一种全温度区间气体腐蚀测试装置及方法

技术领域

本发明属于酸性气体腐蚀程度测试技术领域。

背景技术

中国是世界重要的产糖大国，是亚洲最大的产糖国家。蔗汁的澄清是制糖过程中的重要工艺，蔗汁澄清的好坏直接影响蔗糖的品质。亚硫酸法是现阶段国内制糖厂用于蔗汁澄清的主要方法，通过硫磺燃烧制备 SO

糖厂制糖过程中，硫磺燃烧获得的SO

近几年国内专利数据库公开了一些类似的气体腐蚀测试装置及方法技术报道：【申请号】ZL2020215047764，【名称】一种连接器气体腐蚀测试装置，【公开号】CN212722540U，公开了一种连接器气体腐蚀测试装置，包括测试箱和传动轴，所述测试箱上端开设有开口，且测试箱内部上侧固定连接有固定板，同时固定板内部安装有活动板，并且活动板右端与拉手固定连接，测试箱内部设置有支撑板，且支撑板上开设有放置槽，同时放置槽右侧固定连接有夹具结构，并且支撑板底部与限位块固定连接；所述传动轴的上端通过轴承穿过测试箱与支撑板固定连接，且传动轴的下端穿过转盘通过轴承与底座固定连接，同时转盘右下侧安装有传动齿轮。但该装置结构复杂，且难以抵御糖厂制糖过程中硫磺燃烧气体对设备的侵蚀。

发明内容

本发明提供一种模拟糖厂换热管全温度区间气体腐蚀得到的不同形貌以及平均腐蚀速率，通过对实验材料不同部位进行形貌观察与成分测试，进一步分析温度和时间周期对腐蚀速率、腐蚀形貌和表面腐蚀产物的影响的全温度区间气体腐蚀测试装置及方法，解决目前的设备内腐蚀问题无法探明、平均腐蚀速率计算困难等技术问题。

本发明提供一种全温度区间气体腐蚀测试装置，包括热电偶、冷凝管出水口、冷凝管进水口、测试材料管、温度传感器、出气口、进气口、气体循环泵、气体循环管路、开关阀，将测试材料管、气体循环泵、温度传感器、出气口和进气口分别组装至气体循环管路上；将热电偶缠绕在气体循环管路一侧，将温度传感器插入测试材料管的预留小孔内，测试材料管周围缠绕冷凝管，冷凝管具有冷凝管出水口、冷凝管进水口，进气口和出气口配有开关阀。

所述冷凝管不止一段，每段均有单独的进水口与出水口。

所述装置组装好后，打开气体循环泵，打开进气口和出气口的开关阀，通入惰性气体除杂，等待气体循环装置内杂质除净后通入实验气体，经过一段时间确保实验气体充满装置后关闭气体循环泵，关闭进气口和出气口的开关阀。

所述的温度传感器感应端伸入测试材料管内，测试材料管与温度传感器之间应使用橡胶套密封连接，测试材料挂片通过细线连接在橡胶套上，测试材料挂片位于测试材料管内。

一种全温度区间气体腐蚀测试方法，包括以下步骤：

步骤一：实验前组装好装置后，打开气体循环泵、进气口和出气口的开关阀，通入惰性气体除杂。

步骤二：等待气体循环装置内杂质除净后通入实验气体，经过一段时间确保实验气体充满装置后先关闭出气口的开关阀，再关闭进气口的开关阀，实验过程中完全处于密闭状态。

步骤三：实验前通过气体循环泵需调节实验气体至模拟环境下气体流动速率。

步骤四：根据气体最先经过的第一根温度传感器为实验最高温度，热电偶需根据所需温度进行功率调节；测试材料管实验时所需测试温度由相应位置的温度传感器作为判断依据，通过调节冷凝管出水口水流大小改变冷却效果，进而改变实验气体温度；在模拟过程中可用细线将测试材料挂片悬挂在相应温度传感器位置处，进而得到不同温度下的实验材料腐蚀速率参数。

所述的步骤四中测试材料挂片放入之前，需要对每个挂片先进行称重，记录其重量。

所述的步骤四中测试材料挂片放入之前，应先通入惰性气体对装置进行除杂工作，降低杂质气体对测试材料挂片的影响；放入测试材料挂片后，需再次通入惰性气体除杂。

所述的步骤四中测试材料挂片需用细线悬挂在橡胶套上，并避免与测试材料管接触。

所述的步骤四中通过调节工作时间，将腐蚀过后的测试材料管通过线切割设备切割加工成试样，得到全温度区间在不同实验周期下的腐蚀形貌；通过不同温度传感器处的测试材料挂片，得到特定温度的不同实验周期下的平均腐蚀速率。

依据美国材料实验协会ASTM标准，腐蚀后的测试材料挂片通过克拉克溶液（50 g氯化亚锡，20 g 三氧化二锑和浓盐酸配置成 1000 mL 溶液）去除腐蚀产物膜，使用失重法来确定腐蚀后平均腐蚀速率，计算公式：

其中，CR 是腐蚀速率，mm/y；Δm 是试样损失重量，g；ρ 是 X80 管线钢的密度，g/cm

本发明通过全温度区间气体腐蚀测试的过程模拟，能够模拟糖厂换热管全温度区间气体腐蚀得到的不同形貌以及平均腐蚀速率，通过对实验材料不同部位进行形貌观察与成分测试，进一步分析温度和时间周期对腐蚀速率、腐蚀形貌和表面腐蚀产物的影响。相比现有技术的露点模拟和测试方式，该方法的优势在于更好的还原糖厂换热管在实际作业时的腐蚀影响，能够得到大范围温度下的腐蚀形貌差异方便研究人员进行更细致的研究工作，实现了气体腐蚀速率测试，测量了气体腐蚀平局速率，实现了不同环境下的气体腐蚀工况模拟，通过观察不同管段的腐蚀形貌，研究不同温度区间对实际腐蚀的影响，实验装置可改变气体组分、温度、气体流动速率、材料等，应用范围广泛，实验装置对于模拟气体进行循环使用，十分环保。解决了目前的结构整体框架重量和成本居高，装配步骤繁琐，可更换性差等技术问题，具有结构简单，易操作，安全性高，可应用范围广泛的优点。

附图说明

图1是本发明的第一系统结构示意图。

图2是本发明的第二系统结构示意图。

其中：1-热电偶、2-冷凝管出水口、3-冷凝管进水口、4-测试材料管、5-温度传感器、6-出气口、7-进气口、8-气体循环泵、9-气体循环管路、10-开关阀、11-橡胶套、12-细线、13-测试材料挂片。

实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1、2所示，本发明主要包括热电偶1、冷凝管出水口2、冷凝管进水口3、测试材料管4、温度传感器5、出气口6、进气口7、气体循环泵8、气体循环管路9、开关阀10，整个装置以气体循环管路9为主进行搭建，将测试材料管4与气体循环管路9相连，将热电偶1、气体循环泵8以及出气口6、进气口7分别接入气体循环管路中，开关阀10在进气口7和出气口6上各接一个；将热电偶1缠绕在气体循环管路9一侧，将温度传感器5插入测试材料管4的预留小孔内，测试材料管4周围缠绕多段冷凝管，每段冷凝管均有单独的冷凝管出水口2、冷凝管进水口3，进气口7和出气口6均配有开关阀。

装置组装好后，打开气体循环泵8、进气口7和出气口6的开关阀，通入惰性气体除杂，等待气体循环装置内杂质除净后通入实验气体，经过一段时间确保实验气体充满装置后关闭气体循环泵8，关闭进气口7和出气口6的开关阀10。

温度传感器5感应端伸入测试材料管4内，测试材料管4与温度传感器5之间应使用橡胶套11密封连接，测试材料挂片13称重后通过细线12固定在在橡胶套上，并悬挂在测试材料管内。应避免测试材料挂片13与测试材料管4存在接触，防止对失重法测试产生影响。

工作过程中，实验前组装好装置后，打开气体循环泵8、进气口7和出气口6的开关阀10，通入惰性气体两小时除杂，等待气体循环装置内杂质除净后通入实验气体，经过一段时间确保实验气体充满装置后先关闭出气口6的开关阀，再关闭进气口7的开关阀，同时关闭气瓶总阀，等待5分钟，若气瓶减压阀示数不变，则气密性良好，实验过程中完全处于密闭状态。检测装置气密性后，再次打开气体循环泵，打开出气口6上的开关阀10，通入所需实验气体直至充满整个装置，依次关闭出气口6上的开关阀10、气瓶总阀、进气口7上的开关阀10，关闭气体循环泵8，可开始设定实验条件。

具体地，调节气体循环泵8的功率，使实验气体在装置内的循环速度达到预期。通过调节热电偶1的功率以及冷凝管水流量，使各个温度传感器5的显示数值达到预期。完成上述调整后装置即正式运行。

保证装置顺利运行至所需测试时间后，停止热电偶1继续工作，停止冷凝管继续工作。在进气口7处接上气瓶，打开进气口7和出气口6上的开关阀10，打开气体循环泵8，通入惰性气体以除去装置内实验气体。

等待装置内实验气体去除完毕后，关闭气瓶气阀，关闭气体循环泵8，取下冷凝管，取下温度传感器5、橡胶套11、测试材料挂片13和测试材料管4。

将腐蚀过后的测试材料管4通过线切割设备切割加工成试样，测试材料管4内壁侧可观察不同温度区间在同一环境下的气体腐蚀形貌。

测试材料挂片13可进行失重法测试，按以下公式计算得到不同温度区间的平均腐蚀速率：

腐蚀后的测试材料挂片13通过克拉克溶液（50 g 氯化亚锡，20 g 三氧化二锑和浓盐酸配置成 1000 mL 溶液）去除腐蚀产物膜，使用失重法来确定腐蚀后平均腐蚀速率，计算公式：

其中，CR 是腐蚀速率，mm/y；Δm 是试样损失重量，g；ρ 是 X80 管线钢的密度，g/cm