專利名稱：應(yīng)用于沖蝕臨界特性在線監(jiān)測的電化學(xué)測試探頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及管道系統(tǒng)局部沖蝕臨界特性在線監(jiān)測技術(shù)，具體地說是涉及一 種應(yīng)用于沖蝕臨界特性在線監(jiān)測的電化學(xué)測試探頭。
技術(shù)背景流體管道是在一定壓力下進(jìn)行流體輸送的特種設(shè)備，已成為與公路、鐵路、 水運(yùn)和航空并列的五大運(yùn)輸方式之一，深入到能源供應(yīng)、城市發(fā)展和人民生活 等各個(gè)方面，廣泛應(yīng)用于原油、天然氣、自來水、城市液化氣以及流程工業(yè)領(lǐng) 域中各種流體物料的輸送，在國民經(jīng)濟(jì)中起著舉足輕重的作用，但管道在為人 們提供輸運(yùn)方便的同時(shí)，管道失效的問題給管道輸送帶來了極大的安全隱患。管道的失效形式多樣，機(jī)理復(fù)雜，如材料缺陷、腐蝕、外力破壞等，其中 由介質(zhì)流動(dòng)特性造成的沖蝕破壞失效是管道系統(tǒng)中最廣泛也是常見的破壞形 式，具有明顯的局部性、風(fēng)險(xiǎn)性和突發(fā)性。沖蝕破壞是腐蝕與流動(dòng)耦合作用的 結(jié)果，其失效過程極為復(fù)雜，影響因素眾多，特別是在含水、腐蝕性、多相流 介質(zhì)流動(dòng)作用下引起的沖蝕穿孔更為復(fù)雜。因此，如何實(shí)現(xiàn)管道系統(tǒng)沖蝕臨界 特性的在線監(jiān)測顯得非常重要?，F(xiàn)有技術(shù)中，通?？刂乒艿老到y(tǒng)局部腐蝕失效的方法包括正確使用耐蝕性 材料、緩蝕劑、涂防腐涂料、控制腐蝕性介質(zhì)排放、外加強(qiáng)制電流陰極保護(hù)、 優(yōu)化生產(chǎn)工藝流程、改善設(shè)備使用環(huán)境等。后兩種方法均需要采用可靠的手段 對局部腐蝕速率進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測?，F(xiàn)有適合工業(yè)水體系中設(shè)備腐蝕評估方法有掛 片失重法、分光光度法、監(jiān)測換熱器法、電位法、超聲波測厚法以及觀察和失 效分析等，盡管掛片、觀察和失效分析等方法能夠定量提供局部腐蝕速率，如 最大蝕孔深度等信息，但上述方法則往往需要花費(fèi)較多的時(shí)間和費(fèi)用，且通過 上述方法得到的腐蝕速率則是一段時(shí)間如數(shù)月或數(shù)年的平均腐蝕速率，即反映 的是金屬累計(jì)腐蝕，測試結(jié)果精度不高、不能用于實(shí)時(shí)的腐蝕速率測量。另外一些技術(shù)如點(diǎn)蝕指數(shù)(pitting index)、電化學(xué)噪聲(electrochemical noise)、電化 學(xué)阻抗譜(EIS)、薄層活化技術(shù)(TLA)、場圖象技術(shù)(FSM)、掃描參比電極 (scaning reference electrode)、光電化學(xué)方法技術(shù)、拉曼光譜等技術(shù)也常用來研 究局部腐蝕速率，但由于本身特點(diǎn)的限制，均不能用于常規(guī)條件下實(shí)時(shí)監(jiān)測管 道系統(tǒng)的局部腐蝕速率。因此，現(xiàn)實(shí)中管道系統(tǒng)局部位置發(fā)生沖蝕泄漏、穿孔3等失效事故的風(fēng)險(xiǎn)性仍然很高，新型管道沖蝕速率在線監(jiān)測技術(shù)的研究顯得非常必要。發(fā)明內(nèi)容針對現(xiàn)有測試技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種應(yīng)用于沖蝕臨 界特性在線監(jiān)測的電化學(xué)測試探頭，可應(yīng)用于實(shí)際工業(yè)環(huán)境中管道腐蝕速率的 實(shí)時(shí)在線監(jiān)測，適合于研究不同因素對材料抗沖蝕性能的影響規(guī)律，對研制新 型的耐沖蝕材料、緩蝕劑等，具有重要的研究意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是包括參比電極、輔助電極、 工作電極、絕緣套塞、螺紋固定件；螺紋固定件螺紋端中心開有凹槽，槽內(nèi)嵌 入工作電極，凹槽底部開孔并插入第三導(dǎo)線，第三導(dǎo)線的一端與工作電極相聯(lián) 接，另一端與恒電位儀相聯(lián)接；凹槽外的螺紋固定件螺紋端開有環(huán)形槽，槽內(nèi) 嵌入輔助電極，環(huán)形槽底部開孔并插入第二導(dǎo)線，第二導(dǎo)線的一端與工作電極 相聯(lián)接，另一端與恒電位儀相聯(lián)接；環(huán)形槽外徑與工作電極外徑之間開有圓孔 并嵌入絕緣套塞，絕緣套塞孔中嵌入?yún)⒈入姌O，參比電極底部經(jīng)絕緣套塞開孔 并插入第一導(dǎo)線，第一導(dǎo)線的一端與參比電極相聯(lián)接，另一端與恒電位儀相聯(lián) 接。所述的工作電極的材質(zhì)與待測材料相同；輔助電極和參比電極的材料為鉑 金；螺紋固定件和絕緣套塞的材料均為聚四氟乙烯。所述的工作電極、輔助電極和參比電極縱向深度相同，絕緣套塞比工作電 極的深度深5 10mm。本發(fā)明具有的有益效果是采用集工作電極、輔助電極、參比電極為一體的三電極電化學(xué)測試探頭， 可以實(shí)現(xiàn)實(shí)際工業(yè)環(huán)境中管道系統(tǒng)局部沖蝕臨界特性的在線監(jiān)測，適合于研究 不同因素對材料抗沖蝕性能的影響規(guī)律，從而為管道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、選材和壽命 評估提供重要參考依據(jù)。另外，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，易于推廣。


圖l是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明A-A面剖視圖。 圖3是本發(fā)明的應(yīng)用示意圖。圖中1、參比電極，2、輔助電極，3、工作電極，4、絕緣套塞，5、第一 導(dǎo)線，6、第二導(dǎo)線，7、第三導(dǎo)線，8、螺紋固定件，9、流體介質(zhì)，10、工控 計(jì)算機(jī)，11、恒電位儀，12、測試探頭。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。如圖1、圖2所示，本發(fā)明包括參比電極l、輔助電極2、工作電極3、絕 緣套塞4、螺紋固定件8;螺紋固定件8螺紋端中心開有凹槽，槽內(nèi)嵌入工作電 極3，凹槽底部開孔并插入第三導(dǎo)線7，第三導(dǎo)線7的一端與工作電極3相聯(lián)接， 另一端與恒電位儀相聯(lián)接；凹槽外的螺紋固定件8螺紋端開有環(huán)形槽，槽內(nèi)嵌 入輔助電極2，環(huán)形槽底部開孔并插入第二導(dǎo)線6，第二導(dǎo)線6的一端與工作電 極3相聯(lián)接，另一端與恒電位儀相聯(lián)接；環(huán)形槽外徑與工作電極3外徑之間開 有圓孔，且圓孔外徑不能與環(huán)形槽外徑及工作電極3外徑相接觸，孔內(nèi)嵌入絕 緣套塞4，絕緣套塞4孔中嵌入?yún)⒈入姌O1，參比電極1底部經(jīng)絕緣套塞4開孔 并插入第一導(dǎo)線5，第一導(dǎo)線5的一端與參比電極1相聯(lián)接，另一端與恒電位儀 相聯(lián)接。其中工作電極3的材質(zhì)與待測材料相同；輔助電極2和參比電極1的 材料為鉑金；螺紋固定件8和絕緣套塞4的材料均為聚四氟乙烯。工作電極3、 輔助電極2和參比電極1縱向深度相同，絕緣套塞4比工作電極3的深度深5 10mm。本發(fā)明的工作過程如下-如圖2、圖3所示，為本發(fā)明的應(yīng)用示意圖。分別包括流體介質(zhì)9、工控計(jì) 算機(jī)IO、恒電位儀ll、測試探頭12。首先將工作電極一端側(cè)面放置在靜止的待 測介質(zhì)中對工作電極表面應(yīng)用電化學(xué)方法進(jìn)行預(yù)腐蝕，使其形成均勻致密的腐 蝕產(chǎn)物保護(hù)膜，將工作電極預(yù)腐蝕的端面正對流體介質(zhì)嵌入到螺紋固定件8螺 紋端中心凹槽內(nèi)，然后將測試探頭12通過螺紋旋入待測管道開孔處，通過第一 導(dǎo)線5、第二導(dǎo)線6、第三導(dǎo)線7將測試探頭12與恒電位儀11相聯(lián)接，恒電位 儀11與工控計(jì)算機(jī)10通過數(shù)據(jù)線聯(lián)接。當(dāng)流體介質(zhì)9由一定速度流過管道時(shí)， 通過工控計(jì)算機(jī)10釆集工作電極表面的腐蝕電流、阻抗、溫度、PH值等數(shù)據(jù) 進(jìn)行實(shí)時(shí)分析處理并顯示電流曲線(阻抗曲線)；工作電極表面腐蝕產(chǎn)物保護(hù)膜 未沖破的情況下，恒電位儀11電流曲線圖幾乎為零(阻抗很大)。通過不斷提 高流體介質(zhì)9的流速觀察恒電位儀11的電流變化，通過工控計(jì)算機(jī)10實(shí)時(shí)繪 制流速與腐蝕電流、流速與阻抗、流速與腐蝕速率等相關(guān)曲線。當(dāng)流體介質(zhì)9 的流速達(dá)到一定值時(shí)，恒電位儀ll的電流曲線會(huì)發(fā)生突變，則可認(rèn)為工作電極 腐蝕產(chǎn)物保護(hù)膜已經(jīng)沖破，得到?jīng)_蝕破壞的臨界速率，實(shí)現(xiàn)管道沖蝕臨界特性 的在線監(jiān)測。權(quán)利要求
1. 一種應(yīng)用于沖蝕臨界特性在線監(jiān)測的電化學(xué)測試探頭，其特征在于包括參比電極(1)、輔助電極(2)、工作電極(3)、絕緣套塞(4)、螺紋固定件(8)；螺紋固定件(8)螺紋端中心開有凹槽，槽內(nèi)嵌入工作電極(3)，凹槽底部開孔并插入第三導(dǎo)線(7)，第三導(dǎo)線(7)的一端與工作電極(3)相聯(lián)接，另一端與恒電位儀相聯(lián)接；凹槽外的螺紋固定件(8)螺紋端開有環(huán)形槽，槽內(nèi)嵌入輔助電極(2)，環(huán)形槽底部開孔并插入第二導(dǎo)線(6)，第二導(dǎo)線(6)的一端與工作電極(3)相聯(lián)接，另一端與恒電位儀相聯(lián)接；環(huán)形槽外徑與工作電極(3)外徑之間開有圓孔并嵌入絕緣套塞(4)，絕緣套塞(4)孔中嵌入?yún)⒈入姌O(1)，參比電極(1)底部經(jīng)絕緣套塞(4)開孔并插入第一導(dǎo)線(5)，第一導(dǎo)線(5)的一端與參比電極(1)相聯(lián)接，另一端與恒電位儀相聯(lián)接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于沖蝕臨界特性在線監(jiān)測的電化學(xué)測試 探頭，其特征在于所述的工作電極(3)的材質(zhì)與待測材料相同；輔助電極(2)和 參比電極(l)的材料為鉑金；螺紋固定件(8)和絕緣套塞(4)的材料均為聚四氟乙 烯。
3、 按照權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于沖蝕臨界特性在線監(jiān)測的電化學(xué)測試 探頭，其特征在于所述的工作電極(3)、輔助電極(2)和參比電極(1)縱向深度相 同，絕緣套塞(4)比工作電極(3)的深度深5 10mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種應(yīng)用于沖蝕臨界特性在線監(jiān)測的電化學(xué)測試探頭。在螺紋固定件螺紋端中心開有凹槽嵌入工作電極；凹槽外的螺紋固定件螺紋端開有環(huán)形槽嵌入輔助電極；在環(huán)形槽內(nèi)開有圓孔并嵌入絕緣套塞，絕緣套塞孔中嵌入?yún)⒈入姌O，三個(gè)電極組成的探頭分別用導(dǎo)線與恒電位儀相聯(lián)接，恒電位儀接工控機(jī)。將測試探頭旋入待測管道開孔處，然后將預(yù)腐蝕的工作電極端面朝向被測流體，通過工控計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)繪制流速與腐蝕電流等相關(guān)曲線。當(dāng)流體介質(zhì)的流速達(dá)到一定值時(shí)，恒電位儀的電流曲線會(huì)發(fā)生突變，可認(rèn)為腐蝕產(chǎn)物保護(hù)膜已經(jīng)沖破并達(dá)到?jīng)_蝕臨界速率，實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測。研究不同因素對材料抗沖蝕性能的影響規(guī)律，為管道的設(shè)計(jì)、選材和壽命評估提供依據(jù)。
文檔編號(hào)G01N27/30GK101261213SQ20081006064
公開日2008年9月10日 申請日期2008年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月15日
發(fā)明者偶國富, 曹海彬, 李鵬軒, 金浩哲 申請人:浙江理工大學(xué)