一种冷凝温度可控的露点腐蚀评估装置的制作方法

1.本发明涉及化工材料筛选和腐蚀评估技术领域，尤其是一种冷凝温度可控的露点腐蚀评估装置。


背景技术：

2.炼油及化工行业装置设备大多存在腐蚀情况。为应对设备腐蚀，除进行工艺改进防腐外，还要对材料进行筛选，选择出适合特定工况的材料。
3.炼油常减压装置常压塔、减压塔塔顶部位存在氯离子腐蚀和h2s腐蚀，为使设备安全稳定运行，需要对选择的材质进行试验，例如使用挂片法。但挂片法试验周期太长，效率低下。因此，开发一种冷凝温度可控的露点腐蚀评估装置，用于评估材料耐露点腐蚀的能力，为设备选材提供参考。
4.专利cn102692438b提供了一种能够实现电化学测试的露点腐蚀实验装置。该装置由数显油浴锅、蒸发瓶、冷凝管、复合电极、测试试样和尾气吸收瓶组成。蒸发瓶置于数显油浴锅内，蒸发瓶与冷凝管密封配合，复合电极和测试试样安装在冷凝管上端、并部分深入到冷凝管内，尾气吸收瓶通过管路与冷凝管相连；测试试样与外界电化学工作站相连。通过电化学工作站对测试样品进行电化学阻抗谱、电化学噪声测量，从而评价材料的耐腐蚀性能。
5.但是，该技术方案无法精确控制腐蚀元件表面冷凝温度；一次只能测试一个试样，效率低下；复合电极和测试试样结构复杂；并且无法同时对比不同材质或不同的表面处理工艺材料的耐腐蚀能力。
6.现有模拟腐蚀实验评估装置通过冷却容器腔实现酸性气体的冷凝，由于腔体较大，腔体内部温度不均一，存在温度分布，难以研究腐蚀元件在某一特定温度下发生露点腐蚀的情况，因此也难以研究露点腐蚀与温度之间的关系。
7.研究材料在某一特定温度下的露点腐蚀及研究材料露点腐蚀与温度之间的关系，对于指导选材和指导工艺生产操作参数的选择，具有重要意义。因此，需要开发一种结构简单，便于控制所研究材料表面温度的装置评估材料的露点腐蚀，用以指导选材和工艺生产操作参数的选择。


技术实现要素：

8.为克服现有的缺陷，本发明提出了一种冷凝温度可控的露点腐蚀评估装置。
9.一种冷凝温度可控的露点腐蚀评估装置包括加热装置、容器、中空腐蚀元件、密封盖、冷凝管、防倒吸瓶、尾气吸收瓶、恒温循环装置和直流电阻测量仪，其特征在于，所述容器通过加热装置加热，密封盖密封容器，所述中空腐蚀元件和冷凝管设置于密封盖上，所述冷凝管通过导管连通防倒吸瓶，防倒吸瓶连通尾气吸收瓶。
10.其中，中空腐蚀元件为u型金属管，u型金属管u型端设置于所述容器内部；u型金属管开口端设置于所述容器外部，中空腐蚀元件通过密封件连接密封盖。
11.其中，中空腐蚀元件u型金属管开口端分别通过转接卡套连通软管，所述软管连通
恒温循环装置。中空腐蚀元件内部与恒温循环装置循环贯通。中空腐蚀元件本身是换热结构的一部分，中空腐蚀元件为空心管结构，且冷却液流经空心管内部，实现冷凝温度的精确控制。流经空心管的冷却液为不导电的油性物质。
12.其中，中空腐蚀元件u型金属管开口端分别连接直流电阻测量仪。
13.其中，冷凝管位于密封盖中部，并连通容器。
14.优选地，中空腐蚀元件为多个。多个中空腐蚀元件实时对比，提高评估效率。
15.冷凝温度可控的露点腐蚀评估装置评估方法，
16.容器中盛放酸溶液，在加热装置加热下蒸发，模拟蒸汽态的腐蚀介质；
17.中空腐蚀元件空心管内流经恒温冷却液，含酸蒸汽遇金属管外壁冷凝，在金属管外壁形成露点腐蚀，
18.每个中空腐蚀元件的两端接直流电阻测量仪，测试测量每个中空腐蚀元件在发生露点腐蚀时电阻的变化。
19.测试测量每个中空腐蚀元件在发生露点腐蚀时电阻的变化的速率用于计算腐蚀速率，
20.腐蚀速率计算公式推导如下：
21.r＝ρ
·
l/s
22.s＝π
·r外2-π
·r内2
＝π
·
(r
外2-r
内2
)
23.则：r＝ρ
·
l/(π
·
(r
外2-r
内2
))
24.等式两边取自然对数，有：lnr＝lnρ lnl-lnπ-ln(r
外2-r
内2
)
25.对时间取微分，有：dlnr/dt＝-2r
外
/(r
外2-r
内2
)
·
dr
外
/dt
26.整理上式，得：dr
外
/dt＝-(r
外2-r
内2
)/(2r
外
)
·
(dlnr/dt)
27.即，腐蚀速率dr
外
/dt＝-(r
外2-r
内2
)/(2r
外
)
·
(dlnr/dt)
28.由于腐蚀速率极小，在一定时间内，r
外
变化量极小，因此上式右侧r
外
可近似用中空腐蚀元件初始外径值计算。
29.式中：r为中空腐蚀元件电阻；ρ为电阻率；l为中空腐蚀元件有效长度；r
内
为中空腐蚀元件中空金属管内径；r
外
为中空腐蚀元件中空金属管外径；s为中空腐蚀元件横截面积；t为腐蚀时间。
30.本发明提供的一种冷凝温度可控的露点腐蚀评估装置，通过建立露点腐蚀评估装置，可在实验室评估材料耐露点腐蚀的能力；精确控制试样的表面温度，评估某一特定温度下材料耐露点腐蚀的能力；便于研究材料在露点温度上下一定范围温度区间内的腐蚀情况，用于指导工艺生产操作中温度的设定；可在相同介质下，同时研究不同冷凝温度下材料耐露点腐蚀能力的差异；安装多个腐蚀试片，提高比较材料耐腐蚀性能的效率；并且，基于电阻测量技术，可实时评估材料耐露点腐蚀的能力；同时，装置结构简单。
附图说明
31.图1为冷凝温度可控的露点腐蚀评估装置示意图。
32.图2为密封盖俯视示意图。
33.图3为优选密封盖俯视示意图。
34.图4为实施例电阻变化图。
具体实施方式
35.下面结合附图和具体实施例对本发明提供的一种冷凝温度可控的露点腐蚀评估装置进行详细描述。
36.金属管的电阻与截面积成反比，金属表面发生腐蚀使截面积变小，从而使金属电阻增大，利用该原理，通过测量不同金属材料在腐蚀介质中电阻变化情况，评估不同材料耐腐蚀的能力。中空腐蚀元件在腐蚀介质中电阻增大越快，说明截面积减小越快，即腐蚀越快，越不耐腐蚀。因此，利用电阻仪测量腐蚀试片在腐蚀介质中电阻变化情况，就可以直接判断腐蚀试片之间耐腐蚀能力的强弱，并可以计算腐蚀速率。
37.为精确控制冷凝温度，中空腐蚀元件为空心管状，连接到油液的循环泵，冷却液流经腐蚀测试元件内部。通过控制油液的温度实现腐蚀测试元件温度的精确控制。
38.该装置采用此种方式，便于精确控制中空腐蚀元件表面的温度，可用于研究中空腐蚀元件表面处于某一冷凝温度时的耐腐蚀能力。同时，可用于研究中空腐蚀元件腐蚀速率与中空腐蚀元件表面冷凝温度之间的关系，建立腐蚀速率与中空腐蚀元件表面冷凝温度曲线，找到腐蚀速率发生明显变化的温度点，用于指导工业生产操作中温度的设置。
39.图1、2示出，一种冷凝温度可控的露点腐蚀评估装置，包括加热装置1、容器2、中空腐蚀元件3、密封盖4、冷凝管8、防倒吸瓶10、尾气吸收瓶11、恒温循环装置和直流电阻测量仪，所述容器2通过加热装置1加热，密封盖4密封容器2，所述中空腐蚀元件3和冷凝管8设置于密封盖4上，所述冷凝管8通过导管9连通防倒吸瓶10，防倒吸瓶10连通尾气吸收瓶11。
40.中空腐蚀元件3为u型金属管，u型金属管u型端设置于所述容器2内部；u型金属管开口端设置于所述容器2外部，中空腐蚀元件3通过密封件5连接密封盖4。
41.中空腐蚀元件3u型金属管开口端分别通过转接卡套6连通软管7，所述软管7连通恒温循环装置。中空腐蚀元件3内部与恒温循环装置循环贯通。
42.中空腐蚀元件3u型金属管开口端分别连接直流电阻测量仪。
43.冷凝管8位于密封盖4中部，并连通容器2。
44.图3示出，中空腐蚀元件3可为多个。多个中空腐蚀元件实时对比，提高评估效率。
45.容器2中盛放酸溶液(如盐酸、氢硫酸、盐酸和氢硫酸的混合溶液等)，在加热装置1加热下蒸发，模拟蒸汽态的腐蚀介质。中空腐蚀元件3通过转接卡套6与软管7连接，软管与恒温循环装置连接，为中空腐蚀元件空心管提供恒温冷却液。中空腐蚀元件空心管内流经某一温度的冷却液，含酸蒸汽遇金属管外壁冷凝，在金属管外壁形成露点腐蚀，通过调节通入的冷却液的温度，可研究某特定冷凝温度下的露点腐蚀情况。多余的含酸蒸汽大部分经冷凝管冷凝回流，少量未冷凝的含酸蒸汽经导管9和防倒吸瓶10进入尾气吸收瓶11，吸收含酸蒸汽，尾气吸收瓶内装有naoh溶液。
46.每个中空腐蚀元件的两端接直流电阻测量仪，测试测量每个中空腐蚀元件在发生露点腐蚀时电阻的变化。
47.实施例
48.中空腐蚀元件有中空腐蚀元件a(304不锈钢金属管)和中空腐蚀元件b(304(cts)不锈钢金属管(进行了表面处理的304不锈钢金属管)各一个，尺寸为φ3
×
0.3mm，容器中加入质量分数5％的盐酸溶液，通入不锈钢金属管内的冷却介质温度为45℃。使用直流电阻测量仪分别测试和记录中空腐蚀元件a和中空腐蚀元件b的电阻值在盐酸露点腐蚀环境中随
时间的变化。
49.测试结果如图4所示，304不锈钢金属管电阻值增大显著，说明其外径减小快，即腐蚀速率更快。而304(cts)不锈钢金属管电阻值增大缓慢，说明腐蚀速率慢，耐盐酸露点腐蚀的能力更强。在盐酸露点腐蚀环境，304(cts)不锈钢金属管耐腐蚀能力比304不锈钢金属管强，说明该装置可用于快速实时比较材料的耐腐蚀性能的差异，用于快速筛选材料。
50.根据腐蚀速率公式计算可得，本实施例中，304的平均腐蚀速率为11.4mm/a，304(cts)的平均腐蚀速率为2.3mm/a。
51.最后应说明的是，以上实施例仅用以描述本发明的技术方案而不是对本技术方法进行限制，本发明在应用上可以延伸为其他的修改、变化、应用和实施例，并且因此认为所有这样的修改、变化、应用、实施例都在本发明的精神和教导范围内。