[发明专利]湿气环境下金属氢渗透性能测试的装置及其方法

说明书

本发明涉及金属腐蚀领域，具体而言，提供了一种湿气环境下金属氢渗透性能测试的装置及其方法。所述装置包括由上到下依次设置的阳极槽、待测试样和阴极槽，阴极槽呈锥形，阴极槽上设有阴极槽进气口、阴极槽出气口、阴极槽参比电极和阴极槽辅助电极，阴极槽设置于恒温水浴组件中；阳极槽上设有阳极槽参比电极和阳极槽辅助电极，阳极槽与冷热循环水机相连；还包括阴极槽数据接收组件、三电极体系、电化学工作站和阳极槽数据接收组件。该装置能更好地模拟实际服役管线钢湿气氢渗透行为和电化学行为，为解决实际环境中服役钢的氢致开裂的风险评估等关键问题奠定初步的理论基础和简单的解决方案，同时为合理的选材与防护指出方向。

技术领域

本发明涉及金属腐蚀领域，具体而言，涉及一种湿气环境下金属氢渗透性能测试的装置及其方法。

背景技术

随着油气开发过程中面临的腐蚀环境愈加苛刻(温度、压力升高、酸性腐蚀介质如CO₂、H₂S越来越多)，管线钢阴极表面由于析氢引起的氢脆和氢致开裂问题也愈来愈多，此外天然气输送过程中，由酸性凝析水引起的湿气薄液膜下的管道顶部也有氢脆的可能。氢渗透性能是评价金属材料氢脆敏感性的一项重要指标，研究金属的氢渗透行为和在此基础上的腐蚀产物膜的电化学规律，尤其是酸性湿气薄液膜环境下金属的腐蚀特性具有重要的意义。

研究金属的溶液氢渗透行为，一般采用传统Devanathan-Stachurski双电解池，其主要结构是由金属箔双面电极及两侧的两个电极槽左右串联组成。箔的一侧处于阴极充氢或者自由腐蚀状态，另一侧在NaOH溶液中处于阳极钝性状态，采用恒电势仪对阳极侧施加一个氧化电势，能将充氢侧的扩散过来的原子氧化掉，其氧化电流密度是原子氢扩散速率的直接量度。

但对于湿气环境下的管线钢的氢渗透规律，对于现有的装置，不仅气密性难以保证，更重要的是在一般左右结构双电解池中由于自身重力作用液膜形状多为楔形，难以生成稳定、均匀、完整的湿气液膜，由此测出的湿气氢渗透实验数据并不能客观地反映实际工况条件下试样的服役状况，难以对实际状态下管道的耐蚀行为提供有效而积极的指导意义。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种湿气环境下金属氢渗透性能测试的装置，该装置能够克服现有装置存在的气密性差、湿气液膜不稳定、不均匀、不完整以及无法客观地反映实际工况条件下试样的服役状况的问题，更好地模拟实际服役管线钢湿气氢渗透行为和电化学行为，为解决实际环境中服役钢的氢致开裂的风险评估等关键问题奠定初步的理论基础和简单的解决方案，同时为合理的选材与防护指出方向。

本发明的第二目的在于提供一种湿气环境下金属氢渗透性能测试的方法，该方法采用上述装置来测定湿气环境下金属氢渗透性能，具有与上述装置相同的优点，能够更好地模拟实际服役管线钢湿气氢渗透行为和电化学行为，为实际生产提供有效指导。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种湿气环境下金属氢渗透性能测试的装置，包括由上到下依次设置的阳极槽、待测试样和阴极槽，所述阴极槽呈锥形，所述阴极槽上设有阴极槽进气口、阴极槽出气口、阴极槽参比电极和阴极槽辅助电极，所述阴极槽设置于恒温水浴组件中；所述阳极槽上设有阳极槽参比电极和阳极槽辅助电极，所述阳极槽与冷热循环水机相连；

还包括阴极槽数据接收组件、三电极体系、电化学工作站和阳极槽数据接收组件，所述待测试样、阴极槽参比电极和阴极槽辅助电极均与所述三电极体系相连，所述三电极体系还与所述阴极槽数据接收组件相连；所述待测试样、阳极槽参比电极和阳极槽辅助电极均与所述电化学工作站相连，所述电化学工作站还与所述阳极槽数据接收组件相连。

作为进一步优选地技术方案，所述待测试样为乒乓球拍状，所述阴极槽辅助电极和所述阳极槽辅助电极均为环形。