一種濕硫化氫環(huán)境中的環(huán)境腐蝕開裂試驗用裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種濕硫化氫環(huán)境中的環(huán)境腐蝕開裂試驗用裝置，可實現(xiàn)密閉不同濃度的硫化氫及其混合氣體循環(huán)溶液環(huán)境下低于75℃的環(huán)境腐蝕開裂試驗。裝置包括腐蝕溶液儲循容器、溶液循環(huán)系統(tǒng)，環(huán)境腐蝕開裂試驗樣品室以及電化學(xué)輔助裝置。腐蝕溶液儲循容器主要儲存大量溶液，前端可以增加混合氣體接口或者混合氣體流量計以實現(xiàn)不同硫化氫或者二氧化碳等濃度的溶液；溶液循環(huán)系統(tǒng)包括磁力泵，橡膠球和球閥以實現(xiàn)前端虹吸和切斷與環(huán)境腐蝕開裂試驗樣品室的連通；環(huán)境腐蝕開裂試驗樣品室主要包括電化學(xué)測試接口以及樣品的密封和溶液的循環(huán)。本實用新型可大大減少硫化氫及其溶液的泄露，提高試驗人員和環(huán)境的安全性，使用方便，適用試驗條件較廣。
【專利說明】一種濕硫化氫環(huán)境中的環(huán)境腐蝕開裂試驗用裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及濕硫化氫等有毒腐蝕氣氛中環(huán)境腐蝕開裂領(lǐng)域，具體為一種濕硫化氫環(huán)境中的環(huán)境腐蝕開裂簡易裝置，它可實現(xiàn)密閉不同濃度的硫化氫及其混合氣體循環(huán)溶液環(huán)境下低于75°c的環(huán)境腐蝕開裂試驗的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]石化資源依然是全球工業(yè)的能源供給主體，隨著經(jīng)濟建設(shè)的需求，含有不同濃度的硫化氫、二氧化碳等腐蝕氣氛的油田被開采，大量含有硫化氫等腐蝕性原油被煉解，由于各種原因使得在此條件下服役的材料等需要承載一定的載荷，在腐蝕環(huán)境下，油氣管道，壓力容器等設(shè)備中的局部構(gòu)件容易出現(xiàn)環(huán)境腐蝕開裂，且環(huán)境腐蝕開裂具有很大的隱蔽性，使之存在極大的安全隱患。因此研究在相關(guān)腐蝕介質(zhì)中的環(huán)境腐蝕開裂(包括腐蝕疲勞和應(yīng)力腐蝕)機制和規(guī)律，積累相關(guān)的數(shù)據(jù)，為石油化工裝置的材料選用建構(gòu)相應(yīng)的標準具有重大的實際意義。
[0003]環(huán)境腐蝕開裂為腐蝕失效中的最主要方式，而濕硫化氫介質(zhì)中的環(huán)境腐蝕開裂因為硫化氫的存在而尤為嚴重和敏感，低合金鋼的硫化物應(yīng)力腐蝕開裂在常溫下是最敏感的，工業(yè)界中以恒載荷儀和應(yīng)力環(huán)使用較多，在NACE TM0177-2005和GB/T4157-2006金屬在硫化氫環(huán)境中抗特殊形式環(huán)境開裂實驗室試驗的標準中均規(guī)定了相應(yīng)的實驗方法和裝置，裝置采用O型圈與試樣密閉，長時間實驗中間容易出現(xiàn)硫化氫泄露，實驗溶液更換時亦容易出現(xiàn)硫化氫泄露。當(dāng)前恒載荷或應(yīng)力環(huán)實驗中多個硫化物應(yīng)力腐蝕開裂試驗采用氣體串聯(lián)或并聯(lián)的方式，因氣路阻力不同或串聯(lián)時氣路前后使得進行多個硫化物應(yīng)力腐蝕開裂試驗時，其腐蝕溶液中的硫化氫濃度存在差異而影響試驗數(shù)據(jù)的精度。因應(yīng)力環(huán)裝置價格昂貴，恒載荷儀設(shè)備難以購買，故多采用拉伸儀或萬能試驗機替代。除了硫化物應(yīng)力腐蝕開裂試驗，當(dāng)前的石油化工材料還存在腐蝕疲勞，上述標準給出的試件在相應(yīng)的裝置中試樣相對裝置進行往復(fù)運動時，軸向密封容易失效，出現(xiàn)泄露。研制或改進在常壓，不太高溫度的濕硫化氫等環(huán)境中的環(huán)境腐蝕開裂裝置是十分必要，目前國內(nèi)外尚未見相關(guān)裝置的報道。
實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型的目的在于提供一種濕硫化氫環(huán)境中的環(huán)境腐蝕開裂試驗用裝置，該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)常壓、不太高溫度下(25-75°C )濕硫化氫等腐蝕性氣氛環(huán)境腐蝕開裂實驗的低成本簡易裝置，該裝置能夠較精確的控制實驗溫度，控制腐蝕介質(zhì)中腐蝕性氣體以及電化學(xué)測試，為研究石油化工材料在濕硫化氫等腐蝕性氣氛中的環(huán)境腐蝕開裂試驗提供條件。
[0005]本實用新型的技術(shù)方案是:
[0006]一種濕硫化氫環(huán)境中的環(huán)境腐蝕開裂試驗用裝置，包括腐蝕溶液儲循容器和樣品室，腐蝕溶液儲循容器和樣品室通過硅膠管相連接，硅膠管的一端伸入儲循容器內(nèi)，硅膠管的另一端從樣品室底端伸入樣品室內(nèi)；所述硅膠管上依次設(shè)有球閥、三通和磁力泵，三通連接橡膠皮球；所述腐蝕溶液儲循容器通過水浴鍋控制其內(nèi)溶液溫度，腐蝕溶液儲循容器的瓶口處由橡膠塞I進行密封，進氣管、出氣管、回水管和溫度計穿過橡膠塞I伸入腐蝕溶液腐蝕溶液儲循容器內(nèi)；所述樣品室為長方體中空結(jié)構(gòu)，試驗樣品穿過樣品室的上下表面且其兩端在樣品室外。
[0007]所述腐蝕溶液儲循容器為廣口玻璃瓶，腐蝕溶液儲循容器內(nèi)為常壓、溫度25-75°C條件下濕硫化氫環(huán)境及其混合氣體的腐蝕溶液；所述樣品室其材質(zhì)為有機玻璃。
[0008]所述硅膠管伸入腐蝕溶液儲循容器的底部，而回水管的一端則處于腐蝕溶液儲循容器內(nèi)溶液上部，回水管的另一端從樣品室的上表面伸入樣品室內(nèi)。
[0009]進氣管伸入腐蝕溶液儲循容器的底部，出氣管則伸入腐蝕溶液儲循容器內(nèi)但其末端在溶液上方；所述溫度計伸入溶液內(nèi)。所述出氣管接廢氣處理瓶，進氣管接氣瓶。
[0010]所述磁力泵采用四氟或工程塑料磁力泵，磁力泵的出口液位至少低于溶液液面5cm,磁力泵的流速控制在15L/min左右。
[0011]所述試驗樣品與樣品室之間通過在樣品室的上下表面上設(shè)置的橡膠塞II進行密封，樣品室上設(shè)置的橡膠塞II的外表面設(shè)有不銹鋼板。通過緊固螺栓實現(xiàn)樣品室上方和下方不銹鋼板之間的固定。試驗樣品上端的螺栓固定在上拉伸軸上。
[0012]如進行電化學(xué)的測試，可根據(jù)實驗需要在樣品室內(nèi)置入鉬片電極和鹽橋。
[0013]本實用新型設(shè)計原理如下:
[0014]本實用新型濕硫化氫環(huán)境中的環(huán)境腐蝕開裂簡易裝置設(shè)有腐蝕溶液儲循容器、溶液循環(huán)系統(tǒng)，環(huán)境腐蝕開裂試驗樣品室以及電化學(xué)輔助裝置和溫度控制裝置。該裝置的環(huán)境腐蝕開裂試驗樣品室為有機玻璃制成，濕硫化氫環(huán)境及其混合氣體的腐蝕溶液為常壓、溫度25-75°C。腐蝕溶液容器為玻璃容器可儲存大量飽和硫化氫或混合氣體溶液，實現(xiàn)溫度和溶液的穩(wěn)定，水浴鍋加熱溶液實現(xiàn)溶液的溫度控制，溶液瓶中的溫度計實現(xiàn)溶液實際溫度的測量。
[0015]溶液循環(huán)系統(tǒng)采用四氟或工程塑料磁力泵循環(huán)，通往環(huán)境腐蝕開裂試驗樣品室時采用球閥控制。由于采用的溶液容器及其循環(huán)系統(tǒng)和環(huán)境腐蝕開裂試驗樣品室均為絕緣材料構(gòu)成，因此在樣品室上端面增加電化學(xué)測試端口，以實現(xiàn)電化學(xué)測試。磁力泵沒有自吸功能，在滿足密閉的條件下，在球閥和磁力泵之間增加三通連接一個橡膠球，以實現(xiàn)溶液虹吸。
[0016]在加載樣品的兩端橡膠塞上增加一對不銹鋼板，兩端采用緊固螺栓夾緊固定，可實現(xiàn)樣品與橡膠塞相對運動時的有效密封。其氣體進口可與氣體流量計相連，亦可與混合氣瓶連接實現(xiàn)不同濃度之要求。
[0017]本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點:
[0018]1、本實用新型以有機玻璃，硅膠管，廣口玻璃瓶為材料以及其他耐蝕輔助裝置，制作簡單方便，成本低廉，外形美觀，可簡化實驗過程和節(jié)省成本。
[0019]2、本實用新型的溶液容器可盛大量溶液，在多個樣品室串聯(lián)可同時實施多個試驗，采用溶液串聯(lián)可有效減少溶液濃度對試驗的影響，降低試驗數(shù)據(jù)的誤差，且在封閉循環(huán)有利于實現(xiàn)腐蝕溶液的溫度穩(wěn)定，為研究環(huán)境腐蝕開裂試驗創(chuàng)造了條件。
[0020]3、本實用新型的溶液室通過流量計測定氣體流量，可以方便控制腐蝕溶液中的濕硫化氫等腐蝕氣氛中的含量，為不同條件的腐蝕研究創(chuàng)造了條件，且節(jié)約成本，制作簡單。
[0021]4、本實用新型的體積較小，結(jié)合恒溫水浴可較為精確的控制模擬溶液的實驗溫度，可實現(xiàn)低于75°C，在樣品室中增加電化學(xué)輔助裝置，可以容易實現(xiàn)電化學(xué)快速評價和相應(yīng)電化學(xué)數(shù)據(jù)測試，實驗過程非常便捷。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為濕硫化氫環(huán)境中的環(huán)境腐蝕開裂簡易裝置整體視圖；
[0023]圖2為圖1中的膠塞布局圖；
[0024]圖3為濕硫化氫環(huán)境中的環(huán)境腐蝕開裂簡易裝置之樣品室的A-A剖面圖；
[0025]圖中:1_水浴鍋；2_腐蝕溶液儲循容器；3_回水管；4_出氣管；5_溫度計；6-進氣管；7_出水口 ；8_橡膠塞I ;9_硅膠管；10-磁力泵；11-橡膠皮球；12_三通；13_球閥；14-出氣口 ； 15-樣品室；16-不銹鋼板；17-鉬片電極；18-鹽橋；19-橡膠塞II ;20_試驗樣品；21_橡膠塞III ;22_緊固螺栓；23_溫度計插口 ；31_儲循室回水口 ；61_進氣口。
【具體實施方式】
[0026]如圖1-3所示，本實用新型濕硫化氫環(huán)境中的環(huán)境腐蝕開裂試驗用裝置包括腐蝕溶液儲循容器2和樣品室15，腐蝕溶液儲循容器2和樣品室15通過硅膠管15連接，硅膠管9的一端伸入腐蝕溶液儲循容器2內(nèi)，另一端從樣品室底端伸入樣品室內(nèi)；所述硅膠管9上依次設(shè)有球閥13、三通12和磁力泵10，三通12連接橡膠皮球11 ;所述腐蝕溶液儲循容器2為廣口玻璃瓶，通過水浴鍋I控制其內(nèi)溶液溫度，腐蝕溶液儲循容器2的瓶口處由橡膠塞I 8進行密封，進氣管6、出氣管4、回水管3和溫度計5穿過橡膠塞I 8伸入腐蝕溶液儲循容器2內(nèi)；所述樣品室15為長方體中空結(jié)構(gòu)，其材質(zhì)為有機玻璃，試驗樣品20穿過樣品室15的上下表面且其兩端在樣品室15外。所述磁力泵采用四氟或工程塑料磁力泵，磁力泵的出口液位至少低于腐蝕溶液儲循容器2內(nèi)溶液液面5cm，磁力泵的流速控制在15L/min左右。
[0027]腐蝕溶液觸及部位由有機玻璃，工程塑料，硅膠管等絕緣耐蝕性材料構(gòu)成，可進行常壓、低于75°C ( 一般低于65°C )條件下的相關(guān)實驗。
[0028]腐蝕溶液儲循容器2可盛2.5L以上溶液，具體由所進行試驗的周期和腐蝕性靈活決定，硅膠管9通過橡膠塞I 8上的出水口 14插入腐蝕溶液儲循容器(即廣口玻璃瓶)2的底部，而回水管3的一端通過橡膠塞I 8上的儲循容器回水口 31伸入至溶液上部，回水管3的另一端從樣品室15的上表面伸入樣品室15內(nèi)；進氣管6通過橡膠塞I 8上的進氣口 61伸入溶液內(nèi)，伸入的位置大抵與硅膠管9的位置相當(dāng)，出氣管4則通過橡膠塞I 8上的出氣口 14伸入儲循容器2內(nèi)并處于溶液上方，這樣可以決定腐蝕溶液介質(zhì)的氧含量以及硫化氫等腐蝕性氣體的含量及其腐蝕性。所述溫度計5通過橡膠塞I 8上的溫度計插口23伸入溶液內(nèi)。所述出氣管4外接廢氣處理瓶，進氣管6外接氣瓶。
[0029]所述磁力泵采用四氟或工程塑料磁力泵，磁力泵的出口處液位至少低于溶液液面2cm，且硅膠管通往樣品室設(shè)立球閥和橡膠球，以便于虹吸，磁力泵的流速盡量控制在15L/min左右。
[0030]所述試驗樣品20與樣品室15之間通過在樣品室15的上下表面上設(shè)置的橡膠塞II 19進行密封，樣品室15上設(shè)置的橡膠塞II 19的外表面設(shè)有不銹鋼板16。通過緊固螺栓22實現(xiàn)樣品室15上方和下方不銹鋼板16之間的固定。試驗樣品20上端的螺栓固定在上拉伸軸上。
[0031]進行恒載荷、循環(huán)載荷、慢應(yīng)變等先行將試樣下端螺栓固定，后依次將下方的不銹鋼板16、橡膠塞II 19、樣品室15安裝后，將上端的橡膠塞II 19、上方的不銹鋼板16安裝后再將上下方的兩塊不銹鋼板16通過兩端螺栓固定，再將樣品的上端螺栓固定在上拉伸軸。在完成試樣安裝后將樣品室15的進出水口連接上。若需要增加電化學(xué)的測試，則需要將橡膠塞III 21打開后置入對應(yīng)的鉬片電極17和鹽橋18。
[0032]將所有的管道連接完畢，將球閥關(guān)閉，將相應(yīng)的溶液倒入腐蝕溶液儲循容器，將水浴鍋的溫度設(shè)定相應(yīng)的溫度，連接相應(yīng)的氣瓶和尾氣接收裝置，后根據(jù)要求是否除氧，再充入相應(yīng)比例的氣體。
[0033]實施例1:
[0034]本實施例中，在安裝相應(yīng)的試樣后，在腐蝕溶液儲循容器中倒入2L NACE A溶液(5wt% NaCl+0.5wt% HAc)，將水浴鍋設(shè)定溫度為24°C，關(guān)閉球閥，通入100-200ml/min N2兩小時以除去溶液中的溶解氧，后根據(jù)試驗要求采取200ml/min的速度往溶液中充入H2S,兩個小時后按捏橡膠皮球，使磁力泵充滿溶液，打開球閥，啟動磁力泵，檢查密閉性后，開啟相應(yīng)的試驗。
【權(quán)利要求】
1.一種濕硫化氫環(huán)境中的環(huán)境腐蝕開裂試驗用裝置，其特征在于:該裝置包括腐蝕溶液儲循容器⑵和樣品室(15)，腐蝕溶液儲循容器(2)和樣品室(15)通過硅膠管(9)相連接，硅膠管(9)的一端伸入腐蝕溶液儲循容器(2)內(nèi)，硅膠管(9)的另一端從樣品室底端伸入樣品室內(nèi)；所述硅膠管(9)上依次設(shè)有球閥(13)、三通(12)和磁力泵(10)，三通(12)連接橡膠皮球(11);所述腐蝕溶液儲循容器(2)通過水浴鍋(I)控制其內(nèi)溶液溫度，腐蝕溶液儲循容器⑵的瓶口處由橡膠塞I (8)進行密封，進氣管(6)、出氣管(4)、回水管(3)和溫度計(5)穿過橡膠塞I⑶伸入腐蝕溶液儲循容器(2)內(nèi)；所述樣品室(15)為長方體中空結(jié)構(gòu)，試驗樣品(20)穿過樣品室(15)的上下表面且其兩端在樣品室(15)夕卜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濕硫化氫環(huán)境中的環(huán)境腐蝕開裂試驗用裝置，其特征在于:所述腐蝕溶液儲循容器(2)為廣口玻璃瓶，腐蝕溶液儲循容器(2)內(nèi)為常壓、溫度25-75°C條件下濕硫化氫環(huán)境及其混合氣體的腐蝕溶液；所述樣品室(15)其材質(zhì)為有機玻璃。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濕硫化氫環(huán)境中的環(huán)境腐蝕開裂試驗用裝置，其特征在于:所述硅膠管(9)伸入腐蝕溶液儲循容器(2)的底部，而回水管(3)的一端則處于腐蝕溶液儲循容器(2)內(nèi)溶液上部，回水管(3)的另一端從樣品室(15)的上表面伸入樣品室(15)內(nèi)；進氣管(6)伸入腐蝕溶液儲循容器(2)的底部，出氣管(4)則伸入腐蝕溶液儲循容器(2)內(nèi)但其末端在溶液上方；所述溫度計(5)伸入溶液內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濕硫化氫環(huán)境中的環(huán)境腐蝕開裂試驗用裝置，其特征在于:所述出氣管(4)接廢氣處理瓶，進氣管(6)接氣瓶。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濕硫化氫環(huán)境中的環(huán)境腐蝕開裂試驗用裝置，其特征在于:所述磁力泵采用四氟或工程塑料磁力泵，磁力泵的出口液位至少低于溶液液面2cm，磁力泵的流速控制在15L/min左右。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濕硫化氫環(huán)境中的環(huán)境腐蝕開裂試驗用裝置，其特征在于:所述試驗樣品(20)與樣品室(15)之間通過在樣品室(15)的上下表面上設(shè)置的橡膠塞II (19)進行密封，樣品室(15)上設(shè)置的橡膠塞II (19)的外表面設(shè)有不銹鋼板(16)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的濕硫化氫環(huán)境中的環(huán)境腐蝕開裂試驗用裝置，其特征在于:通過緊固螺栓(22)實現(xiàn)樣品室(15)上方和下方不銹鋼板(16)之間的固定。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濕硫化氫環(huán)境中的環(huán)境腐蝕開裂試驗用裝置，其特征在于:試驗樣品(20)上端的螺栓固定在上拉伸軸上。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濕硫化氫環(huán)境中的環(huán)境腐蝕開裂試驗用裝置，其特征在于:如進行電化學(xué)的測試，可根據(jù)實驗需要在樣品室(15)內(nèi)置入鉬片電極(17)和鹽橋(18)。
【文檔編號】G01N17/00GK203758889SQ201420040019
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年1月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月21日
【發(fā)明者】劉賢斌, 左景輝, 王儉秋, 韓恩厚 申請人:中國科學(xué)院金屬研究所