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专利名称：一种用于循环冷却水系统的缓蚀剂性能评价装置及方法
技术领域：
本发明涉及缓蚀剂性能评价技术领域，具体地说，是一种用于循环冷却水系统的缓蚀剂性能评价装置及方法。
背景技术：
腐蚀是循环冷却水系统的主要问题。冷却水的循环利用能够节约水资源的同时，也加重了循环冷却水系统的腐蚀问题。向循环冷却水系统添加缓蚀剂是解决腐蚀问题的有效途径。市场上的缓蚀剂种类繁多，关于绿色环保型缓蚀剂的开发和应用也得到了广泛关注。然而，如何准确、有效、快速地评价缓蚀剂的缓蚀性能对于缓蚀剂的开发和选用非常关键。目前，缓蚀剂的性能评价方法主要有电化学法和旋转挂片法。在电化学法中，极化曲线法和线性极化电阻法是最为常用的稳态电化学测试方法，另外还有交流阻抗谱测试等暂态测试方法近几年也得到了发展和应用。然而，在目前的电化学测试方法中，需配制用于测试的腐蚀溶液(如一定浓度的硫酸溶液、盐酸溶液、氯化钠溶液)，然后将一定量的测试溶液倒入三口烧瓶中，在静态条件下采用三电极体系对测试金属的腐蚀情况进行测试。在这种体系中，电极表面没有水流的冲刷，而循环冷却水系统中冷却水以一定的流速从设备管道表面流过，有一定的剪切作用，而且水中溶质分布均匀。而在实验室中的电化学测试中，电极表面不能模拟循环冷却水系统中设备管道表面的水力条件，容易发生浓差极化现象，影响测定结果的准确性，且电化学方法中的交流阻抗测试方法需要采用三电极体系，而且三电极的相对位置要求严格，很难在循环冷却水动态系统中安装三电极进行测试。旋转挂片法也是腐蚀性能测试常用的方法，关于该方法早有国家标准出台(GB/T18175-2000)。该方法是将试片浸没于配制的试液中，恒温旋转72小时，然后去除试片上腐蚀产生的铁锈，计算试片质量的减少量来表达腐蚀速率。根据有/无缓蚀剂加入条件下的腐蚀速率计算缓蚀效率。该方法能够直接反应腐蚀情况，比较接近工况条件。然而，该方法需在试验前后对试片进行处理，人为因素较多，容易产生误差，且该方法时间较长，试验期间试液由于蒸发而不断减少，需间断性补充试液，不宜操作。中国专利申请号201010521260. 5，申请日为2010年10月27日，发明创造名称为高温高压气液两相腐蚀模拟实验装置及其实验方法，该申请案在一套装置内同时进行液相和气相冷凝液环境的腐蚀模拟研究，可以用于模拟同时存在液相腐蚀和气相冷凝液腐蚀的管道、设备的腐蚀行为，解决了工业中管道、设备同时遭受液相和气相冷凝液腐蚀但不能同时、在线测量的问题，但是不能模拟循环冷却水系统中设备管道表面的水力条件。
中国专利号200520089652. 3，授权公告日为2006年5月10日，发明创造名称为缓蚀剂快速评定仪，该申请案具有浸置于腐蚀介质中的被测电极、参考电极及辅助电极，还包括由所述三种电极与第一 三运算放大器、电子开关、电子开关组及单片机组成的测量电路，解决了测量周期长的问题，但是该申请案仍旧是适合采用挂片失重方法测定缓蚀剂的性能，该方法需在试验前后对试片进行处理，人为因素较多，容易产生误差。还有一些缓蚀剂的性能评价装置，主要集中在解决如何同时进行多种缓蚀剂的性能评价，如中国专利号200920310531. 5，专利创造名称为缓蚀剂评价试验装置，以及中国专利号02283949. 6，专利创造名称为高温高压变速多组缓蚀剂评价装置，以及中国专利申请号201110217628. 3，发明创造名称为酸性介质输送管道焊缝及母材腐蚀模拟试验装置及方法，这些方法在模拟实际系统中设备管道表面的水力条件方面均有待进一步提高。

发明内容
发明要解决的技术问题 本发明的目的在于克服现有缓蚀剂性能测试方法中电化学方法不能较好的模拟循环冷却水的工况条件，而旋转挂片法能够较准确的反应缓蚀剂的缓蚀性能，但费时费力不宜操作的不足，提供了一种用于循环冷却水系统的缓蚀剂性能评价装置及方法，本发明针对循环冷却水系统的特点，设计了五口玻璃管，用于模拟循环冷却水的水力条件和固定三电极，成功实现了电化学交流阻抗测试方法和循环冷却水动态试验条件的有机结合，开发设计了既能模拟循环冷却水系统的温度和流速条件又能快速评价缓蚀剂的缓蚀性能的动态测试装置，并基于所开发的装置建立测试方法。技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为
本发明的一种用于循环冷却水系统的缓蚀剂性能评价装置，该评价装置包括循环冷却水槽、循环水泵、流量计、五口玻璃管、工作电极、参比电极、辅助电极、加热棒和电化学工作站，其中所述的循环水泵通过管道与循环冷却水槽相连，循环冷却水槽内部设置有加热棒，流量计进水口通过管道与循环水泵相连，流量计出水口通过管道与五口玻璃管的进水口相连接，该五口玻璃管包括进水口、出水口、工作电极口、参比电极口和辅助电极口，所述的工作电极口、参比电极口和辅助电极口上分别安装有工作电极、参比电极和辅助电极，五口玻璃管的出水口通过管道与循环冷却水槽相连，上述的工作电极、参比电极和辅助电极与电化学工作站相连接，电化学工作站连接至电脑主机。优选的，所述的五口玻璃管是直径为20mm 30mm,长度为300mm 500mm的玻璃管，五口玻璃管的水平两端分别为进水口和出水口，该进水口和出水口渐细至直径IOmm 20mm，其长度为30mm 50mm ;五口玻璃管的一侧为参比电极口和辅助电极口，该两电极口支管的间距为IOmm 30mm，五口玻璃管的另一侧为工作电极口，该工作电极口与参比电极口位置相对，上述的工作电极口、参比电极口和辅助电极口支管直径为20mm 30mm，长度为 50mm 300mm。优选的，所述的工作电极为表面抛光的碳钢、不锈钢或紫铜材料，参比电极为饱和甘汞电极或银-氯化银电极，辅助电极为钼电极。优选的，所述的工作电极和辅助电极采用橡胶塞分别固定于工作电极口和辅助电极口上，所述的参比电极采用盐桥管固定于参比电极口，且参比电极通过盐桥的毛细管与工作电极相距0. 5 I臟。本发明的一种用于循环冷却水系统的缓蚀剂性能评价方法，其步骤为
(I)准备测试用水样或人工配制腐蚀溶液实际水样，先静置沉淀，再取上清液用于测试；人工配制腐蚀溶液，先量取溶质加入烧杯中，再加入蒸馏水溶解，待溶液温度冷却至室温后转移至各量瓶中定各，备用；
(2)电极准备辅助电极采用钼电极，将钼电极依次用蒸馏水、丙酮、蒸馏水清洗干净，备用；参比电极采用饱和甘汞电极或银-氯化银电极，先称取I I. 5g琼脂粉和IOg氯化钾粉末加入30mL蒸馏水中，加热至微沸，等待固体全部溶解，用洗耳球将溶液吸入玻璃盐桥管中，然后将饱和甘汞电极或银-氯化银电极插入盐桥管中的氯化钾琼脂溶液中，冷却凝固，备用；工作电极采用碳钢、不锈钢或紫铜材料，先将工作电极材料加工成圆柱形或方柱形，再与带有绝缘胶皮的铜导线焊接，并用树脂材料包裹覆盖工作电极的表面，使其裸露面积为O. 5 2cm2，再使用砂纸打磨抛光电极表面，然后依次用蒸馏水、丙酮、蒸馏水清洗干净电极表面，备用；
(3)将步骤(I)准备好的测试用水样或人工配制好的腐蚀溶液加入循环冷却水槽中，打开加热棒，加热至需要模拟的选定温度，再将步骤(2)中准备好的辅助电极、参比电极和工作电极固定到五口玻璃管相应的支管位置，并用电化学工作站配带的三电极接线夹子分别连接辅助电极、参比电极和工作电极，再打开电化学工作站的电源开关，启动电脑主机中电化学工作站的控制程序；
(4)启动循环水泵,调节流量计的流量调节旋钮控制流量在I 10L/min,打开电化学工作站控制程序中的开路电位测试界面，数据采集频率设置为I 5 Hz，运行30 120min，待开路电位稳定在±0. 5mV后，再打开电化学工作站控制程序中的交流阻抗测试界面，频率扫描范围设置为10_2 IO5Hz ；
(5)在未加入缓蚀剂时,采集辅助电极、参比电极和工作电极的数据并绘制Nyquist图，采用电化学阻抗分析软件拟合计算出无缓蚀剂条件下电化学总反应电荷转移电阻Rt ;
(6)采用待测试的缓蚀剂配置含有缓蚀剂的水样，并将加入缓蚀剂的水样加入循环冷却水槽中，重复步骤(3)和步骤(4)，采集辅助电极、参比电极和工作电极的数据并绘制Nyquist图，采用电化学阻抗分析软件拟合计算出有缓蚀剂条件下电化学总反应电荷转移电阻R/ ；
(7)根据下式计算得到缓蚀剂的缓蚀效率η
权利要求
1.一种用于循环冷却水系统的缓蚀剂性能评价装置，其特征在于该评价装置包括循环冷却水槽(I)、循环水泵(2)、流量计(3)、五口玻璃管(4)、工作电极(5)、参比电极(6)、辅助电极(7)、加热棒(8)和电化学工作站(9)，其中 所述的循环水泵(2 )通过管道与循环冷却水槽(I)相连，循环冷却水槽(I)内部设置有加热棒(8 )，流量计(3 )进水口通过管道与循环水泵(2 )相连，流量计(3 )出水口通过管道与五口玻璃管(4)的进水口(401)相连接，该五口玻璃管(4)包括进水口(401)、出水口(402)、工作电极口(403)、参比电极口(404)和辅助电极口(405)，所述的工作电极口(403)、参比电极口(404)和辅助电极口(405)上分别安装有工作电极(5)、参比电极(6)和辅助电极(7)，五口玻璃管(4)的出水口(402)通过管道与循环冷却水槽(I)相连，上述的工作电极(5)、参比电极(6)和辅助电极(7)与电化学工作站(9)相连接，电化学工作站(9)连接至电脑主机。
2.根据权利要求I所述的一种用于循环冷却水系统的缓蚀剂性能评价装置，其特征在于所述的五口玻璃管(4)是直径为20mm 30mm,长度为300mm 500mm的玻璃管，五口玻璃管(4)的水平两端分别为进水口(401)和出水口(402)，该进水口(401)和出水口(402)渐细至直径IOmm 20mm，其长度为30mm 50mm ;五口玻璃管(4)的一侧为参比电极口(404)和辅助电极口(405)，该两电极口支管的间距为IOmm 30mm，五口玻璃管(4)的另一侧为工作电极口(403)，该工作电极口(403)与参比电极口(404)位置相对，上述的工作电极口( 403 )、参比电极口( 404)和辅助电极口( 405 )支管直径为20mm 30mm，长度为50mm .300mmo
3.根据权利要求I或2所述的一种用于循环冷却水系统的缓蚀剂性能评价装置，其特征在于所述的工作电极(5)为表面抛光的碳钢、不锈钢或紫铜材料，参比电极(6)为饱和甘汞电极或银-氯化银电极，辅助电极(7)为钼电极。
4.根据权利要求3所述的一种用于循环冷却水系统的缓蚀剂性能评价装置，其特征在于所述的工作电极(5)和辅助电极(7)采用橡胶塞分别固定于工作电极口(403)和辅助电极口(405)上，所述的参比电极(6)采用盐桥管固定于参比电极口(404)，且参比电极(6)通过盐桥的毛细管与工作电极(5)相距0.5 1 mm。
5.一种用于循环冷却水系统的缓蚀剂性能评价方法，其步骤为 (1)准备测试用水样或人工配制腐蚀溶液实际水样，先静置沉淀，再取上清液用于测试；人工配制腐蚀溶液，先量取溶质加入烧杯中，再加入蒸馏水溶解，待溶液温度冷却至室温后转移至各量瓶中定各，备用； (2)电极准备辅助电极(7)采用钼电极，将钼电极依次用蒸馏水、丙酮、蒸馏水清洗干净，备用；参比电极(6)采用饱和甘汞电极或银-氯化银电极，先称取I I. 5g琼脂粉和IOg氯化钾粉末加入30mL蒸馏水中，加热至微沸，等待固体全部溶解，用洗耳球将溶液吸入玻璃盐桥管中，然后将饱和甘汞电极或银-氯化银电极插入盐桥管中的氯化钾琼脂溶液中，冷却凝固，备用；工作电极(5)采用碳钢、不锈钢或紫铜材料，先将工作电极材料加工成圆柱形或方柱形，再与带有绝缘胶皮的铜导线焊接，并用树脂材料包裹覆盖工作电极(5)的表面，使其裸露面积为0. 5 2cm2，再使用砂纸打磨抛光电极表面，然后依次用蒸馏水、丙酮、蒸馏水清洗干净电极表面，备用；(3)将步骤(I)准备好的测试用水样或人工配制好的腐蚀溶液加入循环冷却水槽(I)中，打开加热棒(8)，加热至需要模拟的选定温度，再将步骤(2)中准备好的辅助电极(7)、参比电极(6)和工作电极(5)固定到五口玻璃管(4)相应的支管位置，并用电化学工作站(9)配带的三电极接线夹子分别连接辅助电极(7)、参比电极(6)和工作电极(5)，再打开电化学工作站(9)的电源开关，启动电脑主机中电化学工作站(9)的控制程序； (4)启动循环水泵(2)，调节流量计(3)的流量调节旋钮控制流量在I 10L/min，打开电化学工作站(9)控制程序中的开路电位测试界面，数据采集频率设置为I 5 Hz，运行30 120min，待开路电位稳定在±0. 5mV后，再打开电化学工作站(9)控制程序中的交流阻抗测试界面，频率扫描范围设置为10_2 IO5Hz ； (5)在未加入缓蚀剂时，采集辅助电极(7)、参比电极(6)和工作电极(5)的数据并绘制Nyquist图，采用电化学阻抗分析软件拟合计算出无缓蚀剂条件下电化学总反应电荷转移电阻Rt ; (6)采用待测试的缓蚀剂配置含有缓蚀剂的水样，并将加入缓蚀剂的水样加入循环冷却水槽(I)中，重复步骤(3)和步骤(4)，采集辅助电极(7)、参比电极(6)和工作电极(5)的数据并绘制Nyquist图，采用电化学阻抗分析软件拟合计算出有缓蚀剂条件下电化学总反应电荷转移电阻Rt'； (7)根据下式计算得到缓蚀剂的缓蚀效率n
全文摘要
本发明公开了一种用于循环冷却水系统的缓蚀剂性能评价装置及方法，属于缓蚀剂性能评价技术领域。本发明中循环水泵通过管道与循环冷却水槽相连，循环冷却水槽内部设置有加热棒，流量计进水口通过管道与循环水泵相连，流量计出水口通过管道与五口玻璃管的进水口相连接，工作电极口、参比电极口和辅助电极口上分别安装有工作电极、参比电极和辅助电极，五口玻璃管的出水口通过管道与循环冷却水槽相连，工作电极、参比电极和辅助电极与电化学工作站相连接。本发明能够模拟循环冷却水实际工况条件下的流速和温度条件，在测试装置运行状态下对测试体系进行交流阻抗谱测试，根据有/无缓蚀剂条件下的电化学总反应电荷转移电阻计算得到缓蚀剂的缓蚀效率。
文档编号G01N27/26GK102636528SQ201210130590
公开日2012年8月15日 申请日期2012年4月28日 优先权日2012年4月28日
发明者任洪强, 任鑫坤, 申战辉, 耿金菊, 许柯 申请人:南京大学