專利名稱：一種旋轉式單相流沖蝕試驗裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及沖蝕試驗裝置，具體地說是涉及用于工業(yè)生產中的一種旋 轉式單相流沖蝕試驗裝置。
技術背景流體管道是在一定壓力下運輸流體的特種設備。隨著經濟的發(fā)展，流體管 道已成為與公路、鐵路、水運和航空并列的五大運輸方式之一，廣泛應用于原 油、天然氣、自來水、城市液化氣以及流程工業(yè)領域中各種流體物料的輸送。研究發(fā)現(xiàn)管道失效的形式多樣，機理復雜，如材料缺陷、腐蝕、外力破 壞等，其中沖蝕破壞引起的腐蝕失效是管道系統(tǒng)中最廣泛也是常見的破壞形式。沖蝕破壞具有明顯的局部性、突發(fā)性和風險性，特別在含水、腐蝕性、多相流 介質流動作用下引起的沖蝕穿孔更是復雜，很難預測它的發(fā)生，已成為困擾流 體管道安全運行的關鍵技術問題。近年來，在石油化工領域隨著重質、含硫原油的加工比例不斷增加，石化 工業(yè)管道及管束型的設備(換熱器、空冷器等)沖蝕失效較為常見，例加氫 反應流出物空冷器(REAC)失效的事故日益突出，已成為嚴重制約加氫裂化裝 置安全、穩(wěn)定、長周期運行的主要障礙，如不采取相應的技術措施和對策，我 國煉油行業(yè)將會面臨越來越嚴峻的設備沖蝕失效及裝置生產的安全問題。目前國內各大煉油廠處理原油的劣質化日趨嚴重，原油中硫、氮含量增高， 勢必會加劇加氫裝置高壓空冷器系統(tǒng)的腐蝕，預計REAC系統(tǒng)的失效、非計劃 停工等事故的發(fā)生會更加突出。盡管國內外學者進行了大量的REAC系統(tǒng)失效 的相關研究，如國外的NACE、 UOP、 API等機構針對REAC系統(tǒng)已經開展了 幾十年的研究并取得一定的成績，但是至今為止還沒有一套可靠的預測方法來 預測加工高硫原油的加氫空冷器系統(tǒng)的沖蝕破壞程度。針對目前石油化工、天然氣輸送領域存在的沖蝕問題，進一步研究管道的 沖蝕機理， 一些科研院所及大專院校設計了一系列的沖蝕試驗裝置，通過試驗 研究手段來研究管道的沖蝕機理，以期找到管道沖蝕的臨界流速。但目前的沖 蝕試驗裝置存在的一些不足之處主要在于(1)目前我國對沖蝕試驗的機理研究不夠深入，相關設備測試的時間較長， 實驗結果難以推廣工程應用。(2)常規(guī)的沖蝕試驗裝置常通過稱重或測厚的方法測試平均沖蝕速率，無 法實現(xiàn)流體沖蝕破壞的臨界值和瞬態(tài)特性的測試研究。 發(fā)明內容針對國內外沖蝕試驗裝置存在的不足，本實用新型的目的在于提供一種旋 轉式單相流沖蝕試驗裝置，適合于腐蝕與流動耦合作用的沖蝕機理、流體動力 學的仿真分析、保護膜沖蝕破壞臨界特性或瞬態(tài)特性的試驗研究及沖蝕失效預 測工業(yè)應用推廣等完整的研究體系。能模擬工業(yè)環(huán)境中的實際工況條件，實時 檢測材料沖蝕破壞瞬態(tài)特性和臨界值的沖蝕試驗裝置。本實用新型采用的技術方案是包括下液體容器、上液體容器、傳動軸、 旋轉圓盤、銅環(huán)-碳刷、聯(lián)接軸套、變頻電機、工控計算機、魯金毛細管、恒電 位儀、工作電極和輔助電極；下液體容器與上液體容器通過法蘭聯(lián)接，上液體 容器下法蘭為法蘭蓋結構，法蘭蓋中心開軸承孔，周邊開有通孔；開有中心孔 的傳動軸從上液體容器頂面的法蘭蓋中心軸承孔插入至下法蘭蓋的軸承孔內， 傳動軸與上液體容器上下法蘭蓋中心軸承孔形成轉動配合，傳動軸上裝有旋轉 圓盤，被測工件作為工作電極外表面與上液體容器內壁面平齊，工作電極中心 與旋轉圓盤側面包覆一層不銹鋼或白金的輔助電極中心在同一水平面上，工作 電極對置的上液體容器側面裝有溫度傳感器，位于上液體容器頂面法蘭蓋外的 傳動軸上裝有銅環(huán)-碳刷，傳動軸經聯(lián)接軸套與變頻電機聯(lián)接；旋轉圓盤側面分 別在0° 、 90° 、 180° 、 270°的位置上開孔，導線分別穿過0。 、 90° 、 180° 、 270°的孔匯交于旋轉圓盤與傳動軸中心孔一端與銅環(huán)-碳刷聯(lián)接，銅環(huán)-碳刷經 通過導線與恒電位儀相連，導線另一端與輔助電極聯(lián)接；上液體容器頂面的法蘭 蓋開通孔插入魯金毛細管，與恒電位儀相連；恒電位儀、變頻電機和溫度傳感 器分別與工控計算機聯(lián)接；下液體容器與上液體容器通過泵連通。所述的工作電極與魯金毛細管之間的距離不大于0.5mm;工作電極與輔助 電極之間的距離為8 10mm;所述的下液體容器內布置冷卻盤管。本實用新型具有的有益效果是采用電化學測試系統(tǒng)可以實現(xiàn)沖蝕破壞的 瞬態(tài)特性測試，包括保護膜沖蝕破壞的臨界特性及超過臨界值以后的實際沖蝕 速率。采用變頻調速旋轉系統(tǒng)可以實現(xiàn)不同轉速下的工作電極保護膜沖蝕破壞 的臨界特性測試。采用雙端支撐可以實現(xiàn)高速旋轉?？梢圆捎脤嶋H的腐蝕介質 并利用溫度控制調節(jié)系統(tǒng)進行較為真實的實際工作狀態(tài)模擬，對沖蝕裝置的試
驗過程進行流體動力學仿真分析；試驗結果的分析結論可以推廣應用于工程實 際，即結合實際管道系統(tǒng)的仿真分析，按相關流體動力學參數(shù)的分布規(guī)律預測 沖蝕破壞的位置與沖蝕速率。本實用新型可以模擬加氫空冷系統(tǒng)管束等一系列 實際工程沖蝕失效案例，進行沖蝕破壞的失效研究、沖蝕預測、優(yōu)化設計、風險檢驗、安全評估及壽命預測等管道及管束類設備的安全保障技術研究。另外，本實用新型結構簡單，易于推廣。
圖1是本實用新型的結構示意圖。圖2是待測試件裝夾示意圖。圖3是圖1的A放大圖。圖中1、下液體容器，2、傳動軸，3、上液體容器，4、鎖緊螺母，5、墊 片，6、墊片，7、銅環(huán)-碳刷，8、聯(lián)接軸套，9、變頻電機，10、滾動軸承，11、 工控計算機，12、魯金毛細管，13、魯金毛細管固定架，14、旋轉圓盤，15、 恒電位儀，16、工作電極，17、輔助電極，18、冷卻盤管，19、滑動軸承，20、 溫度傳感器，21、魯金毛細管套塞。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。如圖1所示，本實用新型包括下液體容器l、上液體容器3、傳動軸2、旋 轉圓盤14、銅環(huán)-碳刷7、聯(lián)接軸套8、變頻電機9、工控計算機ll、魯金毛細 管12、恒電位儀15、工作電極16和輔助電極17;下液體容器1與上液體容器 3通過法蘭聯(lián)接，上液體容器3下法蘭為法蘭蓋結構，法蘭蓋中心開軸承孔，周 邊開有通孔；開有中心孔的傳動軸2從上液體容器3頂面的法蘭蓋中心軸承孔 插入至下法蘭蓋的軸承孔內，旋轉圓盤14通過鎖緊螺母4及墊片5、 6固定在 傳動軸2上，傳動軸2與下液體容器1、上液體容器3間聯(lián)接法蘭的滑動軸承 19和上液體容器3頂面的法蘭的滾動軸承10形成轉動配合；傳動軸2上裝有旋 轉圓盤14，被測工件作為工作電極16外表面與上液體容器3內壁面平齊，工作 電極16中心與旋轉圓盤14側面包覆一層不銹鋼或白金的輔助電極中心在同一 水平面上，工作電極16對置的上液體容器3側面裝有溫度傳感器20，位于上液 體容器3頂面法蘭蓋外的傳動軸2上裝有銅環(huán)-碳刷7，傳動軸2經聯(lián)接軸套8 與變頻電機9聯(lián)接；旋轉圓盤14側面分別在0。 、 90° 、 180° 、 270°的位置 上開孔，導線分別穿過O。 、 90° 、 180° 、 270°的孔匯交于旋轉圓盤14與傳 動軸2中心孔一端與銅環(huán)-碳刷7聯(lián)接，銅環(huán)-碳刷7經通過導線與恒電位儀15
相連，導線另一端與輔助電極17聯(lián)接；魯金毛細管固定架13與魯金毛細管套塞21通過悍接相聯(lián)，魯金毛細管12穿過魯金毛細管固定架13和魯金毛細管套塞 21從上液體容器3頂面開有通孔的法蘭蓋插入上液體容器3中，與恒電位儀15 相連；裝配過程中先將魯金毛細管固定在固定架和魯金毛細管套塞上，再將上 法蘭蓋蓋上，最后將魯金毛細管裝置通過法蘭蓋上的通孔伸入容器內；恒電位儀15、變頻電機9和溫度傳感器20分別與工控計算機11聯(lián)接；下液體容器1 與上液體容器3通過泵連通。如圖2所示，所述的工作電極16由待測試件構成；如圖3所示,所述的工作電極16與魯金毛細管12之間的距離不大于0.5mm; 工作電極16與輔助電極17之間的距離為8 10mm;如圖1所示，所述的工作 電極16中心與旋轉圓盤14側面包覆一層不銹鋼或白金的輔助電極中心在同一 水平面上，工作電極16對置的上液體容器3側面裝有溫度傳感器20，下液體容 器1內布置冷卻盤管18。本實用新型的工作過程如下安裝好沖蝕試驗裝置，將制作好的試樣放置在與旋轉圓盤14側面中心在同 一水平面的上液體容器3壁上。通過細螺紋調節(jié)工作電極16與輔助電極17及 魯金毛細管12的距離，并須保證工作電極16同魯金毛細管12的距離不大于 0.5mm。在下液體容器1內引入腐蝕介質，液面須高出旋轉圓盤14為75mm。 在靜止的介質中對工作電極16表面應用電化學方法進行預腐蝕，使其形成均勻 致密的腐蝕產物保護膜，通過導線將銅環(huán)-碳刷7、工作電極16、魯金毛細管12 與恒電位儀15 (CHI660C)相連；恒電位儀15通過USB接口與工控計算機11 連接存儲數(shù)據(jù);工控計算機11通過USB接口與變頻電機9相連，并控制其轉速。 打開進水閥，使冷卻盤管18內充滿冷卻水，用以控制液體溫度；通過泵連接液 體容器1管口與液體容器3管口，使腐蝕介質循環(huán)，以控制工作電極16的測試 溫度；開啟變頻電機9，工控計算機ll采集腐蝕電流、阻抗、溫度、Ph值、轉 速等數(shù)據(jù)進行實時分析處理并顯示不同轉速下的電流曲線(阻抗曲線)；試件表 面腐蝕產物保護膜未沖破的情況下，恒電位儀15電流曲線圖電流幾乎為零(阻 抗很大)。通過工控計算機11不斷提高變頻電機9的轉速觀察恒電位儀的電流 變化(阻抗變化)，實時繪制轉速與腐蝕電流、轉速與阻抗、轉速與腐蝕速率等 相關曲線。緩慢提高變頻電機9的轉速觀察恒電位儀15的電流(阻抗)曲線變 化，直至發(fā)生突變，則可認為試件腐蝕產物保護膜已經沖破，得到沖刷破壞的 臨界特性，若持續(xù)提高轉速則可得到在指定轉速下的腐蝕速率。
權利要求1、一種旋轉式單相流沖蝕試驗裝置，其特征在于包括下液體容器(1)、上液體容器(3)、傳動軸(2)、旋轉圓盤(14)、銅環(huán)-碳刷(7)、聯(lián)接軸套(8)、變頻電機(9)、工控計算機(11)、魯金毛細管(12)、恒電位儀(15)、工作電極(16)和輔助電極(17)；下液體容器(1)與上液體容器(3)通過法蘭聯(lián)接，上液體容器(3)下法蘭為法蘭蓋結構，法蘭蓋中心開軸承孔，周邊開有通孔；開有中心孔的傳動軸(2)從上液體容器(3)頂面的法蘭蓋中心軸承孔插入至下法蘭蓋的軸承孔內，傳動軸(2)與上液體容器(3)上下法蘭蓋中心軸承孔形成轉動配合，傳動軸(2)上裝有旋轉圓盤(14)，被測工件作為工作電極(16)外表面與上液體容器(3)內壁面平齊，工作電極(16)中心與旋轉圓盤(14)側面包覆一層不銹鋼或白金的輔助電極中心在同一水平面上，工作電極(16)對置的上液體容器(3)側面裝有溫度傳感器(20)，位于上液體容器(3)頂面法蘭蓋外的傳動軸(2)上裝有銅環(huán)-碳刷(7)，傳動軸(2)經聯(lián)接軸套(8)與變頻電機(9)聯(lián)接；旋轉圓盤(14)側面分別在0°、90°、180°、270°的位置上開孔，導線分別穿過0°、90°、180°、270°的孔匯交于旋轉圓盤(14)與傳動軸(2)中心孔一端與銅環(huán)-碳刷(7)聯(lián)接，銅環(huán)-碳刷(7)經通過導線與恒電位儀(15)相連，導線另一端與輔助電極(17)聯(lián)接；上液體容器(3)頂面的法蘭蓋開通孔插入魯金毛細管(12)，與恒電位儀(15)相連；恒電位儀(15)、變頻電機(9)和溫度傳感器(20)分別與工控計算機(11)聯(lián)接；下液體容器(1)與上液體容器(3)通過泵連通。
2、 根據(jù)權利要求1所述的一種旋轉式單相流沖蝕試驗裝置，其特征在于所 述的工作電極(16)與魯金毛細管(12)之間的距離不大于0.5mm;工作電極(16)與輔助電極(17)之間的距離為8 10mm;
3、 根據(jù)權利要求1所述的一種旋轉式單相流沖蝕試驗裝置，其特征在于 所述的下液體容器(1)內布置冷卻盤管(18)。
專利摘要本實用新型公開的是一種旋轉式單相流沖蝕試驗裝置。包括下液體容器、上液體容器、傳動軸、旋轉圓盤、銅環(huán)-碳刷、聯(lián)接軸套、變頻電機、工控計算機、魯金毛細管、恒電位儀、工作電極和輔助電極。旋轉圓盤側面開四個孔均布，并在其側面包覆一層不銹鋼或白金作為輔助電極。用四根導線穿過孔匯交于旋轉圓盤并通過傳動軸中心孔與銅環(huán)-碳刷聯(lián)接，與恒電位儀相連；工作電極由待測試件構成；下液體容器設冷卻盤管降低介質溫度，上下容器外設循環(huán)線控制工作電極溫度。它能模擬工業(yè)環(huán)境中的實際工況條件，用于沖蝕測試，進行沖蝕破壞的失效研究、沖蝕預測、優(yōu)化設計、風險檢驗、安全評估及壽命預測等管道及管束類設備的安全保障技術研究。
文檔編號G01N3/56GK201016917SQ200720107048
公開日2008年2月6日 申請日期2007年3月9日 優(yōu)先權日2007年3月9日
發(fā)明者偶國富, 李鵬軒, 王立凱, 金浩哲 申請人:浙江理工大學