應用於衝蝕臨界特性在線監測的電化學測試探頭的製作方法

2023-12-01 14:25:56

專利名稱：應用於衝蝕臨界特性在線監測的電化學測試探頭的製作方法
技術領域：
本發明涉及管道系統局部衝蝕臨界特性在線監測技術，具體地說是涉及一 種應用於衝蝕臨界特性在線監測的電化學測試探頭。
技術背景流體管道是在一定壓力下進行流體輸送的特種設備，已成為與公路、鐵路、 水運和航空並列的五大運輸方式之一，深入到能源供應、城市發展和人民生活 等各個方面，廣泛應用於原油、天然氣、自來水、城市液化氣以及流程工業領 域中各種流體物料的輸送，在國民經濟中起著舉足輕重的作用，但管道在為人 們提供輸運方便的同時，管道失效的問題給管道輸送帶來了極大的安全隱患。管道的失效形式多樣，機理複雜，如材料缺陷、腐蝕、外力破壞等，其中 由介質流動特性造成的衝蝕破壞失效是管道系統中最廣泛也是常見的破壞形 式，具有明顯的局部性、風險性和突發性。衝蝕破壞是腐蝕與流動耦合作用的 結果，其失效過程極為複雜，影響因素眾多，特別是在含水、腐蝕性、多相流 介質流動作用下引起的衝蝕穿孔更為複雜。因此，如何實現管道系統衝蝕臨界 特性的在線監測顯得非常重要。現有技術中，通常控制管道系統局部腐蝕失效的方法包括正確使用耐蝕性 材料、緩蝕劑、塗防腐塗料、控制腐蝕性介質排放、外加強制電流陰極保護、 優化生產工藝流程、改善設備使用環境等。後兩種方法均需要採用可靠的手段 對局部腐蝕速率進行實時監測。現有適合工業水體系中設備腐蝕評估方法有掛 片失重法、分光光度法、監測換熱器法、電位法、超聲波測厚法以及觀察和失 效分析等，儘管掛片、觀察和失效分析等方法能夠定量提供局部腐蝕速率，如 最大蝕孔深度等信息，但上述方法則往往需要花費較多的時間和費用，且通過 上述方法得到的腐蝕速率則是一段時間如數月或數年的平均腐蝕速率，即反映 的是金屬累計腐蝕，測試結果精度不高、不能用於實時的腐蝕速率測量。另外一些技術如點蝕指數(pitting index)、電化學噪聲(electrochemical noise)、電化 學阻抗譜(EIS)、薄層活化技術(TLA)、場圖象技術(FSM)、掃描參比電極 (scaning reference electrode)、光電化學方法技術、拉曼光譜等技術也常用來研 究局部腐蝕速率，但由於本身特點的限制，均不能用於常規條件下實時監測管 道系統的局部腐蝕速率。因此，現實中管道系統局部位置發生衝蝕洩漏、穿孔3等失效事故的風險性仍然很高，新型管道衝蝕速率在線監測技術的研究顯得非常必要。發明內容針對現有測試技術存在的不足，本發明的目的在於提供一種應用於衝蝕臨 界特性在線監測的電化學測試探頭，可應用於實際工業環境中管道腐蝕速率的 實時在線監測，適合於研究不同因素對材料抗衝蝕性能的影響規律，對研製新 型的耐衝蝕材料、緩蝕劑等，具有重要的研究意義和經濟價值。為了達到上述目的，本發明採用的技術方案是包括參比電極、輔助電極、 工作電極、絕緣套塞、螺紋固定件；螺紋固定件螺紋端中心開有凹槽，槽內嵌 入工作電極，凹槽底部開孔並插入第三導線，第三導線的一端與工作電極相聯 接，另一端與恆電位儀相聯接；凹槽外的螺紋固定件螺紋端開有環形槽，槽內 嵌入輔助電極，環形槽底部開孔並插入第二導線，第二導線的一端與工作電極 相聯接，另一端與恆電位儀相聯接；環形槽外徑與工作電極外徑之間開有圓孔 並嵌入絕緣套塞，絕緣套塞孔中嵌入參比電極，參比電極底部經絕緣套塞開孔 並插入第一導線，第一導線的一端與參比電極相聯接，另一端與恆電位儀相聯 接。所述的工作電極的材質與待測材料相同；輔助電極和參比電極的材料為鉑 金；螺紋固定件和絕緣套塞的材料均為聚四氟乙烯。所述的工作電極、輔助電極和參比電極縱向深度相同，絕緣套塞比工作電 極的深度深5 10mm。本發明具有的有益效果是採用集工作電極、輔助電極、參比電極為一體的三電極電化學測試探頭， 可以實現實際工業環境中管道系統局部衝蝕臨界特性的在線監測，適合於研究 不同因素對材料抗衝蝕性能的影響規律，從而為管道系統的設計、選材和壽命 評估提供重要參考依據。另外，本發明結構簡單，易於推廣。


圖l是本發明的結構示意圖。圖2是本發明A-A面剖視圖。 圖3是本發明的應用示意圖。圖中1、參比電極，2、輔助電極，3、工作電極，4、絕緣套塞，5、第一 導線，6、第二導線，7、第三導線，8、螺紋固定件，9、流體介質，10、工控 計算機，11、恆電位儀，12、測試探頭。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。如圖1、圖2所示，本發明包括參比電極l、輔助電極2、工作電極3、絕 緣套塞4、螺紋固定件8;螺紋固定件8螺紋端中心開有凹槽，槽內嵌入工作電 極3，凹槽底部開孔並插入第三導線7，第三導線7的一端與工作電極3相聯接， 另一端與恆電位儀相聯接；凹槽外的螺紋固定件8螺紋端開有環形槽，槽內嵌 入輔助電極2，環形槽底部開孔並插入第二導線6，第二導線6的一端與工作電 極3相聯接，另一端與恆電位儀相聯接；環形槽外徑與工作電極3外徑之間開 有圓孔，且圓孔外徑不能與環形槽外徑及工作電極3外徑相接觸，孔內嵌入絕 緣套塞4，絕緣套塞4孔中嵌入參比電極1，參比電極1底部經絕緣套塞4開孔 並插入第一導線5，第一導線5的一端與參比電極1相聯接，另一端與恆電位儀 相聯接。其中工作電極3的材質與待測材料相同；輔助電極2和參比電極1的 材料為鉑金；螺紋固定件8和絕緣套塞4的材料均為聚四氟乙烯。工作電極3、 輔助電極2和參比電極1縱向深度相同，絕緣套塞4比工作電極3的深度深5 10mm。本發明的工作過程如下-如圖2、圖3所示，為本發明的應用示意圖。分別包括流體介質9、工控計 算機IO、恆電位儀ll、測試探頭12。首先將工作電極一端側面放置在靜止的待 測介質中對工作電極表面應用電化學方法進行預腐蝕，使其形成均勻緻密的腐 蝕產物保護膜，將工作電極預腐蝕的端面正對流體介質嵌入到螺紋固定件8螺 紋端中心凹槽內，然後將測試探頭12通過螺紋旋入待測管道開孔處，通過第一 導線5、第二導線6、第三導線7將測試探頭12與恆電位儀11相聯接，恆電位 儀11與工控計算機10通過數據線聯接。當流體介質9由一定速度流過管道時， 通過工控計算機10釆集工作電極表面的腐蝕電流、阻抗、溫度、PH值等數據 進行實時分析處理並顯示電流曲線(阻抗曲線)；工作電極表面腐蝕產物保護膜 未衝破的情況下，恆電位儀11電流曲線圖幾乎為零(阻抗很大)。通過不斷提 高流體介質9的流速觀察恆電位儀11的電流變化，通過工控計算機10實時繪 制流速與腐蝕電流、流速與阻抗、流速與腐蝕速率等相關曲線。當流體介質9 的流速達到一定值時，恆電位儀ll的電流曲線會發生突變，則可認為工作電極 腐蝕產物保護膜已經衝破，得到衝蝕破壞的臨界速率，實現管道衝蝕臨界特性 的在線監測。權利要求
1. 一種應用於衝蝕臨界特性在線監測的電化學測試探頭，其特徵在於包括參比電極(1)、輔助電極(2)、工作電極(3)、絕緣套塞(4)、螺紋固定件(8)；螺紋固定件(8)螺紋端中心開有凹槽，槽內嵌入工作電極(3)，凹槽底部開孔並插入第三導線(7)，第三導線(7)的一端與工作電極(3)相聯接，另一端與恆電位儀相聯接；凹槽外的螺紋固定件(8)螺紋端開有環形槽，槽內嵌入輔助電極(2)，環形槽底部開孔並插入第二導線(6)，第二導線(6)的一端與工作電極(3)相聯接，另一端與恆電位儀相聯接；環形槽外徑與工作電極(3)外徑之間開有圓孔並嵌入絕緣套塞(4)，絕緣套塞(4)孔中嵌入參比電極(1)，參比電極(1)底部經絕緣套塞(4)開孔並插入第一導線(5)，第一導線(5)的一端與參比電極(1)相聯接，另一端與恆電位儀相聯接。
2、 根據權利要求1所述的一種應用於衝蝕臨界特性在線監測的電化學測試 探頭，其特徵在於所述的工作電極(3)的材質與待測材料相同；輔助電極(2)和 參比電極(l)的材料為鉑金；螺紋固定件(8)和絕緣套塞(4)的材料均為聚四氟乙 烯。
3、 按照權利要求1所述的一種應用於衝蝕臨界特性在線監測的電化學測試 探頭，其特徵在於所述的工作電極(3)、輔助電極(2)和參比電極(1)縱向深度相 同，絕緣套塞(4)比工作電極(3)的深度深5 10mm。
全文摘要
本發明公開了一種應用於衝蝕臨界特性在線監測的電化學測試探頭。在螺紋固定件螺紋端中心開有凹槽嵌入工作電極；凹槽外的螺紋固定件螺紋端開有環形槽嵌入輔助電極；在環形槽內開有圓孔並嵌入絕緣套塞，絕緣套塞孔中嵌入參比電極，三個電極組成的探頭分別用導線與恆電位儀相聯接，恆電位儀接工控機。將測試探頭旋入待測管道開孔處，然後將預腐蝕的工作電極端面朝向被測流體，通過工控計算機實時繪製流速與腐蝕電流等相關曲線。當流體介質的流速達到一定值時，恆電位儀的電流曲線會發生突變，可認為腐蝕產物保護膜已經衝破並達到衝蝕臨界速率，實現在線監測。研究不同因素對材料抗衝蝕性能的影響規律，為管道的設計、選材和壽命評估提供依據。
文檔編號G01N27/30GK101261213SQ20081006064
公開日2008年9月10日 申請日期2008年4月15日 優先權日2008年4月15日
發明者偶國富, 曹海彬, 李鵬軒, 金浩哲 申請人:浙江理工大學