一种交直流交互作用下金属腐蚀失重测试的集成试验装置的制作方法

1.本实用新型涉及一种交直流交互作用下金属腐蚀失重测试的集成试验装置，具体的说是一种可以在交流电与直流电同时作用的情况下，检测金属腐蚀速率，监测扩散电阻、交流电压或电流密度、直流电位或电流密度变化趋势的集成试验装置。


背景技术：

2.随着我国能源和交通运输业基础设施建设的高速发展，油气管道与各种交直流干扰源之间并行交叉的现象日益普遍，导致管道受到交直流交互叠加作用，且杂散电流干扰源复杂多变。为了明确交直流交互作用对油气管道腐蚀的影响和规律，同时为油气管道腐蚀风险评价和控制提供指标和依据，许多实验室开展了基于现场实际干扰工况的室内模拟试验，通过模拟现场实际服役环境研究管道腐蚀行为及规律，但该试验设备多、电路连接复杂和界面环境动态变化的特性，且存在过多连接点易发生断路情况难以发现的现象，导致操作繁琐费时，难以保证数据的可靠性和稳定性；同时，在交直流交互作用下，金属腐蚀机制复杂，对其进行腐蚀失重测试和分析其腐蚀行为规律时，需要对试验相关的过程参数(包括：扩散电阻、交流电压或电流密度、直流电位或电流密度数据)进行全面的实时监测。此外，通过检索国内外已公开发表的专利，未见有针对能够模拟交直流交互作用下的金属腐蚀行为与规律的集成试验装置。针对以上试验特点，本实用新型提供的装置可很好的解决目前本类型试验中存在的问题。


技术实现要素：

3.针对现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种交直流交互作用下金属腐蚀失重测试的集成试验装置，具备能够模拟交直流交互作用下的金属腐蚀行为与规律集成试验的优点，解决了现有交直流交互作用下的金属腐蚀失重模拟试验，是将电子元器件在试验台上进行搭接，便利性不强，试验台现场也较为凌乱，不涉及实验装置的集成；关注的对象主要为式样的腐蚀速率，对其他参数(如：扩散电阻、直流电流密度)缺少测试记录；同时试验过程中需要人工进行过程参数的测试和记录的问题。
4.本实用新型是这样实现的，一种交直流交互作用下金属腐蚀失重测试的集成试验装置，所述集成试验装置包括验电路盒，内部主体结构为电路板和介质容器槽；
5.所述电路板包括交流电回路、直流电回路和三通道数据记录仪；
6.所述交流电回路由标准电阻、滑动变阻器、电容、开关和接口端子组成；
7.所述标准电阻、滑动变阻器、电容与开关串联焊接在电路板上。
8.作为本实用新型优选的，所述滑动变阻器与电容一端分别引出一个端子，用于连接交流电源，选用旋钮式；所述标准电阻一端串联滑动变阻器，另一端引出一个端子，用以串联辅助电极；所述开关一端连接电容，另一端引出端子，用以连接式样。
9.作为本实用新型优选的，所述直流电回路由标准电阻、滑动变阻器、电感、开关和接口端子组成，所述标准电阻、滑动变阻器和电感开关串联焊接在电路板上，所述滑动变阻
器与电感一端分别引出一个端子，用于连接恒电位仪，选用旋钮式；所述标准电阻一端串联滑动变阻器，另一端引出一个端子，用以串联辅助电极；所述开关一端连接电感，另一端与交流电回路开关共用一个接口端子，用以连接式样。
10.作为本实用新型优选的，所述三通道数据记录仪用工业胶水固定在电路板上，第一个通道两根信号线分别焊接连接至交流电回路中标准电阻的两端，第二个通道两根信号线分别焊接连接至直流电回路中标准电阻的两端，第三个通道的两根信号线分别引出两个端子，用以连接试样和参比电极，电路盒一侧开槽，露出数据记录仪的充电与数据导出接口和开关。
11.作为本实用新型优选的，所述介质容器槽为定制的pp聚丙烯容器，包括盖板和隔层板；
12.所述盖板上开四个槽口，且槽口口径与试验材料匹配，分别用以固定式样、参比电极和两个辅助电极；
13.所述隔层板用以放置固定试验电路盒；
14.所述介质容器槽标注有最高水位线。
15.与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：
16.1、本实用新型的目的在于提供一种模拟现场实际干扰工况的交直流交互作用下金属腐蚀失重测试的集成试验装置，该装置操作简单，使用方便，可自动记录存储试验过程数据(包括：扩散电阻、交流电压或电流密度、直流电位或电流密度数据)，用于研究油气管道在不同直流电和交流电参数下的腐蚀行为，测试其腐蚀速率。减少试验的人力和时间成本投入，增强试验的准确性、可靠性和便利性。
17.2、本实用新型操作方便、节约人力和时间投入；集成度高，节约试验空间，便于试验布置；自动记录采集数据，数据准确性和可靠性高，实现多数据的同步采集存储，利于腐蚀行为规律的分析，能够实现交直流交互作用下油气管道或其他埋地金属构筑物腐蚀行为模拟，根据现场实际服役工况进行测试分析。
附图说明
18.图1是本实用新型实施例提供的介质容器槽示意图；
19.图2是本实用新型实施例提供电路盒正面示意图；
20.图3是本实用新型实施例提供电路盒背面示意图；
21.图4是本实用新型实施例提供试验装置内部结构接线示意图；
22.图5是本实用新型实施例提供不同试验参数下腐蚀速率分布图；
23.图6是本实用新型实施例提供交流电对直流电流密度的影响趋势图；
24.图7是本实用新型实施例提供同试验参数下扩散电阻变化趋势图。
25.其中：1、介质容器槽；2、介质容器槽盖板；3、架置电路盒的隔层板；4、最高水位线；5、交流电回路辅助电极固定槽口；6、参比电极固定槽口；7、式样固定槽口；8、直流电回路辅助电极固定槽口；9、集成电路盒；10、电源接口端子；11、恒电位仪接口端子( )；12、恒电位仪接口端子(—)；13、恒电位仪接口端子(参比电极)；14、交流电回路滑动变阻器旋钮；15、直流电回路滑动变阻器旋钮；16、交流电回路开关；17、直流电回路开关；18、数据记录仪接口端子(参比电极)；19、式样接口端子(交流电回路、直流电回路和数据记录仪共用端子)；
20、接口端子(辅助电极)；21、接口端子(辅助电极)；22、集成电路盒背面；23、数据记录仪充电和数据导出接口；24、数据记录仪开关。
具体实施方式
26.为能进一步了解本实用新型的实用新型内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。
27.下面结合附图对本实用新型的结构作详细的描述。
28.如图1至图7所示，本实用新型实施例提供的一种交直流交互作用下金属腐蚀失重测试的集成试验装置，所述集成试验装置包括验电路盒，内部主体结构为电路板和介质容器槽；
29.所述电路板包括交流电回路、直流电回路和三通道数据记录仪；
30.所述交流电回路由标准电阻、滑动变阻器、电容、开关和接口端子组成，标准电阻为10ω，滑动变阻器量程为0～1000ω，电容值为450v/1000μf；
31.所述标准电阻、滑动变阻器、电容与开关串联焊接在电路板上。
32.所述滑动变阻器与电容一端分别引出一个端子，用于连接交流电源，选用旋钮式；所述标准电阻一端串联滑动变阻器，另一端引出一个端子，用以串联辅助电极；所述开关一端连接电容，另一端引出端子，用以连接式样。
33.所述直流电回路由标准电阻、滑动变阻器、电感、开关和接口端子组成，标准电阻为10ω，滑动变阻器量程为0～1000ω，电感值为10h，所述标准电阻、滑动变阻器和电感开关串联焊接在电路板上，所述滑动变阻器与电感一端分别引出一个端子，用于连接恒电位仪，选用旋钮式；所述标准电阻一端串联滑动变阻器，另一端引出一个端子，用以串联辅助电极；所述开关一端连接电感，另一端与交流电回路开关共用一个接口端子，用以连接式样。
34.所述三通道数据记录仪用工业胶水固定在电路板上，第一个通道两根信号线分别焊接连接至交流电回路中标准电阻的两端，用以监控试验过程中交流电流密度的变化，第二个通道两根信号线分别焊接连接至直流电回路中标准电阻的两端，用以监控试验过程中直流电流密度的变化，第三个通道的两根信号线分别引出两个端子，用以连接试样和参比电极，用以监控试验过程中极化电位和交流干扰电压的变化，电路盒一侧开槽，露出数据记录仪的充电与数据导出接口和开关。
35.所述介质容器槽为定制的pp聚丙烯容器，包括盖板和隔层板；
36.所述盖板上开四个槽口，且槽口口径与试验材料匹配，分别用以固定式样、参比电极和两个辅助电极；
37.所述隔层板用以放置固定试验电路盒；
38.所述介质容器槽标注有最高水位线，注入溶液时，不得超过该线。
39.选取x80钢做为式样材料，采用水磨砂纸逐级打磨后，于式样一面使用导电胶连接导线，保证电流连接良好并将试样工作面采用绝缘胶密封；使用石蜡密封式样其余表面，经凝固后取出工作面绝缘胶并用酒精擦洗，去离子水冲洗，冷风吹干，制作成式样，采用贵金属氧化物阳极(mmo阳极)做为辅助阳极；采用饱和甘汞参比电极，参比电极放置于鲁金毛细管中，式样、辅助阳极和参比电极分别通过介质容器槽相应的槽口(见图1中5、6、7和8所示)
固定并电连接至放置在隔层板(见图1中3所示)上的电路盒(图2中9所示)见相应的端子上，试验溶液采用现场典型土壤或采用根据现场典型土壤成分和理化性能，经化学分析纯试剂和去离子水配制而成土壤模拟溶液，倒入介质容器槽(见图1中1所示)中且不超过最高水位线(见图1中4所示)，环境温度为室温环境，交流电源电连接至电路盒的接口端子处(图2中10所示)，恒电位仪正极、负极和参比电极分别连接至电路盒的接口端子处(图2中11、12和13所示)，连接好试验电路后，恒电位仪采用恒电位输出模式，保证试片的极化电位保持在设定值；调节交流电回路的滑动变阻器旋钮保证交流电源按照设定值恒流输出，打开交流电源、恒电位仪和数据记录仪的开关，开始试验，试验周期六天，试验结束后，关闭交流电源与恒电位仪，立即将试样取出，导出数据记录仪的存储数据；首先对试样的腐蚀状况进行观察记录，描述记录腐蚀部位，腐蚀产物分布(均匀、非均匀)、厚度、颜色、结构(分层状、粉状或多孔)、紧实度(松散、紧实、坚硬)，并利用彩色照相机对腐蚀状况进行拍照存档；其次，按照gb/t 16545-2015《金属和合金的腐蚀腐蚀试样上腐蚀产物的清除》、astm g4-01 standard guide for conducting corrosion tests in field applications、nace sp 0775:2018preparation,installation,analysis and interpretation of corrosion coupons in oilfield operation标准要求开展失重检查片的清洗、称重和腐蚀速率计算工作，称重采用电子天平(精度为0.01mg)，利用下式(1)计算腐蚀速率；对数据记录仪监测的试样的交流干扰电压进行平均值处理，利用下式(2)计算扩散电阻。
[0040][0041]
其中：w-试样失重，g；a-试样面积，mm2；t-试验时间，天；d-试样密度，g/cm3。
[0042][0043]
其中：r
s-扩散电阻，ω
·
m2；u
ac-交流干扰电压平均值，v；i
ac-交流电流密度，a/m2。
[0044]
选取试验参数(通过调节恒电位仪、交流电源 滑动变阻器，得到设置的多种试验参数)：交流电流密度(电流与式样面积的比)为5种大小(初步定为：0、30a/m2、100a/m2、200a/m2、300a/m2)，直流极化电位(相对于硫酸铜参比电极的电位)为3种大小(-0.50vcse、-0.95vcse和-1.00vcse)，失重测试时间设置为6天，每组试验设置3个平行试样。
[0045]
腐蚀速率分布结果如下图5所示，由图可知，交流电明显加速了试样的腐蚀速率，同一极化电位下，腐蚀速率随交流电流密度增大而增大，而增幅则存在逐渐放缓的趋势；同一交流电流密度下，极化电位为-0.95vcse和-1.00vcse时腐蚀速率有了明显的降低，但交流电流密度大于100a/m2时，试样的腐蚀速率依旧大于0.1mm/y，直流电流密度变化趋势图分别见下图6所示，阴极极化时，交流电会增大阴保电流需求量；阳极极化时，交流电会减小直流电流量，变化幅度系数随极化电位负移而呈现增大的趋势，扩散电阻变化趋势图分别见下图7所示，扩散电阻位于0.032ω
·
m2～0.063ω
·
m2区间内，随极化电位的负移呈现减小的趋势，降低的比例系数约1/3。
[0046]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备
所固有的要素。
[0047]
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。