本實用新型涉及一種用于評價埋地管線性能的試驗裝置，具體而言，涉及一種評價埋地管線鋼在負向電位下的氫脆敏感性的試驗裝置。

背景技術：

隨著我國油氣能源需求的快速增長，能源管道在我國大規(guī)模建設并投入使用，為降低工程成本，增加經(jīng)濟效益，采用高鋼級、大口徑、高壓力管道成為油氣行業(yè)的生產(chǎn)趨勢。同時，隨著我國高壓直流輸電(HVDC)技術的興起，因其技術上的優(yōu)勢成為西部電能向東部遠距離輸送的重要手段。兩個能源通道的靠近，導致了新的嚴重安全隱患的出現(xiàn)。在接地極大電流放電條件下，管道電位大幅負向偏移，導致管道極化電位過負，金屬表面發(fā)生析氫反應，管線容易發(fā)生氫脆失效。

另外，我國油氣管道沿途跨越的西北地區(qū)的鹽漬土壤，東南部地區(qū)的酸性土壤以及黃河以及海河入?？诘暮I鹽堿土壤等多種土壤環(huán)境，均具有較強的腐蝕性。為保障埋地管道的服役安全，管壁外普遍采用防腐層加陰極保護的聯(lián)合措施進行腐蝕控制，但對于高鋼級鋼材而言，由于其強度的提高，使得氫脆敏感性增加，一旦防腐層發(fā)生破損或存在漏點，過負陰極保護電位下管線容易發(fā)生氫脆失效。

因此，評價不同土壤環(huán)境中由于高壓直流干擾或陰極保護等因素引起的負向電位下管線鋼的氫脆敏感性，可以為不同土壤環(huán)境中的氫脆風險及安全范圍研究提供理論依據(jù)，具有重要的實際意義。

目前對金屬材料在不同含氫環(huán)境下的氫脆敏感性評價是當前研究的熱點之一。例如，在公開號為CN201410401253X的中國專利申請中公開的“高壓氫脆試驗裝置及實驗方法”，其采用的是在試驗容器中以一定速率充入高壓氫氣，進行耐壓試驗或升壓直至試樣爆破測定爆破壓力，該裝置可測試氣態(tài)含氫環(huán)境下材料的氫脆敏感性，但無法實現(xiàn)對外加陰極保護條件下陰極析氫環(huán)境的模擬。

又例如，公開號為CN201520125704.1的中國專利申請中公開了的“海洋環(huán)境中陰極保護下的鋼材氫脆試驗裝置”，提供了一種在模擬海洋環(huán)境中外加陰極保護條件下對試樣施加拉伸應力的測試裝置，但該裝置不適用與土壤環(huán)境下負向電位條件的模擬，且未提供針對不同介質環(huán)境中氫脆敏感性的快速評價方法，同時試驗裝置中拉伸夾具需要穿透介質槽與試樣相連，拉伸夾具接觸溶液，試樣與拉伸夾具間還需要絕緣連接件連接，拉伸夾具存在一定的腐蝕風險，也增加了設計加工成本。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決上述技術問題之一，根據(jù)本實用新型的一方面，提供了一種評價埋地管線鋼在負向電位下的氫脆敏感性的試驗裝置，其包括：用于模擬掩埋管線的介質環(huán)境的介質環(huán)境模擬模塊，用于對拉伸試樣施力的慢應變速率加載模塊，以及用于對拉伸試樣施加模擬的負向電位的負向電位模擬模塊，其中，介質環(huán)境模擬模塊包括：用于容納介質的介質槽，溫度控制器，拉伸試樣的一端穿過介質槽的一側預留孔，露出的部分由慢應變速率加載模塊的拉伸機的第一夾具夾持；拉伸試樣的另一端穿過介質槽的另一側預留孔，露出的部分由慢應變速率加載模塊的拉伸機的第二夾具夾持，介質槽的預留孔在裝入拉伸試樣后被密封，溫度控制器控制介質槽內介質的溫度。

根據(jù)本實用新型實施例的評價埋地管線鋼在陰極保護下的氫脆敏感性的試驗裝置，可選地，介質槽的外部纏有加熱帶，熱電偶通過介質槽的預留孔插入介質中，通過溫度控制器對加熱帶和熱電偶進行控制。

根據(jù)本實用新型實施例的評價埋地管線鋼在負向電位下的氫脆敏感性的試驗裝置，可選地，通過O型密封圈來密封預留孔。

根據(jù)本實用新型實施例的評價埋地管線鋼在負向電位下的氫脆敏感性的試驗裝置，可選地，進一步用硅膠來密封預留孔。

根據(jù)本實用新型實施例的評價埋地管線鋼在負向電位下的氫脆敏感性的試驗裝置，可選地，介質槽由玻璃材料制成。

根據(jù)本實用新型實施例的評價埋地管線鋼在負向電位下的氫脆敏感性的試驗裝置，可選地，拉伸試樣為片狀或棒狀：片狀試樣為兩頭寬、中間窄的金屬物，兩端分別加工有與夾具配合的小孔；棒狀試樣為兩頭粗中間細的金屬物，兩端加工有與夾具配合的螺紋。

根據(jù)本實用新型實施例的評價埋地管線鋼在負向電位下的氫脆敏感性的試驗裝置，可選地，用硅膠對拉伸試樣進行密封，中間部分露出1cm²的暴露面積。

根據(jù)本實用新型實施例的評價埋地管線鋼在負向電位下的氫脆敏感性的試驗裝置，可選地，拉伸試樣未被密封的部分作為工作電極，參比電極及輔助電極的測試端分別通過介質槽的預留孔進入該介質槽內部，與被測介質接觸，負向電位模擬模塊的恒電位儀通過工作電極、參比電極和輔助電極對拉伸試樣施加陰極保護。

根據(jù)本實用新型實施例的評價埋地管線鋼在負向電位下的氫脆敏感性的試驗裝置，可選地，慢應變速率加載模塊對拉伸試樣施加拉力并通過傳感器實時監(jiān)測該拉伸試樣的狀態(tài)。

根據(jù)本實用新型實施例的評價埋地管線鋼在負向電位下的氫脆敏感性的試驗裝置，可選地，負向電位模擬模塊模擬高壓直流干擾和陰極保護所引起的負向電位。

根據(jù)本實用新型實施例的評價埋地管線鋼在負向電位下的氫脆敏感性的試驗裝置，可選地，對拉伸試樣施加拉力的同時對其施加陰極保護。

根據(jù)本實用新型實施例的評價埋地管線鋼在負向電位下的氫脆敏感性的試驗裝置，通過設計土壤介質槽，能夠在實際土壤中進行測試，并保證土壤介質的濕度溫度恒定。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例的技術方案，下面將對實施例的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅涉及本實用新型的一些實施例，而非對本實用新型的限制。

圖1是根據(jù)本實用新型實施例的評價埋地管線鋼在負向電位下的氫脆敏感性的試驗裝置的原理結構示意圖；

圖2示意性地示出了根據(jù)本實用新型實施例的評價埋地管線鋼在負向電位下的氫脆敏感性的試驗裝置所使用的一種拉伸試樣。

附圖標記

1 慢應變速率拉伸機

2 拉伸機上夾具

3 O型密封圈

4 輔助電極

5 拉伸試樣

6 拉伸機下夾具

7 介質槽

8 加熱帶

9 介質槽上蓋

10 熱電偶

11 鹽橋

12 參比電極

13 溫度控制器

14 恒電位儀

具體實施方式

為使本實用新型實施例的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合本實用新型實施例的附圖，對本實用新型實施例的技術方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例是本實用新型的一部分實施例，而不是全部的實施例?；谒枋龅谋緦嵱眯滦偷膶嵤├?，本領域普通技術人員在無需創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。

除非另作定義，此處使用的技術術語或者科學術語應當為本實用新型所屬領域內具有一般技能的人士所理解的通常意義。本實用新型專利申請說明書以及權利要求書中使用的“第一”、“第二”以及類似的詞語并不表示任何順序、數(shù)量或者重要性，而只是用來區(qū)分不同的組成部分。同樣，“一個”或者“一”等類似詞語也不表示數(shù)量限制，而是表示存在至少一個。

根據(jù)本實用新型的實施例，提供了模擬不同土壤環(huán)境中高壓直流干擾或其他因素引起的負向電位下的管線鋼氫脆試驗裝置和氫脆敏感性評價方法，通過設計可控溫土壤介質槽來模擬管線鋼的實際服役環(huán)境，并通過拉伸應力加載裝置來對試樣施加緩慢的拉伸應力直至試樣斷裂，以及通過測試試樣的斷面收縮率和斷后伸長率來計算材料的氫脆敏感性系數(shù)。從而可快速評價材料在不同土壤環(huán)境和不同陰極保護電位下的氫脆敏感性。

評價材料的氫脆敏感性的原理在于，將試樣暴露在土壤介質中，一邊施加負向電位，同時施加一定應變速率的拉伸載荷直至試樣斷裂，通過測試試樣斷裂前后的標距及截面尺寸，計算獲得氫脆敏感性系數(shù)。

圖1是根據(jù)本實用新型實施例的評價埋地管線鋼在負向電位下的氫脆敏感性的試驗裝置的原理結構示意圖。

如圖1所示，根據(jù)本實用新型實施例的評價埋地管線鋼在負向電位下的氫脆敏感性的試驗裝置包括：介質環(huán)境模擬模塊，慢應變速率加載模塊和負向電位模擬模塊。

具體而言，介質環(huán)境模擬模塊包括土壤介質槽7、介質槽上蓋9、密封圈3、加熱帶8、熱電偶10和溫度控制器13；慢應變速率加載模塊包括：慢應變速率拉伸機1，應力應變施加單元(即載荷位移施加單元)及傳感器、拉伸機上夾具2、拉伸機下夾具6、拉伸試樣5；負向電位模擬模塊包括：恒電位儀14、電源輸出檢測器、輔助電極4、鹽橋11和參比電極12。

介質槽7是介質環(huán)境模擬模塊的主體部分，在介質槽7中容納有介質，該介質可以是實際埋管線位置的土壤，以保證更好的模擬效果。例如，介質槽7由玻璃材料制成，其上蓋9與介質槽容器部分通過磨口連接，所有預留孔均可采用O型密封圈與連接件密封，防止內部土壤介質水分蒸發(fā)流失，保證實驗過程中濕度的可控性。

慢應變速率加載模塊的作用在于通過對試樣施加力并通過傳感器實時監(jiān)測拉伸試樣的狀態(tài)。

拉伸試樣5是被測物，用于模擬埋于土壤中的金屬管線。拉伸試樣5一般有片狀和棒狀兩種：其中，片狀試樣為兩頭寬、中間窄的金屬物，兩邊分別加工有與夾具配合的小孔；棒狀試樣為兩頭粗中間細的金屬物，兩端加工有與夾具配合的螺紋。進行測試實驗時，對拉伸試樣5的中間部分記錄標長，并控制暴露面積，非暴露面積可用硅橡膠密封。圖2示出了一種棒狀試樣。拉伸試樣5可以隨試驗裝置一起生產(chǎn)、銷售，也可以作為單獨的產(chǎn)品進行生產(chǎn)、銷售。

如圖1所示，拉伸試樣5的一端穿過介質槽7的底部預留孔，露出螺紋部分，并采用密封件(例如O型橡膠圈)及704硅膠進行密封，另一端穿過介質槽7的上蓋9的預留孔，露出螺紋部分，也可采用O型橡膠圈等進行密封，拉伸試樣5的上下端分別與拉伸機上夾具2及下夾具6相連。圖1所示的試驗裝置方案中，拉伸試樣5是上下放置的，在不同拉伸機的配合下，也可以采用其它的放置方式，例如左右放置。

慢應變速率拉伸機1的上應力應變施加單元與拉伸機的下夾具6相連，對應傳感器的信號輸出到計算機。

介質槽7的外部可纏有加熱帶8，加熱帶8與溫度控制器13相連，熱電偶10的測溫端穿過介質槽7的上蓋9的預留孔，進入到介質槽7內部，熱電偶10的另一端向溫度控制器13反饋被測介質的溫度信號。

在進行試驗時，預先用硅橡膠將拉伸試樣5的拉伸段進行密封，只暴露一定的表面積作為工作電極，參比電極12及輔助電極4的測試端分別通過介質槽上蓋9的預留孔進入介質槽7內部，與被測介質接觸，并通過O型圈密封，工作電極、參比電極12和輔助電極4的分別通過導線與恒電位儀14相連，從而通過恒電位儀施加負向電位。

例如，具體實驗時，用硅膠對拉伸試樣5進行涂封，露出1cm²的暴露面積，例如圖2所示試樣5的中間部分所示。待硅膠自然固化后，按照圖1所示，將拉伸試樣5穿過土壤介質槽7的底部預留孔，通過螺紋與拉伸機下夾具6連接，拉伸試樣5與土壤介質槽7的底部預留孔用O型圈固定，并采用硅膠進一步密封；將實驗土壤介質倒入土壤介質槽7中，并將土壤介質壓實，使其與拉伸試樣5緊密接觸，將輔助電極4、鹽橋11、熱電偶10穿過介質槽上蓋9插入土壤介質中，并保證鹽橋11的尖端對準拉伸試樣5的暴露區(qū)(圖2的拉伸試樣5的中間白色標識部分)；在介質槽上蓋9與介質槽7中間的磨頭接頭上涂膜硅脂，使二者密封，防止土壤中水分的蒸發(fā)，并將上蓋上的各預留孔采用O型密封圈3密封。

土壤介質槽7的外部纏上加熱帶8，將熱電偶10與加熱帶8的信號線一起接入溫度控制器13，設置需要模擬的環(huán)境溫度，通過溫度控制器13控制介質槽7內介質的實際溫度；從拉伸機上夾具2引出導線，作為工作電極引線，與鹽橋11中的參比電極12的引線以及輔助電極4的引線一起接入恒電位儀14，設置恒電位儀14的輸出電位值，給拉伸試樣5加上所要模擬的負向電位值。

拉伸機1與計算機系統(tǒng)相連，通過軟件設置拉伸的加載參數(shù)，開始拉伸前，需對試樣預先加負向電位24小時，達到設定時間后，再邊加電位邊進行慢拉伸試驗。待試樣拉斷后，采用游標卡尺測試試樣斷后的最小截面積及標距，結合實驗前試樣的原始截面積和標距，計算斷面收縮率和延伸率，評價材料的氫脆敏感性系數(shù)。

根據(jù)本實用新型實施例的評價埋地管線鋼在負向電位下的氫脆敏感性的試驗裝置，可以獲得以下一方面或者多方面的技術效果：通過設計土壤介質槽，能夠在實際土壤中進行測試，并保證土壤介質的濕度溫度恒定；能夠對材料在高壓直流干擾或特高壓直流干擾或陰極保護或其他因素引起的負向電位下進行慢應變速率拉伸性能的原位測試，具有試樣尺寸可調，拉伸樣與拉伸機夾具間連接方式簡單、設計及加工成本降低；可以定量評定材料的氫脆敏感性系數(shù)。

以上所述僅是本實用新型的示范性實施方式，而非用于限制本實用新型的保護范圍，本實用新型的保護范圍由所附的權利要求確定。