專利名稱：深海熱液區(qū)附近熱腐蝕模擬裝置的制作方法
深海熱液區(qū)Pfffi熱腐蝕模擬^g
絲領域
本發(fā)明涉及一種用于模擬深海熱液區(qū)環(huán)境的裝置，即深海熱液區(qū)陽近熱腐蝕t對蝶置。
背景駄
海底熱液^是人類認i母也球內部的窗口，其產(chǎn)物之^~~iM^化物，富含銅、鉛、鋅、金、銀等多金屬元素，是極具開發(fā)遠景的潛在資源。熱衝輸區(qū)生物群落的奇異生命表現(xiàn)，改變了傳統(tǒng)的極端環(huán)境下無生命存在的認識，豐富了海洋生物基因庫，在
:oik、醫(yī)藥、環(huán)^^M域有廣泛的應用前景。對海底熱液區(qū)的研究是二十一膨己人幾索自然最有希望獲得新發(fā)現(xiàn)的領^一。 i!31研究海底熱液^J會嫩更好地了解i"W內部的特tK其,過程，可以更透徹地働牟生命的本質及其與熱液活動的關系，同時可以《腿各圈層相互作用的研究，有助于地球系統(tǒng)科學的深入發(fā)展。因此，加強海底熱液翻調查研究，無疑也^iSit海洋高新技術的發(fā)展。
海底熱液區(qū)富含H2S,H2，CH4等氣體^M硫化物，且，在35(TC左右，與周圍海ZK存在較大的驢梯度。因而，對該區(qū)域的探測繊測材l驅出了更為苛亥啲要求。因此，十分有必^^討幾種材料在深^^液區(qū)的腐蝕瞎況，以便于尋^S用于深^M區(qū)
探測的材料。材料在該區(qū)域熱腐蝕瞎況的研究， 一方面^a行實地腐蝕研究；另一方面
魏熱液區(qū)進行室內模擬后的腐蝕分析和研究。海洋實地腐蝕研究費用昂貴，耗時較多， 獲得周期較長。與此相比，室內模擬腐蝕環(huán)^S行腐蝕研究不但可以相對經(jīng)濟地加深人們對熱液區(qū)的働早，還能較準確iM不同探測材料進行熱腐蝕研究，較方便地獲得^^[曲線等實驗 。隨著我國海洋禾ffi的深入，，設計開發(fā)深海熱液區(qū)附近熱腐蝕模JKS是非常必要的。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于掛共模擬深^^液區(qū)附近高溫^w腐蝕氣,在的環(huán)境狀況，以
用于研究探測材料在海底熱液區(qū)的腐蝕情況的深WV液區(qū)Pf皿熱腐蝕^^g。
3本發(fā)明采用了混合氣體罐等向海水槽中噴射氣體的方式來模擬海底熱液區(qū)有腐蝕性氣條在的環(huán)場此外，還考慮了熱液體系中鵬的不均勻性，采用了可對海水加熱和水面徵水的方式來形鵬水中的離梯度；而且發(fā)明中的樣品臺、試樣臺、尾氣回收，還可以和質量測量裝置、氣相色譜儀和電化學工作站相連，對腐蝕反應室中的樣品進摘態(tài)監(jiān)測。
本發(fā)明的技術方案包括可連接野外采樣器的mih閥、壓力控制驢與^^控制的加熱保溫裝置、質量測 §和相應的可同時進行 采集和分析的計#^，制裝置，
期寺征^S包括混^體罐相連接的腐tte應室、熱液區(qū)腐1:tei^和尾氣回收，，與腐蝕反應室相連的三通閥的另外兩個端口分別通過每一個氣閥與尾氣回收裝置和噴嘴相連，該噴嘴從海水槽底部中心穿過向其中的海水噴射氣體，海水槽中有無底圓筒形的熱液區(qū)腐蝕反應室，通過熱液區(qū)腐蝕反應室的上表面的一個孔連接尾氣回收裝置，另一孔插有熱電偶，該熱液區(qū)腐蝕反應室的上表面還有沿直徑方向等距離設置的三個滑輪，這三個滑輪與海水槽邊緣的一個滑輪與固定塊組成用于熱液區(qū)腐蝕反應室進行升降的裝置。
本發(fā)明結構合理，實用性強，可對海底熱液區(qū)高溫和腐蝕氣體的環(huán)境進行模擬，實現(xiàn)對材料進行常規(guī)煙氣腐蝕及熱液腐蝕研究，而且實現(xiàn)了對腐蝕中的試樣材料進行動態(tài)監(jiān)測。


圖l為本發(fā)明的總體結構示意圖。
圖2為本發(fā)明的腐蝕反應室結構示意圖。
圖3為本發(fā)明的熱液區(qū)腐蝕反應室結構示意圖。
其中l(wèi)截止閥；2混合氣體罐；3氣體流量計；4數(shù)字顯示氣壓表；5腐蝕反應室；6數(shù)字顯示氣壓計；7熱電偶；8三通閥；9氣閥；10尾氣回收裝置；ll氣閥；12加熱保溫裝置；13熱電偶；14噴嘴；15熱液區(qū)腐蝕反應室；16海水槽；17進水閥；18固定塊；19滑輪；20熱電偶；21排水閥；22數(shù)字顯示氣壓表；23氣閥；24尾氣回收裝置；25石英管；26通氣管；27密封環(huán)；28樣品臺；29加熱保溫裝置；30試樣臺；31腔體；32加熱保溫裝置。
具體實施例方式
如圖1，本發(fā)明包括可連接野外采樣器的截止閥l、壓力控制^g與^it控制的力口熱?！綔匮b置、質量測 §和相應的可同時進行 采集和分析的計穀/1^制裝置，其
特征是它還包括混仏體罐2相連接的腐蝕反應室5、熱液區(qū)腐蝕反應室15和尾氣回收體io、 24，其中混仏體罐2 ilil氣f稱究4i十3與鵬的通氣管26相連，通氣管26的一端與iUh閥1相連，另一端貌數(shù)字顯示壓力表4，并ffl31密封環(huán)27與腐販隨5相連，與腐t販應室5相魏的另外一^1密封環(huán)27與Hil閥8相連，且密封環(huán)上^m字顯示，計6和熱電偶7， i^H通閥8的另外兩個端口的一端M氣閥9并與尾氣回收裝置10相連，另一端^W氣闊11并與噴觜14相連，在連接氣閥11和噴嘴14的管道的中部^^有加^Vf呆溫體12，加熱保溫驢12上i體有熱電偶13，該噴嘴14從海水槽16底部中心穿過，海水槽16中有無底圓筒形的熱液區(qū)腐蝕反應室15，熱液區(qū)腐蝕反應室15通過上表面的孔與尾氣回收裝置24相通，在熱液區(qū)腐蝕反應室15的上表面的孔還設置有熱電偶20，在連接熱液區(qū)腐蝕反應室15與尾氣回收裝置24的管道上設有氣閥23和數(shù)字顯示壓力表22。
如圖3，上述熱液區(qū)腐蝕反應室15包括一個石英質的無底圓筒腔體31、包裹在腔體31外的加熱保溫裝置32及吊掛于腔體31頂端中部的試樣臺30。
上述熱液區(qū)腐蝕反應室15的上表面還有沿直徑等距離設置的三個滑輪19，這三個滑輪與海水槽邊緣的一個滑輪19和固定塊18組成用于液區(qū)腐蝕反應室15進行升降的裝置，以便根據(jù)需要升降熱液區(qū)腐蝕反應室15。
上述海水槽16—側的上部設有進水閥17，另一側的下部設有排水閥21，噴嘴14頂端的噴口距海水槽16底部面約50mm，熱液區(qū)腐蝕反應室15通過頂端的孔洞與尾氣回收裝置24相通。
如圖2，上述腐蝕反應室5包括一個石英管25、石英管25兩端與通氣管26相連的密封環(huán)27及包裹在石英管25外側的加熱保溫裝置29。在石英管25 —端的密封環(huán)27上設置有數(shù)字顯示氣壓計6和熱電偶7，腐蝕反應室5內有樣品臺28。
對材料進行氣體腐蝕測試時，首先將氣閥ll關閉，把氣閥9打開，再將待測樣品放置在腐蝕反應室5中的樣品臺28上。根據(jù)研究需要進行配置的腐蝕氣體從
5混合氣體罐2中放出，流經(jīng)氣體流量計3，數(shù)字顯示氣壓表4流入腐蝕反應室5 中。數(shù)字顯示壓力計6和熱電偶7可測量腐蝕反應室5內氣體的溫度和壓力，通 過己有壓力控制^S和加熱保溫裝置29以其程序控制系統(tǒng)對腐蝕反應室5內氣體 的溫度和壓力進行設置和調整。腐蝕反應室5內的樣品臺28設置的有程序控制的 電子天平作為質量測量^g，可對腐蝕過程中樣品的質量變化進行動態(tài)監(jiān)測。與樣 品發(fā)生腐蝕反應的氣體流過三通閥8和氣閥9進入尾氣回收裝置10中。尾氣回收 裝置IO可以和氣相色譜儀相連接，對反應后的氣體進行檢測。
對材料進行海底熱液區(qū)附近的腐蝕檢測時，通過滑輪19將熱液區(qū)腐蝕反應室 15吊起，將待測樣品放入試樣臺30中，再將熱液區(qū)腐蝕反應室15放下，使其底 部距海水槽16內側底部20mm左右。此時，將氣閥9關閉，將氣體流量計3、氣 閥ll、噴嘴14打開，根據(jù)需要配制的腐蝕氣體從混合氣體罐2中流出，經(jīng)氣體流 量計3，數(shù)字顯示氣壓表4，腐蝕反應室5，三通閥8，氣閥ll，噴嘴14噴射入熱 液區(qū)腐蝕反應室15中。然后關閉排水閥21，打開進水閥17，將海水放入海水槽 16中，將熱液區(qū)腐蝕反應室15淹沒。通過腐蝕反應室5可對腐蝕氣體進行預加 熱，通過加熱保溫裝置12可對腐蝕氣體進行二次加熱，通過熱電偶13可測量二 次加熱的腐蝕氣體的溫度。通過兩次加熱，使腐蝕氣體以實驗所需的溫度射入熱 液區(qū)腐蝕反應室15內。與試樣發(fā)生腐蝕反應的氣體，流經(jīng)數(shù)字顯示氣壓表22和 氣閥23進入尾氣回收裝置24中。數(shù)字顯示氣壓表22可以測量腐蝕氣體的氣壓， 從而可通過氣體流量計3對氣體流量進行調節(jié)。在對材料進行腐蝕檢測過程中， 熱液區(qū)腐蝕反應室15可對海水進行加熱，同時在海水槽16中放入冰塊，這樣可 以對海底熱液區(qū)附近的溫度梯度進行模擬。尾氣回收裝置24可以和氣相色譜儀相 連接，對與材料發(fā)生腐蝕反應的氣體進行檢測。熱液區(qū)腐蝕反應室15內的試樣臺 可與電化學工作站的接口相連，對腐蝕的樣品進行電化學監(jiān)測，同樣，該試樣臺 30上也裝有電子天平作為質量測4^置，對腐蝕過程中樣品的質量變化進行動態(tài) 監(jiān)測。當海水淹沒加熱液區(qū)腐蝕反應室15后，還可將進水閥17和排水閥21同時 打開，這樣可以進行動態(tài)海水模擬。本發(fā)明的特點是集常規(guī)煙，蝕t鄉(xiāng)和深海關滅 區(qū)P(皿熱腐蝕模擬^t腐蝕樣品的動態(tài)監(jiān)測于一體。
權利要求
1. 一種深海熱液區(qū)附近熱腐蝕模擬裝置，包括可連接野外采樣器的截止閥(1)、壓力控制裝置與溫度控制的加熱保溫裝置、質量測量裝置和相應的可同時進行數(shù)據(jù)采集和分析的計算機控制裝置，其特征是它還包括混合氣體罐(2)以通氣管(26)以管道或通氣管(26)相連的腐蝕反應室(5)、熱液區(qū)腐蝕反應室(15)和尾氣回收裝置(10、24)，其中混合氣體罐(2)通過氣體流量計(3)與通氣管(26)相連，通氣管(26)的一端與截止閥(1)相連，另一端接有數(shù)字顯示壓力表(4)，并通過密封環(huán)(27)與腐蝕反應室(5)相連，腐蝕反應室(5)的另一端通過密封環(huán)(27)與三通閥(8)相連，且密封環(huán)(27)上裝有數(shù)字顯示氣壓計(6)和熱電偶(7)，三通閥(8)的另外兩個端口一端接有氣閥(9)并與尾氣回收裝置(10)相連，另一端接有氣閥(11)并與噴嘴(14)相連，在連接氣閥(11)和噴嘴(14)的管道的中部包裹有加熱保溫裝置(12)，加熱保溫裝置(12)上設置有熱電偶(13)，噴嘴(14)從海水槽(16)底部中心穿過，海水槽(16)中有無底圓筒形的熱液區(qū)腐蝕反應室(15)，熱液區(qū)腐蝕反應室(15)通過的上表面的孔與尾氣回收裝置(24)相通，在熱液區(qū)腐蝕反應室(15)的上表面的孔還設置有熱電偶(20)，在連接熱液區(qū)腐蝕反應室(15)與尾氣回收裝置(24)的管道上設有氣閥(23)和數(shù)字顯示壓力表(22)。
2. 如權利要求1所述的深海熱液區(qū)附近熱腐蝕模擬裝置，其特征是上述熱液 區(qū)腐蝕反應室(15)包括一個石英質的無底圓筒腔體(31)、包裹在腔體(31) 外的加熱保溫裝置(32)及吊掛于腔體(31)頂端中部的試樣臺(30)，以進行 深海熱液區(qū)域附近熱腐蝕的模擬。
3. 如權利要求1所述的深海熱液區(qū)附近熱腐蝕模擬裝置，其特征是上述熱液 區(qū)腐蝕反應室(15)上表面有沿直徑等距離設置的三個滑輪(19)，這三個滑輪(19)與海水槽(16)邊緣上的固定塊(18)和一個滑輪(19)組成用于熱液區(qū) 腐蝕反應室(15)升降的裝置。
4. 如權利要求1所述的深海熱液區(qū)附近熱腐蝕模擬裝置，其特征是上述腐蝕 反應室(5)包括一個石英管(25)、石英管(25)兩端與通氣管(26)相連的密 封環(huán)(27)及包裹在石英管(25)外側的加熱保溫裝置，在石英管(25) —端的 密封環(huán)(27)上設置有數(shù)字顯示氣壓計(6)和熱電偶(7)，腐蝕反應室(5)內 有樣品臺以進行煙氣高溫腐蝕模擬。
5. 如權利要求1所述的深海熱液區(qū)附近熱腐蝕模擬裝置，其特征是上述海水 槽(16)—側的上部設有進水閥(17)，另一側的下部設有排水閥(21)，噴嘴(14) 頂端的噴口距海水槽(16)底面50mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種深海熱液區(qū)附近熱腐蝕模擬裝置。包括截止閥、壓力控制裝置、加熱保溫裝置、質量測量裝置和相應的可同時進行數(shù)據(jù)采集和分析的計算機控制裝置，其特征是它還包括混合氣體罐、腐蝕反應室、熱液區(qū)腐蝕反應室和尾氣回收裝置，與腐蝕反應室相連的三通閥的另外兩個端口分別通過每一氣閥與尾氣回收裝置和噴嘴相連，該噴嘴從海水槽底部中心穿過向其中的海水噴射氣體，海水槽中有無底圓筒形的熱液區(qū)腐蝕反應室，并連通一個尾氣回收裝置，以及另一孔插有熱電偶。本發(fā)明結構合理，實用于對海底熱液區(qū)高溫和腐蝕氣體的環(huán)境模擬，實現(xiàn)對材料的煙氣腐蝕及熱液腐蝕研究，以及對腐蝕中的材料進行動態(tài)監(jiān)測，可為海洋材料的設計與開發(fā)提供研究依據(jù)。
文檔編號G01N17/00GK101477026SQ20091001387
公開日2009年7月8日 申請日期2009年1月16日 優(yōu)先權日2009年1月16日
發(fā)明者尹衍升, 張衛(wèi)珂, 董麗華 申請人:中國海洋大學