一种模拟原油船货油舱体钢板腐蚀环境的实验系统

摘要

一种模拟原油船货油舱体钢板腐蚀环境的实验系统，包含：原油舱腐蚀试验箱，内部注入原油；挂片模块，安装在原油舱腐蚀试验箱内；箱体水浴模块，原油舱腐蚀试验箱设在其内；上盖水浴模块，覆盖在原油舱腐蚀试验箱上；温控模块，分别与箱体水浴模块和上盖水浴模块连接；摇摆模块，与箱体水浴模块连接，驱动其摇摆；曝气模块，与原油舱腐蚀试验箱连接，将不同气体混合后输入原油舱腐蚀试验箱内；测量模块，设在原油舱腐蚀试验箱内，测量模拟过程中的温度、湿度和压力；控制模块，分别与箱体水浴模块、上盖水浴模块、温控模块、测量模块连接，控制启停。本发明能真实模拟原油船货油舱体钢板在海上运输中受到温度、气体、波浪等综合因素的腐蚀环境。

说明书

技术领域

本发明涉及一种模拟原油船货油舱体钢板腐蚀环境的实验系统,具体是指一种用于模拟原油运输船舶在航行过程中，对位于原油舱内不同位置的舱体钢板所处油汽腐蚀环境的模拟加速测试系统；以及用于船舶在航行过程中对船舶压载舱内不同位置舱体钢板所处水汽腐蚀环境的模拟加速测试系统。

背景技术

当今世界，石油是社会发展的能源支柱，原油的海上运输对石油产业至关重要。近年来，由于油轮遭受腐蚀而导致的原油泄漏等重大事件频频发生，在造成巨大经济损失的同时，对海洋生态环境也造成了严重的污染，所以油轮货油舱的腐蚀问题的受重视程度也日益增强。据统计，我国油轮用钢的年需求量不低于200万吨，因此对油轮货油舱钢板的腐蚀环境及腐蚀机理的研究，对研究油轮货油舱钢板的腐蚀规律是非常重要且迫切需要的。

原油船货油舱的腐蚀环境相对复杂，货油舱的舱顶与舱底处于两种不同的腐蚀环境，舱顶所处的是O₂-CO₂-SO₂-H₂S湿气腐蚀的均匀腐蚀环境，而舱底与原油接触部分所处的为强酸性Cl^--溶液腐蚀点蚀环境。货油舱的腐蚀是随着昼夜温差变化在装载和空载的循环过程中发生，同时原油船在航行过程中会随着海浪发生摇摆，原油舱内原油及油泥也会产生移动，众多因素的耦合会对原油船货油舱的舱壁的腐蚀带来叠加效应。因此，开展模拟原油船在运输航行过程中的货油舱在昼夜温差变化、多种腐蚀气体、海浪摇摆、原油及油泥移动等多种腐蚀环境复合的情况下，对货油舱的舱壁在不同位置的腐蚀环境进行模拟监测的研究有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种模拟原油船货油舱体钢板腐蚀环境的实验系统，能够真实模拟原油船货油舱的舱体钢板在海上航行运输过程中受到温度、气体、波浪等综合因素的腐蚀环境。

为实现上述目的，本发明提供一种模拟原油船货油舱体钢板腐蚀环境的实验系统，其包含：原油舱腐蚀试验箱，其内部注入原油，模拟原油船的货油舱内部运行环境；挂片模块，其安装在所述的原油舱腐蚀试验箱的内部，模拟原油船货油舱内的舱体钢板；箱体水浴模块，所述的原油舱腐蚀试验箱设置在该箱体水浴模块内，该箱体水浴模块模拟原油船在航行运输过程中货油舱的舱体钢板的外部腐蚀环境；上盖水浴模块，其覆盖在所述的原油舱腐蚀试验箱的上方，模拟原油船在航行运输过程中货油舱的上盖钢板随着昼夜变化产生的温度变化环境；温控模块，其分别与所述的箱体水浴模块和上盖水浴模块相连接，设置并模拟不同季节、不同海域、不同时间的温度；摇摆模块，其与所述的箱体水浴模块相连接，驱动该箱体水浴模块及其内部的原油舱腐蚀试验箱进行摇摆，模拟原油船货油舱在海上航行过程中遇到波浪所产生的摇摆海况；曝气模块，其与所述的原油舱腐蚀试验箱相连接，将多种不同气体混合后输入原油舱腐蚀试验箱内，模拟原油船货油舱在航行运输过程中的气体环境；测量模块，其设置在所述的原油舱腐蚀试验箱的内部，测量模拟过程中原油舱腐蚀试验箱内的温度、湿度和压力；控制模块，其分别与所述的箱体水浴模块、上盖水浴模块、温控模块、测量模块相连接，用于控制上述模块的启停。

所述的箱体水浴模块包含：水浴箱，所述的原油舱腐蚀试验箱设置在该水浴箱内，并通过法兰与其连接，且连接处采用橡胶密封圈密封；第一水循环机构，包含：由水浴箱与原油舱腐蚀试验箱之间设置间隔而形成的第一循环水通道；设置在所述的水浴箱侧壁顶端且与第一循环水通道连通的箱体进水口，设置在所述的水浴箱侧壁底端且与第一循环水通道连通的箱体出水口，通过法兰分别与所述的箱体进水口和箱体出水口相连接的第一软管，以及设置在所述的第一软管上的第一循环泵，通过通入循环水以实现箱体水循环；在所述的箱体进水口和箱体出水口处分别设置有阀门。

所述的上盖水浴模块包含：上盖，其覆盖设置在所述的原油舱腐蚀试验箱的上方，并通过法兰与其连接；第二水循环机构，包含：设置在所述的上盖内的第二循环水通道；设置在所述的上盖一端的且与第二循环水通道连通的上盖进水口，设置在所述的上盖另一端的且与第二循环水通道连通的上盖出水口，通过法兰分别与所述的上盖进水口和上盖出水口相连接的第二软管，以及设置在所述的第二软管上的第二循环泵，通过通入循环水以实现上盖水循环；在所述的上盖进水口和上盖出水口处分别设置有阀门。

所述的上盖上设置有通过法兰连接的观察窗，在观察窗与法兰之间设置橡胶密封垫密封。

所述的温控模块包含：加热棒，其分别与所述的第一软管和第二软管相连接，用于加热第一水循环机构和第二水循环机构内的水浴温度；第一温度传感器，其通过法兰固定设置在水浴箱内的第一循环水通道上，用于测量水浴箱内的水浴温度；第二温度传感器，其通过法兰固定设置在上盖内的第二循环水通道上，用于测量上盖内的水浴温度；温控表，其与所述的加热棒相连接，用于设定加热温度并控制加热棒供电的接通和断开。

所述的挂片模块包含：若干挂片架，一端通过挂片架安装板固定设置在所述的上盖的下部表面上，另一端通过挂片架安装板固定设置在所述的原油舱腐蚀模拟箱的底部内表面上；若干侧面挂片，其分别设置在所述的挂片架上；若干上部挂片，其分别设置在所述的上盖的底部外表面上；若干底部挂片，其分别设置在所述的原油舱腐蚀模拟箱的底部内表面上；所述的侧面挂片与挂片架之间、上部挂片与上盖的底部外表面之间、底部挂片与原油舱腐蚀模拟箱的底部内表面之间，均设置有挂片绝缘板。

所述的摇摆模块包含：摇摆支撑机构，其用于支撑所述的水浴箱，包含：底座；分别设置在水浴箱两侧的轴承座，其底部固定设置在所述的底座上；分别设置在水浴箱两端中线位置处的摇摆轴底座，每个摇摆轴底座通过支撑轴分别与对应的轴承座相连接；摇摆驱动机构，其用于驱动所述的水浴箱摆动，包含：电机；与电机相连接的减速箱；与减速箱的输出轴相连接的曲柄；一端通过销轴与曲柄相连接的连杆，所述的连杆的另一端通过固定轴与水浴箱相连接；减速箱的输出轴每旋转一周，其通过曲柄和连杆带动水浴箱以及位于其内部的原油舱腐蚀模拟箱沿摇摆轴底座完成一个轴向摇摆的循环，以模拟原油在船舶航行过程中遇到波浪情况下的海况；所述的水浴箱的摆动幅度位于-30°～ +30°之间，摇摆频率位于0～10HZ之间。

所述的曝气模块包含：若干气体钢瓶，分别用于放置氧气、二氧化碳、二氧化硫以及硫化氢气体；动态配气系统，其分别与各个气体钢瓶相连接，根据所设定的进气参数调整各个气体钢瓶的流量进行动态配气；进气口，其设置在所述的上盖上，与动态配气系统通过第三软管连接，将配气后的混合气体通入原油舱腐蚀模拟箱内，以模拟不同气体、不同压力下的腐蚀环境。

所述的测量模块包含：若干温度计，设置在所述的原油舱腐蚀模拟试验箱内，且分别位于原油舱腐蚀模拟试验箱的底部、中部和上部，用于测量箱内各个不同位置处的温度；湿度计，设置在所述的原油舱腐蚀模拟试验箱内，且位于所述的上盖的底部外表面上，用于测量箱内靠近上盖区域处的气体湿度；压力表，设置在所述的原油舱腐蚀模拟试验箱内，且位于所述的上盖的底部外表面上，用于测量箱内气体的压力值。

所述的控制模块分别与第一循环泵、第二循环泵、电机相连接，分别用于控制第一循环泵和第二循环泵的启动和停止，控制电机的启动、停止以及转速；所述的控制模块还通过传感器接口分别与第一温度传感器、第二温度传感器、温度计、湿度计以及压力表相连接，用于记录并显示模拟过程中水浴箱和上盖内的水浴温度，以及原油舱腐蚀模拟试验箱内的温度、气压和湿度。

综上所述，本发明所提供的模拟原油船货油舱体钢板腐蚀环境的实验系统，能够真实模拟原油船货油舱的舱体钢板在海上航行运输过程中的腐蚀环境，包括昼夜温差变化、船舶航行海域变化，船舶航行海浪波动、气候变化、货油舱中原油及油泥移动、原油运输过程中各种气体环境等，以构建因温度、气体、波浪等综合因素的腐蚀环境。

附图说明

图1为本发明中的模拟原油船货油舱体钢板腐蚀环境的实验系统的结构示意图；

图2为本发明中的水浴箱的结构示意图。

具体实施方式

以下结合图1和图2，详细说明本发明的一个优选实施例。

如图1所示，为本发明所提供的模拟原油船货油舱体钢板腐蚀环境的实验系统，其包含：原油舱腐蚀试验箱6，其内部注入原油24，用于模拟原油船的货油舱内部运行环境；挂片模块，其安装在所述的原油舱腐蚀试验箱6的内部，用于模拟原油船货油舱内的舱体钢板；箱体水浴模块，所述的原油舱腐蚀试验箱6设置在该箱体水浴模块内，该箱体水浴模块用于模拟原油船在航行运输过程中货油舱的舱体钢板的外部腐蚀环境；上盖水浴模块，其覆盖在所述的原油舱腐蚀试验箱6的上方，用于模拟原油船在航行运输过程中货油舱的上盖钢板随着昼夜变化产生的温度变化环境；温控模块，其分别与所述的箱体水浴模块和上盖水浴模块相连接，用于设置并模拟不同季节、不同海域、不同时间的温度；摇摆模块，其与所述的箱体水浴模块相连接，驱动该箱体水浴模块及其内部的原油舱腐蚀试验箱6进行摇摆，用于模拟原油船货油舱在海上航行过程中遇到波浪所产生的摇摆海况；曝气模块，其与所述的原油舱腐蚀试验箱6相连接，将多种不同气体混合后输入原油舱腐蚀试验箱6内，用于模拟原油船货油舱在航行运输过程中的气体环境；测量模块，其设置在所述的原油舱腐蚀试验箱6的内部，用于测量模拟过程中原油舱腐蚀试验箱6内的温度、湿度和压力；控制模块，其分别与所述的箱体水浴模块、上盖水浴模块、温控模块、测量模块相连接，用于控制上述模块的启停。

所述的箱体水浴模块包含：水浴箱5，所述的原油舱腐蚀试验箱6设置在该水浴箱5内，并通过法兰与其连接，且连接处采用橡胶密封圈密封；第一水循环机构，包含：由水浴箱5与原油舱腐蚀试验箱6之间设置间隔而形成的第一循环水通道；设置在所述的水浴箱5侧壁顶端且与第一循环水通道连通的箱体进水口15，设置在所述的水浴箱5侧壁底端且与第一循环水通道连通的箱体出水口13，通过法兰分别与所述的箱体进水口15和箱体出水口13相连接的第一软管，以及设置在所述的第一软管上的第一循环泵，通过通入循环水22以实现箱体水循环。本实施例中，所述的水浴箱5采用20mm船用钢板加工，在水浴箱5的四周侧壁上还设置有若干加强筋以增强水浴箱5的箱体强度。

在所述的箱体进水口15和箱体出水口13处还分别设置有阀门。

所述的上盖水浴模块包含：上盖11，其覆盖设置在所述的原油舱腐蚀试验箱6的上方，并通过法兰与其连接；第二水循环机构，包含：设置在所述的上盖11内的第二循环水通道；设置在所述的上盖11一端的且与第二循环水通道连通的上盖进水口7，设置在所述的上盖11另一端的且与第二循环水通道连通的上盖出水口12，通过法兰分别与所述的上盖进水口7和上盖出水口12相连接的第二软管，以及设置在所述的第二软管上的第二循环泵，通过通入循环水以实现上盖水循环。本实施例中，所述的上盖11采用20mm船用钢板加工，在上盖11的四周侧壁上还设置有若干加强筋以增强上盖11的强度。

所述的上盖11上还设置有通过法兰连接的观察窗10，在观察窗10与法兰之间设置橡胶密封垫密封，以保证上盖11的密封性能。所述的上盖11上还设置有防水照明灯，以便于观察原油舱腐蚀试验箱6内的试验进行情况。

在所述的上盖进水口7和上盖出水口12处还分别设置有阀门。

如图1和图2所示，所述的温控模块包含：加热棒，其分别与所述的第一软管和第二软管相连接，用于加热第一水循环机构和第二水循环机构内的水浴温度；第一温度传感器31，其通过法兰固定设置在水浴箱5内的第一循环水通道上，用于测量水浴箱5内的水浴温度；第二温度传感器32，其通过法兰固定设置在上盖11内的第二循环水通道上，用于测量上盖11内的水浴温度；温控表，其与所述的加热棒相连接，用于设定加热温度并控制加热棒供电的接通和断开。本实施例中，通过温控表将加热温度设置在0～80度之间。

如图2所示，所述的挂片模块包含：若干挂片架19，一端通过挂片架安装板16固定设置在所述的上盖11的下部表面上，另一端通过挂片架安装板16固定设置在所述的原油舱腐蚀模拟箱6的底部内表面上；若干侧面挂片20，其分别设置在所述的挂片架19上；若干上部挂片25，其分别设置在所述的上盖11的底部外表面上；若干底部挂片21，其分别设置在所述的原油舱腐蚀模拟箱6的底部内表面上。

进一步，所述的侧面挂片20与挂片架19之间、上部挂片25与上盖11的底部外表面之间、底部挂片21与原油舱腐蚀模拟箱6的底部内表面之间，均设置有由聚四氟乙烯材料制成的挂片绝缘板17。

所述的摇摆模块包含：摇摆支撑机构，其用于支撑所述的水浴箱5，包含：底座30；分别设置在水浴箱5两侧的轴承座3，其底部固定设置在所述的底座30上；分别设置在水浴箱5两端中线位置处的摇摆轴底座18，每个摇摆轴底座18通过支撑轴14分别与对应的轴承座3相连接；摇摆驱动机构4，其用于驱动所述的水浴箱5摆动，包含：电机1；与电机1相连接的减速箱2；与减速箱2的输出轴相连接的曲柄；一端通过销轴26与曲柄相连接的连杆23，所述的连杆23的另一端通过固定轴28与水浴箱5相连接。减速箱2的输出轴每旋转一周，其通过曲柄和连杆23带动水浴箱5以及位于其内部的原油舱腐蚀模拟箱6沿摇摆轴底座18完成一个轴向摇摆的循环，以模拟原油在船舶航行过程中遇到波浪情况下的海况。本实施例中，所述的连杆23的长度可以调节，使得所述的水浴箱5的摆动幅度位于-30°～ +30°之间；所述的电机1采用功率为5～12KW的变频电机，可通过变频器调节电机1输出轴的转速，使得所述的水浴箱5的摇摆频率位于0～10HZ之间；所述的减速箱2采用行星式齿轮减速箱，减速比为200～300。

如图1所示，所述的曝气模块包含：若干气体钢瓶36，分别用于放置氧气、二氧化碳、二氧化硫以及硫化氢等气体；动态配气系统37，其分别与各个气体钢瓶36相连接，根据所设定的进气参数调整各个气体钢瓶36的流量进行动态配气；进气口8，其设置在所述的上盖11上，与动态配气系统37通过第三软管连接，将配气后的混合气体通入原油舱腐蚀模拟箱6内，以模拟不同气体、不同压力下的腐蚀环境。

如图2所示，所述的测量模块包含：若干温度计33，设置在所述的原油舱腐蚀模拟试验箱6内，且分别位于原油舱腐蚀模拟试验箱6的底部、中部和上部，用于测量箱内各个不同位置处的温度；湿度计34，设置在所述的原油舱腐蚀模拟试验箱6内，且位于所述的上盖11的底部外表面上，用于测量箱内靠近上盖11区域处的气体湿度；压力表35，设置在所述的原油舱腐蚀模拟试验箱6内，且位于所述的上盖11的底部外表面上，用于测量箱内气体的压力值。

所述的控制模块分别与第一循环泵、第二循环泵、电机1相连接，分别用于控制第一循环泵和第二循环泵的启动和停止，控制电机1的启动、停止以及转速；所述的控制模块还通过传感器接口29分别与第一温度传感器31、第二温度传感器32、温度计33、湿度计34以及压力表35相连接，用于记录并显示模拟过程中水浴箱5和上盖11内的水浴温度，以及原油舱腐蚀模拟试验箱6内的温度、气压和湿度。

本发明所提供的模拟原油船货油舱体钢板腐蚀环境的实验系统，在进行腐蚀试验时，首先准备好试验所需要的挂片，接通电源，确保系统正常工作。然后打开设置在上盖11上的观察窗10，进入原油舱腐蚀试验箱6的内部，将挂片架19固定安装在上盖11和原油舱腐蚀模拟箱6的底部固定座之间，再将侧面挂片20通过挂片绝缘板17绝缘安装在挂片架19上，同时将上部挂片25和底部挂片21分别通过挂片绝缘板17安装在上盖11底部和原油舱腐蚀模拟箱6的底部，完成后封闭观察窗10。通过温控表分别设定水浴箱5和上盖11的水浴温度，打开上盖进水口7和上盖出水口12处的阀门，运行第二循环泵，实现上盖11内的水浴循环，并且打开箱体进水口15和箱体出水口13处的阀门，运行第一循环泵，实现水浴箱5内的水浴循环。根据设定的进气参数，利用动态配气系统37调整各个气体钢瓶36的流量进行动态配气，打开进气口8处的阀门，向原油舱腐蚀模拟箱6内通入配气后的混合气体。通过控制模块启动电机1，并调整转速，使得原油舱腐蚀模拟箱6开启周期性摇摆模式。并在整个腐蚀试验过程中，利用控制模块记录由测试模块测得的试验温度、湿度、压力和时间等信息。最终根据各个不同位置挂片的腐蚀情况，结合试验过程中测得的各个参数，能精确研究原油船货油舱的舱体钢板所能承受的腐蚀环境以及其使用寿命，做到及时更换以避免发生更多的原油泄漏事件。

综上所述，本发明所提供的模拟原油船货油舱体钢板腐蚀环境的实验系统，能够真实模拟原油船货油舱的舱体钢板在海上航行运输过程中的腐蚀环境，包括昼夜温差变化、船舶航行海域变化，船舶航行海浪波动、气候变化、货油舱中原油及油泥移动、原油运输过程中各种气体环境等，以构建因温度、气体、波浪等综合因素的腐蚀环境。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。