当前位置: 首页 > 专利查询>清华大学专利>正文

一种研究水处理管道管垢发育与破裂的电化学模拟测试平台制造技术

技术编号:21375178 阅读:52 留言:0更新日期:2019-06-15 12:33
一种研究水处理管道管垢发育与破裂的电化学模拟测试平台,属于金属管道的电化学研究领域。该平台包括(1)一个外壁有多个插孔的圆筒状玻璃电解池;(2)电解池上侧的孔装有铂片辅助电极;(3)电解池一侧装有多个Ag/AgCl参比电极;(4)电解池另一侧装有多个与待测管材材质相同的工作电极;(5)原水箱;(6)进水泵;(7)用作电化学测试的电化学工作站;(8)电化学测试装置的通道扩展器;(9)用作电化学信号收集装置的电脑。该平台可以动态模拟、实时监测水处理管道内壁的管垢发育状况,并可观察水质切换对管垢破裂状况的影响,避免之前管垢研究中的边破坏、边采样、边测试的问题,有助于揭示管垢的发育、破裂过程和机理。

【技术实现步骤摘要】
一种研究水处理管道管垢发育与破裂的电化学模拟测试平台
本专利技术涉及一种研究水处理管道内壁管垢发育与破裂的电化学模拟测试平台,该专利技术属于金属管道的腐蚀与电化学测试领域。
技术介绍
水处理金属管道在使用过程中,由于水中氧化性物质的存在,导致腐蚀时有发生。腐蚀过程通常是一个电化学过程,主要表现在阳极金属失电子发生氧化反应,阴极得电子发生还原反应,然后在阴阳极反应共同作用下生成腐蚀产物,并形成管垢。腐蚀结垢即管垢发育过程是个动态过程。长期使用的管道内壁由于电化学、化学、生物等作用形成结构各异、成分复杂的腐蚀垢层。当输送单一,稳定水源时,垢层与输送水相形成相对稳定、平衡的状态,成为阻隔主体水与金属基底的屏障,这对于管网水质稳定和安全运行有着不可忽视的作用。然而,当水质变化时,水质特征的差异使得管内壁腐蚀垢层与水相之间的平衡状态发生破坏,导致管垢破裂,内容物释放到管网水中,引发水质恶化现象。因此,对管垢发育与破裂过程进行动态、实时的模拟监测,对系统掌握管垢的形成、破裂机理具有重要的研究意义。目前,研究水处理金属管道腐蚀结垢的研究方法多侧重测试水质变化情况来间接表征,大多基于管段模拟反应器、插有管材挂片的环状反应器;鲜有模拟管道腐蚀结垢的生长与破裂的电化学测试装置的报道。相关的专利申请包括:1.一种用于研究给水管网内壁管垢铁稳定性的方法(申请号:201110258380.5),该专利技术公开了一种给水管网水质化学稳定性研究用的管段模拟反应器和方法,其特征在于截取具有一定使用年限的腐蚀管段,与有机玻璃盖板连接成“管段模拟反应器”,以搅拌产生的横向环流来模拟实际管道中的纵向水流条件,研究水与管段内壁管垢长时间接触产生的水质变化。反应器上设备有探头插口,可外接pH、溶解氧等在线监测系统和药剂自动投加设备,将试验水质参数稳定运行在一定范围。运行期间试验水体与腐蚀管垢经过一段时间接触后,水中的化学离子组分与管垢发生反应,从而模拟研究管垢金属离子释放。该申请对给水管网内壁管垢铁稳定性的研究方法,侧重在用管垢金属离子释放来间接表征管垢破裂过程,与本申请“一种研究水处理管道内壁管垢发育与破裂的电化学模拟测试平台”在研究对象、测试技术手段、表征方法等方面均不相同。2.一种管道内垢层厚度的超声波检测方法(申请号:CN201110045799.2),一种管道内垢层厚度的超声波检测方法,本专利技术方法是利用两次不同角度的超声波分别入射,通过测量出两次入射时超声波在充满液体的管道内的穿透时间,在已知超声波在管壁和填充液体中的传播速度、超声波入射角和折射角关系的基础上联立方程组,进而计算出管道内垢层的速度和厚度。该方法可以在未知垢层性质的情况下测量出垢层厚度,可以实现管道的在役检测,无破坏性,精度可靠。该申请研究研究了一种管道内壁垢层厚度的超声波检测方法,虽与本申请的研究对象“管垢”相同,但是测试方法,测试手段等方面均不相同。3.一种油田污水腐蚀结垢特性的测试方法(申请号:CN201610753456.4),该专利技术公开了一种油田污水腐蚀结垢特性的测试方法,包括以下步骤:1)测试管线材料在现场油田污水下的电化学阻抗图谱;2)设计模拟管线,用CFD软件模拟出在不同进管口流速下该管线模型内的流态信息,并确定实验测试片的安放位置;3)将实验测试片安放在动态管线上,进行水循环开始动态模拟实验,并在不同的实验时长下测量不同安放位置处的测试片的垢层厚度;4)数据整合分析步骤:得出垢层厚度与各变量之间的关系,从而得出该油田污水的腐蚀结垢特性。该申请通过将实验测试片安装在动态管线上,进行水循环模拟动态实验,而且只分析了垢层生长厚度与电化学变量之间的关系,与本申请“一种研究水处理管道内壁管垢发育与破裂的电化学模拟测试平台”在研究对象、研究方法、测试变量上都不相同。综上所述,关于管道内部管垢特性的测试方法,前人的研究多通过试验试片研究,或者通过管垢释放的铁离子进行表征,以及通过超声波方法进行检测。本申请中对于管垢的生长和破裂的电化学过程,开发了一种动态模拟的试验测试平台,可为揭示管垢发育模型和破裂机理的分析提供电化学测试方法和手段,与前人的研究和专利申请存在很大差别,具有很好的创新性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种研究水处理管道管垢发育与破裂过程的电化学测试平台,通过极化曲线和交流阻抗谱的测试结果,尝试提出管垢发育过程的概念模型,并提出管垢破裂的临界电化学状态,解决目前只能对管垢进行破坏采样的分析测试方法。该测试平台中的工作电极可以更换为不同需要的材质,同时电解液可以根据试验需要随时调整,具有广泛的适用范围。本专利技术的特征在于:1.一种研究水处理管道管垢发育与破裂的电化学模拟测试平台,其特征包括(1)一个圆筒状外壁有多个插孔的玻璃电解池;(2)电解池上侧的孔装有铂片辅助电极;(3)电解池左侧装有多个Ag/AgCl参比电极;(4)电解池右侧装有多个与待测管材材质相同的工作电极;(5)原水箱;(6)进水蠕动泵;(7)用作电化学测试的电化学工作站;(8)电化学测试装置的通道扩展器;(9)用作电化学信号收集装置的电脑。2.一种研究水处理管道管垢发育与破裂的电化学模拟测试平台,其特征在于:该平台的辅助电极整体是圆柱形电极,前端一侧装有铂片,后端一侧也装有铜质金属接头,方便与电化学测试装置连接;分别处于两端的铂片和铜质金属接头中间通过铜质金属导线连接,并用聚四氟乙烯材料封装;3.一种研究水处理管道管垢发育与破裂的电化学模拟测试平台,其特征在于:该平台采用封装在密闭的电解质室内的Ag/AgCl作为参比电极,此参比电极通过聚四氟乙烯螺纹外壳与与密闭电解质室横向连接,此参比电极通过铜质金属导线与另一侧的铜质金属接头连接,方便与电化学测试装置连接;4.一种研究水处理管道管垢发育与破裂的电化学模拟测试平台,其特征在于:工作电极整体为圆柱形,前端是用聚四氟乙烯材料封装的与待测管材材质相同的工作电极,后端一侧设置有铜质金属接头,方便与电化学测试装置连接;分别处于两端的工作电极和金属接头中间通过铜质金属导线连接,并一并封装在了聚四氟乙烯材料内部;其中工作电极的前端一侧设置有螺纹,方便与圆筒状的玻璃测试容器紧密连接;5.其工作电极由待测管材加工,其材质包括球墨铸铁、灰口铸铁、不锈钢、铜、铅等管材;6.试验过程中的电解液可以根据模拟试验需要进行更换,包括自来水、再生水、污水,并可根据需要添加不同浓度的消毒剂、氧化剂、缓蚀剂、pH调节药剂;本专利技术具有如下优点:1、本专利技术的试验模拟平台可对水处理管道的管垢发育和破裂过程进行动态的电化学模拟和测试,有助于建立管垢的生长模型,确定管垢破裂的临界电化学状态。2、本专利技术的试验模拟平台在对管垢发育过程进行研究测试时,可以不破坏管垢,更贴近于实际管垢的发育和破裂过程。3、本专利技术的试验模拟平台不仅可以对管垢的发育过程进行实时监测,还可以通过调整电解质成分来诱发管垢破裂,并对这一过程进行实时监测,这对从整个生命周期理论理解管道腐蚀和管垢发育过程具有重要意义。4、本专利技术的试验模拟平台可以方便、灵活的更换工作电极,适用于研究不同金属管材的腐蚀和管垢发育过程,具有广泛的实用价值。附图说明图1为一种研究水处理管道管垢发育与破裂的电化学模拟测试平台的系统构成图。其各部本文档来自技高网
...

【技术保护点】
1.一种研究水处理管道管垢发育与破裂的电化学模拟测试平台,其特征在于,该平台包括:(1)一个圆筒状外壁有多个插孔的电解池;(2)电解池上侧的孔装有铂片辅助电极;(3)电解池一侧装有多个Ag/AgCl参比电极;(4)电解池另一侧装有多个与待测管材材质相同的工作电极;(5)原水箱;(6)进水泵;(7)电化学工作站;(8)电化学测试装置的通道扩展器和(9)电脑;原水箱通过进水泵连接到电解池,电化学测试装置的通道扩展器连接用作电化学测试的电化学工作站;电化学工作站连接用作电化学信号收集装置的电脑。

【技术特征摘要】
1.一种研究水处理管道管垢发育与破裂的电化学模拟测试平台,其特征在于,该平台包括:(1)一个圆筒状外壁有多个插孔的电解池;(2)电解池上侧的孔装有铂片辅助电极;(3)电解池一侧装有多个Ag/AgCl参比电极;(4)电解池另一侧装有多个与待测管材材质相同的工作电极;(5)原水箱;(6)进水泵;(7)电化学工作站;(8)电化学测试装置的通道扩展器和(9)电脑;原水箱通过进水泵连接到电解池,电化学测试装置的通道扩展器连接用作电化学测试的电化学工作站;电化学工作站连接用作电化学信号收集装置的电脑。2.根据权利要求1所述的一种研究水处理管道管垢发育与破裂的电化学模拟测试平台,其特征在于:铂片辅助电极整体是圆柱形电极,前端一侧装有铂片,后端一侧装有铜质金属接头,分别处于两端的铂片和铜质金属接头中间通过铜质金属导线连接,并用聚四氟乙烯材料封装。3.根据权利要求1所述的一种研究水处理管道管垢发育与破裂的电化学模拟测试平台,其特征在于:Ag/AgCl作为参比电极,此参比电极通过聚四氟乙烯螺纹外壳与密闭电解质室横向连接,此参比电极通...

【专利技术属性】
技术研发人员:陈超张海亚张晓健汪隽刘迪波赵律童李舒阳
申请(专利权)人:清华大学清华苏州环境创新研究院
类型:发明
国别省市:北京,11

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1