[发明专利]研究铁质管道电化学腐蚀和管网水质变化的试验模拟平台

说明书

研究铁质管道电化学腐蚀和管网水质变化的试验模拟平台，属于金属管道电化学腐蚀模拟试验技术领域。其特征在于，内置有阴离子交换膜、用作阳极的铁管基材、用作阴极的管垢成分压片、用作放置研究对象和电解液的反应容器以及与反应容器串联的电压或电流采集测量数字电路。阴离子交换膜用于把阴阳两极隔开形成阴极腔和阳极腔。通过采集电极间的电压和电流数据来研究阴极管垢的电化学腐蚀过程，研究管道水质变化的动力学过程。该平台有助于更全面、客观地解决管道腐蚀的防护问题，弥补了目前仅考虑阳极金属电化学腐蚀之不足，为今后研究包括中水、海水、各种污水在内的管网的电化学腐蚀、防护问题提供了一个非常有实用价值的试验模拟平台。

技术领域

本发明涉及一种研究铁管及其管垢发生电化学腐蚀和管网水水质变化的试验模拟平台，属于金属管道电化学腐蚀研究领域。

背景技术

使用铁质管网输送自来水、污水、海水、油气、工业原料等流体时会发生腐蚀，其类型主要分为电化学腐蚀、化学腐蚀和微生物腐蚀，其中绝大部分发生的腐蚀是局部腐蚀，占主导作用的腐蚀是电化学腐蚀。

电化学腐蚀是金属在导电的溶液介质中发生电化学反应而发生的腐蚀，在此过程中有腐蚀电流产生。金属电化学腐蚀是金属作为阳极，失电子发生溶解；而金属电化学腐蚀之所以能进行的根本原因在于腐蚀介质中去极化剂的存在，它和金属构成了不稳定的腐蚀原电池体系。去极化剂的阴极还原反应过程接受阳极金属产生的电子，由此使金属不断消耗而遭受腐蚀。阴极反应过程包括：氢离子还原过程、溶解氧的还原过程、不溶性高价金属产物(如铁锈蚀产物)的还原、重金属离子沉积(如二价铜还原为金属铜)、溶液中阴离子(如硝酸根)还原、溶液中某些有机化合物的阴极还原反应等。

已有研究表明，发育完全的铁质管网管垢从内到外分为管道基材、多孔疏松内核层、相对致密的硬壳层和表面层。其中管道基材的成分主要是单质铁，内核层的成分主要是亚铁化合物，硬壳层的成分主要是四氧化三铁和羟基氧化铁，表面层则以水中的沉积物为主。当外部相对致密的硬壳层被破坏，就会使多孔疏松内核层的铁释放出来，导致管网水质变化，会发生“黄水”、“红水”现象。

导致管垢硬壳层受到破坏的机理主要是电化学反应。铁质管网电化学腐蚀的阴极去极化剂主要是溶解氧和管垢成分。输送的水等流体介质一般是中性或偏碱性环境，在溶解氧、氯等存在的情况下这些强氧化剂得电子被还原；在溶解氧、氯缺乏时管垢硬壳层成分四氧化三铁和羟基氧化铁等高价铁化合物得电子被还原，导致管垢被破坏出现缝隙，可能造成内部亚铁化合物的大量释放。在这个过程中，腐蚀性阴离子硫酸根和氯离子也是影响铁管及管垢电化学腐蚀的重要因素。

目前与金属管道电化学腐蚀相关的研究方法主要集中在阳极金属一侧，且大都基于双电极或三电极系统，几乎没有研究铁质管垢(阴极一侧)电化学腐蚀的报道，相关的专利申请包括：

(1)一种低速管道内腐蚀和电化学测试的简易模拟装置(申请号：201410071582.2)，该发明公开了一种低速管道内腐蚀和电化学测试的简易模拟装置，可实现低于75℃密闭不同腐蚀介质环境中小于1m/s流速管道内电化学测试及小于3m/s流速的管道内腐蚀模拟加速腐蚀试验。装置包括腐蚀溶液储循容器、溶液循环计量系统，模拟管道内腐蚀样品室以及电化学测试装置。该发明大大减少硫化氢及其溶液的泄露，提高试验人员和环境的安全性,可方便准确模拟实际工况下管道内腐蚀及电化学参数测定。

该申请对真实管道利用电化学方法测试腐蚀情况，与本申请“研究铁质管道电化学腐蚀和管网水质变化的试验模拟平台”在结构特征、系统构成、处理对象、技术手段等方面都不相同。