[發明專利]一種可測量、調節腐蝕液氧含量的深海腐蝕試驗裝置

有效

• 申請號: 201310509264.5
• 申請日: 2013-10-25
• 公開（公告）號: CN103604844A
• 公開（公告）日: 2014-02-26
• 發明（設計）人: 魏世丞;徐濱士;童輝;劉毅;田浩亮;陳永雄;劉玉欣
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍裝甲兵工程學院
• 主分類號: G01N27/26
• 分類號: G01N27/26
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

技術領域

本發明涉及一種深海環境條件下的試驗裝置，主要可以模擬在不同海洋深度條件下的壓力、溫度和氧含量特征，也可將壓力、溫度和氧含量三個參數任意匹配，從而模擬在海洋特殊環境下的實際工況（如海洋中的貧氧、富氧區等），屬于腐蝕材料技術試驗裝置領域。

背景技術

隨著21世紀各國經濟的不斷發展，陸地資源已日趨緊張。因此，人類再一次將發展的目光投向海洋。海洋面積占地球總面積的71%，其中深海更是蘊藏著重要的油氣、多金屬結核、富鈷結殼、多金屬硫化物、天然氣水合物等新型礦產以及極為豐富的海洋生物資源，其經濟總價值是陸地資源總價值的數十倍，因此成為了各國高科技競爭的重要舞臺。更為重要的是，它還關系到很多沿海國家的國家安全，從而倍受重視。

基于以上眾多因素，深海探測器、深海空間站、水下機器人以及潛艇等深海潛水器的研發和探究工作層出不窮。然而制約人們深海工程的一個重要瓶頸就是這些潛水器的基體材料服役問題。腐蝕問題是安全服役問題的重中之重。由于深海實驗對裝備儀器等要求較高，且深海環境存在著諸多不確定因素（如海底火山、深海洋流、厭氧生物等），這就造成實海掛樣施放和回收等諸多困難，且實驗結果離散性較大，又由于深海實驗涉及許多領土資源等敏感問題，因此相關深海裝備材料腐蝕的研究并不多見。基于以上諸多因素，造成深海腐蝕的研究長期停滯不前。然而由于深海工程等對材料的性能要求不斷提高，因此關于深海耐蝕材料的研究也就迫在眉睫。因此，本發明裝置主要針對不同深度下海水的實際工況，實現壓力、溫度和氧含量三個重要海水參數的任意匹配，為海洋實際工況（特別是深海工況）提供穩定的實驗條件。

本發明的設計思想是：采用高精度測氧探頭對腐蝕液體的氧濃度進行測量，再通過閉環控制系統利用活性海綿鐵對腐蝕液氧濃度進行調節，待達到氧濃度的設定值之后將腐蝕液打入壓力釜內進行反應，利用電化學工作站對模擬深海條件下的試樣進行電化學測量，待反應結束后將反應后的腐蝕液體再次利用高精度測氧探頭進行氧濃度測量，根據反應前后的氧濃度差來計算反應過程中的氧損失，從而計算測試材料的吸氧能力。國內一些實驗設備基本可以滿足對腐蝕液體的壓力和溫度的控制，而對溶解氧的精確測量與控制還沒有相關專利和文獻報道。

發明內容

本發明目的在于實現對腐蝕液體（主要是海水）壓力、溫度和氧含量三個參數的測量、調節和任意匹配。

一種可測量、調節氧含量的深海腐蝕試驗裝置，其特征在于：該裝置包括加料罐，加料罐通過有減氧罐的支路，或者增氧支路連接到調氧罐；氧探頭設置在調氧罐中，將測量的含氧量數據反饋給中央控制柜；中央控制柜對循環泵連接到加料罐，進行開閉控制，從而實現對腐蝕液含氧量的閉環反饋調節；

調氧罐通過增壓泵連接到壓力釜，壓力釜通過密封的導線將工作電極、輔助電極和參比電極的電流信號從釜蓋上引出，接入電化學工作站進行電化學測量；通過冷卻循環裝置對循環過程中腐蝕液體進行冷卻，根據氧探頭中的測溫元件，將溫度信號轉變電流信號傳輸給控制系統，實現溫度的自由設定和調節；

將儲液罐置于調氧罐之上，儲液罐連接調氧罐；壓力釜通過流量計和管路連接儲液罐。

應用所述一種可測量、調節氧含量的深海腐蝕試驗裝置的方法，其特征在于：

通過增壓泵對壓力釜內的腐蝕液體進行增壓，實現0.1～16MPa的液體壓強的任意調控，并通過密封的導線將工作電極、輔助電極和參比電極的電流信號從釜蓋上引出，接入電化學工作站進行電化學測量；通過冷卻循環裝置對循環過程中腐蝕液體進行冷卻，根據氧探頭中的測溫元件，氧探頭將氧濃度和溫度信號均分別轉變為4～20mA的電流信號傳輸給控制系統，對腐蝕液體進行測量與控制，實現溫度的自由設定和調節；

先將加料罐加滿腐蝕液，進行氧含量調節；若需降低氧含量，則打開含有減氧罐的支路，關閉增氧支路，通過減氧罐對腐蝕液體進行減氧處理；若需提高氧含量，則打開增氧支路，關閉減氧支路，通過氧氣瓶對腐蝕液體進行增氧處理；無論是減氧過程還是增氧過程，都是通過中央控制柜設定目標值，氧探頭將測量的含氧量數據反饋給中央控制柜，中央控制柜對循環泵進行開閉控制，從而實現對腐蝕液含氧量的閉環反饋調節；