Установка для исследования электрохимических процессов
Полезная модель предназначена для исследования электрохимических процессов, протекающих в текучих средах, и может быть использована в области измерительной техники. Установка для исследования электрохимических процессов содержит устройство для измерения электрохимических параметров исследуемой текучей среды, по крайней мере, один насос с всасывающим и напорным трубопроводами, нагреватель исследуемой текучей среды, соединенный с всасывающим и напорным трубопроводами насоса. Напорный трубопровод насоса снабжен, по крайней мере, одним запорно-регулирующим устройством. На напорный трубопровод установлены датчик скорости потока исследуемой текучей среды и устройство для измерения электрохимических параметров исследуемой текучей среды. Полезная модель обеспечивает повышение точности исследований электрохимических процессов. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.
Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для исследования электрохимических процессов, протекающих в текучих средах (преимущественно в морской воде) на поверхности металлических сооружений в морских условиях.
Наиболее близким аналогом заявленной полезной модели является установка, содержащая устройство для измерения электрохимических параметров исследуемой текучей среды и насос с всасывающим и напорным трубопроводами (см. патент на изобретение RU 2348030, G01N 27/26, 27.02.2009).
Недостатками известного устройства являются:
- невозможность быстрого получения данных о скорости коррозии;
- невозможность достижения требуемых условий, имитирующих движущуюся природную среду (скорость течения, солесодержание, температура).
Задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель является создание установки для исследования электрохимических процессов без упомянутых выше недостатков.
Техническим результатом заявленной полезной модели является повышение точности исследований электрохимических процессов, протекающих в текучих средах (преимущественно в морской воде) на поверхности металлических сооружений в морских условиях, за счет приближения лабораторных условий проведения исследований электрохимических процессов к реальным условиям, в которых находится подводное сооружение.
Технический результат заявленной полезной модели достигается за счет того, что установка для исследования электрохимических процессов, содержит устройство для измерения электрохимических параметров исследуемой текучей среды, по крайней мере, один насос с всасывающим и напорным трубопроводами и нагреватель исследуемой текучей среды, соединенный с всасывающим и напорным трубопроводами насоса, при этом напорный трубопровод насоса снабжен, по крайней мере, одним запорно-регулирующим устройством и, кроме того, на напорный трубопровод установлены датчик скорости потока исследуемой текучей среды и устройство для измерения электрохимических параметров исследуемой текучей среды.
Устройство для измерения электрохимических параметров исследуемой текучей среды может быть выполнено в виде электрохимической ячейки или в виде датчика коррозии.
Ячейка имеет корпус, состоящий из двух частей, причем в первой части корпуса электрохимической ячейки, имеющей диэлектрическую заливку, расположены рабочий и вспомогательный электроды, а во второй части корпуса электрохимической ячейки заполненной наполнителем, обладающим электрической проводимостью, расположен хлорсеребряный электрод сравнения.
На участке напорного трубопровода, на котором установлена электрохимическая ячейка, имеются сквозные отверстия, при этом на нижней поверхности корпуса электрохимической ячейки имеются ответные сквозные отверстия.
Сквозные отверстия, выполненные на части нижней поверхности, принадлежащей второй части корпуса электрохимической ячейки, представляют собой капиллярные отверстия.
Наличие в установке для исследования электрохимических процессов насоса, запорно-регулирующего устройства и датчика скорости потока исследуемой текучей среды позволяет проводить исследование свойств текучей среды при различных скоростях ее потока и регулировать скорость потока в широких пределах, а также обеспечивает возможность проведения исследований в движущейся текучей среде. Наличие в установке для исследования электрохимических процессов нагревателя текучей среды позволяет проводить исследование свойств текучей среды при различных температурах.
Таким образом, обеспечивается возможность проведения исследований в условиях приближенных к условиям, в которых находится подводное сооружение.
Сущность полезной модели поясняется чертежами.
На фиг.1 представлен общий вид установки для исследования электрохимических процессов с устройством для измерения электрохимических параметров текучей среды в виде электрохимической ячейки.
На фиг.2 представлена схема установки для исследования электрохимических процессов.
На фиг.3 представлен общий вид электрохимической ячейки.
Установка для исследования электрохимических процессов изображенная на фиг.1 содержит нагреватель 1 исследуемой текучей среды, напорный трубопровод 2, параллельно соединенные насосы 3, запорно-регулирующие устройства 4, всасывающие трубопроводы 5, индикатор 6 скорости потока исследуемой текучей среды, датчик 7 скорости потока исследуемой текучей среды, устройство для измерения электрохимических параметров текучей среды в виде электрохимической ячейки 8, потенциостат 9 и компьютер 10.
Нагреватель 1 исследуемой текучей среды представляет собой емкость для исследуемой текучей среды, снабженную нагревательным элементом, имеющим регулятор температуры (на чертеже не показан). Внутри нагревателя 1 текучей среды расположены входные концы всасывающих трубопроводов 5. К каждому насосу 3 подключен один всасывающий трубопровод 5.
Напорный трубопровод 2 может иметь один или несколько входных участков, при этом каждый из входных участков напорного трубопровода 2 соединен с выходом одного из насосов, а выходной участок напорного трубопровода 2 расположен внутри нагревателя 1 текучей среды. На каждом из входных участков напорного трубопровода 2 расположено запорно-регулирующее устройство 4.
Насосы 3 выполнены центробежными, а запорно-регулирующие устройства 4 могут быть выполнены в виде шаровых кранов.
Датчик 7 скорости потока исследуемой текучей среды и устройство для измерения электрохимических параметров исследуемой текучей среды установлены на напорный трубопровод 2.
Устройство для измерения электрохимических параметров исследуемой текучей среды может быть выполнено в виде электрохимической ячейки 8 или трехэлектродного датчика коррозии, работающего по методу линейного сопротивления (на чертеже не показано).
Электрохимическая ячейка 8 состоит из рабочего электрода 11, вспомогательного электрода 12 и электрода сравнения 13.
Рабочий электрод 11 изготавливают из трубной стали той же марки, из которой изготовлено находящееся в морских условиях металлическое сооружение, на поверхности которого протекает исследуемая текучая среда.
Вспомогательный электрод 12 изготавливают из платины, которая является идеально поляризуемой, т.е. ее потенциал можно менять в широком диапазоне (обычно несколько вольт). Кроме того, платина не окисляется в водных средах при любых значениях pH и обеспечивает высокую электронную проводимость.
Электрод сравнения 13 является стандартным, промышленно выпускаемым хлорсеребрянным электродом сравнения.
Электрохимическая ячейка 8 имеет корпус 16, который состоит из двух частей. В первой части расположены рабочий 11 и вспомогательный 12 электроды, а во второй части расположен электрод сравнения 13. Первая часть корпуса 16 имеет диэлектрическую заливку 17, а вторая часть корпуса 16 заполнена наполнителем 18, обладающим электрической проводимостью.
Электрод сравнения 13, имеет корпус 19, заполненный насыщенным раствором КСl 20, в котором расположен стержень 21, покрытый нерастворимой в воде солью хлорида серебра.
Стабильность и точность измерения вольтамперных характеристик рабочего электрода достигается особыми типами электродов ячейки и их взаимным расположением друг относительно друга. Рабочий электрод 11, вспомогательный электрод 12 и электрод сравнения 13 жестко закреплены друг относительно друга в ячейке, что исключает ошибки, связанные с изменением расстояния электродов друг от друга.
Полукруглая нижняя поверхность 15 корпуса 16 электрохимической ячейки 8 изготовлена из пластика и выполнена с возможностью плотного сопряжения с наружной поверхностью напорного трубопровода 2.
На участке напорного трубопровода 2, на котором установлена электрохимическая ячейка 8, имеются сквозные отверстия, а на нижней поверхности 15 корпуса 16 электрохимической ячейки 8 имеются ответные сквозные отверстия.
Упомянутые выше сквозные отверстия предназначены для того, чтобы рабочий электрод 11, вспомогательный электрод 12 и электрод сравнения 13 могли контактировать с исследуемой текучей средой.
Сквозные отверстия, выполненные на части нижней поверхности 15, принадлежащей второй части корпуса 16 электрохимической ячейки 8 представляют собой капиллярные отверстия 14 в количестве 8 штук, диаметром 0,7 мм.
Рабочий электрод 11 имеет изолированный провод 22, вспомогательный электрод имеет изолированный провод 23, а электрод сравнения 13 имеет изолированный провод 24. Изолированные провода 22 и 23 выведены через внутреннюю полость первой части корпуса 16.
К соответствующим трем гнездам потенциостата 9 подключены с помощью клемм изолированные провода 22, 23 и 24. Рабочие параметры потенциостата 9 задаются компьютером 10.
Установка для исследования электрохимических процессов работает следующим образом.
Открывают запорно-регулирующие устройства 4, включают насосы 3 и нагреватель 1 исследуемой текучей среды. Исследуемая текучая среда с заданной концентрацией солей из нагревателя 1 исследуемой текучей среды засасывается через всасывающие трубопроводы 5 насосами 3, движется по напорному трубопроводу 2 и достигает участка напорного трубопровода 2, где установлены датчики 7 скорости потока, с которых информация поступает на индикатор 6 скорости потока. Далее исследуемая текучая среда проходит через отрезок напорного трубопровода 2, на котором установлено устройство для измерения электрохимических параметров исследуемой текучей среды, минуя которое исследуемая текучая среда продолжает движение по напорному трубопроводу и поступает в нагреватель 1 исследуемой текучей среды. Таким образом, происходит циркуляция исследуемой текучей среды по замкнутому циклу.
При выполнении устройства для измерения электрохимических параметров исследуемой текучей среды в виде электрохимической ячейки 8, свойства рабочего электрода 11 исследуют путем перемещения электрохимической ячейки 8 в те условия, в которых находится металлическое сооружение в морских условиях. Для этого электрохимическую ячейку 8 закрепляют на напорном трубопроводе 2 и измеряют вольтамперные характеристики рабочего электрода 11. Потенциал рабочего электрода 11 регулируется по отношению к электроду сравнения 13 с помощью вспомогательного электрода 12. Омическая составляющая измеряемого потенциала рабочего электрода 11 нивелируется в современных потенциостатах IR-компенсацией омического скачка потенциала. Поэтому расстояние от капиллярных отверстий 14 до рабочего электрода 11 непринципиально. После окончания цикла исследований электрохимическую ячейку 8 снимают, электрод 11 осушают, зачищают наждачной бумагой, промывают дистиллированной водой, обезжиривают и ячейка снова готова к следующему циклу исследований.
При выполнении устройства для измерения электрохимических параметров исследуемой текучей среды в виде трехэлектродного датчика коррозии его закрепляют на напорном трубопроводе 2, при этом коррозиметр, подключенный к датчику, непосредственно фиксирует скорость коррозии стали в исследуемой текучей среде.
В процессе исследований в нагревателе 1 исследуемой текучей среды посредством регулятора температуры изменяют температуру исследуемой текучей среды, а посредством запорно-регулирующих устройств изменяют скорость потока текучей среды.
По окончании одного цикла исследований выключают насос и нагреватель 1 исследуемой текучей среды, после чего удаляют из установки для исследования электрохимических процессов текучую среду, исследуемую в этом цикле.
Для нескольких циклов исследований электрохимических процессов приготавливают несколько растворов, имеющих разное солесодержание, путем варьирования концентраций основных компонентов, одним из которых обязательно является NaCl. Каждый из упомянутых выше растворов используется в одном из циклов в качестве исследуемой текучей среды, при этом в каждом цикле исследований в системе циркуляции исследуемой текучей среды меняют раствор на другой, имеющий необходимую для исследования концентрацию.
При изменении скорости потока, температуры и солесодержания электролита происходит изменение электрохимических характеристик рабочего электрода 11. Изменяется механизм протекания электрохимических процессов на границе раздела сред: рабочий электрод/текучая среда. Соответственно изменяются величины скорости коррозии, исходя из которых определяют необходимое значение защитных плотностей тока и потенциала для данной совокупности параметров исследуемой текучей среды.
Установка обеспечивает возможность моделирования различных скоростей течения текучей среды, имеющей различный химический состав и температуру, а также дальнейшее получение данных о необходимом защитном потенциале металлических сооружений.
Кроме того, установка имеет следующие достоинства:
- возможность применения различных видов датчиков;
- возможность контроля работоспособности датчиков скорости коррозии.
1. Установка для исследования электрохимических процессов, содержащая устройство для измерения электрохимических параметров исследуемой текучей среды и, по крайней мере, один насос с всасывающим и напорным трубопроводами, отличающаяся тем, что она содержит нагреватель исследуемой текучей среды, соединенный с всасывающим и напорным трубопроводами насоса, при этом напорный трубопровод насоса снабжен, по крайней мере, одним запорно-регулирующим устройством, и, кроме того, на напорный трубопровод установлены датчик скорости потока исследуемой текучей среды и устройство для измерения электрохимических параметров исследуемой текучей среды.
2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что устройство для измерения электрохимических параметров исследуемой текучей среды выполнено в виде электрохимической ячейки.
3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что устройство для измерения электрохимических параметров исследуемой текучей среды выполнено в виде датчика коррозии.
4. Установка по п.2, отличающаяся тем, что ячейка имеет корпус, состоящий из двух частей, причем в первой части корпуса электрохимической ячейки, имеющей диэлектрическую заливку, расположены рабочий и вспомогательный электроды, а во второй части корпуса электрохимической ячейки, заполненной наполнителем, обладающим электрической проводимостью, расположен хлорсеребряный электрод сравнения.
5. Установка по п.4, отличающаяся тем, что на участке напорного трубопровода, на котором установлена электрохимическая ячейка, имеются сквозные отверстия, при этом на нижней поверхности корпуса электрохимической ячейки имеются ответные сквозные отверстия.
6. Установка по п.5, отличающаяся тем, что сквозные отверстия, выполненные на части нижней поверхности, принадлежащей второй части корпуса электрохимической ячейки, представляют собой капиллярные отверстия.
