本发明专利技术提供一种用于超临界CO2输送环境中管线钢的氢渗透测试装置，高温高压环境充氢釜，用于盛放超临界CO2流体，模拟含杂质超临界CO2输送环境条件；常压测氢电解池，用于盛放氢氧化钠溶液，使从充氢釜渗透进入测氢电解池的氢原子氧化，形成氢渗透电流；循环水加热装置，用于向常压测氢电解池提供恒温热源，加热测氢电解池内的氢氧化钠溶液，确保常压测氢电解池温度和高温高压环境充氢釜温度相同。本发明专利技术可应用于包括超临界CO2输送环境在内的任何带温高压湿气环境中金属的原位氢渗透测量，实现了高压湿气环境下充氢和常压环境下测氢，降低测试难度和测试成本，可确保充氢和测氢两侧温度一致，确保了测试结果准确性。确保了测试结果准确性。确保了测试结果准确性。
【技术实现步骤摘要】
一种用于超临界CO2输送环境中管线钢的氢渗透测试装置
[0001]本专利技术提供一种用于超临界CO2输送环境中管线钢的氢渗透测试装置，属于碳捕集
技术介绍
[0002]在碳捕集、利用与封存(CCUS)工程应用中，将捕集的CO2压缩至超临界态(压力>7.38MPa，温度>31.1℃)并采用碳钢管线输送是实现大规模CO2高效输送最经济的方式。超临界CO2流体中难免含有一定量H2O以及O2、H2S、SO
x
、NO
x
等杂质组分(ppm量级)，尤其是杂质之间可以发生复杂的化学反应，促进强酸性物质(如H2SO4、HNO3等)形成，这使得管线钢面临强酸性腐蚀环境。在管线钢腐蚀过程中，阴极析氢反应产生的氢原子在钢表面吸附及向钢内的渗透，会造成管线钢的氢损伤，进而导致管线钢断裂失效。研究超临界CO2输送环境中管线钢的氢渗透行为，是研究其环境断裂敏感性及机理的重要环节。
[0003]目前，氢渗透测试装置主要基于Devanathan
‑
Stachurski双电解池原理设计，由充氢电解池、测氢电解池及二者之间的测试样品构成，且主要应用于常压水溶液介质环境。有关适用于超临界CO2输送特殊环境的氢渗透测试装置非常有限。超临界CO2输送管线是在高压低温下运行，输送的流体以超临界CO2为主体，少量H2O、O2、SO
x
、NO
x
、H2S等杂质组分作为溶质，溶于或分布于CO2中。这种环境本质上是一种高压湿气环境，与以水溶液介质为主体的环境明显不同。因此，广泛应用于水溶液介质环境的常规氢渗透测试装置，不能直接应用于高压湿气环境。值得注意的是，对于含少量H2O的超临界CO2输送环境而言，H2O溶解于超临界CO2中，只有H2O析出凝结在管线钢表面，才能引起腐蚀及随后的氢渗透问题。因此，如果充氢侧和测氢侧装置之间存在温度差，H2O会因温差而在充氢侧样品表面凝结，这会加剧样品的腐蚀并引起氢渗透测试误差。因此，对于超临界CO2输送环境中的氢渗透测试装置的研发设计，需要充分考虑上述问题。鉴于此，有必要设计一套能够切合超临界CO2输送环境的氢渗透测试装置，以为超临界CO2输送管道腐蚀基础科学研究提供技术支持。
技术实现思路
[0004]为了克服现有技术的不足，本专利技术了提供了一种用于超临界CO2输送环境中管线钢的氢渗透测试装置。该装置能够实现高压湿气环境下充氢和常压环境下测氢，降低测试难度和测试成本；同时可实现不同温度下高压湿气环境的氢渗透测试，可确保充氢和测氢两侧温度相等，解决了两侧温差致使水凝结引起的测试结果不精确问题。
[0005]本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种用于超临界CO2输送环境中管线钢的氢渗透测试装置，包括高温高压环境充氢釜、常压测氢电解池和循环水加热装置；
[0007]高温高压环境充氢釜，用于盛放超临界CO2流体，模拟含杂质超临界CO2输送环境条件。
[0008]常压测氢电解池，用于盛放一定浓度的氢氧化钠溶液，使从充氢釜渗透进入测氢
电解池的氢原子氧化，形成氢渗透电流。
[0009]循环水加热装置，用于向常压测氢电解池提供恒温热源，加热测氢电解池内的氢氧化钠溶液，确保常压测氢电解池温度和高温高压环境充氢釜温度相同。
[0010]所述的循环水加热装置加热箱出水口通过管路与常压测氢电解池进水口相连，常压测氢电解池出水口通过管路与循环水加热装置加热箱进水口相连；常压测氢电解池通过紧固螺栓与高温高压环境充氢釜相连通，二者连接处设有压紧块和样品夹具，测试样品置于样品夹具中。压紧块一侧与常压测氢电解池接触，另一侧与测试样品和样品夹具接触。样品夹具一侧与压紧块接触，另一侧与高温高压环境充氢釜体接触。
[0011]所述的循环水加热装置，包括恒温加热箱体、水、循环水泵、加热箱出水口和加热箱进水口。恒温加热箱体用于加热水至设定温度，并维持恒温状态。循环水泵置于恒温加热箱体内，并与恒温加热箱体上的加热箱出水口通过管线连接，用于吸入和泵出恒温加热箱体内的水。恒温加热箱体上部的加热箱出水口通过转接头与管路相连，用于向常压测氢电解池提供恒温水。恒温加热箱体上部的加热箱进水口通过转接头与管路相连，用于回收常压测氢电解池排出的水。
[0012]所述的常压测氢电解池为测氢侧，用于测量氢渗透电流。包括：内腔、内腔壁、外腔、外腔壁、连接板、电解池进水口和电解池出水口。内腔用于盛放一定浓度氢氧化钠溶液，外腔用于流动恒温循环水，内腔壁用于隔绝内腔和外腔，外腔壁用于保温。内腔壁和外腔壁一侧与连接板相连，连接板边缘设有通孔，用于安装紧固螺栓，连接板中心开孔并连接圆柱空心管，圆柱空心管上管壁内开有通孔，用于插入连接样品的工作电极导线，圆柱空心管的侧面与压紧块接触用于压紧压紧块。常压测氢电解池下方设有电解池进水口，电解池进水口与外腔连通，且通过转接头与管路连接，用于接收循环水加热装置提供的恒温水。常压测氢电解池上方设有电解池出水口，电解池出水口与外腔连通，且通过转接头与管路连接，用于排出循环水至循环水加热装置。常压测氢电解池上部内腔壁和外腔壁开有三个锥形孔，用于放置橡胶塞，橡胶塞中心开有通孔，用于分别安装工作电极导线、参比电极和对电极。工作电极导线用于测试样品连接，参比电极下端连接鲁金毛细管，鲁金毛细管末端靠近测试样品表面。将工作电极导线、对电极和参比电极连接电化学工作站，实现进行氢渗透电流测量。
[0013]所述的高温高压环境充氢釜为充氢侧，用于模拟高压湿气环境，为测试样品腐蚀及氢的产生提供环境条件。包括釜盖、釜体、控制器、加热电阻丝、热电偶、压力表、进气口、排气口、注水口和保温套。釜盖与釜体通过紧固螺栓相连；釜体一侧釜壁开有通孔，用于安装测试样品，并通过紧固螺栓与常压测氢电解池的连接板相连；釜体壁内安装有加热电阻丝，釜盖上安装有热电偶，二者通过导线与控制器相连，用于加热和调节釜内温度；釜盖设有压力表，压力表通过导线与控制器相连，用于监测釜体内的压力；釜盖设有注水口，用于向釜内注入测试环境所需的微量水；釜盖设有进气口，用于向釜体内通入测试所需气体；釜盖设有排气口，用于排出釜体内的气体。
[0014]常压测氢电解池与高温高压环境充氢釜之间设计有密封部件，压紧块外侧安装第一O型密封圈，上壁内开有通孔，用于插入连接样品的工作电极导线。压紧块一侧与常压测氢电解池连接板上的圆柱空心管侧面接触，另一侧与测试样品及样品夹具接触。样品夹具外侧安装第二O型密封圈，样品夹具一侧与压紧块接触，另一侧与高温高压环境充氢釜体接
触。当拧紧常压测氢电解池与高温高压环境充氢釜之间连接的紧固螺栓时，常压测氢电解池连接板上的圆柱空心管挤压压紧块，压紧块挤压测试样品和样品夹具，样品夹具挤压釜体壁，实现常压测氢电解池、测试样品与高温高压环境充氢釜之间的密封。
[0015]本专利技术技术方案具有的技术效果：
[0016]1、可应用于包括超临界CO2输送环境在内的任何带温高压湿气环境中金属的原位氢渗透测量。本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于超临界CO2输送环境中管线钢的氢渗透测试装置，其特征在于，包括高温高压环境充氢釜(100)、常压测氢电解池(200)和循环水加热装置(300)；高温高压环境充氢釜(100)，用于盛放超临界CO2流体，模拟含杂质超临界CO2输送环境条件；常压测氢电解池(200)，用于盛放一定浓度的氢氧化钠溶液，使从充氢釜渗透进入测氢电解池的氢原子氧化，形成氢渗透电流；循环水加热装置(300)，用于向常压测氢电解池(200)提供恒温热源，加热测氢电解池内的氢氧化钠溶液，确保常压测氢电解池(200)温度和高温高压环境充氢釜(100)温度相同；所述的循环水加热装置(300)加热箱出水口(304)通过管路与常压测氢电解池(200)电解池进水口(206)相连，常压测氢电解池(200)电解池出水口(207)通过管路与循环水加热装置(300)加热箱进水口(303)相连；常压测氢电解池(200)通过紧固螺栓与高温高压环境充氢釜(100)相连通，二者连接处设有压紧块(600)和样品夹具(500)，测试样品(400)置于样品夹具(500)中；压紧块(600)一侧与常压测氢电解池(200)接触，另一侧与测试样品(400)和样品夹具(500)接触；样品夹具(500)一侧与压紧块(600)接触，另一侧与高温高压环境充氢釜(100)体接触。2.根据权利要求1所述的一种用于超临界CO2输送环境中管线钢的氢渗透测试装置，其特征在于，所述的循环水加热装置(300)，包括恒温加热箱体(301)、水、循环水泵(302)、加热箱出水口(304)和加热箱进水口(303)；恒温加热箱体(301)用于加热水至设定温度，并维持恒温状态；循环水泵(302)置于恒温加热箱体(301)内，并与恒温加热箱体(301)上的加热箱出水口(304)通过管线连接，用于吸入和泵出恒温加热箱体(301)内的水；恒温加热箱体(301)上部的加热箱出水口(304)通过转接头与管路相连，用于向常压测氢电解池(200)提供恒温水；恒温加热箱体(301)上部的加热箱进水口(303)通过转接头与管路相连，用于回收常压测氢电解池(200)排出的水。3.根据权利要求1所述的一种用于超临界CO2输送环境中管线钢的氢渗透测试装置，其特征在于，所述的常压测氢电解池(200)为测氢侧，用于测量氢渗透电流；包括：内腔(201)、内腔壁(202)、外腔(203)、外腔壁(204)、连接板(205)、电解池进水口(206)和电解池出水口(207)；内腔(201)用于盛放一定浓度氢氧化钠溶液，外腔(203)用于流动恒温循环水，内腔壁(202)用于隔绝内腔(201)和外腔(203)，外腔壁(204)用于保温；内腔壁(202)和外腔壁(204)一侧与连接板(205)相连，连接板(205)边缘设有通孔，用于安装紧固螺栓，连接板(205)中心开孔并连接圆柱空心管(208)，圆柱空心管(208)上管壁内开有通孔，用于插入连接样品的工作电极导线(209)，圆柱空心管(208)的侧面与压紧块(600)接触用于压紧压紧块(600)；常压测氢电解池(200)下方设有电解池进水口(206)，电解池进水口(206)与外腔(203)连通，且通过转接头...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙冲，赵晓凤，孙建波，赵卫民，林学强，闫翔林，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：
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。