一种模拟海洋大气环境下热浸锌涂层的盐雾、蒸发腐蚀实验装置及方法

摘要

一种模拟海洋大气环境下热浸锌涂层的盐雾、蒸发腐蚀实验装置及方法，涉及热浸锌涂层腐蚀实验领域，包括试验箱、设置在试验箱内的雾化机构、滴液机构和试样加热机构；试样加热机构用于支撑并加热待腐蚀的试样；滴液机构包括悬置在试样上方的滴液管，滴液管的上端伸出试验箱与外部的冷却水箱连通，滴液管上设置有水流控制阀；雾化机构包括总输液管、顶部分液管和设置在顶部分液管上的顶部雾化喷头，总输液管的两端分别与顶部分输液管和试验箱外部的盐溶液箱连通，顶部雾化喷头的数量为多个并环绕滴液管分布。通过本发明的模拟试验，对热浸锌层在海洋大气环境下的腐蚀状况进行监测，为热浸锌层腐蚀机理的研究、换热管的保护涂层设置提供参考依据。

说明书

技术领域

本发明涉及热浸锌涂层腐蚀实验领域，具体的说是一种模拟海洋大气环境下热浸锌涂层的盐雾、蒸发腐蚀实验装置及方法。

背景技术

复合空冷凝汽器中的换热管在使用过程中，采用喷淋换热的方式，用冷却水直接在管外喷淋，使管内热流体冷凝或冷却，冷却水直接喷淋在排管外壁面上，所以会有一部分水吸收管内热流体的热量而蒸发汽化。另外，喷淋式换热器一般是安装在室外空气流通的空间里，空气也吸收一部分热量。由于冷却水和空气的共同冷却，所以传热效果好，用水量少。

复合空冷凝汽器在沿海工业区使用时，换热器外表面尤其是弯头处会出现结垢现象，随着结垢现象的进一步加重则会在弯头的表面发生腐蚀、生成红锈，严重的还会出现蚀坑，最终对换热器的使用寿命造成影响。

本申请在实验室条件下，模拟换热管外表面的热浸锌涂层在海洋大气环境、盐雾环境中进行蒸发腐蚀试验，监测分析热浸锌层的结垢、腐蚀现象机理及腐蚀现象发展规律，为换热管的研究保护提供参考依据。

发明内容

本发明旨在提供一种模拟海洋大气环境下热浸锌涂层的盐雾、蒸发腐蚀实验装置及方法，以对热浸锌涂层进行腐蚀试验研究，提高试验的精确度。

为了解决以上技术问题，本发明采用的具体方案为：一种模拟海洋大气环境下热浸锌涂层的盐雾、蒸发腐蚀实验装置，包括试验箱、设置在试验箱内的雾化机构、滴液机构和试样加热机构；试样加热机构用于支撑并加热待腐蚀的试样；滴液机构包括悬置在试样上方的滴液管，滴液管的上端伸出试验箱与外部的冷却水箱连通，滴液管上设置有水流控制阀；雾化机构包括总输液管、顶部分液管和设置在顶部分液管上的顶部雾化喷头，总输液管的两端分别与顶部分输液管和试验箱外部的盐溶液箱连通，顶部雾化喷头的数量为多个并环绕滴液管分布。

作为上述技术方案的进一步优化，试样为中部上凸的锥面结构，试样的中部为实验区，边缘为蒸发区，顶部雾化喷头和滴液管的出水口均位于实验区的上方。

作为上述技术方案的进一步优化，试样锥面与底面的夹角为3～10度。

作为上述技术方案的进一步优化，试样加热机构包括上部敞口的保温箱，保温箱内设置有折叠的加热垫，加热垫与保温箱之间设置有保温层，试样位于加热垫上。

作为上述技术方案的进一步优化，保温层为铝箔。

作为上述技术方案的进一步优化，试验箱的侧壁上还设有用于向试样表面吹风的风机。

作为上述技术方案的进一步优化，雾化机构还包括用于从试样侧面喷洒盐雾的侧部雾化组件，侧部雾化组件包括环绕风机的侧部分液管以及周向间隔设置在侧部分液管上的侧部雾化喷嘴，侧部分液管与提供盐溶液的总输液管连通。

一种基于模拟海洋大气环境下热浸锌涂层的盐雾、蒸发腐蚀实验装置的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：制备工业冷却水、盐溶液、试样样品，备用；

S2：将试样样品放置于试样加热机构上进行加热；

S3：开启雾化机构、滴液机构，控制液滴的速度，使试样表面的液滴蒸发后再滴下下一滴液滴；

S4：定时取出试样以检测试样表面腐蚀情况。

作为上述技术方案的进一步优化，盐溶液的浓度为5g/L，其中NaNO3:NaCl的质量比为4:1。

作为上述技术方案的进一步优化，盐雾沉降量为1～2ml/80cm2.16h。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：通过本发明的模拟试验，对热浸锌层在海洋大气环境下的腐蚀状况进行监测，为热浸锌层腐蚀机理的研究、换热管的保护涂层设置提供参考依据。

本发明通过向实验箱内提供盐雾环境，模拟出盐雾状态下具有热浸锌层试样的腐蚀情况，冷却水逐滴滴入试样表面，并吸收试样的热量而蒸发汽化，与换热器弯头处的工作环境一致，试验结果准确度高。

本发明中的试样设置为中部凸起的锥面，落在试样上的冷却水沿锥面向下流动，由于冷却水落入试样时温度较低，此时蒸发情况较弱，随着冷却水的向下流动，蒸发逐渐加速，因此主要蒸发区集中在试样的边缘；由于冷却水蒸发产生的水蒸气向上流动，与下行的盐雾接触造成对盐雾浓度的稀释，本发明中将产生盐雾的雾化喷头对应试样的中部，可以减少盐雾下行过程中与上升蒸汽的接触，进而减少冷却水蒸发对与试样接触盐雾的浓雾造成影响，使试样中部实验区所接触的盐雾浓度与真实工况一致，所观测分析出的试验结果更为准确。

附图说明

图1为实施例1的结构示意图；

图2为具有锥面的试样俯视示意图；

图3为顶部分液管及顶部雾化喷头的示意图；

图4为侧部分液管和侧壁雾化喷头的示意图；

图5为实施例2的结构示意图；

附图标记：1、试验箱，2、试样，201、实验区，202、蒸发区，3、加热控制器，4、加热垫，5、铝箔，6、保温箱，7、输液泵，8、盐溶液箱，9、总输液管，10、顶部雾化喷头，11、顶部分液管，12、底座，13、固定立杆，14、固定横杆，15、夹持部，16、冷却水箱，17、水流控制阀，18、滴液管，19、侧部雾化喷头，20、侧部分液管，21、侧部雾化控制阀，22、风机，23、顶部雾化控制阀。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明的技术方案做进一步的详细阐述，本发明以下实施例中未详细记载和公开的部分，均应理解为本领域技术人员所知晓或应当知晓的现有技术。

实施例1

如图1所示，本发明公开了一种模拟海洋大气环境下热浸锌涂层的盐雾、蒸发腐蚀实验装置，包括试验箱1、设置在试验箱1内的试样加热机构、雾化机构和滴液机构。

加热机构用于支撑并对试样2进行加热，以模拟出换热管工作时通入待换热物料时的工况条件。加热机构包括保温箱6和设置在保温箱6内的加热元件，保温箱6为玻璃材质制成的、上部敞口的矩形箱体，保温箱6设置在试验箱1内并位于试验箱1的底部。

加热元件包括加热垫4和用于控制加热垫4温度的加热控制器3，本实施例所用的加热垫4为市售的硅橡胶加热垫4，使用时将硅橡胶加热垫4折叠，外部再由铝箔5包裹，然后将包裹后的硅橡胶加热垫4置于保温箱6内，由铝箔5作为加热元件的保温层，可以避免加热垫4产生的热量向周围辐射，保证升温后的加热垫4维持在一定的温度范围。

铝箔5构成的保温层上部敞口，待腐蚀的试样2置于硅橡胶加热垫4上，试样2的下表面与硅橡胶加热垫4接触，由于硅橡胶加热垫4自身的温度以及铝箔5包裹后保存的热量，可以对试样2进行加热，从而将试样2加热至目标温度，本模拟试验中试样2的目标温度在100～150℃。

铝箔5对硅橡胶加热垫4进行包裹是为了避免硅橡胶加热垫4在升温后散热严重，造成对试样2的加热效果不佳。此外，加热机构也可以设置为其它市售的加热元件，只需要保证能够对试样2进行持续加热，将试样2加热至目标温度即可。

滴液机构悬置在试样2的上方，包括滴液管18，在滴液管18的下端设置有出水口，出水口由滴液管18进行缩径构成，也可以在滴液管18的下端可拆卸的设置喷嘴。滴液管18的上端延伸出试验箱1外并连接在冷却水箱16上，滴液管18上设置有水流控制阀17，能够调整滴液管18内冷却水的流动速度，使滴出的冷却水滴按照一定的流速逐滴落入试样2的上表面。

滴液机构通过试验箱1一侧的固定支架进行固定，固定支架包括底座12和固定立杆13，固定立杆13上横向设置有固定横杆14。滴液管18为硬质的玻璃管，试验箱1的上部开设有通孔，滴液管18通过通孔插入试验箱1内，固定横杆14远离固定立杆13的一端设置有夹持部15，夹持部15用于对滴液管18进行夹持以固定滴液管18工作时的位置。夹持部15为试管夹、卡箍均可，此为现有技术，在此不再赘述。

如图1、图3所示，雾化机构包括总输液管9、顶部分液管11和设置在顶部分液管11上的顶部雾化喷头10，总输液管9的一端延伸至试验箱1内并与试验箱1内设置的顶部分液管11连通，顶部分液管11为环形管，顶部雾化喷头10间隔设置在顶部分液管11上，总输液管9的另一端与试验箱1外部的盐溶液箱8连通，盐溶液箱8内设置有输液泵7，将盐溶液输送至顶部雾化喷头10。顶部雾化喷头10用于将盐溶液雾化以在试样2周围形成盐雾环境。

环形顶部分液管11的直径小于试样2的直径，滴液管18的出水口与试样2的中心对应，滴液管18从环形顶部分液管11内穿过，多个顶部雾化喷头10环绕滴液管18分布。

如图1、图2所示，试样2为上凸的锥面结构。由于试验过程中试样2的温度在100～150℃左右，冷却水逐滴滴落在试样2中心的凸起处，落在试样2上的冷却水沿锥面向下流动。冷却水落入试样2时温度较低，此时蒸发情况较弱，随着冷却水的向下流动，蒸发逐渐加速，因此主要发生冷却水蒸发的部分位于试样2的边缘。冷却水蒸发产生的水蒸气向上流动，会造成对盐雾浓度的稀释，本发明中将产生盐雾的雾化喷头对应试样2上凸的中部，溢向试样2的盐雾主要下落至试样2中部，冷却水的蒸发多集中在试样2的边缘，因此可以在一定程度上减少盐雾下行的过程中和上升蒸汽的接触，进而减少蒸发对盐雾浓雾造成的影响。

试样2锥面与底面的夹角为3～10度，较低的倾斜角度即实现了液滴沿锥面的流动，又避免落在试样2表面的液滴迅速流出试样2，影响造成蒸发效果。

因此试样2中部的试验结果较边缘部更为准确，因此将试样2的中部设置为实验区201，边缘为蒸发区202，顶部雾化喷头10和滴液管18的出水口均位于实验区201的上方。

此外，由于滴液、雾化的进行，试样2加热装置对试样2的持续加热，会造成试验箱1内的温度、湿度产生变化，试验箱1内还设置有温湿度监测计，试验箱1的侧壁设置有排气扇、通风窗口，以保持试验箱1维持一定的温度、湿度等试验条件，具体为试验室温度维持在35℃左右，湿度在95％以上，温湿度检测计及排气扇的设置为现有技术，在此不再赘述。

本实施例还公开了一种基于上述模拟海洋大气环境下热浸锌涂层的盐雾、喷淋腐蚀实验装置的试验方法，具体包括以下步骤：

S1：制备工业冷却水、盐溶液、试样2样品，备用；

其中，制备的工业冷却水可参照现有技术中换热管工作时使用的冷却水；盐溶液的浓度为5g/L，盐溶液中NaNO

S2：将试样2样品放置于试样2加热机构上，使试样2升温至100～150℃；

S3：开启雾化、滴液试验操作，控制液滴的速度，使试样2表面的液滴蒸发后下一滴液滴滴落；试验过程中保持盐雾沉降量为1～2ml/80cm2.16h。

S4：定时取出试样2以检测试样2表面腐蚀情况。

具体的，每隔2小时将试样2取出，分析试样2表面的结垢、腐蚀情况，直至试样2的热浸锌层全部腐蚀，产生红锈，分析并记录各时段试样2结垢、腐蚀产物的成分。

通过本试验可以研究分析各阶段的腐蚀进度，为换热管的维护提供依据。本试验所采用的试样2为中部部具有向上凸起的锥型试样2，在进行试验结果分析时，以试样2中部实验区201的试验结果为准。

本实施例中盐溶液的成分设置为NaNO

实施例2

本实施例与实施例1的主体结构相同，不同之处在于：本实施例中除设置实施例1中的顶部分液管11、顶部雾化喷头10外，还设置有风机22和侧部雾化机构。

如图4、图5所示，在试验箱1的侧壁设置有风机22，侧部雾化机构包括环绕风机22的侧部分液管20以及周向间隔设置在侧部分液管20上的侧部雾化喷头19，侧部分液管20与提供盐溶液的总输液管9连通。总输液管9分出两条支路分别为顶部分液管11和侧部分液管20连通，与顶部分液管11连通的支路上设置有顶部雾化控制阀23，与侧部分液管20连通的支路上设置有侧部雾化控制阀21，以实现对侧部雾化作业和顶部雾化作业的分别控制。

本实施例除了可以进行如实施例1的模拟试验外，还可以选择关闭顶部雾化喷头10，开启风机22和侧部雾化机构，风机22吹出的风裹挟着盐雾颗粒吹向试样，从而模拟海洋环境在有风条件下的盐雾、蒸发实验。

具体的试验步骤为：

S1：制备工业冷却水、盐溶液、试样2样品，调取换热管实际工况环境的风力条件，备用；具体同实施例1；

S2：将试样2样品放置于试样2加热机构上，使试样2升温至100～150℃；

S3：开启雾化、滴液试验操作，控制液滴的速度，使试样2表面的液滴蒸发后下一滴液滴滴落；具体的，选择关闭风机22和侧部雾化控制阀21，开启顶部雾化控制阀23，以模拟海洋环境自然蒸发条件下的盐雾、蒸发实验；以实际工况环境条件下的风力为依据，选择开启风机22和侧部雾化控制阀21，关闭顶部雾化控制阀23，以模拟有风调节下的盐雾、蒸发实验；

S4：定时取出试样2以检测试样2表面腐蚀情况。

具体的，每隔2小时将试样2取出，分析试样2表面的结垢、腐蚀情况，直至试样2的热浸锌层全部腐蚀，产生红锈，分析并记录各时段试样2结垢、腐蚀产物的成分。

即本试验装置能够模拟出试样2在自然蒸发状态下的腐蚀试验环境和有风条件下的试验环境，充分考虑真实的盐雾工况环境，提供不同环境条件下的试验结果，进一步提高试验的精确度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。