模擬動態海水流速的陰極保護研究裝置及其應用的制作方法
【專利摘要】本發明公開模擬動態海水流速的陰極保護研究裝置及其應用，由流速模擬裝置、電化學實驗裝置、流速測定裝置組成，流速模擬裝置利用泵、吸水管、出水管和外套管的配合，以使在電化學測量區域獲得穩定的流速，由U型壓力計和畢托管組成的流速測定裝置測定流速，同時利用電化學實驗裝置獲取電化學測量區域內樣品的電化學性質。本發明的技術方案制作簡單，成本低，操作簡單。本發明能夠模擬0～20m/s流速下的電化學實驗，且沖刷過程只針對工作電極，不會使參比電極不穩定，進行不同角度、不同流速沖刷下典型海洋用鋼的陰極保護試驗。
【專利說明】模擬動態海水流速的陰極保護研究裝置及其應用
【技術領域】
[0001] 本發明屬于電化學檢測【技術領域】，更加具體地說，涉及一種模擬動態海水流速的 陰極保護研究裝置及其在電化學檢測金屬海洋腐蝕行為中的應用。
【背景技術】
[0002] 近年來，由于海洋腐蝕而造成的損失越來越大，每年用在船舶、海上鉆井平臺的維 護費用越來越高，對于海洋腐蝕的防護研究迫在眉睫。然而現在對于海水腐蝕的研究，大部 分局限在靜態海水狀態下。金屬在流動海水與靜態海水的腐蝕有很大的差距：流速不同，該 不僅會導致溶液中溶解氧和金屬表層離子濃度的變化，而且會帶來泥沙、水流等對金屬的 物理沖擊，對試樣表面的保護膜有影響。因此，流速是海洋腐蝕不可忽視的一個影響因素。 目前，模擬流動海水的方法有多種；旋轉沖刷方法、管流模擬沖刷方法、噴射式沖刷方法等， 相應的裝置分別是旋轉圓盤沖刷腐蝕試驗機、管流模擬試驗裝置、噴射式空蝕試驗裝置。旋 轉圓盤沖刷試驗只能模擬較小的流速，而且流速較大時，會產生縱潤，對試驗有影響；管流 模擬較為復雜，且成本較大，并且試驗材料需要是管狀，局限性大；一般的噴射式試驗裝置 主要用于模擬空泡腐蝕，均不能很好的模擬流動海水下施加陰極保護時金屬的腐蝕情況。 目前尚未有水槽式射流模擬流動海水進行陰極保護測試相關的文獻報道。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供模擬不同流速下的金屬陰極保護研 究的裝置，克服旋轉式的低流速模擬缺陷W及管流的設計復雜缺陷，實現不同大小的流速 模擬，來進行陰極保護試驗，裝置和操作簡單。
[0004] 本發明的技術目的通過下述技術方案予W實現：
[0005] 模擬動態海水流速的陰極保護研究裝置，由流速模擬裝置、電化學實驗裝置、流速 測定裝置組成，其中：
[0006] 所述流速模擬裝置包括水槽、粟、吸水管、出水管和外套管；在所述水槽的中央設 置電化學測量區域；所述吸水管的出水端口與粟相連，吸水管的進水端口設置在水槽中； 所述出水管的進水端口與粟相連，出水管的出水端口設置在水槽中，并與外套管的進水端 口固定相連；所述外套管的出水端口設置在電化學測量區域的中央位置且靠近樣品固定 臺，且外套管的長度可調。該樣一來，粟由吸水管吸水，在出水管口獲得有一定初始流速的 水流，該流速的水流經過可調長度的外套管，在外套管的出水端口獲得最終流速，即在樣品 附近形成模擬的流速，可通過調整粟的功率（粟的功率越大，初始流速越大）或者外套管的 長度（外套管長度越長，初始流速衰減的越嚴重），W在外套管的出水端口（即樣品附近） 形成模擬流速；
[0007] 所述流速測定裝置由壓力計與畢巧管組成，所述畢巧管的測量頭部設置在電化學 測量區域的中央位置且靠近樣品固定臺，所述畢巧管的測量頭部的中央與外套管的中央位 于同一水平面上；所述畢巧管的尾部十字口與壓力計相連，外套管出水端口的水流流經樣 品后經過畢巧管的測量頭部，產生一個壓力，反應到壓力計上，通過壓力計計算出畢巧管測 量頭部的動壓，利用下述公式測定樣品附近的流速；
【權利要求】
1. 模擬動態海水流速的陰極保護研究裝置，其特征在于，由流速模擬裝置、電化學實驗 裝置、流速測定裝置組成，其中： 所述流速模擬裝置包括水槽、泵、吸水管、出水管和外套管；在所述水槽的中央設置電 化學測量區域；所述吸水管的出水端口與泵相連，吸水管的進水端口設置在水槽中；所述 出水管的進水端口與泵相連，出水管的出水端口設置在水槽中，并與外套管的進水端口固 定相連；所述外套管的出水端口設置在電化學測量區域的中央位置且靠近樣品固定臺，且 外套管的長度可調； 所述流速測定裝置由壓力計與畢托管組成，所述畢托管的測量頭部設置在電化學測量 區域的中央位置且靠近樣品固定臺，所述畢托管的測量頭部的中央與外套管的中央位于同 一水平面上；所述畢托管的尾部十字口與壓力計相連； 所述電化學實驗裝置包括試樣臺、三電極體系和電化學工作站，在所述試樣臺的上表 面上固定設置樣品、輔助電極和參比電極，試樣臺固定設置在電化學測量區域的中央，且樣 品與畢托管的測量頭部的中央、外套管的中央位于同一水平面上；所述三電極體系包括工 作電極（即樣品）、參比電極和輔助電極，將試樣臺上固定的樣品作為工作電極，所述三電 極體系與電化學工作站相連。
2. 根據權利要求1所述的模擬動態海水流速的陰極保護研究裝置，其特征在于，在所 述試樣臺上設置試樣固定架，用于安裝和固定試樣，且試樣固定架能夠相對于水平方向進 行轉動，以改變試樣樣品表面與流動海水流向的夾角，進而模擬不同角度流動海水的沖刷 實驗。
3. 根據權利要求1或者2所述的模擬動態海水流速的陰極保護研究裝置，其特征在于， 所述壓力計為U型壓力計，所述畢托管的尾部十字口與壓力計通過軟導管相連。
4. 根據權利要求1或者2所述的模擬動態海水流速的陰極保護研究裝置，其特征在于， 在所述三電極體系中，所述參比電極為SCE電極，所述輔助電極為鉬電極，所述電化學工作 站為PARSTAT2273電化學工作站。
5. 根據權利要求1或者2所述的模擬動態海水流速的陰極保護研究裝置，其特征在于， 所述水槽為長方體，所述吸水管、出水管和外套管的直徑明顯小于水槽的長短高，即所述吸 水管、出水管和外套管的直徑與水槽的長短高相比，小一到兩個數量級，與整個水槽相比， 吸水管、出水管和外套管的直徑較小，僅僅能夠在進水端口和出水端口附近產生水流，這一 水流比較小且不會引起整個水槽內水流的變化。
6. 如權利要求1或者2所述的模擬動態海水流速的陰極保護研究裝置在陰極保護研究 中的應用，其特征在于，泵由吸水管吸水，在出水管口獲得有一定初始流速的水流，該流速 的水流經過可調長度的外套管，在外套管的出水端口獲得最終流速，即在樣品附近形成模 擬的流速，通過調整泵的功率或者外套管的長度，以在外套管的出水端口形成模擬流速；夕卜 套管出水端口的水流流經樣品后經過畢托管的測量頭部，產生一個壓力，反應到壓力計上， 通過壓力計計算出畢托管測量頭部的動壓，利用下述公式測定樣品附近的流速； V = k、/2.P/ P 式中：V-水流速（m/s); K一畢托管系數； P-通過畢托管測得的動壓（Pa); P -流體（水）密度（kg/m3); 采用傳統的三電極體系，工作電極為樣品，輔助電極為Pt電極，參比電極為飽和甘汞 電極；將三電極固定在試樣臺，并保證樣品與畢托管的測量頭部的中央、外套管的中央位于 同一水平面上，接通PARSTAT2273工作站，即可測定不同流速下的極化曲線，不同流速、不 同陰極保護電位下的電化學阻抗譜，進而得到相關腐蝕參數。
7. 根據權利要求6所述的裝置在陰極保護研究中的應用，其特征在于，通過調整泵的 功率或者外套管的長度改變樣品所處的流速大小。
8. 根據權利要求6所述的裝置在陰極保護研究中的應用，其特征在于，通過轉動試樣 固定架可改變試樣樣品表面與流動海水流向的夾角，進而模擬不同角度流動海水的沖刷實 驗。
【文檔編號】G01N27/416GK104237358SQ201410515743
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月29日 優先權日:2014年9月29日
【發明者】高志明, 劉曉玉, 修妍, 劉永長, 余黎明 申請人:天津大學
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