湿气环境下金属氢渗透性能测试的装置及其方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及金属腐蚀领域，具体而言，提供了一种湿气环境下金属氢渗透性能测试的装置及其方法。所述装置包括由上到下依次设置的阳极槽、待测试样和阴极槽，阴极槽呈锥形，阴极槽上设有阴极槽进气口、阴极槽出气口、阴极槽参比电极和阴极槽辅助电极，阴极槽设置于恒温水浴组件中；阳极槽上设有阳极槽参比电极和阳极槽辅助电极，阳极槽与冷热循环水机相连；还包括阴极槽数据接收组件、三电极体系、电化学工作站和阳极槽数据接收组件。该装置能更好地模拟实际服役管线钢湿气氢渗透行为和电化学行为，为解决实际环境中服役钢的氢致开裂的风险评估等关键问题奠定初步的理论基础和简单的解决方案，同时为合理的选材与防护指出方向。

A device for testing the permeability of metal hydrogen in a wet air environment and its method

【技术实现步骤摘要】
湿气环境下金属氢渗透性能测试的装置及其方法
本专利技术涉及金属腐蚀领域，具体而言，涉及一种湿气环境下金属氢渗透性能测试的装置及其方法。
技术介绍
随着油气开发过程中面临的腐蚀环境愈加苛刻(温度、压力升高、酸性腐蚀介质如CO2、H2S越来越多)，管线钢阴极表面由于析氢引起的氢脆和氢致开裂问题也愈来愈多，此外天然气输送过程中，由酸性凝析水引起的湿气薄液膜下的管道顶部也有氢脆的可能。氢渗透性能是评价金属材料氢脆敏感性的一项重要指标，研究金属的氢渗透行为和在此基础上的腐蚀产物膜的电化学规律，尤其是酸性湿气薄液膜环境下金属的腐蚀特性具有重要的意义。研究金属的溶液氢渗透行为，一般采用传统Devanathan-Stachurski双电解池，其主要结构是由金属箔双面电极及两侧的两个电极槽左右串联组成。箔的一侧处于阴极充氢或者自由腐蚀状态，另一侧在NaOH溶液中处于阳极钝性状态，采用恒电势仪对阳极侧施加一个氧化电势，能将充氢侧的扩散过来的原子氧化掉，其氧化电流密度是原子氢扩散速率的直接量度。但对于湿气环境下的管线钢的氢渗透规律，对于现有的装置，不仅气密性难以保证，更重要的是在一般左右结构双电解池中由于自身重力作用液膜形状多为楔形，难以生成稳定、均匀、完整的湿气液膜，由此测出的湿气氢渗透实验数据并不能客观地反映实际工况条件下试样的服役状况，难以对实际状态下管道的耐蚀行为提供有效而积极的指导意义。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的第一目的在于提供一种湿气环境下金属氢渗透性能测试的装置，该装置能够克服现有装置存在的气密性差、湿气液膜不稳定、不均匀、不完整以及无法客观地反映实际工况条件下试样的服役状况的问题，更好地模拟实际服役管线钢湿气氢渗透行为和电化学行为，为解决实际环境中服役钢的氢致开裂的风险评估等关键问题奠定初步的理论基础和简单的解决方案，同时为合理的选材与防护指出方向。本专利技术的第二目的在于提供一种湿气环境下金属氢渗透性能测试的方法，该方法采用上述装置来测定湿气环境下金属氢渗透性能，具有与上述装置相同的优点，能够更好地模拟实际服役管线钢湿气氢渗透行为和电化学行为，为实际生产提供有效指导。为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供了一种湿气环境下金属氢渗透性能测试的装置，包括由上到下依次设置的阳极槽、待测试样和阴极槽，所述阴极槽呈锥形，所述阴极槽上设有阴极槽进气口、阴极槽出气口、阴极槽参比电极和阴极槽辅助电极，所述阴极槽设置于恒温水浴组件中；所述阳极槽上设有阳极槽参比电极和阳极槽辅助电极，所述阳极槽与冷热循环水机相连；还包括阴极槽数据接收组件、三电极体系、电化学工作站和阳极槽数据接收组件，所述待测试样、阴极槽参比电极和阴极槽辅助电极均与所述三电极体系相连，所述三电极体系还与所述阴极槽数据接收组件相连；所述待测试样、阳极槽参比电极和阳极槽辅助电极均与所述电化学工作站相连，所述电化学工作站还与所述阳极槽数据接收组件相连。作为进一步优选地技术方案，所述待测试样为乒乓球拍状，所述阴极槽辅助电极和所述阳极槽辅助电极均为环形。作为进一步优选地技术方案，所述阳极槽包括内壁、外壁以及内壁和外壁之间的液腔，所述外壁上设有进水口和出水口，所述进水口和所述出水口均与所述冷热循环水机相连。作为进一步优选地技术方案，所述阳极槽还包括阳极槽上盖、阳极槽盐桥、阳极槽进气口和阳极槽出气口，所述阳极槽盐桥、所述阳极槽进气口和所述阳极槽出气口均从外穿设过所述阳极槽上盖然后与阳极槽内部相连通。作为进一步优选地技术方案，所述装置还包括装有碱液的阳极槽漏斗。作为进一步优选地技术方案，所述阳极槽和所述阴极槽通过法兰相连，所述法兰将所述待测试样夹持在所述阳极槽和所述阴极槽之间。第二方面，本专利技术提供了一种湿气环境下金属氢渗透性能测试的方法，采用上述的湿气环境下金属氢渗透性能测试的装置来测定湿气环境下金属氢渗透性能。作为进一步优选地技术方案，包括以下步骤：(a)在阴极槽中加入去离子水，然后将待测试样置于法兰中间并紧固待测试样，待测试样镀镍的一侧作为测试面与阳极槽内的溶液相接触，待测试样未镀镍的一侧作为工作面与阴极槽内的湿气氛围相接触；用阳极槽漏斗通过阳极槽盐桥孔向阳极槽内注入除氧后的碱液；(b)阳极槽进气口和阴极槽进气口同时通入N2和/或惰性气体，同时阳极槽与电化学工作站相接通，将测试面在300mVvs.SCE的极化电位下进行钝化，钝化至少12h，当背景电流密度低于1μA/cm2后，关闭阳极槽进气口，开启恒温水浴组件并加热至指定温度，同时开启冷热循环水机；(c)当工作面出现冷凝液膜时，停止向阴极槽内通入N2和/或惰性气体，然后通入反应气体，并记录开始通入反应气体的时间点，反应一定时间后停止通入反应气体并记录此时的时间点，然后以相同的速率通入N2和/或惰性气体吹扫，直至阳极槽的电流密度不高于1μA/cm2，进而得到整个氢渗透过程中的氢渗透曲线。作为进一步优选地技术方案，步骤(c)中，在通入反应气体后，开启三电极体系，分别测试得到开路电位、线性极化曲线和电化学阻抗谱。作为进一步优选地技术方案，步骤(c)后，还包括拆除试样的步骤，测试反应后试样的失重，得到湿气环境下的腐蚀速率。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术提供的湿气环境下金属氢渗透性能测试的装置为上下结构，即由上到下依次为阳极槽、待测试样和阴极槽，特别是阴极槽呈锥形，该锥形结构有助于湿气环境的形成，从底部到待测试样的下表面，湿气气氛越容易形成，同时锥形结构降低了阴极槽的重心，提高整个装置的稳定性。此种设计易于在待测试样的测试面形成稳定、均匀、完整、连续的平面液膜，而非传统结构形成的楔形液膜，可以实现对管线钢实际工况条件下的真实模拟。此外，待测试样组装克服了左右结构因待测试样自重易滑落的缺点，同时提高了整个装置的气密性。上述装置能够更好地模拟实际服役管线钢湿气氢渗透行为和电化学行为，为解决实际环境中服役钢的氢致开裂的风险评估等关键问题奠定初步的理论基础和简单的解决方案，同时为合理的选材与防护指出方向。本专利技术提供的湿气环境下金属氢渗透性能测试的方法采用上述装置来测定湿气环境下金属氢渗透性能，具有与上述装置相同的优点，能够更好地模拟实际服役管线钢湿气氢渗透行为和电化学行为，为实际生产提供有效指导。附图说明图1为本专利技术提供的一种实施方式的湿气环境下金属氢渗透性能测试的装置的结构示意图；图2为图1中阴极槽内湿气气氛的局部放大图；图3为图1中待测试样、辅助电极和盐桥三者相对位置的局部放大图；图4为待测试样的示意图；图5为实施例中实测的氢渗透曲线。图标：1-阳极槽参比电极；2-阳极槽盐桥；3-阳极槽进气口；4-阳极槽上盖；5-夹具；6-阳极槽漏斗；7-外壁；8-内壁；9-螺栓；10-法兰；11-阳极槽辅助电极；12-阴极槽辅助电极；13-阴极槽进气口；14-阴极槽；15-恒温水浴组件；16-阴极槽数据接收组件；17-三电极体系；18-冷热循环水机；19-阴极槽出气口；20-出水口；21-阴极槽盐桥；22-阴极槽参比电极；23-待测试样；24-阳极槽出液口；25-进水口；26-电化学工作站；27-阳极槽数据接收组件；28-阳极槽出气口。具体实施方式下面将结合实施例对本专利技术的实施方案进行详本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种湿气环境下金属氢渗透性能测试的装置，其特征在于，包括由上到下依次设置的阳极槽、待测试样和阴极槽，所述阴极槽呈锥形，所述阴极槽上设有阴极槽进气口、阴极槽出气口、阴极槽参比电极和阴极槽辅助电极，所述阴极槽设置于恒温水浴组件中；所述阳极槽上设有阳极槽参比电极和阳极槽辅助电极，所述阳极槽与冷热循环水机相连；还包括阴极槽数据接收组件、三电极体系、电化学工作站和阳极槽数据接收组件，所述待测试样、阴极槽参比电极和阴极槽辅助电极均与所述三电极体系相连，所述三电极体系还与所述阴极槽数据接收组件相连；所述待测试样、阳极槽参比电极和阳极槽辅助电极均与所述电化学工作站相连，所述电化学工作站还与所述阳极槽数据接收组件相连。

【技术特征摘要】
1.一种湿气环境下金属氢渗透性能测试的装置，其特征在于，包括由上到下依次设置的阳极槽、待测试样和阴极槽，所述阴极槽呈锥形，所述阴极槽上设有阴极槽进气口、阴极槽出气口、阴极槽参比电极和阴极槽辅助电极，所述阴极槽设置于恒温水浴组件中；所述阳极槽上设有阳极槽参比电极和阳极槽辅助电极，所述阳极槽与冷热循环水机相连；还包括阴极槽数据接收组件、三电极体系、电化学工作站和阳极槽数据接收组件，所述待测试样、阴极槽参比电极和阴极槽辅助电极均与所述三电极体系相连，所述三电极体系还与所述阴极槽数据接收组件相连；所述待测试样、阳极槽参比电极和阳极槽辅助电极均与所述电化学工作站相连，所述电化学工作站还与所述阳极槽数据接收组件相连。2.根据权利要求1所述的湿气环境下金属氢渗透性能测试的装置，其特征在于，所述待测试样为乒乓球拍状，所述阴极槽辅助电极和所述阳极槽辅助电极均为环形。3.根据权利要求1所述的湿气环境下金属氢渗透性能测试的装置，其特征在于，所述阳极槽包括内壁、外壁以及内壁和外壁之间的液腔，所述外壁上设有进水口和出水口，所述进水口和所述出水口均与所述冷热循环水机相连。4.根据权利要求1所述的湿气环境下金属氢渗透性能测试的装置，其特征在于，所述阳极槽还包括阳极槽上盖、阳极槽盐桥、阳极槽进气口和阳极槽出气口，所述阳极槽盐桥、所述阳极槽进气口和所述阳极槽出气口均从外穿设过所述阳极槽上盖然后与阳极槽内部相连通。5.根据权利要求1所述的湿气环境下金属氢渗透性能测试的装置，其特征在于，所述装置还包括装有碱液的阳极槽漏斗。6.根据权利要求1-5任一项所述的湿气环境下金属氢渗透性能测试的装置，其特征在于，所述阳极槽和所述阴极槽通过法兰相连，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘希武，李辉，方子春，李晓炜，许兰飞，刘旭霞，邹洋，
申请(专利权)人：中石化炼化工程集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11