[發(fā)明專利]研究鐵質(zhì)管道電化學(xué)腐蝕和管網(wǎng)水質(zhì)變化的試驗(yàn)?zāi)M平臺(tái)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711133280.3
• 申請(qǐng)日: 2017-11-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107941686B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-06-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳超;李曉敏;張曉健;汪雋
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N17/02
• 分類號(hào): G01N17/02;G01N27/02;G01N27/416
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 樓艮基

研究鐵質(zhì)管道電化學(xué)腐蝕和管網(wǎng)水質(zhì)變化的試驗(yàn)?zāi)M平臺(tái)，屬于金屬管道電化學(xué)腐蝕模擬試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域。其特征在于，內(nèi)置有陰離子交換膜、用作陽(yáng)極的鐵管基材、用作陰極的管垢成分壓片、用作放置研究對(duì)象和電解液的反應(yīng)容器以及與反應(yīng)容器串聯(lián)的電壓或電流采集測(cè)量數(shù)字電路。陰離子交換膜用于把陰陽(yáng)兩極隔開(kāi)形成陰極腔和陽(yáng)極腔。通過(guò)采集電極間的電壓和電流數(shù)據(jù)來(lái)研究陰極管垢的電化學(xué)腐蝕過(guò)程，研究管道水質(zhì)變化的動(dòng)力學(xué)過(guò)程。該平臺(tái)有助于更全面、客觀地解決管道腐蝕的防護(hù)問(wèn)題，彌補(bǔ)了目前僅考慮陽(yáng)極金屬電化學(xué)腐蝕之不足，為今后研究包括中水、海水、各種污水在內(nèi)的管網(wǎng)的電化學(xué)腐蝕、防護(hù)問(wèn)題提供了一個(gè)非常有實(shí)用價(jià)值的試驗(yàn)?zāi)M平臺(tái)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種研究鐵管及其管垢發(fā)生電化學(xué)腐蝕和管網(wǎng)水水質(zhì)變化的試驗(yàn)?zāi)M平臺(tái)，屬于金屬管道電化學(xué)腐蝕研究領(lǐng)域。

背景技術(shù)

使用鐵質(zhì)管網(wǎng)輸送自來(lái)水、污水、海水、油氣、工業(yè)原料等流體時(shí)會(huì)發(fā)生腐蝕，其類型主要分為電化學(xué)腐蝕、化學(xué)腐蝕和微生物腐蝕，其中絕大部分發(fā)生的腐蝕是局部腐蝕，占主導(dǎo)作用的腐蝕是電化學(xué)腐蝕。

電化學(xué)腐蝕是金屬在導(dǎo)電的溶液介質(zhì)中發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而發(fā)生的腐蝕，在此過(guò)程中有腐蝕電流產(chǎn)生。金屬電化學(xué)腐蝕是金屬作為陽(yáng)極，失電子發(fā)生溶解；而金屬電化學(xué)腐蝕之所以能進(jìn)行的根本原因在于腐蝕介質(zhì)中去極化劑的存在，它和金屬構(gòu)成了不穩(wěn)定的腐蝕原電池體系。去極化劑的陰極還原反應(yīng)過(guò)程接受陽(yáng)極金屬產(chǎn)生的電子，由此使金屬不斷消耗而遭受腐蝕。陰極反應(yīng)過(guò)程包括：氫離子還原過(guò)程、溶解氧的還原過(guò)程、不溶性高價(jià)金屬產(chǎn)物(如鐵銹蝕產(chǎn)物)的還原、重金屬離子沉積(如二價(jià)銅還原為金屬銅)、溶液中陰離子(如硝酸根)還原、溶液中某些有機(jī)化合物的陰極還原反應(yīng)等。

已有研究表明，發(fā)育完全的鐵質(zhì)管網(wǎng)管垢從內(nèi)到外分為管道基材、多孔疏松內(nèi)核層、相對(duì)致密的硬殼層和表面層。其中管道基材的成分主要是單質(zhì)鐵，內(nèi)核層的成分主要是亞鐵化合物，硬殼層的成分主要是四氧化三鐵和羥基氧化鐵，表面層則以水中的沉積物為主。當(dāng)外部相對(duì)致密的硬殼層被破壞，就會(huì)使多孔疏松內(nèi)核層的鐵釋放出來(lái)，導(dǎo)致管網(wǎng)水質(zhì)變化，會(huì)發(fā)生“黃水”、“紅水”現(xiàn)象。

導(dǎo)致管垢硬殼層受到破壞的機(jī)理主要是電化學(xué)反應(yīng)。鐵質(zhì)管網(wǎng)電化學(xué)腐蝕的陰極去極化劑主要是溶解氧和管垢成分。輸送的水等流體介質(zhì)一般是中性或偏堿性環(huán)境，在溶解氧、氯等存在的情況下這些強(qiáng)氧化劑得電子被還原；在溶解氧、氯缺乏時(shí)管垢硬殼層成分四氧化三鐵和羥基氧化鐵等高價(jià)鐵化合物得電子被還原，導(dǎo)致管垢被破壞出現(xiàn)縫隙，可能造成內(nèi)部亞鐵化合物的大量釋放。在這個(gè)過(guò)程中，腐蝕性陰離子硫酸根和氯離子也是影響鐵管及管垢電化學(xué)腐蝕的重要因素。

目前與金屬管道電化學(xué)腐蝕相關(guān)的研究方法主要集中在陽(yáng)極金屬一側(cè)，且大都基于雙電極或三電極系統(tǒng)，幾乎沒(méi)有研究鐵質(zhì)管垢(陰極一側(cè))電化學(xué)腐蝕的報(bào)道，相關(guān)的專利申請(qǐng)包括：

(1)一種低速管道內(nèi)腐蝕和電化學(xué)測(cè)試的簡(jiǎn)易模擬裝置(申請(qǐng)?zhí)枺?01410071582.2)，該發(fā)明公開(kāi)了一種低速管道內(nèi)腐蝕和電化學(xué)測(cè)試的簡(jiǎn)易模擬裝置，可實(shí)現(xiàn)低于75℃密閉不同腐蝕介質(zhì)環(huán)境中小于1m/s流速管道內(nèi)電化學(xué)測(cè)試及小于3m/s流速的管道內(nèi)腐蝕模擬加速腐蝕試驗(yàn)。裝置包括腐蝕溶液儲(chǔ)循容器、溶液循環(huán)計(jì)量系統(tǒng)，模擬管道內(nèi)腐蝕樣品室以及電化學(xué)測(cè)試裝置。該發(fā)明大大減少硫化氫及其溶液的泄露，提高試驗(yàn)人員和環(huán)境的安全性,可方便準(zhǔn)確模擬實(shí)際工況下管道內(nèi)腐蝕及電化學(xué)參數(shù)測(cè)定。

該申請(qǐng)對(duì)真實(shí)管道利用電化學(xué)方法測(cè)試腐蝕情況，與本申請(qǐng)“研究鐵質(zhì)管道電化學(xué)腐蝕和管網(wǎng)水質(zhì)變化的試驗(yàn)?zāi)M平臺(tái)”在結(jié)構(gòu)特征、系統(tǒng)構(gòu)成、處理對(duì)象、技術(shù)手段等方面都不相同。