專利名稱：深海熱液區(qū)附近熱腐蝕模擬裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
深海熱液區(qū)P敝熱腐蝕模i!^g
駄領(lǐng)域
本實用新型涉及一種用于模擬深 液區(qū)環(huán)境的^8，即深皿液區(qū)Pf逝熱腐蝕模 Wg。
背景駄
海底熱液添力是人類認諷也球內(nèi)部的窗口，其產(chǎn)物之~~~^M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。熱衝赫區(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 Xik、醫(yī)藥、環(huán)^^^t廣泛的應用前景。對海底熱液區(qū)的研究是二"h"t^己人， 索自然最有希望獲得新發(fā)現(xiàn)的領(lǐng)^一。 M31研究海底熱液g育鄉(xiāng)更好地了解,內(nèi) 部的特f扱其^j過程，可以M徹i"W軍生命的本質(zhì)及其與熱液活動的關(guān)系，同時可 以鵬各圈層相互作用的研究，有助于i鵬系統(tǒng)科學的深入織。因此，加強海底熱液 繊周查研究，繊也榭腿海洋高新技術(shù)的鎌。
海底a^區(qū)富含H2S,H2,CH4等氣體M屬硫化物，且皿在35(TC左右，與周圍海 水雜默的、^t梯度。因而，對該區(qū)域的探測)^^測材茅權(quán)出了更為苛刻的要求。因 此，十分有必^^討幾種材料在深^^液區(qū)的腐蝕情況，以便于尋^tffi于深M^區(qū) 探測的材料。材茅站該區(qū)域熱腐蝕情況的研究， 一方面^i^f亍實地腐蝕研究；另一方面
魏熱液區(qū)進行室內(nèi)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(nèi)fM腐蝕環(huán)^4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iW，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 [5鵬曲線等實驗 0隨著我國海洋禾報的深入，，設計開發(fā)深Mr液區(qū)P(t^熱腐蝕 模JKS是非常必要的。 發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于提供模擬深海熱液區(qū)附近高溫并有腐蝕氣體存在的環(huán)境狀 況，以用于研究探測材料在海底熱液區(qū)的腐蝕瞎況的深^^液區(qū)時版熱腐嫩熟^g。本實用新型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)境；跳還考慮了熱液體系中鵬的不均勻性，翻了可對海水 加熱和水面徵水的方式來形鵬水中盼鵬梯度；而股明中的樣品臺、試樣臺、尾氣 回收 ^可以和質(zhì)量測 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，養(yǎng)力態(tài)監(jiān)測。
本實用新型的技術(shù)方案包括可連接野外采樣器的恥閥、壓力控制驢與離控 制的加熱保溫裝置、質(zhì)量測^§和相應的可同時進行 采集和分析的計嶽鵬制裝
置，欺寺征^as包括混仏體罐相連接的腐蝕反應室、熱液區(qū)腐 隨和尾氣回收裝
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。
本實用新型結(jié)構(gòu)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1為本實用新型的總體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本實用新型的腐蝕反應室結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本實用新型的熱液區(qū)腐蝕反應室結(jié)構(gòu)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。
具體實施方式

如圖1，本實用新型包括可,野外采樣器的截止閥l、壓力控制 與，控制
的加熱保溫裝置、質(zhì)量測fi^和相應的可同日寸進行繊采集和分析的計Ml^制裝 置，期寺征是它還包括混仏體罐2相連接的腐1:販應室5、熱液區(qū)腐t販隨15和尾 氣回收裝置10、 24，其中混^H體罐2通過氣M^量計3與觀通的通氣管26相連，通 氣管26的一端與截止閥1相連，另一^W數(shù)字顯示壓力表4，并i!31密封環(huán)27與腐 蝕反應室5相連，與腐蝕反隨5相M的另外一^ffl31密封環(huán)27與HS閥8相連，且 密封環(huán)J^f數(shù)字顯^t壓計6和熱電偶7，該Hil閥8的另外兩^^端口的一端SW氣 閥9并與尾氣回收體10相連，另一端SW氣閥11并與噴嘴14相連，在連接氣閥ll 和噴嘴14的t^的中部^^有加熱保溫SS 12，加熱保溫M 12上設置有熱電偶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(zhì)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(cè)的上部設有進水閥17，另一側(cè)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(cè)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(nèi)有樣品臺28。
對材料進行氣體腐蝕測試時，首先將氣閥ll關(guān)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(nèi)氣體的溫度和壓力，通 過己有壓力控制，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(nèi)氣體 的溫度和壓力進行設置和調(diào)整。腐蝕反應室5內(nèi)的樣品臺28設置的有程序控制的 電子天平作為質(zhì)量測 置，可對腐蝕過程中樣品的質(zhì)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10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(nèi)側(cè)底部20mm左右。此時，將氣閥9關(guān)閉，將氣體流量計3、氣 閥11、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(guān)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(nèi)。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(diào)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(nèi)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(zhì)量測M置，對腐蝕過程中樣品的質(zhì)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。本實用新型的特點是集常規(guī)煙，蝕模J財聰海 熱液區(qū)Pf^熱腐蝕模擬M腐蝕樣品的動態(tài)監(jiān)測t體。
權(quán)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(zhì)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(quán)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(zhì)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(quán)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(quán)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(cè)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(nèi) 有樣品臺以進行煙氣高溫腐蝕模擬。
5. 如權(quán)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(cè)的上部設有進水閥(17)，另一側(cè)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。
專利摘要本實用新型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(zhì)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。其結(jié)構(gòu)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G01N17/00GK201378140SQ20092001821
公開日2010年1月6日 申請日期2009年1月16日 優(yōu)先權(quán)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