一种弯管冲刷腐蚀测试系统及测试方法.pdf

本发明公开了一种弯管冲刷腐蚀测试系统及测试方法，包括水箱，水箱的出口处通过管道连接离心砂泵，水箱与离心砂泵之间的管道上设有球阀；离心砂泵的输出端通过直管道连接测试弯管的一端，测试弯管的另一端通过管道接入水箱进口；测试弯管与水箱之间的连接管道上设有流量计；测试弯管的内壁上设有多个沿着环向和轴向不同位置的凹槽；凹槽的底部设有引出测试导线的线孔；测试弯管的壁上设有两个圆孔，分别安装有辅助电极和参比电极。测试弯管内壁设有多个凹槽，可以在测试弯管的不同微小区域进行挂片，实现测试弯管冲刷腐蚀失重测试和电化学测试的同步进行。

权利要求书
1.  一种弯管冲刷腐蚀测试系统，其特征是，包括水箱，
所述水箱的出口处通过管道连接离心砂泵，所述水箱与所述离心砂泵之间的管道上设有 球阀；所述离心砂泵的输出端通过直管道连接测试弯管的一端，所述测试弯管的另一端通过 管道接入水箱进口；
所述测试弯管与水箱之间的连接管道上设有流量计；
所述测试弯管的内壁上设有多个沿着环向和轴向不同位置的凹槽；所述凹槽的底部设有 引出测试导线的线孔；所述凹槽内安装有试验试片或丝束电极，试验试片或丝束电极与电化 学测试系统连接；
所述测试弯管的壁上设有两个圆孔，分别安装有辅助电极和参比电极。

2.  如权利要求1所述的一种弯管冲刷腐蚀测试系统，其特征是，所述水箱中设置有冷却 系统。

3.  如权利要求1所述的一种弯管冲刷腐蚀测试系统，其特征是，所述离心砂泵与测试弯 管之间的直管道上设置有取样器。

4.  如权利要求1所述的一种弯管冲刷腐蚀测试系统，其特征是，所述离心砂泵与所述测 试弯管之间的管道上依次设有闸阀和压力表。

5.  如权利要求4所述的一种弯管冲刷腐蚀测试系统，其特征是，所述压力表为隔膜式抗 震压力表。

6.  如权利要求1所述的一种弯管冲刷腐蚀测试系统，其特征是，所述离心砂泵为衬塑离 心砂泵，与变频器连接。

7.  如权利要求1所述的一种弯管冲刷腐蚀测试系统，其特征是，与所述水箱进口相连的 管道直接通入水箱中心的底部。

8.  如权利要求1所述的一种弯管冲刷腐蚀测试系统，其特征是，所述试验试片或丝束电 极的大小、厚度与凹槽的结构相配合，试验试片或丝束电极与测试导线连接，测试导线穿过 线孔与电化学测试系统连接。

9.  如权利要求1所述的一种弯管冲刷腐蚀测试系统，其特征是，所述测试弯管包括测试 弯管内侧部分和测试弯管外侧部分；
所述测试弯管外侧部分的两个沿轴向的边缘上分别设有卡边，所述卡边与所述测试弯管 内侧部分的沿轴向方向的边缘上的卡槽相咬合；
所述测试弯管内侧部分和测试弯管外侧部分的咬合处设有密封垫；
所述测试弯管内侧部分和测试弯管外侧部分的两端为一体式法兰，一体式法兰上开有螺 孔；
所述测试弯管外侧部分和测试弯管内侧部分的内壁上都设有多个沿着环向和轴向不同 位置的凹槽；
所述测试弯管外侧部分的壁上设有安装辅助电极的圆孔及安装参比电极的圆孔。

10.  一种如权利要求1-9任一项所述的弯管冲刷腐蚀测试系统的测试方法，其特征是，包 括以下步骤，
第一步，在测试弯管的凹槽内安装试验试片或丝束电极，在两个圆孔内分别安装辅助电 极和参比电极，并将测试弯管与实验装置上的管道对接；配置氯化钠溶液，并将石英砂加入 水箱中，氯化钠溶液的浓度及石英砂的含量根据实验要求进行改变；打开球阀，关闭闸阀， 启动变频器，调节变频器的频率，启动离心砂泵，待离心砂泵转速稳定后打开闸阀；
第二步，试验试片或丝束电极通过测试导线与电化学测试系统连接，在线依次测试每个 试验试片或丝束电极的自腐蚀电位、电化学噪声谱、电化学阻抗谱和电化学极化曲线；
第三步，实验结束后，先关掉闸阀，关掉变频器，再关掉球阀；
第四步，取下测试弯管，取下试验试片或丝束电极，进行腐蚀形貌观察和腐蚀产物分析； 清除试验试片或丝束电极表面的腐蚀产物，逐一测试试验试片或丝束电极的失重；
第五步，基于弯管不同位置的局部试验试片或丝束电极的腐蚀失重信息、电化学腐蚀特 征，能够获得不同流速、含沙量、固体颗粒粒径、腐蚀介质含量这些参数对弯管不同微区冲 刷腐蚀的影响规律，表征弯管不同微区的冲刷腐蚀特征、腐蚀与冲刷损伤特征差异，揭示弯 管冲刷腐蚀破坏的机理。

说明书一种弯管冲刷腐蚀测试系统及测试方法
技术领域
本发明涉及冲刷腐蚀实验装置领域，尤其涉及一种弯管冲刷腐蚀测试系统及测试方法， 用于实验室中在一定条件下模拟金属弯管在腐蚀性环境中的冲刷腐蚀行为。
背景技术
目前，研究管道冲刷腐蚀应用较多的实验装置是旋转式实验装置、喷射式实验装置、管 流式实验装置三种。实验装置的共同点是让介质和试样之间产生一种相对运动，使流体对管 道造成冲刷腐蚀。但是，旋转式实验装置对电机平稳性和转轴的垂直度要求很高，旋转引起 的涡流影响大，不能真实地模拟管道的实际工况条件。喷射式实验装置可以精确控制流体的 速度、可以改变冲刷的攻角，但是不能很好地模拟实际工况条件，冲刷强度比实际情况大， 与泵、管道的实际冲刷腐蚀条件有一定的差距。管流式实验装置能很好的模拟实际管道工况 条件，可以精确控制流速，有良好的流体力学模型，实验结果有很强的实用价值。
实际生产中，在弯管处更易发生冲刷腐蚀破坏，而且破坏形式更加复杂。但现有的管流 式实验装置大多是针对直管段冲刷腐蚀的研究，对弯管处冲刷腐蚀的研究装置很少，而且是 以弯管整体进行研究，冲刷腐蚀过程中失重测试和电化学测试获得的是整个弯管的平均腐蚀 速率。但是弯管冲刷腐蚀是一种局部腐蚀，在弯管不同部位表现出不同的腐蚀特征，因此， 现有的实验装置无法表征弯管不同局部区域的冲刷腐蚀特征及微小局部区域腐蚀与冲刷损伤 特征差异，在研究弯管冲刷腐蚀中表现出了很大的局限性。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种弯管冲刷腐蚀测试系统及测试方法，采 用可拆卸的测试弯管，且测试弯管内壁设有多个凹槽用于放置试验试片或丝束电极，实现测 试弯管冲刷腐蚀失重测试和电化学测试的同步进行。利用本发明可模拟管道的实际工况条件， 研究流速、含砂量、固体颗粒粒径、腐蚀介质含量等参数对弯管不同微区冲刷腐蚀的影响,表 征弯管不同局部区域的冲刷腐蚀特征、腐蚀与冲刷损伤特征差异，揭示弯管冲刷腐蚀破坏的 机理。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种弯管冲刷腐蚀测试系统，包括水箱，
所述水箱的出口处通过管道连接离心砂泵，所述水箱与所述离心砂泵之间的管道上设有 球阀；所述离心砂泵的输出端通过直管道连接测试弯管的一端，所述测试弯管的另一端通过 管道接入水箱进口；
所述测试弯管与水箱之间的连接管道内设有流量计；
所述测试弯管的内壁上设有多个沿着环向和轴向不同位置的凹槽；所述凹槽内安装有试 验试片或丝束电极，试验试片或丝束电极与电化学测试系统连接；所述凹槽的底部设有引出 测试导线的线孔，实现实时、原位电化学测试；
所述测试弯管的壁上设有两个圆孔，分别安装有辅助电极和参比电极。
所述水箱中设置有冷却系统，控制水箱及管路中介质的温度。
所述离心砂泵与测试弯管之间的直管道上设置有取样器，精确确定管道上、中、下不同 位置介质的含砂量。
所述离心砂泵与所述测试弯管之间的管道上依次设有闸阀和压力表。
所述压力表为隔膜式抗震压力表。
所述离心砂泵为衬塑离心砂泵，与变频器连接，调节控制管道中介质的流速。
与所述水箱进口相连的管道直接通入水箱中心的底部，保证水箱中固体颗粒均匀分布。
所述凹槽内安装有试验试片或丝束电极，所述试验试片或丝束电极的大小、厚度与凹槽 的结构相配合，进行失重测试和电化学测试，试验试片或丝束电极安装后，不影响管道介质 的流态，试验试片或丝束电极与测试导线连接，测试导线穿过线孔与电化学测试系统连接。
所述测试弯管包括测试弯管内侧部分和测试弯管外侧部分；所述测试弯管外侧部分的两 个沿轴向的边缘上分别设有卡边，所述卡边与所述测试弯管内侧部分的沿轴向方向的边缘上 的卡槽相咬合；
所述测试弯管内侧部分和测试弯管外侧部分的咬合处设有密封垫；
所述测试弯管外侧部分和测试弯管内侧部分的内壁上都设有多个沿着环向和轴向不同 位置的凹槽；
所述测试弯管内侧部分和测试弯管外侧部分的两端为一体式法兰，一体式法兰上开有螺 孔；所述测试弯管外侧部分的壁上设有安装辅助电极的圆孔及安装参比电极的圆孔。测试弯 管通过螺栓与前后管道的法兰方便连接，试验结束后，测试可拆分为测试弯管内侧部分和测 试弯管外侧部分，重复利用。
弯管冲刷腐蚀测试系统的测试方法，包括以下步骤：
第一步，在测试弯管的凹槽内安装试验试片或丝束电极，在圆孔内安装辅助电极和参比 电极，并将测试弯管与实验装置上的管道对接；配置氯化钠溶液，并将石英砂加入水箱中， 氯化钠溶液的浓度及石英砂的含量根据实验要求进行改变；打开球阀，关闭闸阀，启动变频 器，调节变频器的频率，启动离心砂泵，待离心砂泵转速稳定后打开闸阀；
第二步，试验试片或丝束电极通过测试导线与电化学测试系统连接，在线依次测试每个 试验试片或丝束电极的自腐蚀电位、电化学噪声谱、电化学阻抗谱和电化学极化曲线；
第三步，实验结束后，先关掉闸阀，关掉变频器，再关掉球阀；
第四步，取下测试弯管，取下试验试片或丝束电极，进行腐蚀形貌观察和腐蚀产物分析； 清除试验试片的腐蚀产物，逐一测试试验试片的失重；
第五步，基于弯管不同位置的局部试验试片或丝束电极的腐蚀失重信息、电化学腐蚀特 征，能够获得不同流速、含砂量、固体颗粒粒径、腐蚀介质含量这些参数对弯管不同微区冲 刷腐蚀的影响规律，表征弯管不同微区的冲刷腐蚀特征、腐蚀与冲刷损伤特征差异，揭示弯 管冲刷腐蚀破坏的机理。
本发明的有益效果：
测试弯管内壁设有多个凹槽，可以在测试弯管的不同微小区域安装试验试片或丝束电极， 实现测试弯管冲刷腐蚀失重测试和电化学测试的同步进行。试验试片或丝束电极的形状与凹 槽的形状吻合，不影响管道中介质的流态，可以充分表征弯管不同微小区域的冲刷腐蚀特征， 测试弯管通过螺栓与前后管道的法兰方便连接，可拆卸，弯管可以重复利用，操作简单、节 约成本，实验结果符合现场工况。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为测试弯管剖视图；
图3为测试弯管等轴测图；
图4为测试弯管侧视图；
图5为测试弯管凹槽横截面处剖视图；
图6为凹槽局部放大图；
图7为测试弯管外侧部分内视图；
图8为测试弯管内侧部分内视图；
其中，1.水箱，2.球阀，3.离心砂泵，4.闸阀，5.压力表，6.取样器，7.测试弯管，8.流量 计，9.凹槽，10.线孔，11圆孔，12.测试弯管内侧部分，13.测试弯管外侧部分，14.一体式法 兰。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图1-8所示，一种弯管冲刷腐蚀测试系统，包括水箱1，水箱1的出口处通过管道连 接离心砂泵3，水箱1与离心砂泵3之间的管道上设有球阀2；离心砂泵3的输出端通过直管 道连接测试弯管7的一端，测试弯管7的另一端通过管道接入水箱1进口，测试弯管7与水 箱1之间的连接管道内设有流量计8；流量计8为电磁流量计，测试弯管7的内壁上设有多 个沿着环向和轴向不同位置的凹槽9；每个凹槽9的底部设有引出测试导线的线孔10，测试 弯管7的壁上设有两个圆孔11，分别安装有辅助电极和参比电极。测试弯管7的弯度及曲率 半径与要模拟的现场钢制弯头的弯度及曲率半径相同。本实施例中测试弯管7的弯度为90°， 曲率半径为管径的1.5倍。
水箱1中设置有冷却系统，控制水箱1及管路中介质的温度。
所述离心砂泵3与测试弯管7之间的直管道上设置有取样器7，精确确定管道上、中、 下不同位置介质的含砂量。
离心砂泵3与测试弯管7之间的管道上依次设有闸阀4和压力表5。
压力表5为隔膜式抗震压力表。
离心砂泵3为衬塑离心砂泵，与变频器连接，调节控制管道中介质的流速。
与水箱1进口相连的管道直接通入水箱1中心的底部，保证水箱1中固体颗粒均匀分布。
凹槽9内安装有试验试片或丝束电极，试验试片或丝束电极的大小、厚度与凹槽9的结 构相配合，试验试片或丝束电极安装后，不影响管道介质的流态，试验试片或丝束电极与测 试导线连接，测试导线穿过线孔10与电化学测试系统连接。
测试弯管8包括测试弯管内侧部分12和测试弯管外侧部分13；测试弯管外侧部分13 的两个沿轴向的边缘上分别设有卡边，卡边与测试弯管内侧部分12的沿轴向方向的边缘上的 卡槽相咬合；
测试弯管内侧部分12和测试弯管外侧部分13的咬合处设有密封垫；
测试弯管内侧部分12和测试弯管外侧部分13的两端为一体式法兰14；一体式法兰14 上开有螺孔；
测试弯管外侧部分13和测试弯管内侧部分12的内壁上都设有多个沿着环向和轴向不同 位置的凹槽9；
测试弯管外侧部分13的壁上设有安装辅助电极的圆孔11及安装参比电极的圆孔11。
测试弯管7通过螺栓与前后管道的法兰方便连接，试验结束后，测试可拆分为测试弯管 内侧部分12和测试弯管外侧部分13，重复利用。
弯管冲刷腐蚀测试系统的测试方法，
第一步，在测试弯管7的凹槽9内安装试验试片或丝束电极，在圆孔11内安装辅助电 极和参比电极，并将测试弯管7与实验装置上的管道对接；配置氯化钠溶液，并将石英砂加 入水箱中，氯化钠溶液的浓度及石英砂的数量根据实验要求进行改变；打开球阀2，关闭闸 阀4，启动变频器，调节变频器的频率，启动离心砂泵3，待离心砂泵3转速稳定后打开闸阀 4；
第二步，试验试片或丝束电极通过测试导线与电化学测试系统连接，在线依次测试每个 试验试片或丝束电极的自腐蚀电位、电化学噪声谱、电化学阻抗谱和电化学极化曲线；第三 步，实验结束后，先关掉闸阀4，关掉变频器，再关掉球阀2；
第四步，取下测试弯管7，取下试验试片或丝束电极，进行腐蚀形貌观察和腐蚀产物分 析；清除试验试片或丝束电极表面的腐蚀产物，逐一测试试验试片或丝束电极的失重；
第五步，基于弯管不同位置的局部试验试片或丝束电极的腐蚀失重信息、电化学腐蚀特 征，能够获得不同流速、含沙量、固体颗粒粒径、腐蚀介质含量这些参数对弯管不同微区冲 刷腐蚀的影响规律，表征弯管不同微区的冲刷腐蚀特征、腐蚀与冲刷损伤特征差异，揭示弯 管冲刷腐蚀破坏的机理。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限 制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付 出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。