[发明专利]一种高温高压流体环境加载拉应力试样腐蚀电化学实验装置及测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高温高压流体环境加载拉应力试样腐蚀电化学实验装置及 测试方法，更为具体地，它涉及模拟高温高压液体流体环境中金属材料加载拉 伸应力时腐蚀过程的电化学测试装置，以及使用该装置进行原位电化学实时在 线测试的方法。

背景技术

在石油工业、化学工业和电力工业等行业中，很多生产环节中环境条件十 分苛刻，金属设备和零部件广泛面临着高温高压的液相流体环境。在该类环境 中，金属会产生严重的腐蚀。在腐蚀过程中，不仅有腐蚀介质的侵蚀作用，还 有流体的冲刷作用，与静态腐蚀相比，腐蚀行为更加复杂，腐蚀速率或腐蚀类 型将发生改变。

大多数金属设备和零部件在使用过程中承受着大小不同的拉伸应力，在拉 伸应力和腐蚀介质的共同作用下，金属腐蚀行为变得更加复杂，除了应力腐蚀 开裂之外，拉应力还可能加速腐蚀的速率。

由此，研究高温高压流体环境中拉应力与金属腐蚀之间协同作用的电化学 行为十分必要和重要。

目前，研究高温高压液相流体中的腐蚀主要在高温高压腐蚀实验釜中进行。 其原理是在釜中安装搅拌杆，将试样放入圆形模具中，夹持于搅拌杆上，以搅 拌杆的转动带动试样转动，按照搅拌杆的转动的角转速计算试样与液体相对的 线速度。首先，这种实验方法并不是液体流动，与实际环境具有一定差异；其 次，该方法不适用于单向加载拉伸应力的腐蚀实验，因为其具有复杂的加载系 统。

金属在水溶液环境中的腐蚀属于电化学腐蚀，采用电化学方法可以实时在 线测试试样的电化学行为的变化，电化学测试的参数众多，利于分析腐蚀的过 程，尤其是可以得到液相流体与拉伸应力的相互作用。目前，研究拉伸应力加 载试样的电化学测试基本是在应力环上进行，实验条件是在常压静态下进行， 与实际环境具有一定差异。

为了解决上述问题，本发明借助高温高压循环流动釜，设计了加载拉伸应 力的装置，并提出实时原位进行腐蚀电化学测试的方法，适于通过测试的电化 学参数获得高温高压下拉伸应力和液相流体对金属材料腐蚀的作用机制，也可 用于研究应力腐蚀开裂的过程。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能够较为真实反映现场工况，用于模 拟高温高压液体流体环境中加载拉伸应力腐蚀实验的方法。

本发明要解决的另一个技术问题是提供一种结构简单、安全可靠、易于操 作、用于高温高压液体流体环境中金属材料加载拉伸应力时腐蚀过程的电化学 测试装置。

本发明是通过如下技术方案实现：

一种高温高压流体环境加载拉应力腐蚀电化学测试方法，测定金属材料在 一定的拉伸应力状态下，处于高温高压流动液相腐蚀工况下的电化学参数，以 及进行原位电化学实时监测，通过对电化学实验结果进行归纳总结，并结合腐 蚀形貌观察以及腐蚀产物特征的分析，从而探究高温高压下拉伸应力和液相流 体对金属材料腐蚀的作用机制。

一种高温高压流体环境加载拉应力腐蚀电化学实验装置，主要包含以下三 个主体部分：高温高压釜、循环流动支管和加载拉应力电化学测试系统。

所述的高温高压釜1具有大叶片螺旋搅拌杆2、进气阀3、出气阀4、排水 口5以及加热保温套6。

所述的循环流动支管包括与高压釜相连的上支管7和下支管8，通过密封 螺帽12进行密封。

所述的上支管7和下支管8外侧加有保温套9，所述的下支管8安装有超 声波流速仪10、热电偶11以及加载拉应力电化学测试系统13，所述的下支管 8在安装加载拉应力电化学测试系统13部位上下面为平面。

所述的加载拉应力电化学测试系统13具有参比电极16、辅助电极17、密 封上盖18、密封下盖19、加力螺母20、固定螺母21和试样23。

所述的试样23通过加力螺母20和固定螺母21分别固定在下支管上部14 和下支管下部15，所述加力螺母20与下支管上部14之间、固定螺母21与下 支管下部15之间均安装密封材料22。

所述的密封上盖18与下支管上部14之间、密封下盖19与下支管下部15 之间均安装密封材料22。所述的试样23与下支管上部14和下支管下部15之 间均安装密封材料22。

所述的密封下盖19和固定螺母21之间安装密封材料22。

所述的试样23顶部连接导线24穿过加力螺母20和密封上盖18引出至装 置之外，并进行密封。