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CN107449730B - 一种流动腐蚀介质中90°弯头金属腐蚀电化学测试装置 - Google Patents

一种流动腐蚀介质中90°弯头金属腐蚀电化学测试装置 Download PDF

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CN107449730B
CN107449730B CN201710750632.3A CN201710750632A CN107449730B CN 107449730 B CN107449730 B CN 107449730B CN 201710750632 A CN201710750632 A CN 201710750632A CN 107449730 B CN107449730 B CN 107449730B
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corrosion
branch pipes
straight
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张茹芳
刘星飞
宋雅荣
刘春彤
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Tianjin University
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Tianjin University
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Abstract

本发明公开了一种流动腐蚀介质中90°弯头金属腐蚀电化学测试装置，包括：与待测90°弯头管道结构和尺寸相同的玻璃管道，所述玻璃管道水平设置，所述玻璃管道由90度弯曲管道段、第一直线管道段和第二直线管道段组成，所述第一直线管道段与第二直线管道段垂直且该第一直线管道段与第二直线管道段分别与所述90度弯曲管道段两端的端口连通；在所述玻璃管道上连通有多个玻璃支管。本发明流动腐蚀介质中的90°弯头金属腐蚀电化学测试装置，用于对流动腐蚀介质中管道弯头处的待测金属进行实时电化学腐蚀测量，打破现有的电化学监测装置研究直管段的腐蚀测试的限制，因而可以更加完整准确地模拟和研究整个供水管道的运行情况和腐蚀行为。

Description

一种流动腐蚀介质中90°弯头金属腐蚀电化学测试装置
技术领域
本发明属于电化学腐蚀测量技术领域，具体来说涉及一种流动腐蚀介质中90°弯头金属腐蚀电化学测试装置。
背景技术
我国给水管道和再生水管道主要为金属材质，每年因管网漏损都会产生巨大的能源和经济损失，而金属管道腐蚀是管网漏损失效的重要原因之一，且尤其是弯头处腐蚀损坏严重。电化学测量方法作为观测材料耐蚀性能的一种手段，由于其快速、可连续监测等优点而被广泛用于金属给水管道腐蚀的实验研究。但现有的电化学监测装置多集中于研究直管段的腐蚀测试，较少考虑弯头部位的腐蚀行为，尚不能对流动腐蚀介质中弯头处金属材料进行实时有效地电化学腐蚀测量，无法获得其动态腐蚀过程中的腐蚀数据，同时因弯头处工作电极制作繁琐和安装困难等问题，限制了电化学方法在供水管道弯头处金属腐蚀领域的应用。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种流动腐蚀介质中90°弯头金属腐蚀电化学测试装置，该流动腐蚀介质中90°弯头金属腐蚀电化学测试装置可以通过玻璃管道两端的端口接入循环系统，进行腐蚀介质的电化学动态监测，解决现有技术中电化学腐蚀测量存在的无法对流动腐蚀介质中管道弯头处金属材料进行实时有效地电化学腐蚀测量的问题，以便更加完整准确地模拟和研究整个供水管道的运行情况和腐蚀行为，充分考虑流场分布在弯头不同截面上产生差异对腐蚀的影响。
本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的。
一种流动腐蚀介质中90°弯头金属腐蚀电化学测试装置，包括：与待测90°弯头管道结构和尺寸相同的玻璃管道，所述玻璃管道水平设置，所述玻璃管道由90度弯曲管道段、第一直线管道段和第二直线管道段组成，所述第一直线管道段与第二直线管道段垂直且该第一直线管道段与第二直线管道段分别与所述90度弯曲管道段两端的端口连通；
在所述第一直线管道段的相对两侧分别连通有3个间隔设置的玻璃支管，在所述第二直线管道段的相对两侧分别连通有2个间隔设置的玻璃支管，位于所述第一直线管道段和第二直线管道段相对两侧的玻璃支管分别对称设置；在所述90度弯曲管道段的一侧连通有3个间隔设置的玻璃支管，与该侧相对的另一侧连通有N个玻璃支管；
其中，在所述玻璃管道上的玻璃支管的内部用于插入1个工作电极或1个参比电极，所述工作电极包括：金属圆柱体和固装在该圆柱体圆周面外的聚四氟乙烯层；所述金属圆柱体的材质为待测金属，所述金属圆柱体靠近玻璃管道的端面用于接触玻璃管道内的腐蚀介质，每一所述端面与临近该端面的玻璃管道内壁位于同一平面；在所述第一直线管道段或第二直线管道段远离90度弯曲管道段的端口内套装有一筒状的铂网作为辅助电极；
当在所述90度弯曲管道段上的3个玻璃支管和N个玻璃支管分别位于所述90度弯曲管道段所在平面的上侧和下侧时，位于所述90度弯曲管道段上侧和下侧的玻璃支管对称设置，所述N＝3；
当在所述90度弯曲管道段上的3个玻璃支管和N个玻璃支管分别位于所述90度弯曲管道段的靠内曲面外壁和靠外曲面外壁时，所述N＝1，位于90度弯曲管道段靠内曲面外壁的玻璃支管数量为1个，位于90度弯曲管道段靠外曲面外壁的玻璃支管数量为3个，且从靠近第一直线管道段开始位于90度弯曲管道段靠外曲面外壁的3个玻璃支管依次为第一支管、第二支管和第三支管，位于靠内曲面外壁的玻璃支管与所述第二支管的位置相对。
在上述技术方案中，所述聚四氟乙烯层的外周面上形成有螺纹，所述工作电极通过该螺纹旋入相应的玻璃支管中。
在上述技术方案中，所述铂网的长度为25～45mm。
在上述技术方案中，所述玻璃支管的外径为15～30mm，内径为9～26mm，长度为30～50mm。
在上述技术方案中，所述金属圆柱体的半径为4～10mm。
在上述技术方案中，在所述玻璃管道两侧的端口上分别安装有一聚四氟乙烯螺口接头。
在上述技术方案中，在所述工作电极、参比电极和辅助电极上均连接有金属接头。
在上述技术方案中，所述参比电极为饱和甘汞参比电极。
在上述技术方案中，位于所述第一直线管道段和第二直线管道段相对两侧的玻璃支管分别垂直于与该玻璃支管连通的所述第一直线管道段或第二直线管道段。
在上述技术方案中，当所述N＝3时，位于所述90度弯曲管道段所在平面上侧和下侧的玻璃支管均与所述90度弯曲管道段所在平面垂直。
在上述技术方案中，当所述N＝1时，位于所述90度弯曲管道段的靠内曲面外壁和靠外曲面外壁的玻璃支管均位于所述90度弯曲管道段所在平面上。
一种模拟流动腐蚀介质对弯头管道电化学腐蚀的测量方法，按照下述步骤予以进行：
步骤1，建立上述流动腐蚀介质中90°弯头金属腐蚀电化学测试装置，在每2个相互对称且与所述第一直线管道段连通的玻璃支管中分别安装工作电极和参比电极，在每2个相互对称且与所述第二直线管道段连通的玻璃支管中分别安装工作电极和参比电极；
当所述N＝3时，在每2个相互对称且分别位于所述90度弯曲管道段上侧和下侧的玻璃支管中分别安装工作电极和参比电极；当所述N＝1时，在第二支管和位于所述90度弯曲管道段靠内曲面外壁的玻璃支管中分别安装1个工作电极，在第一支管和第三支管分别安装工作电极和参比电极；
步骤2，在所述玻璃管道中持续通入液态的腐蚀介质，将所述工作电极、参比电极和辅助电极上的金属接头分别通过电极电缆插头连接至电化学工作站，启动所述电化学工作站，待开路电位稳定后，开始测量，得到腐蚀电流密度和交流阻抗谱。
在所述步骤2中，所述开路电位稳定的标准为开路电压值浮动小于等于0.001V。
采用三参数拟合法对步骤2所得腐蚀电流密度进行计算，得到每个所述工作电极靠近玻璃管道的端面在腐蚀介质中的瞬时腐蚀速率(mm/a)值；
利用等效电路法对步骤2所得交流阻抗谱进行拟合，得到每个工作电极靠近玻璃管道的端面在腐蚀过程中电子转移过程及形成的阻抗结构。
相比于现有技术，本发明的流动腐蚀介质中90°弯头金属腐蚀电化学测试装置的有益效果为：
1、本发明流动腐蚀介质中的90°弯头金属腐蚀电化学测试装置，用于对流动腐蚀介质中管道弯头处的待测金属进行实时电化学腐蚀测量，打破现有的电化学监测装置研究直管段的腐蚀测试的限制，因而可以更加完整准确地模拟和研究整个供水管道的运行情况和腐蚀行为；
2、本发明装置在使用时有流动腐蚀介质通过，利用以研究待测金属制成的工作电极的三电极测量体系，能够对研究待测金属在流动腐蚀介质中的腐蚀过程进行电化学测量；
3、工作电极的金属圆柱体的材料可根据研究需要更换，适用于进行多种金属材料的腐蚀监测；
4、本发明固定了工作电极、参比电极以及辅助电极之间的相对位置，便于进行重复性腐蚀监测实验；
5、本发明充分考虑了流场分布在弯头不同截面上产生差异对腐蚀的影响，以及受通水主管管径和安装电极玻璃支管管径的限制，不可能在玻璃管道上环向设置四支玻璃支管，故可按照本发明的技术方案设计成两类装置：位于90度弯曲管道段的上侧和下侧(下述L型)以及位于90度弯曲管道段的靠内曲面外壁和靠外曲面外壁(下述P型)，以便全方位地、更加完整准确地模拟和研究流动腐蚀介质中弯头处(内侧、外侧、顶部、底部)待测金属的腐蚀行为。
6、本发明装置连接多通道电化学工作站可实现同时对所有研究电极点位实施测量，降低了流体流动条件亦即腐蚀环境和电化学测试手段的双重不确定性，保证了实验背景值一致以及结果的可靠性。
附图说明
图1为本发明的流动腐蚀介质中90°弯头金属腐蚀电化学测试装置(P型)的俯视图；
图2为本发明的流动腐蚀介质中90°弯头金属腐蚀电化学测试装置(L型)的俯视图；
图3为本发明的流动腐蚀介质中90°弯头金属腐蚀电化学测试装置(P型)在腐蚀介质流速为1m/s时各个工作电极腐蚀速率随时间变化图；
图4为本发明的流动腐蚀介质中90°弯头金属腐蚀电化学测试装置(P型)在腐蚀介质流速为1m/s时各个工作电极的交流阻抗谱图；
图5为本发明的流动腐蚀介质中90°弯头金属腐蚀电化学测试装置(L型)在腐蚀介质流速为1m/s时各个工作电极的腐蚀速率随时间变化图；
图6为本发明的流动腐蚀介质中90°弯头金属腐蚀电化学测试装置(L型)在腐蚀介质流速为1m/s时各个工作电极的交流阻抗谱图。
其中，1为玻璃管道，2为聚四氟乙烯螺口接头，3为铂网，4为玻璃支管，4-1为第一支管，4-2为第二支管，4-3为第三支管，4-4为第四支管，4-5为第五支管，4-6为第六支管,S1为第一直线管道段，S2为第二直线管道段。
具体实施方式
在本发明的技术方案中，电化学工作站连接多通道扩展器。本发明与多通道电化学工作站联用，可同时在线监测多个工作电极的电化学参数。实时腐蚀监测采用三电极测量体系，其工作原理是工作电极是要研究的金属材料，辅助电极是为了和工作电极形成电流回路，因为一定条件下参比电极的电极电位恒定，故只要测出工作电极和参比电极之间的电位差，即可知道工作电极的电极电位。另一方面工作电极和辅助电极之间的电流可以测定，结合电流的测定结果可以得到相应的电化学曲线。通过交流阻抗谱、动电位扫描、开路电位等测量手段，可准确获得静态或流动体系下腐蚀过程中的腐蚀数据，从而模拟、研究流动腐蚀介质中弯头处(内侧、外侧、顶部、底部)金属材料的腐蚀行为。
在本发明的具体实施方式中，以研究球墨铸铁材料管道的弯头处腐蚀为例，腐蚀介质为自来水，参比电极为饱和甘汞参比电极，待测金属为市售QT500-10球墨铸铁。
下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
实施例1(P型)
如图1所示，包括：与待测90°弯头管道结构和尺寸相同的玻璃管道(玻璃管道内径为50mm)，玻璃管道由90度弯曲管道段、第一直线管道段S1和第二直线管道段S2组成(S1和S2之间的玻璃管道为90度弯曲管道段)，玻璃管道水平设置，90度弯曲管道段、第一直线管道段和第二直线管道段位于同一水平面。第一直线管道段与第二直线管道段垂直且该第一直线管道段和第二直线管道段分别与90度弯曲管道段两端的端口连通，在玻璃管道两侧的端口上分别安装有一聚四氟乙烯螺口接头，用于接入循环系统。90度弯曲管道段沿其曲线段的径向对称，90度弯曲管道段的对称线至第一直线管道段远离该对称线的端部的长度为200mm，至第二直线管道段远离该对称线的端部的长度为150mm。
在第一直线管道段沿水平方向上的相对两侧分别连通有3个间隔50mm设置的玻璃支管，在第二直线管道段沿水平方向上的相对两侧分别连通有2个间隔50mm设置的玻璃支管，位于第一直线管道段和第二直线管道段相对两侧的玻璃支管分别对称设置；且位于第一直线管道段和第二直线管道段相对两侧的玻璃支管分别垂直于与该玻璃支管连通的第一直线管道段或第二直线管道段。在90度弯曲管道段的靠外曲面外壁一侧连通有3个间隔设置的玻璃支管，与该侧相对的另一侧(即靠内曲面外壁)连通有1个玻璃支管：第六支管4-6。从靠近第一直线管道段开始位于90度弯曲管道段靠外曲面外壁的3个玻璃支管依次为第一支管4-1、第二支管4-2和第三支管4-3，第六支管4-6与第二支管的位置相对。
所有玻璃支管的外径均为24mm，内径为20mm，壁厚2mm，长度为40mm；在所述玻璃管道上的玻璃支管的内部用于插入1个工作电极或1个参比电极(玻璃支管管径取值以在工艺许可和能盛放工作电极的条件下尽可能小为原则)，工作电极包括：金属圆柱体和固装在该圆柱体圆周面外的聚四氟乙烯层；金属圆柱体的材质为待测金属(市售QT500-10球墨铸铁)，半径为4mm。聚四氟乙烯层的外周面上形成有螺纹，工作电极通过该螺纹旋入相应的玻璃支管中并与玻璃支管内壁紧密连接(玻璃支管内形成有螺纹)，防止玻璃管道内腐蚀介质渗出。
金属圆柱体靠近玻璃管道的端面(裸露)用于接触玻璃管道内的腐蚀介质，每一端面与临近该端面的玻璃管道内壁位于同一平面；在第一直线管道段远离90度弯曲管道段的端口内套装有一筒状的铂网作为辅助电极，铂网的长度为30mm；
在工作电极、参比电极和辅助电极上均连接有金属接头。
模拟流动腐蚀介质对弯头管道电化学腐蚀的测量方法，按照下述步骤予以进行：
步骤1，建立上述流动腐蚀介质中90°弯头金属腐蚀电化学测试装置，在玻璃管道出口处设置流量计(第一直线管道的端口为腐蚀介质的出口)，在每2个相互对称且与第一直线管道段连通的玻璃支管中分别安装工作电极和参比电极，在每2个相互对称且与第二直线管道段连通的玻璃支管中分别安装工作电极和参比电极，
在第二支管和第六支管中分别安装1个工作电极，在第一支管安装工作电极，在第三支管安装参比电极；第六支管中的工作电极与第二支管中的工作电极共用第三支管中的参比电极。第一直线管道段上相邻于90度弯曲管道段的2个对称的玻璃支管分别为第四支管4-4(工作电极)和第五支管4-5(参比电极)。第一支管中的工作电极与第四支管中的工作电极共用第五支管中的参比电极。
为了研究本发明的流动腐蚀介质中90°弯头金属腐蚀电化学测试装置(P型)的工作电极在腐蚀介质中的瞬时腐蚀速率(mm/a)值以及每个工作电极靠近玻璃管道的端面在腐蚀过程中电子转移过程及形成的阻抗结构。对本实施例中的工作电极和参比电极进行标号，从腐蚀介质的入口(第二直线管道的端口为腐蚀介质的入口)开始算起，位于90°弯头管道结构外侧曲面外壁的玻璃支管中的电极依次为P1、P2、PF、P3、P4、P5、P6和P7；从腐蚀介质的入口开始算起，位于90°弯头管道结构内侧曲面外壁的玻璃支管中的电极依次为PA、PB、P8、PC、PD和PE。其中，P1～P8为工作电极，PA～PF为参比电极。工作电极P3、P8共用参比电极PF，工作电极P4、P5共用参比电极PC。在测量工作电极和参比电极之间的电位差时，位于第一直线管道段和第二直线管道段上的工作电极所对应的参比电极为：与该工作电极位置相对称的参比电极。
步骤2，在玻璃管道中持续通入液态的腐蚀介质(第二直线管道的端口为腐蚀介质的入口，第一直线管道的端口为腐蚀介质的出口)，将工作电极、参比电极和辅助电极上的金属接头分别通过电极电缆插头连接至电化学工作站，待出口处腐蚀介质的流量(工作电极表面流速)稳定后(波动范围在实际流速±0.1m/s内)，启动电化学工作站，待开路电位稳定后(开路电位稳定的标准为开路电压值浮动小于等于0.001V)，开始测量，得到腐蚀电流密度和交流阻抗谱；
在本发明的具体实施方式中，电化学工作站的配套测试软件为CorrTest，具体测量方法为：输入待测金属的材料密度7.8g/cm3、材料化学当量28、工作电极面积0.5cm2、参比电极类型为饱和甘汞电极和腐蚀介质温度25℃，选择测量方法为稳态极化动电位扫描和交流阻抗-频率扫描，在所述测量方法中分别设置扫描电位-0.05V～0.05V(相对于开路电位)、扫描速率0.1mV/s、交流幅值10mV、频率测试范围100KHz至0.01Hz。
采用三参数拟合法对步骤2所得腐蚀电流密度进行计算，得到每个工作电极靠近玻璃管道的端面在腐蚀介质中的瞬时腐蚀速率(mm/a)值；
利用等效电路法对步骤2所得交流阻抗谱进行拟合分析，得到每个工作电极靠近玻璃管道的端面在腐蚀过程中电子转移过程及形成的阻抗结构。
图3为本发明的流动腐蚀介质中90°弯头金属腐蚀电化学测试装置(P型)在腐蚀介质流速为1m/s时各个工作电极腐蚀速率随时间变化图。分析可得如下结论：各个工作电极腐蚀速率整体随着实验时间呈下降趋势；各个工作电极腐蚀速率之间有较大差异：弯头段外侧工作电极P3有最小腐蚀速率，第二直线管道段的P1、P2和P4腐蚀速率比P3略大，P6、P7和P8即第一直线管道段有较大腐蚀速率，高于第二直线管道段，而弯头段内侧工作电极P5有最大腐蚀速率。
图4为本发明的流动腐蚀介质中90°弯头金属腐蚀电化学测试装置(P型)在腐蚀介质流速为1m/s时各个工作电极的交流阻抗谱图。分析可知：对于P型管件，各个工作电极的结果呈两个容抗弧，说明除电位E之外还有一个状态变量影响电流密度；各个工作电极阻抗谱图分散、有层次，低频区容抗弧明显靠外的是管件上流速最小的研究点位P3，随后分别是P4、P1和P2、P6、P7、P8，最靠内侧的是流速最大的研究点位P5；此外，高频区容抗弧半径比较大，说明双电层产生的阻抗值已不可忽视。
选择适宜的等效电路拟合后可得：研究电极表面阻抗结构除了固有的双电层电容外，还存在覆盖其外的容抗性膜层；球墨铸铁表面腐蚀阻抗主要来自双电层和电子传递过程，各点位内层阻抗值均高于外层阻抗值，说明内阻抗膜成为腐蚀过程的主要阻碍；在弯头内侧P5处，内外层阻抗值均比较小，弯头外侧P3、P4处却出现高阻抗值，可推断弯头内侧不容易形成较厚实阻抗膜，而弯头外侧及直管段外侧则反之。
实施例2(L型)
如图2所示，包括：与待测90°弯头管道结构和尺寸相同的玻璃管道(玻璃管道内径为50mm)，玻璃管道由90度弯曲管道段、第一直线管道段和第二直线管道段组成，玻璃管道水平设置，90度弯曲管道段、第一直线管道段和第二直线管道段位于同一水平面。第一直线管道段与第二直线管道段垂直且该第一直线管道段和第二直线管道段分别与90度弯曲管道段两端的端口连通，在玻璃管道两侧的端口上分别安装有一聚四氟乙烯螺口接头。90度弯曲管道段沿其曲线段的径向对称，90度弯曲管道段的对称线至第一直线管道段远离该对称线的端部的长度为200mm，至第二直线管道段远离该对称线的端部的长度为150mm。
在第一直线管道段的相对两侧分别连通有3个间隔设置的玻璃支管，在第二直线管道段的相对两侧分别连通有2个间隔设置的玻璃支管，在90度弯曲管道段的相对两侧分别连通有3个间隔设置的玻璃支管，其中，相对两侧为沿竖直方向上的相对两侧，即90度弯曲管道段所在平面的上侧和下侧。位于第一直线管道段、90度弯曲管道段和第二直线管道段相对两侧的玻璃支管分别对称设置；位于第一直线管道段和第二直线管道段相对两侧的玻璃支管分别垂直于与该玻璃支管连通的第一直线管道段或第二直线管道段。位于90度弯曲管道段所在平面上侧和下侧的玻璃支管均与90度弯曲管道段所在平面垂直。
玻璃支管的外径为24mm，内径为20mm，壁厚2mm，长度为40mm；在所述玻璃管道上的玻璃支管的内部用于插入1个工作电极或1个参比电极(玻璃支管管径取值以在工艺许可和能盛放工作电极的条件下尽可能小为原则)，工作电极包括：金属圆柱体和固装在该圆柱体圆周面外的聚四氟乙烯层；金属圆柱体的材质为待测金属(市售QT500-10球墨铸铁)，半径为4mm。聚四氟乙烯层的外周面上形成有螺纹，工作电极通过该螺纹旋入相应的玻璃支管中并与玻璃支管内壁紧密连接(玻璃支管内形成有螺纹)，防止玻璃管道内腐蚀介质渗出。
金属圆柱体靠近玻璃管道的端面(裸露)用于接触玻璃管道内的腐蚀介质，每一端面与临近该端面的玻璃管道内壁位于同一平面；在第一直线管道段远离90度弯曲管道段的端口内套装有一筒状的铂网作为辅助电极，铂网的长度为30mm；
在工作电极、参比电极和辅助电极上均连接有金属接头。
模拟流动腐蚀介质对弯头管道电化学腐蚀的测量方法，按照下述步骤予以进行：
步骤1，建立上述流动腐蚀介质中90°弯头金属腐蚀电化学测试装置，在玻璃管道出口处设置流量计(第一直线管道的端口为腐蚀介质的出口)，在每2个相互对称且与第一直线管道段连通的玻璃支管中分别安装工作电极和参比电极，在每2个相互对称且与第二直线管道段连通的玻璃支管中分别安装工作电极和参比电极，在每2个相互对称且分别位于90度弯曲管道段上侧和下侧的玻璃支管中分别安装工作电极和参比电极；
为了研究本发明的流动腐蚀介质中90°弯头金属腐蚀电化学测试装置(L型)的工作电极在腐蚀介质中的瞬时腐蚀速率(mm/a)值以及每个工作电极靠近玻璃管道的端面在腐蚀过程中电子转移过程及形成的阻抗结构。对本实施例中的工作电极和参比电极进行标号，从腐蚀介质的入口开始算起(第二直线管道的端口为腐蚀介质的入口)，位于90°弯头管道结构上侧的玻璃支管中的电极依次为L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7和L8；从腐蚀介质的入口开始算起，位于90°弯头管道结构下侧的玻璃支管中的电极依次为LA、LB、LC、LD、LE、LF、LG和LH。其中，L1～L8为工作电极，LA～LH为参比电极(图中未示出)。在测量工作电极和参比电极之间的电位差时，位于第一直线管道段、90度弯曲管道段和第二直线管道段上的工作电极所对应的参比电极为：与该工作电极位置相对称的参比电极。
步骤2，在玻璃管道中持续通入液态的腐蚀介质(第二直线管道的端口为腐蚀介质的入口，第一直线管道的端口为腐蚀介质的出口)，将工作电极、参比电极和辅助电极上的金属接头分别通过电极电缆插头连接至电化学工作站，待出口处腐蚀介质的流量(工作电极表面流速)稳定后(波动范围在实际流速±0.1m/s内)，启动电化学工作站，待开路电位稳定后(开路电位稳定的标准为开路电压值浮动小于等于0.001V)，开始测量，得到腐蚀电流密度和交流阻抗谱；
在本发明的具体实施方式中，电化学工作站的配套测试软件为CorrTest，具体测量方法为：输入待测金属的材料密度7.8g/cm3、材料化学当量28、工作电极面积0.5cm2、参比电极类型为饱和甘汞电极和腐蚀介质温度25℃，选择测量方法为稳态极化动电位扫描和交流阻抗-频率扫描，在所述测量方法中分别设置扫描电位-0.05V～0.05V(相对于开路电位)、扫描速率0.1mV/s、交流幅值10mV、频率测试范围100KHz至0.01Hz。
采用三参数拟合法对步骤2所得腐蚀电流密度进行计算，得到每个工作电极靠近玻璃管道的端面在腐蚀介质中的瞬时腐蚀速率(mm/a)值；
利用等效电路法对步骤2所得交流阻抗谱进行拟合分析，得到每个工作电极靠近玻璃管道的端面在腐蚀过程中电子转移过程或表面反应过程的动力学信息。
图5为本发明的流动腐蚀介质中90°弯头金属腐蚀电化学测试装置(L型)在腐蚀介质流速为1m/s时各个工作电极的腐蚀速率随时间变化图。分析可得如下结论：各点位腐蚀速率整体随着实验时间呈下降趋势；各点位电极腐蚀速率之间有差异，但不是很大，分布比较集中；研究点位L5即弯头处有最小腐蚀速率，L4的腐蚀速率与L5很接近，L6、L7、L8即第一直线管道段(腐蚀介质出口段)腐蚀速率较大，L1、L2、L3即第二直线管道段(腐蚀介质入口段)次之。
图6为本发明的流动腐蚀介质中90°弯头金属腐蚀电化学测试装置(L型)在腐蚀介质流速为1m/s时各个工作电极的交流阻抗谱图。分析可知：对于L型管件，各个工作电极的阻抗谱图均呈两个容抗弧，且高频区容抗弧半径较大；各个工作电极的阻抗谱图相互之间比较接近，低频区容抗弧明显靠外侧的是L型给水管件上流速最小的研究点位L5，其次是L4、L1、L2、L3，最靠内侧的是L6、L7、L8。
选择适宜的等效电路拟合后可得：研究电极表面阻抗结构除了固有的双电层电容外，还存在覆盖其外的容抗性膜层；球墨铸铁表面腐蚀阻抗主要来自双电层和电子传递过程，各点位内层阻抗值均高于外层阻抗值，说明内阻抗膜成为腐蚀过程的主要阻碍；在弯头管顶(底)L5处容易出现高阻抗值，内外层阻抗值均比较大，其余点位处阻抗值相对较低，可推断弯头处管顶(底)容易形成较厚实阻抗膜，而直管段位置管顶(底)则反之。
由此证明，本发明可对流动腐蚀介质中管道弯头各点位处的金属材料进行实时电化学腐蚀测量，分析其腐蚀速率及表面阻抗结构，从而全方位地、完整准确地模拟和研究流动腐蚀介质中弯头处金属材料的腐蚀行为。本发明一方面可以对流动腐蚀介质中管道弯头处的金属材料进行实时电化学腐蚀测量，打破现有的电化学监测装置研究直管段的腐蚀测试的限制，另一方面装置中的工作电极材料可根据研究需要更换，适用于进行多种金属材料的腐蚀监测，增强了装置的适应性，且装置结构简单，实验操作方便，可连接多通道电化学工作站实现同时对所有研究电极点位实施测量，保证了实验背景值一致以及结果的可靠性，从而全方位地、更加完整准确地模拟和研究流动腐蚀介质中弯头处金属材料的腐蚀行为。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种流动腐蚀介质中90°弯头金属腐蚀电化学测试装置，其特征在于，包括：与待测90°弯头管道结构和尺寸相同的玻璃管道（1），所述玻璃管道（1）水平设置，所述玻璃管道（1）由90度弯曲管道段、第一直线管道段（S1）和第二直线管道段（S2）组成，所述第一直线管道段（S1）与第二直线管道段（S2）垂直且该第一直线管道段（S1）与第二直线管道段（S2）分别与所述90度弯曲管道段两端的端口连通；
在所述第一直线管道段（S1）的相对两侧分别连通有3个间隔设置的玻璃支管（4），在所述第二直线管道段（S2）的相对两侧分别连通有2个间隔设置的玻璃支管（4），位于所述第一直线管道段（S1）和第二直线管道段（S2）相对两侧的玻璃支管（4）分别对称设置；在所述90度弯曲管道段的一侧连通有3个间隔设置的玻璃支管（4），与该侧相对的另一侧连通有N个玻璃支管（4）；
其中，在所述玻璃管道（1）上的玻璃支管（4）的内部用于插入1个工作电极或1个参比电极，所述工作电极包括：金属圆柱体和固装在该圆柱体圆周面外的聚四氟乙烯层；所述金属圆柱体的材质为待测金属，所述金属圆柱体靠近玻璃管道（1）的端面用于接触玻璃管道（1）内的腐蚀介质，每一所述端面与临近该端面的玻璃管道（1）内壁位于同一平面；在所述第一直线管道段（S1）或第二直线管道段（S2）远离90度弯曲管道段的端口内套装有一筒状的铂网（3）作为辅助电极；
当在所述90度弯曲管道段上的3个玻璃支管（4）和N个玻璃支管（4）分别位于所述90度弯曲管道段所在平面的上侧和下侧时，位于所述90度弯曲管道段上侧和下侧的玻璃支管（4）对称设置，所述N=3；当所述N=3时，位于所述90度弯曲管道段所在平面上侧和下侧的玻璃支管（4）均与所述90度弯曲管道段所在平面垂直；
当在所述90度弯曲管道段上的3个玻璃支管（4）和N个玻璃支管（4）分别位于所述90度弯曲管道段的靠内曲面外壁和靠外曲面外壁时，所述N=1，位于90度弯曲管道段靠内曲面外壁的玻璃支管（4）数量为1个，位于90度弯曲管道段靠外曲面外壁的玻璃支管（4）数量为3个，且从靠近第一直线管道段（S1）开始位于90度弯曲管道段靠外曲面外壁的3个玻璃支管（4）依次为第一支管（4-1）、第二支管（4-2）和第三支管（4-3），位于靠内曲面外壁的玻璃支管（4）与所述第二支管（4-2）的位置相对；当所述N=1时，位于所述90度弯曲管道段的靠内曲面外壁和靠外曲面外壁的玻璃支管（4）均位于所述90度弯曲管道段所在平面上；
位于所述第一直线管道段（S1）和第二直线管道段（S2）相对两侧的玻璃支管（4）分别垂直于与该玻璃支管（4）连通的所述第一直线管道段（S1）或第二直线管道段（S2）；在所述玻璃管道（1）两侧的端口上分别安装有一聚四氟乙烯螺口接头（2）；在所述工作电极、参比电极和辅助电极上均连接有金属接头，所述参比电极为饱和甘汞参比电极。
2.根据权利要求1所述的一种流动腐蚀介质中90°弯头金属腐蚀电化学测试装置，其特征在于，所述聚四氟乙烯层的外周面上形成有螺纹，所述工作电极通过该螺纹旋入相应的玻璃支管（4）中。
3.根据权利要求1所述的一种流动腐蚀介质中90°弯头金属腐蚀电化学测试装置，其特征在于，所述铂网（3）的长度为25~45mm；所述玻璃支管（4）的外径为15~30mm，内径为9~26mm，长度为30~50mm。
4.根据权利要求1所述的一种流动腐蚀介质中90°弯头金属腐蚀电化学测试装置，其特征在于，所述金属圆柱体的半径为4~10mm。
5.一种利用如权利要求1—4中任意一项所述的流动腐蚀介质中90°弯头金属腐蚀电化学测试装置模拟流动腐蚀介质对弯头管道电化学腐蚀的测量方法，其特征在于，按照下述步骤予以进行：
步骤1，建立流动腐蚀介质中90°弯头金属腐蚀电化学测试装置，在每2个相互对称且与所述第一直线管道段（S1）连通的玻璃支管（4）中分别安装工作电极和参比电极，在每2个相互对称且与所述第二直线管道段（S2）连通的玻璃支管（4）中分别安装工作电极和参比电极；
当所述N=3时，在每2个相互对称且分别位于所述90度弯曲管道段上侧和下侧的玻璃支管（4）中分别安装工作电极和参比电极；当所述N=1时，在第二支管（4-2）和位于所述90度弯曲管道段靠内曲面外壁的玻璃支管（4）中分别安装1个工作电极，在第一支管（4-1）和第三支管（4-3）分别安装工作电极和参比电极；
步骤2，在所述玻璃管道（1）中持续通入液态的腐蚀介质，将所述工作电极、参比电极和辅助电极上的金属接头分别通过电极电缆插头连接至电化学工作站，启动所述电化学工作站，待开路电位稳定后，开始测量，得到腐蚀电流密度和交流阻抗谱。
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