專利名稱：腐蝕監(jiān)測(cè)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于監(jiān)測(cè)在化工設(shè)備等中使用的金屬件腐蝕的方法、試樣和裝置，特別是涉及一種用于監(jiān)測(cè)在傳熱條件下的金屬件的腐蝕的方法和裝置。更具體地說，本發(fā)明涉及通過制備金屬件的試樣或與金屬件類似材料的試樣監(jiān)測(cè)金屬件的腐蝕并測(cè)量試樣腐蝕程度的方法和裝置。
本發(fā)明還涉及用于監(jiān)測(cè)金屬件例如一種與水直接接鑰觸的金屬熱交換器管的腐蝕的試樣和利用該試樣的腐蝕監(jiān)測(cè)方法和裝置，更詳細(xì)地講，本發(fā)明涉及具有焊接部分、裂隙或間隙和與水接觸的傳熱部分的金屬試樣以及可以實(shí)現(xiàn)快速精確預(yù)測(cè)金屬件例如金屬熱交換器中管子的腐蝕程度的腐蝕監(jiān)測(cè)方法和裝置。
在化工設(shè)備中，把不同材料和形狀的金屬件用作結(jié)構(gòu)件。這些金屬件的腐蝕最終引起穿透事故，從而導(dǎo)致例如迫使設(shè)備停止運(yùn)行、污染產(chǎn)品等一系列嚴(yán)重問題。因此，需要有用于測(cè)量化工設(shè)備中結(jié)構(gòu)件的腐蝕反應(yīng)和/或腐蝕速率的技術(shù)，包括下述文件中的測(cè)量腐蝕反應(yīng)和/或腐蝕速率的各種方法已經(jīng)過試驗(yàn)，這些文件是1)JPA5-3228312)USP4098662(1978年7月4日)3)USP4686854(1987年8月18日)在文獻(xiàn)1)中公開的是一種通過測(cè)量腐蝕電位監(jiān)測(cè)實(shí)際的管線坑蝕的方法。
金屬腐蝕速率是以下述方式隨溫度狀態(tài)變化的與液體接觸的金屬的腐蝕速率有隨溫度的增加而增加的趨勢(shì)?；ぴO(shè)備中的結(jié)構(gòu)件的熱交換器、管線、和加熱的液體通過的容器等，可以作為腐蝕速率隨溫度的增加而增加的金屬件的例子。在文獻(xiàn)2)、3)中公開的是一種用于監(jiān)測(cè)在傳熱條件下的流體系統(tǒng)的腐蝕裝置，這類裝置包括管狀電極和在電極內(nèi)部的電加熱器。
文獻(xiàn)1)至3)中的方法和裝置存在下述問題在文獻(xiàn)1)的方法中，相同的金屬材料用在化工設(shè)備中時(shí)，不進(jìn)行加熱和傳熱。因此，難監(jiān)測(cè)在傳熱部分的腐蝕，這部分在實(shí)際設(shè)備中是最容易受腐蝕的。因?yàn)檫M(jìn)行過表面拋光，所以很難提供精確的監(jiān)測(cè)結(jié)果，這是由于表面狀態(tài)與實(shí)際設(shè)備的狀態(tài)不同。文獻(xiàn)2)和3)中的監(jiān)測(cè)裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并且在熱控制部分出故障的情況下有過熱的危險(xiǎn)，這是因?yàn)槔脺囟葌鞲衅骼鐭犭娕嫉木壒省Ｒ虼讼拗屏嗽撗b置在實(shí)際設(shè)備中的應(yīng)用。
在文獻(xiàn)3)中公開的方法是通過把電加熱器插入到管內(nèi)部準(zhǔn)備傳熱條件，這樣就需要一個(gè)使液體流出管外的器件，從而增加了用于制造該器件的成本。還存在需要附加的固定工件的問題，另一個(gè)問題是用于腐蝕監(jiān)測(cè)的金屬試樣被限制為管狀，因此只能對(duì)該管的外表面進(jìn)行評(píng)價(jià)。
通常，耐腐蝕材料例如不銹鋼在淡水例如在冷卻水系統(tǒng)中被鈍化，不銹鋼被稱為耐腐蝕材料?？墒?，當(dāng)存在結(jié)構(gòu)裂隙或由結(jié)污引起的裂隙增大時(shí)，腐蝕離子例如氯離子被凝聚而可能產(chǎn)生局部腐蝕，例如裂隙腐蝕和坑蝕。在這種條件下，當(dāng)有拉應(yīng)力作用時(shí)，還有可能進(jìn)一步產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋及作為起始點(diǎn)的裂隙腐蝕和坑蝕(參見“Zairyo-to-Kankyo”41(1)56.1992Masahiro Nakahara著)，據(jù)認(rèn)為氯含量恒定時(shí)這樣的應(yīng)力腐蝕裂紋容易在高溫狀態(tài)發(fā)生(Joumal of Japanese PetroleumInstitute,13555,1970,Tomoyoshi Nishino,Mamnoru Fujisaki)傳統(tǒng)的用于評(píng)價(jià)耐腐蝕材料例如不銹鋼的應(yīng)力腐蝕裂縫的公知方法包括下述步驟把一個(gè)由通過焊接連在一起的兩個(gè)金屬片組成的試樣浸入到試驗(yàn)水中很長一段時(shí)間，然后觀測(cè)在焊接部分周圍的各位置上的腐蝕狀態(tài)(“Zairyo-to-Kankyo”43(3)126.1994,Toshio Adachi)如果因局部腐蝕的發(fā)展在使用中的管材中例如熱交換器中產(chǎn)生裂縫即穿透時(shí)，則將引起嚴(yán)重的問題例如中斷設(shè)備運(yùn)行。因此用于預(yù)言腐蝕產(chǎn)生的監(jiān)測(cè)技術(shù)是重要的。作為一種用于監(jiān)測(cè)(發(fā)現(xiàn)或預(yù)言)金屬腐蝕的傳統(tǒng)方法，用于監(jiān)測(cè)在金屬與水之間接觸的系統(tǒng)中的金屬腐蝕電位的方法是公知的(JPA5-98476)。
傳統(tǒng)的腐蝕監(jiān)測(cè)是通過把一個(gè)板狀試樣浸入在待監(jiān)測(cè)的水中進(jìn)行的，這個(gè)試樣有一個(gè)均勻的金屬表面，且既沒有在一個(gè)易于發(fā)生間隙腐蝕和坑腐蝕之處存在結(jié)構(gòu)間隙，也沒有裂紋所需要的拉應(yīng)力的作用部位。這種方法存在的問題是，試樣對(duì)局部腐蝕例如間隙腐蝕和應(yīng)力腐蝕間隙的腐蝕靈敏度低。
作為另一種常規(guī)方法是根據(jù)參比電極的偏置電位在水在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中流動(dòng)期間監(jiān)測(cè)試樣或管子的腐蝕電位的變化。在這種方法中，在試樣附近的水溫往往比易于發(fā)生耐腐蝕金屬的局部腐蝕的傳熱部分、例如在一個(gè)實(shí)際的熱交換器中的傳熱部分的溫度低。這意味著不能在腐蝕易于發(fā)生的環(huán)境中進(jìn)行評(píng)價(jià)。
本發(fā)明的目的是提供一種容易監(jiān)測(cè)(觀察)在實(shí)際設(shè)備中的部件在傳熱條件下的腐蝕情況的方法和裝置。
本發(fā)明的目的是實(shí)現(xiàn)在模擬腐蝕問題容易在實(shí)際設(shè)備中發(fā)生的環(huán)境條件下的監(jiān)測(cè)。
第一方面的監(jiān)測(cè)腐蝕方法，是用于監(jiān)測(cè)在與腐蝕流體接觸期間在傳熱狀態(tài)下受腐蝕金屬件被腐蝕的監(jiān)測(cè)腐蝕方法。該方法包括下述步驟通過一個(gè)片狀加熱元件加熱由與金屬件相同的材料制成的試樣的一個(gè)表面；使該試樣的另一表面的至少一部分與腐蝕流體相接觸；檢測(cè)該試樣的腐蝕程度；根據(jù)檢測(cè)結(jié)果監(jiān)測(cè)金屬件的腐蝕。
第二方面的腐蝕監(jiān)測(cè)方法用于監(jiān)測(cè)在與腐蝕流體相接觸期間在傳熱狀態(tài)下受腐蝕金屬件被腐蝕的情況。該方法包括下述步驟把一個(gè)反電極或參比電極浸入腐蝕流體中，通過片狀加熱元件加熱由與金屬件相同的材料制成的試樣的一個(gè)表面，使該試樣的另一表面的至少一部分與腐蝕流體接觸，測(cè)量在試樣與電極或參比電極之間的電信號(hào)；根據(jù)測(cè)量結(jié)果監(jiān)測(cè)該金屬件的腐蝕。
第三方面的腐蝕監(jiān)測(cè)裝置是用于監(jiān)測(cè)在與腐蝕流體相接觸期間在傳熱狀態(tài)下受腐蝕金屬件的的腐蝕監(jiān)測(cè)裝置，該裝置包括一個(gè)由與金屬件材料相同的材料制成的試樣，一個(gè)用于加熱試樣一個(gè)表面的片狀加熱元件；一個(gè)用于在試樣的另一表面的至少一部分與腐蝕流體接觸時(shí)檢測(cè)試樣腐蝕狀態(tài)的檢測(cè)組件。
第四方面的腐蝕監(jiān)測(cè)裝置是用于監(jiān)測(cè)在與腐蝕流體接觸的情況下，在傳熱條件下金屬件被腐蝕的腐蝕監(jiān)測(cè)裝置，該裝置包括一個(gè)浸入到腐蝕液中的反電極或參比電極；一個(gè)由與金屬件相同材料制成的試樣；一個(gè)用于加熱試樣一個(gè)表面的片狀加熱元件；一個(gè)用于在試樣的另一表面的至少一部分與腐蝕流體接觸時(shí)測(cè)量試樣與反電極或參比電極之間電信號(hào)的測(cè)量裝置。
加熱元件可以通過溫度控制器控制其溫度。
按照本發(fā)明的方法和裝置，試樣與固定在與實(shí)際設(shè)備上的金屬件在相同的條件下受到腐蝕，并且試樣的腐蝕是即時(shí)測(cè)量的，因此，實(shí)現(xiàn)了對(duì)實(shí)際設(shè)備上金屬件腐蝕情況的精確監(jiān)測(cè)。試樣可以放置在與實(shí)際金屬件相同的傳熱狀態(tài)下，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)實(shí)際金屬件被腐蝕的十分精確的監(jiān)測(cè)。
本發(fā)明還提供一種用于監(jiān)測(cè)金屬件腐蝕的試樣。該試樣由與金屬件相同的材料制成，并且具有一個(gè)焊接部分，一個(gè)間隙和一個(gè)傳熱部分。
該試樣的一個(gè)實(shí)施例包括一些(包括兩個(gè))金屬片，這些金屬片彼此靠近放置，然后通過點(diǎn)焊局部接合，以便使在除點(diǎn)焊部分之外的各部分之間形成間隔。
因?yàn)楸景l(fā)明的監(jiān)測(cè)方法和裝置利用具有一個(gè)焊接部分，一個(gè)間隔和一個(gè)傳熱部分這樣的試樣，并且監(jiān)測(cè)試樣的腐蝕電位的變化，所以可以精確地監(jiān)測(cè)引起在實(shí)際設(shè)備上的金屬件腐蝕問題的局部腐蝕。
按照本發(fā)明，最好把一個(gè)片狀加熱元件接合到試樣的一側(cè)。邊通過片狀加熱元件對(duì)試樣加熱，邊進(jìn)行監(jiān)測(cè)，借此能精確地監(jiān)測(cè)在實(shí)際設(shè)備上的高溫部分的局部腐蝕。


圖1a、1b是用于腐蝕監(jiān)測(cè)的試樣的結(jié)構(gòu)圖，圖1a是其平面圖，圖1b是其側(cè)視圖；圖2a、2b是用于腐蝕監(jiān)測(cè)的試樣的結(jié)構(gòu)圖，圖2a是其平面圖，圖2b是其側(cè)視圖；圖3a、3b是用于腐蝕監(jiān)測(cè)的試樣的結(jié)構(gòu)圖，圖3a是其平面圖，圖3b是其側(cè)視圖；圖4a、4b、4c是用于腐蝕監(jiān)測(cè)的試樣的結(jié)構(gòu)圖，圖4a是其平面圖，圖4b是其側(cè)視圖，圖4c是沿圖4a的線ⅣC-ⅣC剖切的剖視圖；圖5a、5b、5c、5d是用于腐蝕監(jiān)測(cè)的試樣的結(jié)構(gòu)圖，圖5a是其平面圖，圖5b是沿圖5a的線ⅤB-ⅤB剖切的剖視圖，圖5c是沿圖5a的線ⅤC-ⅤC剖切的剖視圖，圖5d是一個(gè)導(dǎo)體圖形的示意圖；圖6是說明本發(fā)明的試樣的示意圖；圖7a、7b、7c、7d是表示本發(fā)明一個(gè)例子試樣的結(jié)構(gòu)圖；圖8是說明利用圖7a到7d所示試樣的腐蝕監(jiān)測(cè)方法的一個(gè)例子的說明圖；圖9是表示圖8的測(cè)量結(jié)果曲線；圖10是表示一個(gè)完成腐蝕監(jiān)測(cè)的實(shí)驗(yàn)性設(shè)備的水系統(tǒng)的簡圖。
下面參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。
圖1a、1b的實(shí)施例圖1a是用在按照該實(shí)施例的監(jiān)測(cè)方法中的一個(gè)試樣的平面圖，1b是其側(cè)視圖。
板狀試樣1由與實(shí)際裝置的金屬件相同的材料制成。試樣1配置有一片狀加熱元件4，片狀加熱元件4通過粘接劑5粘接到試樣1的整個(gè)后表面上。片狀加熱元件4是一塊由排列成Z狀的薄金屬箔制成的加熱電阻2和絕緣的合成樹脂4a構(gòu)成，其中電阻2模塑在合成樹脂4a中。兩根涂敷的引線3的端部也模塑在合成樹脂4a中，兩根涂敷的引線3的芯(未示出)還延伸到涂敷部分的外側(cè)，并且分別連接到加熱電阻2的兩端上。
使試樣1與實(shí)際設(shè)備中的腐蝕流體接觸，然后控制流到試樣1的電流，以使試樣1受到與作為在實(shí)際設(shè)備中的監(jiān)測(cè)目標(biāo)相同的金屬件的傳熱條件的作用。
在使試樣1保持在上述狀態(tài)下的同時(shí)，連續(xù)或間斷地測(cè)量試樣1的腐蝕狀態(tài)。根據(jù)測(cè)量結(jié)果、監(jiān)測(cè)實(shí)際設(shè)備上的結(jié)構(gòu)件。
測(cè)量試樣腐蝕狀態(tài)的方法可以包括肉眼觀察和/或腐蝕速率的測(cè)量。肉眼觀察能夠確定試樣是否正在受到腐蝕并區(qū)分腐蝕的形式(例如坑腐蝕、間隙腐蝕，局部腐蝕的形式和形狀例如應(yīng)力腐蝕裂隙)，以及腐蝕速率的初步測(cè)量。
如果試樣是由耐腐蝕的材料例如不銹鋼、銅或銅合金制成并且正在受腐蝕，則肉眼觀察可以測(cè)量由坑腐蝕引起的坑的數(shù)目和深度。為了測(cè)量深度可以利用深度測(cè)微計(jì)、深度千分尺、帶有聚焦深度尺的顯微鏡，或利用激光顯微鏡的表面粗糙度的測(cè)量設(shè)備。
根據(jù)試樣與腐蝕流體接觸的時(shí)間長短和在接觸前后的重量變化可以測(cè)量腐蝕率。
具體地說，根據(jù)下述方程(1)、(2)可以獲得腐蝕率和穿透深度腐蝕率(mdd)=(M1-M2)/(S·T)(1)其中M1=試驗(yàn)前試樣的重量(mg)M2=試驗(yàn)后試樣的重量(mg)S=試樣的表面積(dm2)T=試驗(yàn)花費(fèi)的時(shí)間穿透深度(mm/y)=(365·10-4/d)·(M1-M2)/(S·T) (2)其中d=試樣的密度(g/cm3)
M1=試驗(yàn)前試樣的重量(mg)M2=試驗(yàn)后試樣的重量(mg)S=試樣的表面積(dm2)T=試驗(yàn)花費(fèi)的時(shí)間雖然在圖1a、1b所示的實(shí)施例中是把由一種材料制成的試樣1接合到涂覆有絕緣合成樹脂4a的加熱電阻2的一個(gè)表面上，但是也可將表面積小于加熱部分的若干個(gè)金屬材料(試樣)接合到加熱元件上。在利用若干個(gè)試樣的條件下，當(dāng)這些試樣是導(dǎo)體例如金屬時(shí)，通常使這些試樣彼此不相接觸地接合到加熱元件上。當(dāng)然也可謹(jǐn)慎地使它們彼此接觸，因?yàn)榧词共挥锰貏e的電導(dǎo)體例如引線以便進(jìn)行電化銹蝕的測(cè)量，也可以產(chǎn)生模擬的電化銹蝕。
雖然在圖1a、1b中所示的實(shí)施例中只在加熱元件的一個(gè)表面上配置試樣，但是也可以在加熱元件的兩個(gè)表面上配置幾個(gè)試樣，在這種情況下，這些試樣可以由相同材料或不同材料制成。在這種情況下，對(duì)試樣的數(shù)目沒有限制，盡可能使試樣數(shù)目在加熱元件的面積內(nèi)。雖然在圖1a、1b所示的實(shí)施例中是用粘接劑5將試樣1接合到包括電阻2的片狀加熱元件上的，但是試樣和加熱電阻也可以整體模塑。
具有大的傳熱系數(shù)的粘接劑可以優(yōu)選用作粘接劑5。然而，通過改變多種粘接劑的傳熱系數(shù)，即使用同一個(gè)加熱元件也可以改變?cè)嚇拥臏囟取?br> 根據(jù)需要可以用絕緣體局部涂敷試樣的表面。例如當(dāng)把一個(gè)從實(shí)際設(shè)備上切下來的金屬切片用作試樣時(shí)，則不希望在切割期間損傷的切割邊緣和部分會(huì)影響評(píng)價(jià)結(jié)果，根據(jù)需要可用絕緣材料涂敷這些部分。
對(duì)片狀加熱元件的尺寸和形狀沒有特別的限定，最好把片狀加熱元件的尺寸和形狀設(shè)計(jì)成與片狀加熱元件接合的那個(gè)試樣的尺寸和形狀相對(duì)應(yīng)。當(dāng)片狀加熱元件在其兩個(gè)表面上具有傳熱部分時(shí)，可以把該試樣接合到片狀加熱元件的兩個(gè)表面上。當(dāng)試樣只接合到該片狀加熱元件的一個(gè)表面上時(shí)，可以把絕熱材料接合到?jīng)]有接合試樣的另一個(gè)表面上，以便減少從該表面到?jīng)]有接合試樣的表面的來自散射的熱發(fā)射。作為片狀加熱元件的傳熱表面可以由撓性材料制成或者事先形成所要求的形狀，以便即使試樣具有彎曲表面時(shí)，也可以接合。
試樣可以直接固定在作為實(shí)際設(shè)備腐蝕環(huán)境的管子或容器中。如果流體是腐蝕的原因，則把流體裝入一個(gè)單獨(dú)的容器中，并可以將本發(fā)明的裝置浸入流體中。
按照本發(fā)明，即使腐蝕環(huán)境的溫度低，也可以對(duì)傳熱表面進(jìn)行評(píng)價(jià)。這意味著可以在離開高溫設(shè)備或系統(tǒng)的相當(dāng)安全的地方進(jìn)行腐蝕評(píng)價(jià)，以便可以安全地進(jìn)行腐蝕監(jiān)測(cè)。
如果腐蝕材料是采樣獲得然后運(yùn)載到另一個(gè)地方，則試樣可以用于在傳熱條件下進(jìn)行的腐蝕評(píng)價(jià)，或者用于在實(shí)驗(yàn)室中在模擬腐蝕狀態(tài)下的傳熱條件下進(jìn)行腐蝕評(píng)價(jià)。
圖2a、2b的實(shí)施例圖2a、2b是表示一個(gè)試樣的平面圖和側(cè)視圖，該試樣可以通過電化學(xué)信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)試樣腐蝕監(jiān)測(cè)。圖2a、2b的試樣與圖1a、1b中所示的試樣相同，但有一個(gè)涂敷的引線6。涂敷的引線6的一個(gè)末端通過耐腐蝕樹脂塑模7固定到試樣1上。涂敷的引線6的芯子連接到試樣1上，其它的部件與圖1a、1b所示的相同。
圖2a、2b的試樣以與圖1a、1b中的試樣相同的方式與腐蝕流體接觸。在這個(gè)實(shí)施例中，通過涂敷的引線6測(cè)量試樣與參比電極(未示出)之間的腐蝕電位，腐蝕電位可以通過電位差計(jì)、數(shù)字多路電壓表、試驗(yàn)器或利用電壓輸入的A/D變換器的計(jì)算機(jī)進(jìn)行測(cè)量。參比電極的例子包括Ag/AgCl/飽合KCl電極，SCE電極，Cu/CuSO4電極和Hg2SO4電極。
作為一般規(guī)律金屬材料的腐蝕電位越高，坑蝕和/或間隙腐蝕的可能性就越大。測(cè)量腐蝕電位是一種根據(jù)對(duì)金屬材料的腐蝕傾向了解能預(yù)言待監(jiān)測(cè)材料發(fā)生腐蝕情況的有效的監(jiān)測(cè)方法。利用如計(jì)算機(jī)讀的數(shù)據(jù)記錄設(shè)備連續(xù)對(duì)腐蝕監(jiān)測(cè)進(jìn)行測(cè)量則更為有效。
在利用圖2a、2b的試樣的監(jiān)測(cè)方法中，通過在分開放置在腐蝕流體中的試樣1和參比電極(未示出)之間產(chǎn)生極化把微電流或微電位的變化加在試樣1上。通過測(cè)量總的電位響應(yīng)或電流響應(yīng)，可以測(cè)量金屬材料的極化電阻。根據(jù)以下面的Sten’s方程3為基礎(chǔ)的下述方程(4)、(5)可以把極化電阻轉(zhuǎn)換成腐蝕速率或穿透深度RP=(ΔE/T)ΔE→0 (3)其中RP=單位面積的極化電阻(Ωcm2)ΔE=由腐蝕電位引起的極化電壓(V)，I=在ΔE下的電流密度(A/cm2)
腐蝕率(mdd)=89500·M·K/(n·RP)(4)其中M=試樣的單位原子重量(mg)K=變換因子(V)n=在試樣上腐蝕反應(yīng)的電子數(shù)目，RP=單位面積的極化電阻(Ωcm2)穿透深度(mm/y)=3270·M·K/d·n·RP(5)其中M=試樣的單位質(zhì)量(mg)K=變換因子(V)D=試樣的密度(g/cm3)n=在試樣上腐蝕反應(yīng)的電子數(shù)目，RP=單位面積的極化電阻(Ωcm2)通過利用三電極(作為工作電極的試樣，參比電極和反電極)的三電極法或其中反電極也起參比電極作用的兩電極法可進(jìn)行極化測(cè)量。所用的電流最好是直流或低頻交變電流，并且測(cè)量最好在恒流或恒電位條件下進(jìn)行。
在根據(jù)極化電阻計(jì)算腐蝕率和穿透深度時(shí)，最好測(cè)量液體電阻，然后從視在的極化電阻的測(cè)量值中減去液體電阻值，便獲得實(shí)際極化測(cè)量值，將這個(gè)測(cè)量值用于計(jì)算腐蝕速率和穿透深度。特別在待檢測(cè)的金屬材料所浸入的腐蝕流體的電導(dǎo)率小的情況下通過液體電阻測(cè)量值進(jìn)行的這種補(bǔ)償是有效的。
作為用于極化測(cè)量的裝置采用一個(gè)電源例如一個(gè)恒流器件或恒壓器件，一個(gè)安培表和一個(gè)高輸入阻抗電壓表的組合或一個(gè)具有同樣功能的裝置。通過極化測(cè)量腐蝕率，可以測(cè)量在測(cè)量瞬間的腐蝕率。也就是說，可以在線監(jiān)測(cè)腐蝕。還可以利用數(shù)據(jù)記錄設(shè)備例如計(jì)算機(jī)，完成在線連續(xù)測(cè)量腐蝕率并且也可以完成在一個(gè)易于發(fā)生腐蝕事故的傳熱面上的腐蝕監(jiān)測(cè)。
如在待監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中配置參比電極和反電極，則除了在傳熱狀態(tài)下測(cè)量極化電阻，即陽極極化測(cè)量、陰極極化測(cè)量、交流阻抗測(cè)量等之外，還可以測(cè)量電化學(xué)腐蝕，這些電化學(xué)腐蝕值可以評(píng)價(jià)腐蝕反應(yīng)的機(jī)理，測(cè)量坑蝕電位、測(cè)量間隙腐蝕再鈍化電位等，并且還能在傳熱條件下測(cè)量金屬材料的腐蝕趨勢(shì)和待進(jìn)行的腐蝕電阻的比較。
利用兩種類型的試樣，可以進(jìn)行在傳熱條件下測(cè)量電化學(xué)腐蝕。例如通過引線連接兩個(gè)由不同金屬構(gòu)成的試樣，在傳熱狀態(tài)下監(jiān)測(cè)電化銹蝕。在這種情況下腐蝕測(cè)量方法能測(cè)量流過短接引線的電流即所謂伽法尼電流，在導(dǎo)體短接(相連)情況下能測(cè)量電位，在引線斷開時(shí)，還能測(cè)量相應(yīng)的腐蝕電位。
圖3a、3b的實(shí)施例當(dāng)圖1a、1b，圖2a和2b的試樣1配置在系統(tǒng)中時(shí)，可以通過控制流過片狀加熱元件4的加熱電阻2的電流或通過把熱輻射到待監(jiān)測(cè)系統(tǒng)外面來防止過熱。但是，包括如圖3a、3b所示的用于加熱元件的溫度控制機(jī)構(gòu)的腐蝕監(jiān)測(cè)裝置是更優(yōu)選的。
在圖3a、3b中，將一個(gè)涂有絕緣體的盤狀雙金屬恒溫器8接合到加熱元件上，以便控制溫度。一根涂敷的引線3與加熱電阻2的一端相連，而另一根涂敷的引線3通過恒溫器8和涂敷引線3′與加熱電阻2的另一端相連。
可以利用液體膨脹恒溫器代替雙金屬恒溫器，可以利用溫度傳感器例如熱電偶和一個(gè)熱調(diào)節(jié)器代替恒溫器。
雖然在圖3a、3b中是采用雙金屬恒溫器8，但是也可以采用一個(gè)溫度傳感器和一個(gè)熱調(diào)節(jié)器。可以把溫度傳感器接合到與在片狀加熱元件和試樣之間的結(jié)合面相反的試樣表面上，并且可以用絕緣體涂敷溫度傳感器。如果溫度傳感器是細(xì)的例如當(dāng)使用絲熱電偶作溫度傳感器，則可以把溫度傳感器固定在加熱元件與試樣之間的絕緣體的內(nèi)部。
雖然在圖1a、1b、3a、3b中的加熱元件是薄箔狀的，但是也可以是條狀、絲狀或片狀。在其中的任何一種形狀中，加熱元件都有一個(gè)溫度均勻的片狀加熱部分。加熱電阻的材料可以是鎳合金、碳等，并且沒有特別的限制。對(duì)箔狀、條狀、絲狀加熱元件的接線圖形也沒有特別的限制。加熱元件的最優(yōu)排列應(yīng)能加熱整個(gè)試樣，箔狀加熱元件的連接圖形可以通過蝕刻方法形成。
用于涂敷加熱元件的絕緣合成樹脂可以是甚至在與腐蝕流體接觸時(shí)都不損壞的任何樹脂。這些例子包括熱塑性樹脂例如聚乙烯和固化樹脂，例如硅酮樹脂。用作粘接劑5的粘接劑甚至在與腐蝕流體的接觸時(shí)都不損壞。
通過把絕緣材料涂敷在引線3,3’6上，可以使試樣1直接放在電解液例如水溶液中。將試樣1配置在需要監(jiān)測(cè)腐蝕的系統(tǒng)中，以便使試樣1與腐蝕流體接觸。使試樣1處在與待監(jiān)測(cè)部分相同的傳熱條件下。腐蝕監(jiān)測(cè)就在這種條件下進(jìn)行。為了改善加熱元件的傳熱，可以把一個(gè)小的傳熱元件加到與試樣側(cè)相反的片狀加熱元件的那個(gè)表面上的絕緣體上。
通過改變配置在片狀加熱元件與待監(jiān)測(cè)金屬材料之間的絕緣體的厚度可以使待監(jiān)測(cè)的金屬材料的溫度僅隨一種片狀加熱元件變化。通過制備具有不同傳熱系數(shù)的絕緣體可以代替改變厚度，使待監(jiān)測(cè)金屬材料的溫度以相同方式只隨一種片狀加熱元件變化。當(dāng)應(yīng)該在用于各個(gè)過程的不同溫度下監(jiān)測(cè)傳熱部分時(shí)，這是一種有效的方法。當(dāng)應(yīng)該在用于各個(gè)過程的不同溫度下監(jiān)測(cè)傳熱部分時(shí)，片狀元件的組成或待提供的電能可以變化。
圖4a至4c的實(shí)施例一般說來，如果把溫度傳感器配置在試樣的一個(gè)外表面上時(shí)，則可靠性差，這是因?yàn)闇囟葌鞲衅髦粰z測(cè)與溫度傳感器接觸那部分的溫度。另外，溫度傳感器失效，將引起過熱，以致不能獲得所需要的腐蝕監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。
為了防止這些問題的發(fā)生，圖4a至4c中配置有PTC(正溫度系數(shù))加熱器10。
在圖4a至4c中，涂敷過的引線3、3’與導(dǎo)體9、9’相連。PTC加熱器10和導(dǎo)體9、9’用絕緣合成樹脂4a模塑。用粘接劑5將試樣1粘接到模塑的板件上的面對(duì)著PTC加熱器10的那部分上。
PTC加熱器具有正的溫度特性，這是現(xiàn)有技術(shù)中公知的，當(dāng)電流通過配置在加熱器兩側(cè)的導(dǎo)體9、9’加到PTC加熱器上時(shí)，PTC加熱器加熱到預(yù)定溫度。因?yàn)樵诔^居里溫度后，PTC加熱器的電阻迅速增加，所以PTC加熱器肯定不會(huì)超過預(yù)定溫度。
與圖形所示實(shí)施例中采用外部溫度傳感器相比，當(dāng)把PTC加熱器用作加熱元件時(shí)，可以方便地把腐蝕監(jiān)測(cè)裝置的兩個(gè)表面形成為扁平形狀或彎曲形狀。因此，可以容易地把一個(gè)或多個(gè)金屬材料配置在腐蝕監(jiān)測(cè)裝置的兩面上。
因?yàn)榧訜嵩旧砭哂袦囟瓤刂茩C(jī)理，所以利用PTC加熱器作加熱元件使結(jié)構(gòu)簡單，并能降低制造成本。因?yàn)槭褂猛獠繙囟葌鞲衅鲿r(shí)在溫度傳感器失效時(shí)不會(huì)引起的過熱的危險(xiǎn)，這也是PTC加熱器的優(yōu)點(diǎn)。另外，由于PTC加熱器在整個(gè)加熱元件上具有溫度控制機(jī)理，所以與由外部溫度傳感器的溫度控制相比，PTC加熱器可以均勻加熱試樣。
構(gòu)成PTC加熱器10的正特性電阻的組分包括摻有微量稀土元素的鈦酸鋇，熱塑性樹脂和導(dǎo)電材料的混合物，具有作為單位元素的亞烴基氧化物的有機(jī)化合物和導(dǎo)電材料的混合物，以及固化硅酮橡膠和導(dǎo)電材料的混合物。
在熱塑性樹脂和導(dǎo)電材料混合物中使用的熱塑性樹脂包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚乙烯對(duì)苯二甲酸酯、聚偏氯二乙烯、氟碳聚合物、聚酰胺和乙烯-乙烯乙酸酯共聚物。導(dǎo)電材料包括碳顆粒、碳珠、金屬粉末、碳纖維和碳須晶。
在具有作為單位元素的亞烴基氧化物的有機(jī)化合物和作為正溫度特性的電阻組分的導(dǎo)電材料的混合物中使用的亞烴基氧化物的有機(jī)化合物包括聚乙二醇、聚乙烯氧化物、聚氧乙烯和聚氧丙烯的嵌段聚合物(所謂Pluronic)、聚氧乙烯烷基醚、聚氧乙烯烷基烯丙醚、聚氧乙烯烷基酯、聚氧乙烯烷胺、聚氧乙烯山梨糖脂肪酸酯、三氧雜環(huán)己烷和冠醚。導(dǎo)電材料包括碳顆粒、碳珠、金屬粉末、碳纖維和碳須晶。
用在固化硅酮橡膠和導(dǎo)體材料的混合物中的固化硅酮橡膠包括含有其中每個(gè)分子至少具有結(jié)合水解基團(tuán)的三個(gè)硅原子的有機(jī)聚硅氧烷的硅酮橡膠，含有其中每個(gè)分子至少具有兩個(gè)硅烷醇基或結(jié)合水解基團(tuán)的兩個(gè)硅原子的有機(jī)聚硅氧烷的硅酮橡膠和含有其中每個(gè)分子平均至少有兩個(gè)結(jié)合水解基團(tuán)的硅原子的有機(jī)硅酮化合物，以及每個(gè)分子至少有兩個(gè)結(jié)合到硅酮原予上的鏈烯基的有機(jī)聚硅氧烷和作為交聯(lián)劑的具有平均超過兩個(gè)氫原子結(jié)合到硅酮原子上的有機(jī)聚硅氧烷的混合物，在混合物中加上鉑催化劑，該混合物作固化劑。導(dǎo)體材料的例子包括碳顆粒、碳珠、金屬粉末、碳纖維和碳須晶。
在如上述的具有正特性電阻組分中，通過改變?cè)诮M分中的化合物的比例，可以改變居里溫度。因此，在本發(fā)明中，需要適當(dāng)選擇具有能實(shí)現(xiàn)所要求狀態(tài)下的溫度特性的正特性的電阻成分。
圖5a至5d的實(shí)施例如圖5a至5d所示，將一根涂敷過的引線6接合到與圖4a至4c具有相同結(jié)構(gòu)的試樣1上。通過在試樣1上加一電壓和/或微電流進(jìn)行腐蝕監(jiān)測(cè)。在圖5a至5d中PTC加熱器10的周圍用樹脂4a模塑。在進(jìn)行電化學(xué)測(cè)量的情況下，被監(jiān)測(cè)部分的面積最好不要太大，例如最好為10平方厘米或更小。因此，對(duì)被監(jiān)測(cè)的金屬材料1的除了監(jiān)測(cè)部分(開口)11以外的部分用絕緣合成樹脂4a涂敷。導(dǎo)體9、9’都形成為梳齒狀，以便均勻加熱整個(gè)PTC加熱器10。
雖然在上述的每個(gè)實(shí)施例中試樣1的形狀都為板狀，但是對(duì)試樣的形狀沒有特別的限制，只要至少有一個(gè)扁平表面和彎曲的表面就可以。具有一個(gè)彎曲表面形狀的例子包括棒狀、管狀、半管狀和圓筒狀。
即使是為了模擬一個(gè)用于監(jiān)測(cè)在間隙處局部腐蝕的間隙而由焊接起來的兩塊板組成的制品也可以采用，只要至少有一個(gè)扁平表面或彎曲表面。
試樣可以由與在實(shí)際設(shè)備中的各種工藝過程中使用的相同的材料或沒有用在實(shí)際設(shè)備中但可能使用的任何材料制成。由實(shí)際設(shè)備的各種工藝裝置中切下來的小片和已經(jīng)暴露在腐蝕環(huán)境中的實(shí)際設(shè)備的小片也可以使用。
雖然在圖4a至4c和圖5a至5c中在PTC加熱器10上只配置一個(gè)試樣，但也可以配置兩個(gè)或更多的試樣，在這種情況下，可以把這些試樣裝在PCT加熱器10的兩側(cè)上。
按照本發(fā)明，對(duì)試樣的材料和形狀沒有限制，只要至少有一個(gè)扁平或彎曲表面就可以，因此可以使用各種材料和各種形狀的金屬片，例如從實(shí)際設(shè)備上切下來的試樣。精確的腐蝕監(jiān)測(cè)可以在傳熱狀態(tài)下完成。
按照本發(fā)明即使在傳熱條件下也能方便地進(jìn)行腐蝕監(jiān)測(cè)，并且可以同時(shí)對(duì)很多金屬材料進(jìn)行監(jiān)測(cè)。此外，容易把試樣配置在實(shí)際設(shè)備的腐蝕環(huán)境中，從而可以在實(shí)際的腐蝕環(huán)境中進(jìn)行腐蝕監(jiān)測(cè)。
按照本發(fā)明，可以在傳熱條件下進(jìn)行在線腐蝕測(cè)量，并且對(duì)材料沒有限制。本發(fā)明適用于試驗(yàn)室中的腐蝕評(píng)價(jià)試驗(yàn)，因此有利于在傳熱條件下進(jìn)行腐蝕評(píng)價(jià)試驗(yàn)。
用于本發(fā)明試樣的金屬材料沒有限制，本發(fā)明可以優(yōu)選地用于對(duì)耐腐蝕金屬材料進(jìn)行腐蝕監(jiān)測(cè)，這些金屬材料例如不銹鋼、鎳、鎳合金、鈦、鈦合金、鋁、鋁合金、銅、銅合金、鉻、鉻合金、鉬、鉬合金、鎢、鎢合金以及錳合金。
圖7a、7b是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的試樣31的前視圖和后視圖，圖7c、7d是分別沿線ⅦC-ⅦC和ⅦD-ⅦD剖切的剖視圖。
由不銹鋼(日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SUS304)制成的金屬片21、21’通過點(diǎn)焊在點(diǎn)焊部分23處焊接起來。在金屬片21、21’之間除點(diǎn)焊部分23以外的部分上存在間隙。用于電位測(cè)量的涂敷過的金屬引線26的一端通過軟釬焊等與金屬片21相連，然后用絕緣材料(例如硅酮樹脂)涂敷該連接部分。用粘接劑將一個(gè)片狀加熱元件22粘接到金屬片21的一個(gè)外表面上。將涂敷過的引線27連續(xù)地連接到片狀加熱元件22上。
片狀加熱元件22是一個(gè)由正特性電阻部分組成并由絕緣材料25(例如硅酮樹脂)涂敷過的加熱元件。
片狀加熱元件22稍小于金屬片21。片狀加熱元件22整個(gè)被上述絕緣材料25密封，并且固定在片狀加熱元件22外側(cè)的金屬片21的周邊部分也被上述絕緣材料25密封。絕緣材料25進(jìn)一步覆蓋金屬片21的內(nèi)表面(面對(duì)金屬片21)的周邊部分，直到金屬片21的端部。
對(duì)通過焊接接合的兩個(gè)金屬片的形狀沒有限制，只要這兩個(gè)金屬片由相同材料制成。最好是在把兩個(gè)金屬片的表面處理成具有與監(jiān)測(cè)金屬相同狀態(tài)后，通過焊接使兩個(gè)金屬片接合起來。
對(duì)焊接沒有特別限制，因此可以用點(diǎn)焊。在焊接過程中發(fā)生飛濺的試樣不能使用。雖然對(duì)為了使兩個(gè)金屬片接合的焊接部分的數(shù)目沒有特別的限制，但這兩個(gè)金屬片在1/3部分是合適的，最好是使除了焊接部分之外的金屬件的表面積比焊接部分的面積大。在焊接后對(duì)焊接部分不用進(jìn)行任何后續(xù)處理(消除應(yīng)力)。
焊接條件可以根據(jù)待監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的腐蝕速率和待監(jiān)測(cè)金屬的腐蝕靈敏度(殘余應(yīng)力，靈敏度等)改變，以便使焊接的金屬片的腐蝕靈敏度隨著兩金屬片的間隙改變，從而在與實(shí)際設(shè)備的條件更相似的條件下進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
另外，可以通過敏化作用控制腐蝕靈敏度。
通過焊接接合的兩金屬片間的間隙最好以一種方式設(shè)定，使間隙開口的寬度(圖6的a)是間隙深度(圖6的b)的1/10或更小。
圖6為本發(fā)明試樣例子的簡化側(cè)視圖，其中，金屬片21、21在點(diǎn)焊部23焊接起來，并且金屬片21、21之間有間隙24。
把涂敷過的引線連接到試樣上，通過涂敷的引線可以測(cè)量電位，對(duì)連接試樣和涂敷過的引線的方法沒有特別限制。這些例子包括通過螺釘把具有卷曲端部結(jié)構(gòu)的涂敷過的引線連接到試樣上的方法和通過軟釬焊連接的方法。在試樣和涂敷過的引線之間的連接部分需要用絕緣樹脂涂敷，以便防止在浸入試驗(yàn)液體中時(shí)發(fā)生腐蝕。
將片狀加熱元件接合到焊接過的兩金屬片的比較寬的外表面上。當(dāng)兩個(gè)金屬片的外表面的面積相等時(shí)，可以把加熱元件接合到任何一個(gè)片的外表面上。片狀加熱元件能均勻加熱試樣，以便可以模擬傳熱表面的環(huán)境。
對(duì)片狀加熱元件沒有特別限定。片狀加熱元件需要以一種方式接合到焊接過的具有間隙的兩個(gè)金屬片上，使在兩個(gè)金屬片與片狀加熱元件之間不具有連貫性。作為達(dá)到上述目的的一個(gè)方法，可以用絕緣樹脂涂敷片狀加熱元件的外表面。
最好以利用片狀加熱元件使傳熱表面的溫度與待監(jiān)測(cè)金屬的傳熱表面相同的方式列試樣進(jìn)行加熱。因此，最好是為片狀加熱元件提供溫度控制機(jī)構(gòu)。作為溫度控制機(jī)構(gòu)，可以利用液體膨脹恒溫器，雙金屬恒溫器或利用熱電偶溫度傳感器的控制機(jī)構(gòu)。
通過利用作為片狀加熱元件的具有電阻隨溫度變化而迅速變化特性即正特性的PTC加熱器，可以使裝置制造更簡單，因?yàn)榧訜嵩旧砭哂锌刂茰囟鹊墓δ?。?dāng)把PTC加熱器用作加熱元件時(shí)，不需要外部傳感器，在失效時(shí)不出現(xiàn)過熱危險(xiǎn)。通常與由外部溫度傳感器進(jìn)行溫度控制的情況相比這種措施需要較少的電能，因此有利于能量轉(zhuǎn)換。
作為包括PTC加熱器10的正特性電阻部件包括摻有微量稀土元素的鈦酸鋇、熱塑性樹脂和導(dǎo)電材料的混合物、具有作為單位元素的環(huán)氧烷的有機(jī)化合物和導(dǎo)電材料的混合物以及固化硅酮橡膠和導(dǎo)電材料的混合物。
在它們當(dāng)中，用在熱塑性樹脂和導(dǎo)電材料混合物中的熱塑性樹脂的實(shí)例包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚乙烯對(duì)苯二甲酸酯、聚偏二氯乙烯、氟碳聚合物、聚酰胺、和乙烯-乙酸乙烯酯共聚物。導(dǎo)電材料的實(shí)例包括碳顆粒、碳珠、金屬粉末、碳纖維和碳須晶。
在具有作為單位元素的環(huán)氧烷的有機(jī)化合物和作為正特性的電阻組分的導(dǎo)電材料的混合物中使用的環(huán)氧烷的有機(jī)化合物的例子包括聚乙二醇、聚環(huán)氧乙烷、聚氧乙烯和聚氧丙烯的嵌段聚合物(所謂Pluronic)、聚氧乙烯烷基醚、聚氧乙烯烷基烯丙醚、聚氧乙烯烷基酯、聚氧乙烯烷胺、聚氧乙烯山梨糖脂肪酸酯、三氧雜環(huán)己烷和冠醚類。導(dǎo)電材料的例子包括碳顆粒、碳珠、金屬粉末、碳纖維和碳須晶。
用在固化硅酮橡膠和導(dǎo)電材料的混合物中的固化硅酮橡膠的例子包括含有每個(gè)分子至少具有結(jié)合了水解基團(tuán)的三個(gè)硅原子有機(jī)聚硅氧烷的硅酮橡膠，含有每個(gè)分子至少具有結(jié)合了水解基團(tuán)的兩個(gè)硅烷醇基或兩個(gè)硅原子的有機(jī)聚硅氧烷的硅酮橡膠和至少平均每個(gè)分子具有結(jié)合了水解基團(tuán)的兩個(gè)硅原子的有機(jī)硅酮化合物，以及每個(gè)分子至少有兩個(gè)結(jié)合到硅酮原子上的鏈烯基的有機(jī)聚硅氧烷和作為交聯(lián)劑的平均具有結(jié)合到硅酮原子上的兩個(gè)以上氫原子的有機(jī)聚硅氧烷的混合物，在混合物中加上鉑催化劑作固化劑。導(dǎo)體材料的例子包括碳顆粒、碳珠、金屬粉末、碳纖維和碳須晶。
在如上述正特性的電阻組分中，通過改變?cè)诮M分中的化合物的比例，可以改變居里溫度。因此，在本發(fā)明中，需要適當(dāng)選擇具有能實(shí)現(xiàn)所要求的傳熱狀態(tài)下的溫度特性的正特性電阻成分。
對(duì)片狀加熱元件的尺寸和形狀沒有特別的限定，最好把片狀加熱元件的尺寸和形狀設(shè)計(jì)成與片狀加熱元件接合的那個(gè)試樣的尺寸和形狀相對(duì)應(yīng)。當(dāng)片狀加熱元件在其兩個(gè)表面上具有傳熱部分時(shí)，可以把該試樣接合到片狀加熱元件的兩個(gè)表面上。當(dāng)試樣只接合到該片狀加熱元件的一個(gè)表面上時(shí)，可以把絕熱材料接合到?jīng)]有接合試樣的另一個(gè)表面上，以便減少來自沒有接合試樣的表面上的散射的熱發(fā)射。作為片狀加熱元件的傳熱表面可以由撓性材料制成或者事先形成所要求的形狀，以便即使試樣具有彎曲表面時(shí)，也可以接合。
使試樣與片狀加熱元件接合的方法沒有特別的限制，可以使用粘接劑或兩個(gè)涂敷的壓敏粘接帶，并且可以根據(jù)需要使用具有不受片狀加熱元件發(fā)出的熱量影響特性的粘接利料。
需要對(duì)試樣和片狀加熱元件進(jìn)行保護(hù)，以便阻止水流入試樣和片狀加熱元件之間的間隙中，一些測(cè)量例子之一是用絕緣材料密封金屬試樣與片狀加熱元件之間的間隙的方法。對(duì)于除了金屬試樣與片狀加熱元件之間的間隙之外的其它部分即除了待監(jiān)測(cè)部分都可以密封。
可以使用一個(gè)由絕緣材料構(gòu)成的試樣座，該座有一個(gè)只使監(jiān)測(cè)部分與試驗(yàn)水接觸的開口，及能蓋住試樣使其它部分不與試驗(yàn)水接觸，在這種情況下，必需限制座與傳熱表面(金屬表面)之間沿著座開口的間隙，以便防止在這部分周圍發(fā)生間隙腐蝕。
本發(fā)明用于腐蝕監(jiān)測(cè)的方法和裝置包括使本發(fā)明的上述試樣與待監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的水(有時(shí)稱試驗(yàn)水)相接觸，并測(cè)量試樣的腐蝕電位的變化。
具體地說，例如將上述的試樣和參比電極(標(biāo)準(zhǔn)電極)浸入試驗(yàn)水中，然后隨時(shí)測(cè)量試樣與參比電極之間的電位差。在這樣情況下，必須把一根涂敷過的引線連接到試樣上，并且通過涂敷過的引線測(cè)量電位差。
通過電位差計(jì)、數(shù)字多路電壓表、試驗(yàn)器或利用電壓輸入的A/D變換器的計(jì)算機(jī)可對(duì)上述電位進(jìn)行測(cè)量。參比電極的例子包括Ag/AgCl/飽合KCl電極，SCE電極，Cu/CuSO4電極和Hg/Hg2SO4電極。
對(duì)使試樣與試驗(yàn)水接觸的方法沒有特別的限制，這些例子包括1．一種包括下述步驟的方法通過一個(gè)支管把待監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的管中的試驗(yàn)水引導(dǎo)到一個(gè)小容器中，然后將試樣浸入到在該容器中的水(試驗(yàn)水)中；2一種包括下述步驟的方法把試樣浸入在配置在待監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的槽中(例如一個(gè)冷卻塔的槽中)的試驗(yàn)水中；3一種包括通過一個(gè)支管把待監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的管中的試驗(yàn)水輸送到一個(gè)塔中，以便使試驗(yàn)水在監(jiān)測(cè)期間在塔中流動(dòng)的方法。
在使水流過塔中的方法3中，需要用一個(gè)使水在塔中的流率在監(jiān)測(cè)期間保持恒定的控制閥。另外，還可以控制在待監(jiān)測(cè)的管(例如熱交換器的管路)的內(nèi)部或外部的水的流率，以便能更精確地監(jiān)測(cè)。
本發(fā)明的方法可以適用于在試驗(yàn)室進(jìn)行耐腐蝕評(píng)價(jià)，以便確定一種金屬材料是否能用在一定的環(huán)境中。在這種情況下，將由待評(píng)價(jià)金屬材料制成的試樣和參比電極浸入在一個(gè)用于監(jiān)測(cè)的容器(燒杯)中的水溶液中，該溶液與金屬材料在該容器中使用。
雖然，對(duì)試樣焊接部分的殘余應(yīng)力和在焊接部分周圍的熱效應(yīng)(靈敏度)沒有限制，但最好是在作為與待監(jiān)測(cè)的金屬材料的殘余應(yīng)力和熱效應(yīng)相同或稍高的待監(jiān)測(cè)金屬的評(píng)價(jià)條件下進(jìn)行焊接試樣并且通過熱處理控制。這將有助于精確預(yù)言金屬材料腐蝕可能性的范圍?？梢园丫哂胁煌瑲堄鄳?yīng)力和熱效應(yīng)的若干個(gè)試樣浸在用于監(jiān)測(cè)的水溶液中。
雖然對(duì)試樣的傳熱表面的溫度沒有特別的限制，但最好控制該傳熱表面使其具有與金屬件例如待監(jiān)測(cè)的熱交換器管的表面溫度相同或稍高的溫度，以便有助于精確地預(yù)言待監(jiān)測(cè)管腐蝕的可能性。可以把若干個(gè)具有在各種溫度狀態(tài)下的各自的傳熱表面的試樣浸在適用于監(jiān)測(cè)的溶液中。
可以通過一種方式把一個(gè)用在現(xiàn)有技術(shù)的監(jiān)測(cè)中的具有均勻金屬表面的傳統(tǒng)試樣、一個(gè)在其上面接合有片狀加熱元件以便具有一個(gè)傳熱表面的傳統(tǒng)試樣或沒有傳熱部分的本發(fā)明的試樣分別浸入試驗(yàn)水中，然后測(cè)量各自的腐蝕電位。
根據(jù)在上述方式獲得的試樣電位的圖形的變化可以預(yù)言金屬材料在試驗(yàn)水中的腐蝕可能性?？梢酝ㄟ^一個(gè)計(jì)算機(jī)或一個(gè)數(shù)據(jù)記錄設(shè)備全面進(jìn)行電位測(cè)量。通過鉑電極可以測(cè)量氧化-還原電位，以便評(píng)價(jià)在同一時(shí)間的試驗(yàn)水的氧化傾向。
例1把圖7a至7c所示的試樣31借助于圖8中所示的燒杯試驗(yàn)進(jìn)行金屬腐蝕監(jiān)測(cè)(在這個(gè)例子中為SOS304)。
將作為模擬在實(shí)際設(shè)備中冷卻水的試驗(yàn)水的人造冷卻水注入到1升的燒杯中，并按照使試驗(yàn)水中的氯離子濃度為200mg Cl-/升的要求加入氯化鈉，人造冷卻水的主要性質(zhì)是鈣硬度280mg CaCO3/升，M含堿量240mg CaCO3/升，鎂的硬度160mgCaCO3/升，將用于阻止結(jié)垢沉積的合成聚合物添加到該人造冷卻水中。
將容納試驗(yàn)水(人造冷卻水)的燒杯34放入恒溫槽36中，并通過一種方式控制水溫使試驗(yàn)水保持在40℃。
為了比較將本發(fā)明的試樣31和一個(gè)作為比較用的用在現(xiàn)有技術(shù)中監(jiān)測(cè)并具有均勻金屬表面的傳統(tǒng)試樣(SUS304)浸入試驗(yàn)水中，并且根據(jù)參比電極(Ag/AgCl飽和、KCl電極)33監(jiān)測(cè)電位。本發(fā)明試樣31的傳熱表面的溫度被設(shè)定在70℃。
如圖9所示，將本發(fā)明的試樣浸入后的短時(shí)間內(nèi)其電位就下降，相反，在試驗(yàn)期間沒有發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)試樣32電位明顯變化。
在浸入試驗(yàn)后觀察間隙和環(huán)繞焊接部分的部分，結(jié)果發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重的腐蝕和應(yīng)力腐蝕裂隙。反之，在傳統(tǒng)的試樣32上沒有發(fā)現(xiàn)腐蝕。
例2將例1中的試樣31使用在模擬用于監(jiān)測(cè)金屬(在這個(gè)例子中為SUS304)腐蝕的實(shí)際冷卻水系統(tǒng)的試驗(yàn)性裝置中。
具體地說，將例1的試樣和作為應(yīng)用于現(xiàn)有技術(shù)作比較用途的具有均勻金屬表面的試樣(SUS304)浸入冷卻塔槽中的水中，本發(fā)明試樣31的傳熱面的溫度設(shè)定在70℃。
試驗(yàn)系統(tǒng)的大致配置示于圖10中。應(yīng)該注意，圖10是把該試驗(yàn)系統(tǒng)應(yīng)用到一個(gè)實(shí)際設(shè)備上的示意圖。在這個(gè)系統(tǒng)中，循環(huán)流的流量率為340升/分，保持水量為310升，在熱交換器40入口的冷卻水溫度是30℃，熱交換器40出口冷卻水溫度為40℃。將冷凝狀態(tài)下Atsugi鎮(zhèn)的自來水作為試驗(yàn)水，把從實(shí)際系統(tǒng)中收集的該冷卻水系統(tǒng)中的懸浮固體和沉淀物連續(xù)地加入到試驗(yàn)水35中。
根據(jù)參比電極(Ag/AgCl/飽和、KCl電極)33通過電位計(jì)37監(jiān)測(cè)本發(fā)明的試樣31和用在現(xiàn)有技術(shù)監(jiān)測(cè)中的傳統(tǒng)的具有均勻表面的試樣(SUS304)32的電位。
在圖10中，標(biāo)號(hào)38代表冷卻塔槽，39代表輸送泵，42代表風(fēng)扇，43代表過濾器。
就本發(fā)明的試樣31而言，可以發(fā)現(xiàn)污物沉淀和間隙已受到嚴(yán)重腐蝕。而就傳統(tǒng)的試樣32而言，雖然也有廢屑沉淀，但數(shù)量少，并且沒有發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重間隙腐蝕。在例2的同樣情況下，本發(fā)明試樣31的電位降低，而傳統(tǒng)試樣32的電位在試驗(yàn)期間沒有明顯變化。
如上所示利用本發(fā)明的具有焊接部分、間隙和傳熱部分的試樣可以在模擬實(shí)際設(shè)備的腐蝕問題是嚴(yán)重的條件下實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)。本發(fā)明的監(jiān)測(cè)與傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)相比，提高了對(duì)腐蝕反應(yīng)的靈敏度。按照本發(fā)明，可以迅速精確地預(yù)測(cè)在實(shí)際設(shè)備中的金屬材料的腐蝕可能性，這一點(diǎn)在現(xiàn)有技術(shù)中是很難作到的，因此，可以通過采取預(yù)防措施防止在實(shí)際設(shè)備中的嚴(yán)重腐蝕的發(fā)展。
權(quán)利要求
1．一種用于在傳熱條件下在與腐蝕流體接觸情況下監(jiān)測(cè)金屬件受到腐蝕的腐蝕監(jiān)測(cè)方法，該方法包括下述步驟通過片狀加熱元件加熱由與金屬件相同材料制成的試樣的一個(gè)表面；使試樣的另一表面的至少一部分與腐蝕流體接觸，檢測(cè)試樣的腐蝕狀態(tài)；以及根據(jù)檢測(cè)結(jié)果監(jiān)測(cè)金屬件的腐蝕。
2．如權(quán)利要求1所述的腐蝕監(jiān)測(cè)方法，其特征在于上述加熱元件的溫度是可控制的。
3．如權(quán)利要求2所述腐蝕監(jiān)測(cè)方法，其特征在于上述加熱元件是PTC加熱器。
4．一種用于在傳熱條件下在與腐蝕流體相接觸的試樣受腐蝕情況下監(jiān)測(cè)金屬件被腐蝕的腐蝕監(jiān)測(cè)方法，該方法包括下述步驟將一個(gè)反電極或參比電極浸入腐蝕流體中，通過片狀加熱元件加熱由與金屬件相同材料制成的試樣的一個(gè)表面，使試樣的另一表面的至少一部分與腐蝕流體接觸，測(cè)量試樣與反電極或參比電極之間的電信號(hào)；根據(jù)測(cè)量結(jié)果監(jiān)測(cè)金屬件的腐蝕。
5．一種用于在傳熱條件下在與腐蝕流體接觸的情況下監(jiān)測(cè)受到腐蝕的金屬件被腐蝕的監(jiān)測(cè)裝置，該裝置包括一個(gè)由與金屬件相同的材料構(gòu)成的試樣，一個(gè)用于加熱試樣的一個(gè)表面的片狀加熱元件；以及一個(gè)用于在試樣的另一表面至少一部分與腐蝕流體接觸時(shí)檢測(cè)試樣腐蝕狀態(tài)的檢測(cè)器。
6．一種如權(quán)利要求5所述的腐蝕監(jiān)測(cè)裝置，該裝置還包括一用于控制加熱元件溫度的組件。
7．一種如權(quán)利要求6所述的腐蝕監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于所述的用于控制加熱元件溫度的組件是一個(gè)PTC加熱器。
8．一種用于在傳熱條件下在與腐蝕流體接觸情況下監(jiān)測(cè)受到腐蝕的金屬件被腐蝕的腐蝕監(jiān)測(cè)裝置，該裝置包括一個(gè)浸入到腐蝕流體中的反電極或參比電極；一個(gè)由與金屬件相同材料制成的試樣；一個(gè)用于加熱試樣的一個(gè)表面的片狀加熱元件，以及一個(gè)用于在試樣的另一表面的至少一部分與腐蝕流體接觸時(shí)測(cè)量試樣與反電極或參比電極之間電信號(hào)的測(cè)量組件。
9．一種用于監(jiān)測(cè)金屬件腐蝕的試樣，該試樣由與金屬件在傳熱條件下相同的材料制成，并且具有一個(gè)焊接部分和一個(gè)間隙。
10．如權(quán)利要求9所述的用于監(jiān)測(cè)腐蝕的試樣，其特征在于由接合到試樣上的片狀加熱元件提供熱傳導(dǎo)。
11．如權(quán)利要求10所述的用于監(jiān)測(cè)腐蝕的試樣，其特征在于所述元件是一個(gè)PTC加熱器。
12．一種利用權(quán)利要求9所述試樣以便測(cè)量試樣的腐蝕電位的變化的監(jiān)測(cè)腐蝕方法。
13．一種監(jiān)測(cè)腐蝕的裝置，該裝置包括一個(gè)如權(quán)利要求8所述的試樣和一個(gè)測(cè)量試樣的腐蝕電位變化的組件。
14．一種包括權(quán)利要求13所述的監(jiān)測(cè)腐蝕裝置，其特征在于所述試樣包括一個(gè)PTC加熱器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于在傳熱條件下監(jiān)測(cè)在實(shí)際設(shè)備上的金屬件腐蝕的板狀試樣,該試樣的構(gòu)造和一種包括該試樣的腐蝕監(jiān)測(cè)裝置,以及應(yīng)用該試樣及該裝置監(jiān)測(cè)金屬件受到腐蝕的腐蝕監(jiān)測(cè)方法。所述的試樣、監(jiān)測(cè)裝置及金屬件受腐蝕的監(jiān)測(cè)方法,如說明書中所述。
文檔編號(hào)G01N17/00GK1220392SQ9812500
公開日1999年6月23日 申請(qǐng)日期1998年10月15日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月15日
發(fā)明者井芹一, 高橋邦幸, 米田裕 申請(qǐng)人:栗田工業(yè)株式會(huì)社