裝置及方法，富氧水製備、溶液配製和腐蝕試驗分步進行，避免了直接向溶液通氣導致溶質被吹脫，也避免在敞開環境中用溶氧合格的水配置溶液導致溶液發生變化；所有過程在一個系統內完成，系統始終處於密封和自由呼吸狀態，確保系統不漏入空氣，維持系統溶氧穩定可控；對溶氧進行實時監測，實現了對試驗溶液溶氧和藥劑濃度的精確控制；所有試驗過程均由PLC自動控制，全自動進行。
為達到上述目的，本發明採用如下技術方案：
一種全自動富氧腐蝕試驗裝置，包括惰性氣體儲瓶1、氧氣瓶2、製備器6、反應器7和密封呼吸器8，所述製備器6內盛有除鹽水，密封呼吸器8中保持一定水位，反應器7標有刻度；氧氣瓶2中氧氣通過第二管路L2接入製備器6的除鹽水中，惰性氣體儲瓶1上連接第一管路L1，第一管路L1分兩路，一路通過第三管路L3接入製備器6的除鹽水液面上方，另一路通過第四管路L4連接通入密封呼吸器8水中的第七管路L7，製備器6中的除鹽水通過第五管路L5接入反應器7中，反應器7通過第六管路L6連接通入密封呼吸器8水中的第七管路L7，位於密封呼吸器8水位上的第八管路L8連接至外部，使試驗裝置處於密封和不憋壓狀態；所述第一管路L1、第二管路L2、第四管路L4和第六管路L6上分別設置有第一電動閥K1、第二電動閥K2、第三電動閥K3和第四電動閥K4，所述第五管路L5上設置加藥器4，所述製備器6的除鹽水中插入氧電極3和第一熱電偶R1，所述反應器7中插入第二熱電偶R2和液位傳感器Y且頂部懸掛有試樣掛置器5；還包括由PLC9、人機操作界面10和顯示界面11構成的控制系統，所述控制系統連接第一電動閥K1、第二電動閥K2、第三電動閥K3、第四電動閥K4、第一熱電偶R1、第二熱電偶R2、氧電極3和液位傳感器Y；所述PLC9接收第一熱電偶R1、第二熱電偶R2、液位傳感器Y和氧電極3傳送的信號，根據設定的上下限值和延遲時間打開或關閉第一電動閥K1、第二電動閥K2、第三電動閥K3和第四電動閥K4，以到達控制富氧水製備、溶液配製、試驗進行和結束的目的。
述第一熱電偶R1和第二熱電偶R2分別用於監測製備器6和反應器7中的溫度，數值和信號分別傳送至顯示界面11和PLC9。
所述液位傳感器Y位於反應器7中，用於監測溶液液位，數值和信號分別傳送至顯示界面11和PLC9。
所述氧電極3位於製備器6中，用於檢測製備器6中的溶氧含量，數值和信號分別傳送至顯示界面11和PLC9。
所述人機操作界面10用於設定試驗參數，試驗參數包括溶氧含量、溶液液位、試驗時間和試驗溫度。
所述第一電動閥K1、第二電動閥K2、第三電動閥K3和第四電動閥K4的閥體的材料採用不鏽鋼或塑料類耐蝕材料，其開關由PLC9自動控制。
所述的惰性氣體儲瓶1中的氣體為氮氣或氬氣，用於將富氧水由製備器6加入反應器7，避免用氧氣輸送富氧水造成溶氧濃度變化。
所述加藥器4和樣品掛置器5的材料為耐腐蝕材料。
所述製備器6、反應器7和密封呼吸器8為柱狀、球形、三角形或方形，採用不鏽鋼、有機玻璃、玻璃或塑料類耐蝕材料製成；所述的所述第一管路L1、第二管路L2、第三管路L3、第四管路L4、第五管路L5、第六管路L6、第七管路L7和第八管路L8的材料採用不鏽鋼、玻璃或塑料類耐蝕材料。
所述的全自動富氧腐蝕試驗裝置的試驗方法，包括如下步驟
第一步為富氧水製備：向製備器6中加入規定量的除鹽水，由人機操作界面10設定試驗時間、試驗溫度、藥液體積和溶氧含量；PLC9自動控制打開第二電動閥K2和第三電動閥K3，氧氣經第二管路L2通入製備器6中的除鹽水中，氧氣再經第三管路L3、第四管路L4和第七管路L7進入密封呼吸器8，最後由第八管路L8將氣體排至室外；
第二步為試驗溶液配製：氧電極3測得製備器6中富氧水溶氧達到試驗要求後，PLC9自動控制關閉第二電動閥K2和第三電動閥K3，待檢測到製備器6中溶氧含量和溫度達到設定值3min後，自動打開第一電動閥K1和第四電動閥K4，惰性氣體經由第一管路L1和第三管路L3進入製備器6，經第五管路L5和加藥器4將製備器6中的富氧水和加藥器4中的試驗藥劑加入反應器7中，反應器7中液位達到設定值後自動關閉第一電動閥K1和第四電動閥K4，完成試驗溶液配製，試驗開始進行；當試驗時間達到設定值時，自動關閉加熱系統，並發出試驗結束提示音。
和現有技術相比較，本發明具備如下優點：
本發明可以實現任意溶氧濃度(8000ppb‐40000ppb)富氧試驗溶液的配置，富氧水製備和溶液配製分步進行，避免了直接向溶液通入氣體導致溶質被吹脫，也避免在敞開環境中用溶氧合格的水配置溶液導致溶氧發生變化。所有過程在一個系統內完成，系統始終處於密封和自由呼吸狀態，確保系統不漏入空氣，維持系統溶氧和藥劑濃度穩定。對溶氧進行實時監測，實現了對試驗溶液溶氧和藥劑濃度的精確控制。所有試驗過程均由PLC自動控制，全自動進行。
附圖說明
圖1為本發明全自動富氧腐蝕試驗裝置結構示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施方式對本發明的結構原理和工作原理作進一步詳細說明。
實施例1：
如圖1所述，本實施例一種全自動富氧腐蝕試驗裝置，主要由惰性氣體儲瓶1(為氮氣瓶)、氧氣瓶2、氧電極3、加藥器4、試樣掛置器5、製備器6、反應器7、密封呼吸器8、管路(L1‐L8)、電動閥(K1‐K4)、熱電偶(R1，R2)、液位傳感器Y及PLC9控制系統等組成。
所有容器為方形，容器、管路及電動閥均由PVC材料製成，惰性氣體為氮氣。
本實施例腐蝕試驗裝置的試驗方法，由人機操作界面10設定溶氧濃度12000ppb，試驗溫度40℃，實驗時間4h，溶液體積600mL，將試驗裝置置於40℃恆溫水浴中，試樣掛置器5掛碳鋼腐蝕試片，向製備器6中加入1000mL除鹽水。第一步為富氧水製備：PLC9自動控制打開第二電動閥K2和第三電動閥K3，氧氣經第二管路L2通入製備器6中的除鹽水中，氣體再經第三管路L3、第四管路L4和第七管路L7進入密封呼吸器8，最後由第八管路L8將氣體排至室外，8min後溶氧含量穩定在12000ppb‐12050ppb之間，自動關閉第二電動閥K2和第三電動閥K3，溶氧和溫度均達到設定值並保持穩定3min後，第一電動閥K1和第四電動閥K4自動打開，氮氣經由第一管路L1和第三管路L3進入製備器6，經第五管路L5和加藥器4將製備器6中的富氧水和加藥器4中的試驗藥劑加入反應器7中，反應器7中液位升至600mL時，自動關閉第一電動閥K1和第四電動閥K4，完成試驗溶液配製，試驗開始進行。當試驗時間達到4h時，自動關閉加熱系統，並發出試驗結束提示音。
實施例2：
如圖1所述，本發明一種全自動富氧腐蝕試驗裝置及方法，主要由氬氣瓶1、氧氣瓶2、氧電極3、加藥器4、試樣掛置器5、製備器6、反應器7、密封呼吸器8、管路(L1‐L8)、電動閥(K1‐K4)、熱電偶(R1，R2)、液位傳感器Y及PLC9控制系統等組成。
所有容器為柱狀，材質為有機玻璃，管路和電動閥由PVC材料製成，惰性氣體為氬氣。
本實施例腐蝕試驗裝置的試驗方法，由人機操作界面10設定溶氧濃度25000ppb，試驗溫度45℃，實驗時間4h，溶液體積800mL，將試驗裝置置於45℃恆溫水浴中，試樣掛置器5掛304不鏽鋼腐蝕試片，向製備器6中加入1000mL除鹽水。第一步為富氧水製備：PLC9自動控制打開第二電動閥K2和第三電動閥K3，氧氣經第二管路L2通入製備器6中的除鹽水中，氣體再經第三管路L3、第四管路L4和第七管路L7進入密封呼吸器8，最後由第八管路L8將氣體排至室外，20min後溶氧含量穩定在25000ppb‐25050ppb之間，自動關閉第二電動閥K2和第三電動閥K3，溶氧和溫度均達到設定值並保持穩定3min後，第一電動閥K1和第四電動閥K4自動打開，氮氣經由第一管路L1和第三管路L3進入製備器6，經第五管路L5和加藥器4將製備器6中的富氧水和加藥器4中的試驗藥劑加入反應器7中，反應器7中液位升至800mL時，自動關閉第一電動閥K1和第四電動閥K4，完成試驗溶液配製，試驗開始進行。當試驗時間達到4h時，自動關閉加熱系統，並發出試驗結束提示音。
實施例3：
如圖1所述，本發明一種全自動富氧腐蝕試驗裝置及方法，主要由氮氣瓶1、氧氣瓶2、氧電極3、加藥器4、試樣掛置器5、製備器6、反應器7、密封呼吸器8、管路(L1‐L8)、電動閥(K1‐K4)、熱電偶(R1，R2)、液位傳感器Y及PLC9控制系統等組成。
所有容器為球形，材質為玻璃，管路材質為聚四氟乙烯，電動閥材質為304不鏽鋼，惰性氣體為氮氣。
本實施例腐蝕試驗裝置的試驗方法，由人機操作界面10設定溶氧濃度40000ppb，試驗溫度50℃，實驗時間5h，溶液體積500mL，將試驗裝置置於50℃恆溫水浴中，試樣掛置器5掛316L不鏽鋼腐蝕試片，向製備器6中加入1000mL除鹽水。第一步為富氧水製備：PLC9自動控制打開第二電動閥K2和第三電動閥K3，氧氣經第二管路L2通入製備器6中的除鹽水中，氣體再經第三管路L3、第四管路L4和第七管路L7進入密封呼吸器8，最後由第八管路L8將氣體排至室外，30min後溶氧含量穩定在39950ppb‐40000ppb之間，自動關閉第二電動閥K2和第三電動閥K3，溶氧和溫度均達到設定值並保持穩定3min後，第一電動閥K1和第四電動閥K4自動打開，氮氣經由第一管路L1和第三管路L3進入製備器6，經第五管路L5和加藥器4將製備器6中的富氧水和加藥器4中的試驗藥劑加入反應器7中，反應器7中液位升至500mL時，自動關閉第一電動閥K1和第四電動閥K4，完成試驗溶液配製，試驗開始進行。當試驗時間達到5h時，自動關閉加熱系統，並發出試驗結束提示音。