一種濕硫化氫環(huán)境下的腐蝕疲勞試驗(yàn)裝置及其試驗(yàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于濕硫化氫等有毒腐蝕氣氛中環(huán)境腐蝕開裂領(lǐng)域，具體涉及一種濕硫化氫環(huán)境下的腐蝕疲勞試驗(yàn)裝置及其試驗(yàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]實(shí)際工程構(gòu)件在符合疲勞設(shè)計(jì)規(guī)范時(shí)過早失效的情況仍然時(shí)有發(fā)生，研宄表明工程構(gòu)件一般在一定的腐蝕環(huán)境下使用，腐蝕環(huán)境會(huì)對(duì)材料造成損傷，加速疲勞裂紋的萌生以及擴(kuò)展，引發(fā)設(shè)備過早失效?，F(xiàn)有的疲勞設(shè)計(jì)準(zhǔn)則大多是在簡單受力情況下結(jié)合經(jīng)驗(yàn)化的安全系數(shù)來進(jìn)行，這與工程構(gòu)件的實(shí)際服役工況存在一定的差異。因此，研宄腐蝕環(huán)境與應(yīng)力場共同作用下材料的疲勞行為具有十分重要的理論意義和工程價(jià)值。
[0003]在石油石化行業(yè)中，為了脫除油品中的雜質(zhì)硫原子等，從重質(zhì)石油餾分油制取高質(zhì)量輕質(zhì)油品，加氫工藝過程不可或缺，在相關(guān)設(shè)備中不可避免會(huì)形成濕硫化氫環(huán)境，從而對(duì)設(shè)備造成極大的腐蝕，在交變載荷的共同作用下，設(shè)備會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕疲勞斷裂。國內(nèi)外對(duì)腐蝕疲勞性能測試技術(shù)還不成熟，尚缺乏有效的腐蝕疲勞試驗(yàn)測試裝置。
[0004]中國專利文獻(xiàn)(公開號(hào)CN 203758889U)公開了一種濕硫化氫環(huán)境中的環(huán)境腐蝕開裂試驗(yàn)用裝置，可實(shí)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(yàn)。該實(shí)驗(yàn)裝置包括腐蝕溶液儲(chǔ)循容器、溶液循環(huán)系統(tǒng)，環(huán)境腐蝕開裂試驗(yàn)樣品室以及電化學(xué)輔助裝置，但是該裝置不能進(jìn)行含氣體介質(zhì)下的疲勞試驗(yàn)；由于濕硫化氫環(huán)境對(duì)設(shè)備腐蝕較大，硫化氫毒性大，操作過程中濃度控制較難，并且常規(guī)的濕硫化氫環(huán)境下的試驗(yàn)裝置未考慮疲勞試驗(yàn)過程中交變載荷引起的試樣位移所需要的動(dòng)密封結(jié)構(gòu)，對(duì)于該濕硫化氫環(huán)境下的腐蝕疲勞試驗(yàn)適應(yīng)性還有待改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題之一是提供了一種濕硫化氫環(huán)境下的腐蝕疲勞試驗(yàn)裝置。該裝置結(jié)構(gòu)簡單且密封性能良好，可以用于不同形狀和尺寸的疲勞試樣在濕硫化氫腐蝕環(huán)境下的腐蝕疲勞性能測試，另外，該裝置具備溫度控制功能，并且可以在線測量控制腐蝕溶液中硫化氫的濃度，提高試驗(yàn)結(jié)果的精確性。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案:
[0007]一種濕硫化氫環(huán)境下的腐蝕疲勞試驗(yàn)裝置，包括疲勞試驗(yàn)機(jī)，該裝置還包括設(shè)置在疲勞試驗(yàn)機(jī)工作段的帶波紋管補(bǔ)償器的密閉腐蝕環(huán)境箱、設(shè)置在密閉腐蝕環(huán)境箱外對(duì)其對(duì)內(nèi)部腐蝕介質(zhì)加熱的循環(huán)水系統(tǒng)以及與密閉腐蝕環(huán)境箱連通的對(duì)其內(nèi)部腐蝕介質(zhì)濃度實(shí)時(shí)測量并調(diào)控的在線取液裝置；所述密閉腐蝕環(huán)境箱內(nèi)的試樣由與之適配的夾具夾持，所述夾具分別穿過密閉腐蝕環(huán)境箱的上蓋板、下底板與疲勞試驗(yàn)機(jī)相連。
[0008]優(yōu)選的，所述試樣為不同材料和類型的棒狀疲勞試樣或板狀疲勞試樣。
[0009]進(jìn)一步的，所述夾具分別穿過下底板、上蓋板與疲勞試驗(yàn)機(jī)固連的一端設(shè)置為帶螺紋的長桿，另一端則設(shè)為試樣夾持端，所述夾持端設(shè)為用于板狀疲勞試樣的U型夾持端或用于棒狀疲勞試樣的螺紋夾持端。
[0010]優(yōu)選的，所述密閉腐蝕環(huán)境箱包括由上蓋板、下底板與兩端開口的腐蝕環(huán)境筒構(gòu)成的密封分體式圓筒結(jié)構(gòu)，所述腐蝕環(huán)境筒設(shè)為帶法蘭的有機(jī)玻璃圓筒，所述密閉腐蝕環(huán)境箱上蓋板為有機(jī)玻璃圓形厚板，上蓋板中心設(shè)置了便于夾具穿過的通孔，上蓋板與夾具之間通過橡膠O型圈靜密封；所述腐蝕環(huán)境筒利用螺栓分別與上蓋板及下底板連接，并通過橡膠O型圈實(shí)現(xiàn)靜密封。
[0011]進(jìn)一步的，所述密閉腐蝕環(huán)境箱的上蓋板上設(shè)置有硫化氫進(jìn)氣管，進(jìn)氣管上設(shè)有進(jìn)氣管閥門；所述密閉腐蝕環(huán)境箱的上蓋板上還設(shè)置有廢氣排放管，所述排氣管末端連接有廢氣吸收裝置。
[0012]進(jìn)一步的，所述波紋管補(bǔ)償器設(shè)為帶法蘭的不銹鋼焊接波紋管，波紋管上端法蘭通過螺栓與疲勞試驗(yàn)機(jī)固連，波紋管下端法蘭通過螺栓固定在密閉腐蝕環(huán)境箱的上蓋板上，并通過橡膠O型圈實(shí)現(xiàn)靜密封；所述夾具的固連端穿過上蓋板伸入所述波紋管補(bǔ)償器內(nèi)與疲勞試驗(yàn)機(jī)相連。
[0013]優(yōu)選的，所述循環(huán)水系統(tǒng)包括在循環(huán)水槽上安裝的循環(huán)水入口管，循環(huán)水出口管以及連通二者的循環(huán)水泵，循環(huán)水入口管上設(shè)有循環(huán)水入口閥門，循環(huán)水出口管上設(shè)有循環(huán)水出口閥門；自所述循環(huán)水出口管流出的水經(jīng)外部加熱裝置加熱后流經(jīng)循環(huán)水泵返回至循環(huán)水入口管進(jìn)而進(jìn)入循環(huán)水槽中從而構(gòu)成循環(huán)水系統(tǒng)；所述循環(huán)水槽設(shè)為有機(jī)玻璃材質(zhì)的圓筒體，所述循環(huán)水槽與密閉腐蝕環(huán)境箱的下底板通過螺紋固定連接、并通過橡膠墊圈防止循環(huán)水泄露。
[0014]優(yōu)選的，所述在線取液裝置包括在所述密閉腐蝕環(huán)境箱上蓋板設(shè)置的溶液量取管，所述溶液量取管的輸出端與溶液量取裝置相連；所述溶液量取裝置包括三通、橡皮管及橡膠球，所述三通一端通過橡皮管與溶液量取管連接，橡皮管與溶液量取管之間設(shè)有取液入口閥，一端作為由取液出口閥控制的腐蝕介質(zhì)出口，另外一端連接橡膠球；所述在線取液裝置通過調(diào)整兩側(cè)取液入口閥和取液出口閥的開閉并結(jié)合橡膠球來實(shí)現(xiàn)腐蝕疲勞試驗(yàn)過程中腐蝕溶液的在線量取。
[0015]優(yōu)選的，所述密閉腐蝕環(huán)境箱上蓋板設(shè)有測量腐蝕介質(zhì)溫度的溫度計(jì)。
[0016]本發(fā)明的另一個(gè)要解決的技術(shù)問題是提供一種基于上述結(jié)構(gòu)的濕硫化氫環(huán)境下的腐蝕疲勞試驗(yàn)裝置的試驗(yàn)方法，本試驗(yàn)方法采用了如下技術(shù)方案:
[0017]①控制試驗(yàn)溫度:調(diào)節(jié)循環(huán)水入口閥門的開度，保證流量，測量腐蝕介質(zhì)的溫度并控制在O?(80±2)°C ；
[0018]②控制試驗(yàn)中腐蝕介質(zhì)硫化氫的濃度:首先打開進(jìn)氣管上的進(jìn)氣管閥門，向密閉腐蝕環(huán)境箱中通入硫化氫；接著打開取液出口閥，擠壓橡膠球以排除其中的氣體，隨后關(guān)閉取液出口閥，打開取液入口閥，釋放橡膠球，將密閉腐蝕環(huán)境箱中的腐蝕介質(zhì)經(jīng)三通暫時(shí)儲(chǔ)存在橡膠球中，最后關(guān)閉取液入口閥，打開取液出口閥，擠壓橡膠球?qū)⒋郎y量的腐蝕介質(zhì)排放到特定容器中進(jìn)行腐蝕介質(zhì)的濃度測量；調(diào)節(jié)進(jìn)氣管閥門控制進(jìn)氣量，使硫化氫濃度到達(dá)試驗(yàn)所需值；
[0019]③腐蝕疲勞試驗(yàn):保證在線取液裝置中取液入口閥及取液出口閥保持關(guān)閉狀態(tài)，開始進(jìn)行試樣在濕硫化氫環(huán)境下的腐蝕疲勞試驗(yàn)。
[0020]本發(fā)明的有益效果在于:
[0021]I)、本發(fā)明通過在密閉腐蝕環(huán)境箱外設(shè)置循環(huán)水系統(tǒng)為試驗(yàn)提供O?80°C的恒溫條件，首先，調(diào)整循環(huán)水入口閥門開度，保證流量，并測量腐蝕介質(zhì)的溫度，控制在O?(80±2)°C ;同時(shí)打開進(jìn)氣管閥門，通入硫化氫氣體，通過調(diào)節(jié)進(jìn)氣管閥門開度來控制腐蝕溶液中硫化氫的含量，多余的硫化氫氣體從廢氣吸收裝置的排放接管排放到硫化氫吸收瓶中進(jìn)行吸收；要吸取腐蝕介質(zhì)時(shí)，首先打開取液出口閥，擠壓橡膠球以排除其中的氣體，隨后關(guān)閉取液出口閥，打開取液入口閥，釋放橡膠球，將密閉腐蝕環(huán)境箱中的腐蝕介質(zhì)經(jīng)三通暫時(shí)儲(chǔ)存在橡膠球中，最后關(guān)閉取液入口閥，打開取液出口閥，擠壓橡膠球?qū)⒋郎y量的腐蝕介質(zhì)排放到特定容器中進(jìn)行相關(guān)的介質(zhì)濃度測量，待硫化氫濃度到達(dá)試驗(yàn)所需值后，保證在線取液裝置中取液入口閥及取液出口閥保持關(guān)閉狀態(tài)，開始進(jìn)行試樣在濕硫化氫環(huán)境下的腐蝕疲勞試驗(yàn)。
[0022]本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，可以有效的完成試樣在濕硫化氫腐蝕環(huán)境下的腐蝕疲勞試驗(yàn)，可為不同材料和類型的試樣在濕硫化氫腐蝕環(huán)境下的疲勞設(shè)計(jì)和驗(yàn)證提供技術(shù)支撐；同時(shí)，該裝置具備溫度控制功能，并且可以在線測量控制腐蝕溶液中硫化氫的濃度，提高了試驗(yàn)結(jié)果的精確性。
[0023]2)、本發(fā)明中的在線取液裝置、循環(huán)水系統(tǒng)結(jié)合氣體調(diào)節(jié)閥門，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測腐蝕疲勞試驗(yàn)過程中腐蝕介質(zhì)的濃度、溫度、氣體含量等參數(shù)，方便實(shí)時(shí)控制介質(zhì)濃度、溫度以及氣體含量，將試驗(yàn)參數(shù)維持在恒定數(shù)值，保證實(shí)驗(yàn)的精確性，并為不同條件的腐蝕研宄創(chuàng)造了條件，且節(jié)約成本，制作簡單。
[0024]3)、本發(fā)明中的密閉腐蝕疲勞試驗(yàn)箱利用波紋管補(bǔ)償器對(duì)試樣在疲勞試驗(yàn)過程中由交變載荷作用引起的位移進(jìn)行補(bǔ)償，波紋管補(bǔ)償器設(shè)為帶法蘭的不銹鋼焊接波紋管，波紋管上端法蘭與疲勞試驗(yàn)機(jī)相連，波紋管下端法蘭通過螺栓固定在密閉腐蝕環(huán)境箱的上蓋板上，并通過橡膠O型圈實(shí)現(xiàn)密封，采用波紋管補(bǔ)償器結(jié)合靜密封結(jié)構(gòu)代替了原本需要的動(dòng)密封結(jié)構(gòu)，保證腐蝕環(huán)境箱的密封性能的同時(shí)簡化了整體結(jié)構(gòu)。
[0025]4)、