三电极海水腐蚀动态试验装置的研制.pdf

电极海水腐蚀动态试验装置的研制
电极海水腐蚀动态试验装置的研制
王维珍,刘淑静,王静,侯相钰,高丽丽,高翔,崔振东,张正,武杰,侯纯扬
(国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所,天津300192)
[摘要]根据海水冷却系统金属材料的服役工况条件以及电化学腐蚀测试的基本原理和试验方法,研制了
台三电极海水腐蚀模拟试验装置,以此装置对碳钢在海水和2倍浓编海水中的腐蚀行为进行了测试。结果
显示:该装置可自动控温,流速逹续无级可调,可同时实现腐蚀失重与各种电化学联机测试,结构筒单、操作方
?:便、经济实用,是研究流动冷却海水体系中金属腐蚀规律和机理以及寻求有效防腐蚀途径的可靠试验装置。
N3
[关键词]动态试验装置;海水腐蚀;电化学测试;碳钢
[中图分类号]TG172[文献标识码]B[文章编号]1001-1560(2013)08-0058-04
A0前言
流动海水体系中电化学因素与流体力学因素间
的协同效应和海水温度的变化使金属材料的腐蚀行
为及腐蚀程度比静态中严重得多。海水冷却系统的
金属设备受到流动的中、高温海水的腐蚀作用,主要
包括管道、泵、凝汽器或换热器等い-。要研究这类
腐蚀的规律、控制因素和机理,寻找到有效的防腐蚀
N 4
途径,必须要有相应的试验设备。试样旋转类腐蚀试
验装置能良好地模拟流体动力学状态,可以控制腐蚀
介质运动的流型,装置较简单、价格低廉、试验重现性
好,测试溶液需用量少,但目前有关装置设计的研究
图1海水腐蚀动态试验装置结构示意
不多(68。本工作通过借鉴现有装置的设计思路,对1.变频调速箱2.耐海水容器3.参比电极(RE)4.控温系统
试样圆盘装置进行改进,使之适合于片材(试片)和管5.挡板6.辅助电极(AE)7.底盘(带支架)8.电机9.电刷
材(试环);在对腐蚀测试设计理论分析的基础上,研
10.转轴11试样圆盘12.研究电极(WE)
制的设备能模拟海水冷却系统的实际工况,又能实现
腐蚀失重和电化学联机测试。
NN
NN
1试验装置与工作原理
本装置由腐蚀测试单元、流速(转速)控制单元和
温度控制单元3部分组成,其结构示意图见图1,其中
试样圆盘(11)和研究电极(12)的组装示意图见图2。
(a)安装试片
(h)安装试环
[收稿日期]2013-03-16
[基金项目]国家“十一五”科技支撑计划课题(2006
图2研究电极和试样圆盘组装示意
BAB0O3A07);天津市“十ー五”科技支撑计
11.试样圆盘(11-1上组装件,11-2下组装件
划课题(07 ZCKFSHO1800);国家海洋公益
12.研究电极(12-1试片,12-2试环
性行业科研专项(201005023)资助
13.环形密封圈
[通信作者]王维珍(1976-),硕土,高级工程师,研究
流速(转速)控制单元由变频调速箱、电机、转
方向:海水循环冷却技术,电话139092,轴和试样圆盘构成。试样圆盘的中部与转轴的一端
E-mail:wangweizhen1628@163.com
连接并固定;转轴的另一端与电机连接并固定,电机
三电极海水腐蚀动态试验装置的研制
与变频调速箱连接,通过变频调速箱调控电机的转验。原因在于:(1)在实际运行中,无论是海水泵、冷1
速,电机和转轴之间通过销键连接,转轴和试样圆盘凝器、换热器还是海水输送管道,切向力对磨损腐蚀
通过螺纹连接,转速范围0~3000r/min
都将起主要作用,故将研究试样镶嵌于旋转圆盘的恻
温度控制单元包括恒温水浴控温系统、耐海水壁,便于研究试样在海水中仅受切线方向力作用时的
容器及内壁上设置挡板;整体放置于恒温水浴控温系腐蚀情况;(2)试验容器内安装挡板,使海水的流向特
统中,热量通过耐海水容器壁传人试验海水介质达到点为轴流型,防止径流型产生。尽管此时海水以轴向
恒温,温控范围为室温~(90±1)℃。
流动占优势,由于试样是镶嵌在圆盘的侧壁上,在机
腐蚀测试单元由安装在试样圆盘上的研究电械带动下,旋转仍是主体运动,故研究试样表面主要
极和固定在耐海水容器顶盖板上的参比电极和辅助是受流体切应力的作用,轴向力可以忽略不计,从而
电极组成,三电极体系连接于外部腐蚀测试仪器。若也避免了容器中介质旋涡的形成,导致试样暴露在海「
干个参比电极为带鲁金毛细玻璃管的饱和甘汞电极水外;还可以大幅度提高研究试样与海水间的相对运
(SCE),沿着试样圆盘圆周均匀分布;辅助电极为环动速度;(3)试样的旋转可连续无级调速,以便于研究
盆A。
形铂金丝,环绕在试样圆盘的外围,下端固定在耐海金属在流动海水中的腐蚀规律。
水容器底部挡板架上。
2.2.3三电极布置
试样圆盘由上组装件和下组装件通过螺纹连接,
1)研究电极关键是解决电信号的导出问题,,
试样圆盘的圆周上设有研究电极安装槽,安装槽可以采用2个触点,一个隧道,一个接点来实现,触点1-2
沿整个圆周均匀分布,通过硅胶密封将金属试片安装
间的线路电阻值较小,对试验结果影响不大,研究电
在安装槽中(图2a);也可以通过环形密封圈将由传
极电信号导出示意图见图3。
热管截制的整体试环安装在整个圆盘园周(图2b)。
试样圆盘直径为25~200m,高度为10~50m,材
迷道
触点2
接点
料为聚四氟乙烯;转轴选用复合材料;研究电极通过
ーーーーーーー
安装槽固定在试样圆盘的圆周上,其信号导线通过试
A-A 4
样圆盘的中空区,进入转轴的中间空心,再通过电刷
触点1
将信号输出。
图3研究电极电信号导出示意
2装置的设计
(2)辅助电极辅助电极的设置要保证电力线的
2.1设计意图
均匀分布(辅助电极和研究电极正对)和一定的阴/阳?
极面积比,其设置见图4。辅助电极AE用一定直径3
研制本装置的目标是解决2个关键技术问题:
(1)传动系统和海水流态的稳定性保证试验装
的铂金丝或网加工制成环形电极,保证了电力线的均
置装拆方便以及传动轴的垂直度和同轴性,避免或减
匀分布和一定的呼用画积比1:2-5,助电
小高速运转时转轴的摆动和整个装置的颤动,确保模
AE和研究电极WE间的溶液电阻小于R1,这种设计
可满足常规测试要求。
拟海水流态的稳定性;
(2)旋转状态下三电极测试系统的设计和布置
LAE
AE
圆盘
研究试样应有电连接,并可与其他电化学测试系统联
机,以便于研究其腐蚀机理;辅助电极的设置应保证
电力线的均匀分布和适当的阴/阳极面积比;参比电
O
R
极设计要考虑溶液欧姆降,尽可能使其降到最低值,
常规
并保证在高流速条件下测试稳定。
铂金丝
2.2设计要素
图4辅助电极的设计
2.2.1防腐做
3)参比电极对参比电极的设计要考虑溶液欧
所有与海水接触的材料均选择耐海水腐蚀金属姆降,尽可能使其降到最低值,并保证在高流速条件
材料(如钛合金、特种不锈钢)、非金属材料(如玻璃、下测试稳定,而单个的参比电极不能满足试验要求
聚四氟乙烯)、复合材料(如金属衬氟)。
因此,采用多个参比电极