Установка для определения скорости коррозии материалов в расплавленных солях

Авторы патента:

Зайков Юрий Павлович (RU)

Дедюхин Александр Евгеньевич (RU)

Карфидов Эдуард Алексеевич (RU)

Никитина Евгения Валерьевна (RU)

Ерженков Максим Владиславович (RU)

Борисов Григорий Владиславович (RU)

G01N17/02 - электрохимические измерительные системы для измерения действия атмосферы, коррозии или степени защиты от коррозии (G01N 17/04 имеет преимущество)

Владельцы патента RU 2758772:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской академии наук (ИВТЭ УрО РАН) (RU)

Изобретение относится к устройствам для исследования коррозионной стойкости конструкционных материалов высокотемпературных устройств, преимущественно реакторов для работы с расплавами галогенидов щелочных металлов, применяемых в пирохимической и пирометаллургической переработке отработавшего ядерного топлива. Установка для определения скорости коррозии материалов в расплавленных солях содержит опорную платформу, контейнеры под нагреваемые тигли с образцами исследуемого материала, отличающаяся тем, что содержит три не связанные друг с другом металлические трубы, каждая из которых с одного конца герметично соединяется со съемной теплоотражающей крышкой, а с другого – с контейнером под нагреваемые тигли, выполненным в форме стакана, на опорной платформе смонтированы резьбовые шпили, на которые вертикально в несколько ярусов навинчены поперечные диски из теплоотражающего материала с тремя отверстиями для прохождения через них металлических труб. Техническим результатом является возможность одновременно осуществлять независимые друг от друга эксперименты в инертной среде, включая качественный и количественный анализ всех летучих продуктов, образовавшихся в ходе эксперимента, с минимизацией тепловых потерь. 6 ил.

Значительная химическая агрессивность расплавов галогенидов щелочных металлов требует подбора устойчивых материалов, разработки способов защиты от коррозии в расплавленных солях, детального изучения механизма разрушения материалов и их коррозионно-электрохимического поведения. Для проведения длительных коррозионных испытаний необходима безотказная установка для одновременного осуществления параллельных, то есть независимых друг от друга, экспериментов.

Для этих целей известна «Система для испытания физико-химических свойств расплавленной высокотемпературной соли» (CN109828083, опубл. 31.05.2019), которая принята в качестве прототипа заявленной установки.

Данная система представляет собой установку, которая содержит опорную платформу. По центру платформы, перпендикулярно к ней, установлен кронштейн. С противоположных поверхностей кронштейна с возможностью вертикального перемещения смонтированы открытые контейнеры с отверстиями для проведения измерений. В этих контейнерах рядом друг с другом размещены нагревательные печи, внутри которых находятся нагреваемые тигли с образцами исследуемого материала.

Вертикальное перемещение контейнеров с тиглями для образцов исследуемого материала обеспечивается приводом с подъемным двигателем и передаточным механизмом, включающим ходовой винт, скользящий блок и гладкую штангу. Ходовой винт установлен в качестве вала, который вращается электродвигателем. Два гладких стержня, закрепленных резьбовым соединением с площадками, являются несущей опорой. Печи с размещенными в них тиглями имеют водное или воздушное охлаждение.

Наличие в известной установке подъемного и передаточного механизма усложняет ее конструкцию. Громоздкость конструкции затрудняет ее использование внутри аппаратов с инертной атмосферой, таких как герметичные боксы. Работа установки рассчитывается на открытый контакт воздуха с расплавом, в то время как пирохимические технологии требуют инертной атмосферы. Кроме того, конструкция прототипа не предполагает использование теплоотражающих элементов, что влечет трудности в создании изотермических условий.

Верхние части тиглей в известной установке не изолированы, что препятствует проведению качественного и количественного анализа всех летучих продуктов, образовавшихся в ходе эксперимента. Тигли с образцами исследуемого материала нагревают в нескольких печах одновременно, в то время как средства по предотвращению тепловых потерь в конструкции установки не предусмотрены.

Задача изобретения заключается в создании установки для определения скорости коррозии материалов в расплавленных солях, позволяющей одновременно осуществлять независимые друг от друга эксперименты в инертной среде, включая качественный и количественный анализ всех летучих продуктов, образовавшихся в ходе эксперимента, с минимизацией тепловых потерь.

Нами предложена установка для определения скорости коррозии материалов в расплавленных солях, которая, как и прототип, содержит опорную платформу и контейнеры под нагреваемые тигли с образцами исследуемого материала. Новая установка отличается тем, что содержит три, не связанные друг с другом металлические трубы, каждая из которых с одного конца герметично соединяется со съемной теплоотражающей крышкой, а с другого – с контейнером под нагреваемые тигли, выполненным в форме стакана, на опорной платформе смонтированы резьбовые шпили, на которые вертикально в несколько ярусов навинчены поперечные диски из теплоотражающего материала с тремя отверстиями для прохождения через них металлических труб.

Предложенная установка, содержащая не связанные друг с другом металлические трубы, обеспечивает физическое разделение рабочих зон, что является необходимым в условиях работы с расплавами галогенидов щелочных металлов, применяемых в пирохимической и пирометаллургической переработке отработавшего топлива. Исследователи имеют возможность проводить одновременно три параллельных независимых друг от друга эксперимента. Установка не содержит подъемных и передаточных механизмов, что упрощает ее конструкцию и позволяет использовать ее внутри аппаратов с инертной атмосферой, таких как герметичные боксы. Металлические трубы, изолированные крышкой, создают возможность проведения качественного и количественного анализа всех летучих продуктов, образовавшихся в ходе эксперимента, что расширяет технологические возможности установки. Установленные на верхних краях труб крышки с теплоотражающими экранами позволяют предотвращать тепловые потери.

Новый технический результат, достигаемый заявленным изобретением, заключается в упрощении конструкции установки при расширении ее технологических возможностей.

Изобретение иллюстрируется следующими рисунками: на фиг. 1 изображен общий изометрический вид установки; фиг. 2 – схематичное изображение труб, контейнеров под тигли и крышек; фиг. 3 – схематичное изображение стыка трубы и контейнера под тигли; фиг. 4. – увеличенное изображение стыка трубы и контейнера под тигли; фиг. 5 – изображение одного поперечного теплоотражающего диска в профильной проекции; фиг. 6 – варианты крышек для изоляции металлических труб от атмосферы.

Установка для определения скорости коррозии материалов в расплавленных солях содержит опорную платформу 1, на которой смонтированы резьбовые шпили 2, на шпилях вертикально в «столб» в нижний ярус 3 и в верхний ярус 4 навинчены поперечные диски 5 из нержавеющей стали с отверстиями 6 для прохождения через них трех, не связанных друг с другом металлических труб 7,8,9. Каждая из труб 7,8,9 с одного конца герметично соединяется с теплоотражающей крышкой 10, а с другого – с контейнером 11 под нагреваемые тигли, выполненным в форме стакана.

Крышки 10 конструктивно выполнены как фторопластовая форма, на которой закреплены теплоотражающие экраны из нержавеющей стали. Крышки для двух труб выполнены с одним отверстием для прохождения пробоотборника, в то время как крышка для третьей трубы выполнена с двумя отверстиями разных диаметров: отверстие меньшего диаметра служит для установки пробоотборника, а отверстие большего диаметра предназначено для установки термопары в виде разнородной проволоки, проходящей через керамическую двухканальную соломку (не показаны). Для удобства захвата крышек кистью руки при процедуре отбора проб все три трубы выполнены с различной высотой.

Герметичная стыковка труб с соответствующими контейнерами под тигли выполнена по принципу пазового соединения.

Жесткость крепления поперечных дисков на резьбовых шпилях обеспечивается затяжкой металлическими втулками (не показаны).

Экспериментальную проверку заявленной установки проводили в рамках эксперимента по изучению процесса коррозии металлических материалов, характеристик процесса коррозионного электрохимического взаимодействия в системе «сплав – расплав солей галогенидов щелочных металлов», содержащий добавки трихлоридов f-элементов.

Работа с установкой осуществлялась одним исполнителем без ассистента. Для проведения эксперимента образцы исследуемого материала загружают в тигли, которые в контейнерах 11 размещают на платформе 1. Через отверстия 6 в контейнеры 11 вставляют металлические трубы, свободный конец которых изолируют от атмосферы съемными крышками 10. В отверстия этих крышек вставляют пробоотборники и термопару.

Подготовленную установку помещают в реторту, которая находится в вертикальной шахтной печи сопротивления. Во время проведения эксперимента процедура отбора проб производится путем опускания и поднимания пробоотборников по высоте трубы. После извлечения пробы все крышки легко вынимаются для замены пробоотборников.

Таким образом, заявленная установка упрощенной конструкции позволяет изучать изотермические коррозионные процессы в расплавленных солях с минимизацией тепловых потерь, осуществляя в инертной среде параллельные независимые друг от друга эксперименты, позволяя проводить качественный и количественный анализ всех летучих продуктов, образовавшихся в ходе эксперимента.

Установка для определения скорости коррозии материалов в расплавленных солях, содержащая опорную платформу, контейнеры под нагреваемые тигли с образцами исследуемого материала, отличающаяся тем, что содержит три не связанные друг с другом металлические трубы, каждая из которых с одного конца герметично соединяется со съемной теплоотражающей крышкой, а с другого – с контейнером под нагреваемые тигли, выполненным в форме стакана, на опорной платформе смонтированы резьбовые шпили, на которые вертикально в несколько ярусов навинчены поперечные диски из теплоотражающего материала с тремя отверстиями для прохождения через них металлических труб.

Изобретение относится к обеспечению промышленной безопасности опасных производственных объектов и предназначено для работы в составе системы катодной защиты для выявления факта электрохимической коррозии металла подземных сооружений. Техническим результатом изобретения является обеспечение поддержания стабильного электродного потенциала электрода сравнения.

Многоканальный датчик коррозии и эрозии, реализующий метод электрического сопротивления // 2744351

Изобретение относится к неразрушающему контролю объектов нефтегазовой сферы и может быть использовано для измерения параметров процессов коррозии и эрозии металлов в промысловых средах с целью диагностики состояния технологического оборудования и трубопроводов. Техническим результатом изобретения является реализация мониторинга коррозионно-эрозионной активности транспортируемых многофазных промысловых сред по всему сечению трубопровода посредством одного устройства.

Система детектирования "ручейковой" коррозии // 2744349

Изобретение относится к неразрушающему контролю объектов нефтегазовой сферы и может быть использовано для измерения параметров процессов коррозии в трубопроводах, транспортирующих промысловые среды. Система детектирования «ручейковой» коррозии включает установленные в трубопроводе в непосредственной близости друг от друга датчики скорости коррозии, реализующие метод электрического сопротивления и метод сопротивления линейной поляризации, причем первый измерительный зонд датчика скорости коррозии, реализующего метод электрического сопротивления, установлен в центральной части трубопровода, а второй измерительный зонд датчика скорости коррозии, реализующего метод электрического сопротивления, и измерительный зонд датчика скорости коррозии, реализующего метод сопротивления линейной поляризации, установлены заподлицо с нижней образующей трубопровода, при этом измерительный зонд датчика скорости коррозии, реализующего метод сопротивления линейной поляризации, соединен с измерительным преобразователем датчика скорости коррозии, реализующим метод сопротивления линейной поляризации, а также обеспечивающим реализацию функции оценки минерализации среды, при этом в нее дополнительно введен процессор, выполненный с возможностью передачи данных в компьютерную сеть, а датчик скорости коррозии, реализующий метод электрического сопротивления, выполнен многоканальным и содержит несколько дополнительных измерительных зондов, установленных заподлицо с нижней образующей трубопровода, соединенных своими выходами с многоканальным измерительным преобразователем датчика, датчики скорости коррозии через свои измерительные преобразователи имеют постоянную связь с процессором посредством резидентных интерфейсов.

Способ и устройство обнаружения участков перезащиты металла трубопровода // 2743885

Изобретение относится к области электрохимической защиты от коррозии и предназначено для работы в составе системы катодной защиты для выявления участков перезащиты металла подземных сооружений, например трубопроводов. Технический результат заключается в обеспечении безопасного оперативного обнаружения участков перезащиты металла.

Способ и устройство обнаружения электрохимического осаждения // 2743884

Изобретение относится к области электрохимической защиты подземных сооружений от коррозии и предназначено для работы в составе системы катодной защиты для выявления факта коррозии металла, например, трубопроводов. Способ обнаружения электрохимического осаждения меди включает периодическое измерение естественного потенциала между выносным электродом и медносульфатным электродом сравнения ΔU1i, при этом дополнительно, с аналогичным периодом измерения естественного потенциала между выносным электродом и медносульфатным электродом сравнения ΔU1i измеряют естественный потенциал между медным электродом и медносульфатным электродом сравнения ΔU2i, вычисляют разность полученных значений ΔU1i и ΔU2i, сравнивают полученную разность с разностью предыдущих вычислений ΔU1i-1 и ΔU2i-1 и при ΔU1i - ΔU2i → 0 оповещают о начале электрохимического осаждения меди на выносном электроде.

Способ оценки стойкости трубопроводных сталей к "канавочной" коррозии // 2730102

Изобретение относится к области защиты от коррозии промысловых нефтепроводов и может быть использовано для оценки стойкости трубопроводных сталей к "канавочной" ("ручейковой") коррозии. Сущность: осуществляют изготовление пластины из анализируемой стали, ее изгиб до необходимой стрелы прогиба, термостатирование в агрессивной среде, осмотр после испытаний, оценку стойкости к коррозии.

Устройство для изучения коррозионно-усталостного разрушения металлов и сплавов в ходе механических испытаний в жидком электролите // 2725108

Изобретение относится к способу механических испытаний металлических материалов, а именно к созданию устройства, позволяющего циклически деформировать изгибом образцы металлических материалов, погруженных в электролит, с одновременным непрерывным измерением электродного потенциала образца. Устройство состоит из емкости для электролита, располагающейся на телескопическом столике с обеспечением возможности регулировки уровня жидкости относительно верхней и нижней рычажных баз, закрепленной на несущей раме верхней рычажной базы с цилиндрической перекладиной с обеспечением возможности вращения вдоль своей оси и закрепления верхнего конца образца, последовательно соединенных сервопривода, диска и рычага, подвижной и стабилизированной модулями линейного перемещения в вертикальном направлении нижней рычажной базы с цилиндрической перекладиной, с обеспечением возможности вращения вдоль своей оси и закрепления нижнего конца образца в электролите, при использовании образца в качестве рабочего электрода, параллельно подключаемого со стандартным электродом сравнения к электронному импульсному потенциостату.

Измеритель локальной коррозии промысловых нефтегазопроводов // 2720035

Изобретение относится к области обеспечения безаварийной работы промысловых трубопроводов и может быть использовано в системах коррозионного мониторинга их состояния. Измеритель локальной коррозии промысловых нефтегазопроводов, содержащий матрицу из двух или более электродов, изготовленных из того же материала, что и трубопровод, и подверженных тем же условиям коррозии, средство для измерения тока связи между двумя или более электродами матрицы, средство для измерения шума электрохимического тока, возникающего в матрице электродов, согласно изобретению дополнительно содержит зонд датчика скорости коррозии, реализующего метод электрического сопротивления, измерительный преобразователь датчика скорости коррозии, реализующего метод электрического сопротивления, которые совместно с ранее указанными средствами образуют канал измерения, процессор, входы которого подключены к соответствующим выходам средства для измерения тока связи, средства для измерения шума электрохимического тока и выходу измерительного преобразователя датчика скорости коррозии, реализующего метод электрического сопротивления.

Устройство для контроля неравномерной коррозии внутренней поверхности трубопроводов // 2715474

Изобретение относится к контролю неравномерной коррозии внутренней поверхности трубопроводов и может быть использовано в системах диагностики и защиты трубопроводов и оборудования от внутренней коррозии. Заявлено устройство для контроля неравномерной коррозии внутренней поверхности трубопроводов, которое содержит датчик 1, источник опорного тока 2, блок переключателей 3, аналого-цифровой преобразователь 4 и процессор 5.

Устройство измерения защитного потенциала подводного объекта // 2714850

Изобретение относится к области электрохимической защиты и используется для определения потенциала электрохимической защиты на участках протяженного подводного трубопровода. Технический результат: снижение трудоемкости обслуживания устройства.

Способ определения скорости и типа коррозии // 2761382

Изобретение относится к способам определения скорости коррозии в автоматизированных системах коррозионного мониторинга. Способ определения скорости и типа коррозии заключается в том, что на внутренней поверхности образца-свидетеля, изготовленного в виде металлической пластины с внешней и внутренней противоположными параллельными поверхностями, размещают совмещенный пьезоэлектрический преобразователь, акустический излучатель и акустический приемник, внешнюю поверхность образца-свидетеля помещают в среду, вызывающую ее коррозию, а внутреннюю поверхность образца-свидетеля закрывают защитным кожухом, предотвращающим контакт со средой, на вход/выход совмещенного пьезоэлектрического преобразователя подают излучающий сигнал нормального зондирования в виде электрического импульса, который возбуждает в образце-свидетеле импульс ультразвуковой продольной акустической волны зондирующего сигнала нормального зондирования, и определяют значение текущей толщины образца-свидетеля при нормальном зондировании, на вход акустического излучателя подают излучающий сигнал наклонного зондирования в виде электрического импульса, по разнице моментов времени подачи на вход акустического излучателя излучающего сигнала наклонного зондирования и фиксации на выходе акустического приемника отраженного донного сигнала наклонного зондирования определяют значение текущей толщины образца-свидетеля для наклонного зондирования, на основе сопоставления значений текущей толщины образца-свидетеля, определенной для нормального зондирования, и толщины образца-свидетеля для нормального зондирования вычисляют скорость коррозии, протекающей на внешней поверхности металлической пластины образца-свидетеля, на основе сопоставления значения текущей толщины образца-свидетеля для нормального зондирования и текущей толщины образца-свидетеля для наклонного зондирования судят о типе коррозии, протекающей на внешней поверхности металлической пластины образца-свидетеля, при этом место расположения на внутренней поверхности образца-свидетеля совмещенного пьезоэлектрического преобразователя, материал излучающей и принимающей призм, углы наклонных граней и их место расположения на внутренней поверхности образца-свидетеля выбирают такими, чтобы область рассеяния совпадала с областью зондирования на внешней поверхности образца-свидетеля, при этом акустический излучатель может возбуждать в образце-свидетеле зондирующий сигнал, а акустический приемник принимать из материала образца-свидетеля донный сигнал как в виде импульсов ультразвуковой поперечной, так и продольной акустической волны. Техническим результатом является уменьшение нагрузки на устройство катодной защиты и повышение точности оценки скорости и типа коррозии. 1 ил.