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基本信息

項目名稱：
用于檢測鋼體損傷的氫滲透傳感器的關(guān)鍵技術(shù)研究
小類：
能源化工
簡介：
設(shè)計了一種雙電解質(zhì)氫滲透傳感器。雙電解質(zhì)是由膠狀電解質(zhì)和單流動性KOH電解質(zhì)組成.實驗結(jié)果表明：當(dāng)膠狀電解質(zhì)中聚合物的含量為50wt%，該電解質(zhì)具有最佳性能；在室溫下，所設(shè)計的傳感器具有良好的穩(wěn)定性、重復(fù)性。
詳細(xì)介紹：
設(shè)計了一種由膠狀電解質(zhì)和KOH溶液組成的雙電解質(zhì)電流型氫滲透傳感器，用它測定鋼體設(shè)備腐蝕所產(chǎn)生的氫原子的滲透速率，評估鋼體設(shè)備的氫腐蝕程度。雙電解質(zhì)是由膠狀電解質(zhì)和單流動性KOH電解質(zhì)組成，膠狀電解質(zhì)則由聚丙烯酸鈉（PAAS）、羧甲基纖維素（CMC）和0.2 mol?dm-3KOH溶液配制而成。實驗結(jié)果表明：當(dāng)膠狀電解質(zhì)中聚合物（PAAS和CMC組成的混合物）的含量為50wt%時，該電解質(zhì)具有適合的粘度和較高的導(dǎo)電性；分別用雙電解質(zhì)氫滲透傳感器和KOH溶液電解質(zhì)氫滲透傳感器來研究氫滲透性能，可測得一致的氫滲透曲線。在室溫下，所設(shè)計的氫滲透傳感器具有良好的穩(wěn)定性、重復(fù)性。

作品專業(yè)信息

撰寫目的和基本思路

撰寫的目的：許多重要的工業(yè)過程和工程結(jié)構(gòu)所用鋼體設(shè)備因為原子氫的滲入而發(fā)生氫損傷，并引發(fā)突發(fā)性惡性破壞事故，基于上述背景，故作此研究?；舅悸罚罕卷椖坎捎秒娀瘜W(xué)滲氫原理，設(shè)計一種雙電解質(zhì)氫滲透傳感器。利用氫滲透傳感器、電化學(xué)工作站、電腦等組成電化學(xué)滲氫測試系統(tǒng)，檢/監(jiān)測滲入鋼體中的原子氫的滲透速率，作為鋼體等金屬材料由于滲氫而導(dǎo)致的氫致裂開敏感性的基本判據(jù)，從而達(dá)到實時在線檢測的目的。

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨特之處

本文研究的是有關(guān)智能型原子氫探測技術(shù)，實時在線智能化的氫滲透傳感器是該領(lǐng)域國內(nèi)外前沿課題；氫滲透傳感器能實時在線檢測的滲氫電流、檢測/監(jiān)測鋼鐵等金屬物質(zhì)的氫腐蝕的速率及原子氫在鋼等金屬材料中的濃度分布以及氫致裂開的危險性通過電腦顯示氫的積集所發(fā)生腐蝕破壞的情況，達(dá)到實時在線評價和判斷氫致裂開危險性；氫滲透傳感器靈敏度高成本低，在國內(nèi)存在相當(dāng)大的市場, 此技術(shù)在石化和油氣等工業(yè)部門普遍需要。

應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義

氫滲透傳感器在國內(nèi)存在相當(dāng)大的需求市場, 這種技術(shù)在石化和油氣等工業(yè)部門普遍需要，對及時發(fā)現(xiàn)事故隱患，籍以優(yōu)化調(diào)控工況條件和工藝參數(shù), 避免因此而誘發(fā)的早期氫致裂紋和惡性破壞事故，避免產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)損失和嚴(yán)重的社會后果，有重要的技術(shù)以及經(jīng)濟(jì)意義。本技術(shù)被開發(fā)后, 能夠產(chǎn)生很顯著的社會?經(jīng)濟(jì)效益。

學(xué)術(shù)論文摘要

設(shè)計了一種由膠狀電解質(zhì)和KOH溶液組成的雙電解質(zhì)電流型氫滲透傳感器，用它測定鋼體設(shè)備腐蝕所產(chǎn)生的氫原子的滲透速率，評估鋼體設(shè)備的氫腐蝕程度。雙電解質(zhì)是由膠狀電解質(zhì)和單流動性KOH電解質(zhì)組成，膠狀電解質(zhì)則由聚丙烯酸鈉（PAAS）、羧甲基纖維素（CMC）和0.2 mol?dm-3KOH溶液配制而成。實驗結(jié)果表明：當(dāng)膠狀電解質(zhì)中聚合物（PAAS和CMC組成的混合物）的含量為50wt%時，該電解質(zhì)具有適合的粘度和較高的導(dǎo)電性；分別用雙電解質(zhì)氫滲透傳感器和KOH溶液電解質(zhì)氫滲透傳感器來研究氫滲透性能，可測得一致的氫滲透曲線。在室溫下，所設(shè)計的氫滲透傳感器具有良好的穩(wěn)定性、重復(fù)性。

獲獎情況

獲第九屆“挑戰(zhàn)杯”湖南省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽三等獎

鑒定結(jié)果

無

參考文獻(xiàn)

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同類課題研究水平概述

目前在工業(yè)上，有三類原場氫傳感檢測探針：壓力型、真空型和電化學(xué)型。（1）最簡單的是壓力型氫傳感器。隨著鋼壁的腐蝕，一部分氫由鋼管的內(nèi)壁向外壁滲透，最后在探頭的測壓器內(nèi)壁復(fù)合成氫分子，從而導(dǎo)致在鋼壁的外壁與測壓器的內(nèi)壁之間形成一個密封的空腔。為了讓操作能夠連續(xù)進(jìn)行，需要定期的釋放空腔中的壓力，這就是這類傳感器的一個缺陷。另外，對于所積累的氫是否能減少氫在動力學(xué)上的損失，目前仍然無法確定。（2）精密的真空型氫傳感器被開發(fā)出來旨在解決上述問題，然而復(fù)雜的硬件設(shè)備和高真空條件，在檢測過程中是不切實際的。（3）在各種各樣的氫傳感器中，電化學(xué)傳感器由于其獨特的優(yōu)點受到越來越多的關(guān)注。電化學(xué)氫傳感器有電壓型和電流型兩類，電壓型電化學(xué)氫傳感器有一個寬動態(tài)檢測范圍，但是它對信號的響應(yīng)呈對數(shù)關(guān)系，導(dǎo)致它的精準(zhǔn)度不高。而電流型氫傳感器對信號的響應(yīng)呈線性關(guān)系，因此它具有較高靈敏度。傳統(tǒng)的氫傳感器使用的都是堿性電解質(zhì)，這種裝置在設(shè)計上顯得很累贅，而且電解液很容易泄漏。后來這種裝置被改進(jìn)過，使用的是海綿凝膠電解質(zhì)，瓊脂凝膠電解質(zhì)，浸漬的牛皮紙或者高分子電解質(zhì)（SPE），但是高分子電解質(zhì)僅僅在高溫時才有高導(dǎo)電性;而膠狀電解質(zhì)由于水分的蒸發(fā)，很難保證傳感器的長期使用?；贒S電化學(xué)工作原理，余剛等設(shè)計了一種新型氫傳感器，用于檢測氫原子的滲透速率。它是一個源于DS陽極室的密封電化學(xué)池，一塊銀鈀合金薄膜被用作氫氧化的陽極活動窗口，金屬氧化物作為陰極材料，稀KOH溶液用作電解質(zhì)。使用該傳感器時，銀鈀合金薄膜緊貼設(shè)備壁表面，它們之間的縫隙用一層真空凝膠密封。這種電化學(xué)傳感器的結(jié)構(gòu)：Pd-Ag合金薄膜（氫原子）|堿性電解質(zhì)| 金屬氧化物，通過檢測閉合回路中的放電電流可以反映出原子氫的擴(kuò)散速率。但是在檢測過程中，為了不觸碰到傳感器的內(nèi)部，導(dǎo)致銀鈀合金不能被牢牢地粘到鋼壁的表面，以致氫從傳感器與鋼壁表面之間的縫隙泄露出去。因此，這種傳感器在使用前需要實驗校正。綜上所述，氫滲透傳感器的發(fā)展趨勢是：由壓力、高真空技術(shù)向燃料電池技術(shù)轉(zhuǎn)變；由單電解質(zhì)向多電解質(zhì)發(fā)展；由原場檢測離線式向?qū)崟r智能在線式轉(zhuǎn)型；倡導(dǎo)節(jié)能環(huán)保，降低生產(chǎn)成本。單電解質(zhì)氫滲透傳感器的優(yōu)點是響應(yīng)電流的速率快，靈敏度高。但是它的缺點是密封性差，在檢測過程中容易泄漏電解質(zhì)和原子氫，故在檢測時需要校正。
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