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专利名称：一种深海现场腐蚀电化学测试装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于海洋工程技术领域，具体地说是一种深海现场腐蚀电化学测试装置。
背景技术：
海洋环境是一种苛刻的腐蚀环境，港口设施、石油平台、海底管线、海洋船舶、深潜器等金属结构物在设计和使用过程中都必须仔细考虑海洋环境带来的腐蚀问题。为了掌握各种材料在海洋环境中的腐蚀行为与规律，为固定或移动式海洋钢结构的设计、选材、防护以及新材料的开发提供基础和依据，必须进行实海环境的腐蚀试验，积累各种材料在实际使用环境中的腐蚀数据。目前，表层海水中的腐蚀试验国内外均已建立有标准的试验方法和技术，对金属材料在表层海水中的腐蚀行为与规律也已有了较深入的了解，积累了大量宝贵的基础数据。然而，由于深海环境的复杂性，当前世界范围内的材料深海腐蚀试验开展的还很少，我国的深海腐蚀数据则基本为空白。美国、前苏联、日本、荷兰、印度等发达国家，早在20世纪60年代就开始了材料的深海环境腐蚀试验。例如，1988 1989年美国深海咨询服务公司受ARCO Oil&Gas公司委托设计深水暴露腐蚀试验装置，并负责进行制造和投放；1990年，美国深海咨询服务公司受Chevron公司委托设计深水暴露腐蚀试验装置，并负责进行制造和投放。这些试验的目的是研究深海中石油设施的腐蚀性能，试验方法多局限为深海暴露条件下的失重腐蚀测试。深海暴露失重试验操作复杂、耗时、危险，耗资巨大，设备故障率高、回收率低，一旦出现问题，直接损失将达到上百万美元，而损失的时间和工作量将无法估量；但是，其主要问题还在于失重法仅能提供宏观的平均数据，而不能提供界面微观作用的机理信息，且难以做到快速、原位和实时测量。据印度报道，经过174天的深海暴露，仅得到5种铁合金4个水深的腐蚀深度数据及相应的环境因素数据。作为失重试验配套研究手段的深海模拟加速试验，可对各类材料、零部件和小型构件进行快速、方便的深海模拟加速试验，研究材料在模拟条件下的腐蚀规律和机理，与自然环境试验相互补充。例如，芬兰Cormet公司制造的深水腐蚀试验装置，利用流动循环系统控制海水的物理化学参数，在压力和各种水质条件下进行材料的腐蚀试验，并测试和标定各种传感器。但是，即使是这样，深海模拟加速试验仍然是非常困难、危险和昂贵的。而在表层海水的材料腐蚀试验研究中取得很大成功的电化学测试方法，它不但可以提供丰富的界面微观作用的信息，并且其快速、原位、实时测量的优点也是深海暴露失重试验和深海模拟加速试验等方法难以做到的，因而它应成为研究材料深海腐蚀行为、机制及其保护方法的主要手段。不过，目前电化学测试方法大多只能在室内常压和模拟深海水质的条件下应用，在高静水压条件下的电化学测试尚存在一定困难，并且在维持电解池内高静水压的同时也难以准确测量和控制各种对腐蚀过程有影响的海水水质条件。由于深海环境具有其独特的环境腐蚀特性，即使可以在室内完全模拟出实际环境，实验室中得到的数据结果仍需要在实海环境下进行验证。
实用新型内容为了解决上述存在的问题，本实用新型的目的在于提供ー种深海现场腐蚀电化学测试装置。该测试装置可在100 1000米水深以内海面下进行原位、实时、快速的检测作业，以获取主要海洋工程材料在深海环境中的极化曲线、电化学阻抗谱及相应的反应动カ
学參数。本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的测试装置包括耐压水密电子舱，位于所述耐压水密电子舱内的腐蚀电化学测试系统，集成在所述耐压水密电子舱一端外部的插接件式电极系统，多孔屏蔽罩；腐蚀电化学测试系统与所述插接件式电极系统通过导线连接，所述多孔屏蔽罩安装在耐压水密电子舱的一端、将插接件式电极系统罩在里面。其中所述耐压水密电子舱包括筒体、加强型法兰盖及脐带电缆接ロ，筒体为内部中空结构，筒体两端的筒体法兰分别密封连接有加强型法兰盖，在筒体内部设有导轨，所述腐蚀电化学测试系统安装在该导轨上；所述插接件式电极系统及多孔屏蔽罩分别安装在一端的加强型法兰盖上，所述脐带电缆接ロ安装在另一端的加强型法兰盖上；所述腐蚀电化学测试系统包括备份直流电源、エ控机及恒电位仪，该直流电源、エ控机及恒电位仪分别安装在所述导轨上，相互之间通过导线连接；所述直流电源与脐带电缆接ロ之间、エ控机与脐带电缆接ロ之间以及恒电位仪与接插件式电极系统之间分别通过导线连接；所述筒体的轴向截面为“エ”字形，内部沿轴向开设通孔，所述导轨沿轴向设置在筒体的内部；所述筒体的两端为筒体法兰，两筒体法兰之间的部分为圆柱体；所述筒体两端的筒体法兰的端面及内孔分别通过0型密封圈与加强型法兰盖密封连接；所述另一端的加强型法兰盖上设有吊环；所述插接件式电极系统包括可更换式工作电极、双辅助电极及双參比电极，其中可更换式工作电极位于所述一端加强型法兰盖的中心，所述双辅助电极及双參比电极在该可更换式工作电极的四周呈周向均布；所述多孔屏蔽罩安装在所述一端加强型法兰盖上，该多孔屏蔽罩的罩壁上沿周向均布有多个孔；本实用新型的优点与积极效果为本实用新型可开展深海环境下原位、实时、快速的检测作业，具有耐高压、防渗水、防腐蚀、抗干扰能力强；体积小、強度高、绝缘和密封性能好等特点。

图1为本实用新型测试装置的结构示意图；图2为图1中的A— A剖视图；图3为本实用新型测试方法的控制流程图；其中11为筒体，12为导轨，13为第一 0型密封圏，14为加强型法兰盖，15为脐带电缆接ロ，16为吊环，17为第二 0型密封圏，21为直流电源，22为エ控机，23为恒电位仪，31为可更换式工作电极，32为双辅助电极,33为双參比电极,41为多孔屏蔽罩,42为孔。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进ー步详述。[0016]如图1、图2所示，本实用新型包括耐压水密电子舱、腐蚀电化学测试系统、插接件式电极系统及多孔屏蔽罩41，其中腐蚀电化学测试系统位于耐压水密电子舱内，插接件式电极系统集成在耐压水密电子舱一端的外部，腐蚀电化学测试系统与插接件式电极系统通过导线连接，所述多孔屏蔽罩41安装在耐压水密电子舱的一端、将插接件式电极系统罩在里面。耐压水密电子舱包括筒体11、脐带电缆接口 15及加强型法兰盖14，其中筒体11为内部中空结构，筒体11的轴向截面为“工”字形，内部沿轴向开设通孔；筒体11的两端为筒体法兰，两筒体法兰之间的部分为圆柱体。筒体11两端的筒体法兰分别密封连接有加强型法兰盖14，筒体11两端与加强型法兰盖14之间实现轴向和周向的双层密封，即筒体11两端的筒体法兰的端面上和加强型法兰盖14上分别开设标准的沟槽，筒体法兰端面上的沟槽内放入第一 O型密封圈13，加强型法兰盖14上的沟槽内放入第二 O型密封圈17，然后用4 6个螺栓将筒体11与加强型法兰盖14紧固，即可实现筒体11两端的筒体法兰的端面及内孔通过第一、二 O型密封圈13、17与加强型法兰盖14的轴向和周向双层密封。筒体
11和加强型法兰盖14可采用16MnR材料材料经车削、焊接处理等工艺生产，其中筒体11可由钢管型材和标准长颈对焊法兰焊接而成，表面涂装环氧富锌涂料(可采用AkzoNobe 1(阿克苏诺贝尔)公司生产的环氧富锌底漆)，确保加工精度和焊接、涂装质量。筒体11两端的加强型法兰盖14上均开有螺纹孔，大小根据装配需要决定，其中用于安装插接件式电极系统的水密接插件、脐带电缆接口 15的螺纹孔为通孔。为了保持良好的密封性，使用O型圈做密封垫片。在筒体11内部设有导轨12，腐蚀电化学测试系统安装在该导轨12上；插接件式电极系统及多孔屏蔽罩41分别装配在一端的加强型法兰盖14上，脐带电缆接口 15、吊环16安装在另一端的加强型法兰盖14上。腐蚀电化学测试系统包括直流电源21、工控机22、由工控机22控制的恒电位仪23以及开路电位监测仪、动电位扫描仪和频率响应分析仪等三种虚拟仪器软件，该直流电源21、工控机22及恒电位仪23分别安装在筒体11内的导轨12上，相互之间通过导线连接；直流电源21与脐带电缆接口 15之间、工控机22与脐带电缆接口 15之间，恒电位仪23与接插件式电极系统之间分别通过导线连接，以实现电力及信号数据的传输。开路电位监测仪、动电位扫描仪和频率响应分析仪等三种虚拟仪器软件可基于LabVIEW仪器开发平台开发，调试成功后可导入工控机，并开展相应的测试。在下水试验之前，应对各部件的连接性应对各部分进行充分的检查，调试。本实用新型通过ROV的脐带电缆进行供电，在ROV供电出现中断时，将启用备份直流电源以满足仪器测试的需要；开路电位监测仪、动电位扫描仪和频率响应分析仪等三种虚拟仪器是基于虚拟仪器开发平台和数据采集硬件构件，集成在便携式恒电位仪中，接受工控机的控制；工控机的内部指令可预先设定，还可以经脐带电缆接受外部的实时控制。插接件式电极系统包括可更换式工作电极31、双辅助电极32及双参比电极33，其中可更换式工作电极31位于所述一端加强型法兰盖14的中心，双辅助电极32及双参比电极33在该可更换式工作电极31的四周呈周向均布。插接件式电极系统可通过水密插座经耐压水密电子舱中的加强型法兰盖连接到舱体内部的腐蚀电化学测试系统上,进行腐蚀检测作业。在电极系统外部安装多孔屏蔽罩以构成开放屏蔽式电解池，既可限制电极系统的电流泄漏，又可保证电极系统与海水的充分接触，实现电解池的开放性和屏蔽性。插接件式电极系统与深海环境直接接触，通过耐压水密电子舱内部的腐蚀电化学测试系统进行在线测试，原位获取指定水域、指定水深处主要海洋工程材料的反应动力学信息，并与水下机器人(ROV)上集成的多參数水质探头测得的影响材料腐蚀过程的现场海水水质參数(温度、盐度、溶解氧、pH、氧化还原电位等參数)相互关联，掌握材料的腐蚀行为和机理。多孔屏蔽罩41安装在一端的加强型法兰盖14上，该多孔屏蔽罩41的罩壁上沿周向均布有多个孔42，以实现开放性；多孔屏蔽罩41由Teflon或双相不锈钢2205涂装环氧浙青漆制作。本实用新型与多參数水质探头一起安装在ROV上，借助脐带电缆接受工作船供电及接收工作指令，可对不同海域的海水腐蚀特性进行测试，工作时水密电子舱不需要拆装，只需根据实验要求对工作电极进行更换，然后随ROV布放到目标海域的不同深度水层即可。本实用新型的工作原理为将耐压水密电子舱与多參数水质探头分别安装到水下机器人上；脐带电缆两端分别与耐压水密电子舱一端加强型法兰盖14上的脐带电缆接ロ 15及水下机器人的电源动力接ロ、通讯接ロ水密连接；预先对水下机器人进行工作水深设定，将预制的可更换电极安装在工作电极插座上，设定多參数水质探头开始工作时间；水下机器人下水，到达预先设定的水深后作水平机动，通过自身的ADCP (高级数据通信协议)装置測定自身运动速度及海水的流速，并实时存储数据，同时水下机器人通过脐带电缆触发腐蚀电化学测试系统进行电化学测试，通过多參数水质探头实时测试影响材料腐蚀过程的现场海水水质參数(温度、盐度、溶解氧、pH、氧化还原电位等參数)；现场海水的水质參数的测量过程为现有技木。电化学测试完成后，由エ控机22向水下机器人发送指令，水下机器人返回。将水下机器人回收，分别通过水下机器人的通讯接ロ、耐压水密电子舱的脐带电缆接ロ、多參数水质探头的脐带电缆接ロ将测试数据导入到一台电脑上，对照实验数据分析工作电极在指定水深处的腐蚀机理；将工作电极进行简单更换，对水下机器人、耐压水密电子舱、多參数水质探头进行设定后即可开展新ー轮测试。接收到水下机器人的触发腐蚀电化学测试信号后，电化学测试系统的工作顺序为I)耐压水密电子舱内エ控机22将首先检查參比电极的连通性，若连通性良好对工作电极进行预极化，否则测试结束；2)监测工作电极的开路电位，直至开路电位稳定；3)利用测得的开路电位，进行交流阻抗测试设定交流正弦波激励信号的扫描范围为100000
0.01Hz，幅值5 IOmV,每倍频测试5 10个点，保存测试数据；4)再一步监测开路电位，直至开路电位稳定；5)开展极化曲线测试设定电位扫描范围为相对于开路电位土(50 250) mV,电位扫描速率为0.1 lmV/s，保存测试数据；6)测试结束后，エ控机通过脐带电缆向水下机器人发送返回信号。
权利要求1.一种深海现场腐蚀电化学测试装置，其特征在于包括耐压水密电子舱，位于所述耐压水密电子舱内的腐蚀电化学测试系统，集成在所述耐压水密电子舱一端外部的插接件式电极系统，多孔屏蔽罩(41)；其中腐蚀电化学测试系统与所述插接件式电极系统通过导线连接，所述多孔屏蔽罩 (41)安装在耐压水密电子舱的一端、将插接件式电极系统罩在里面。
2.按权利要求1所述的深海现场腐蚀电化学测试装置，其特征在于所述耐压水密电子舱包括筒体(11)、加强型法兰盖(14)及脐带电缆接口(15)，其中筒体(11)为内部中空结构，筒体两端的筒体法兰分别密封连接有加强型法兰盖(14)，在筒体(11)内部设有导轨 (12)，所述腐蚀电化学测试系统安装在该导轨(12)上；所述插接件式电极系统及多孔屏蔽罩(41)分别安装在一端的加强型法兰盖(14)上，所述脐带电缆接口(15)安装在另一端的加强型法兰盖(14)上。
3.按权利要求2所述的深海现场腐蚀电化学测试装置，其特征在于所述腐蚀电化学测试系统包括备份直流电源(21)、工控机(22)及恒电位仪(23)，该直流电源(21)、工控机(22)及恒电位仪(23)分别安装在所述导轨(12)上，相互之间通过导线连接；所述直流电源(21)与脐带电缆接口(15)之间、工控机(22)与脐带电缆接口(15)之间以及恒电位仪(23)与接插件式电极系统之间分别通过导线连接。
4.按权利要求2所述的深海现场腐蚀电化学测试装置，其特征在于所述筒体(11)的轴向截面为“工”字形，内部沿轴向开设通孔，所述导轨(12)沿轴向设置在筒体(11)的内部；所述筒体(11)的两端为筒体法兰，两筒体法兰之间的部分为圆柱体。
5.按权利要求2所述的深海现场腐蚀电化学测试装置，其特征在于所述筒体(11)两端的筒体法兰的端面及内孔分别通过O型密封圈与加强型法兰盖(14)密封连接。
6.按权利要求2所述的深海现场腐蚀电化学测试装置，其特征在于所述另一端的加强型法兰盖(14)上设有吊环(16)。
7.按权利要求2所述的深海现场腐蚀电化学测试装置，其特征在于所述插接件式电极系统包括可更换式工作电极(31)、双辅助电极(32)及双参比电极(33)，其中可更换式工作电极(31)位于所述一端加强型法兰盖(14)的中心，所述双辅助电极(32)及双参比电极 (33)在该可更换式工作电极(31)的四周呈周向均布。
8.按权利要求2所述的深海现场腐蚀电化学测试装置，其特征在于所述多孔屏蔽罩 (41)安装在所述一端加强型法兰盖(14)上，该多孔屏蔽罩(41)的罩壁上沿周向均布有多个孔(42)。
专利摘要本实用新型属于海洋工程技术领域，具体地说是一种深海现场腐蚀电化学测试装置，包括耐压水密电子舱、位于所述耐压水密电子舱内的腐蚀电化学测试系统、集成在所述耐压水密电子舱一端外部的插接件式电极系统、多孔屏蔽罩；腐蚀电化学测试系统与插接件式电极系统通过导线连接，多孔屏蔽罩安装在耐压水密电子舱的一端、将插接件式电极系统罩在里面。本实用新型可开展深海环境下原位、实时、快速的检测作业，具有耐高压、防渗水、防腐蚀、抗干扰能力强；体积小、强度高、绝缘和密封性能好等特点。
文档编号G01N17/02GK202886245SQ201220516519
公开日2013年4月17日 申请日期2012年10月9日 优先权日2012年10月9日
发明者李焰, 李强 申请人:中国石油大学(华东)