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CN107817165A - 一种用于测定钢材在腐蚀环境中应力腐蚀行为的装置 - Google Patents

一种用于测定钢材在腐蚀环境中应力腐蚀行为的装置 Download PDF

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李具仓
任娟红
陈立章
马艳丽
王军宏
孙爱楠
邵建勇
周培山
宋宗亮
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Abstract

本发明涉及油气田材料测试领域，公开了一种用于测定钢材在腐蚀环境中应力腐蚀行为的装置，所述装置包括内壳、试样夹持装置、腐蚀介质通入系统；所述内壳为密封壳体；所述试样夹持装置包括设置在内壳底部的下部镍基合金样架、设置在内壳中部的上部镍基合金样架，该上部镍基合金样架上方固定不锈钢磁化介质，所述内壳上方依次设置压力传感器、电磁铁；所述内壳内充有腐蚀介质。本发明为试样在多元环境下的测试提供了有效的装置，该装置保证实验过程中腐蚀溶液中挥发性介质浓度的稳定性和精确性，使得测试出的实验结果精确性高。

Description

一种用于测定钢材在腐蚀环境中应力腐蚀行为的装置
技术领域
本发明具体涉及油气田材料测试领域，更具体地涉及一种用于测定钢材在腐蚀环境中应力腐蚀行为的装置。
背景技术
在油气田工业中，材料的服役环境变的复杂，导致材料在使用过程中，容易发生失效脆断等，而应力腐蚀开裂是众多腐蚀失效行为中的一种，因其产生的原因是材料在腐蚀环境中，在一定的拉应力的条件下，常在无明显预兆的情况下突然发生材料脆断，危害性极大，需要开展相关的实验测试进行评价。
慢应变拉伸作为应力腐蚀测试和评定方法，深受广大学者的认可，但因测试装置的原因，导致测试时腐蚀介质无法密封，使得其测试装置使用受限，仅仅能测试一些腐蚀介质是不挥发性的物质，且测试效果不理想，如测试氯离子应力腐蚀行为研究，对于挥发型腐蚀介质，无法进行应力腐蚀测试评定。
发明内容
为解决现有技术中腐蚀体系下材料的应力腐蚀评价由于腐蚀介质中有可挥发的气体，致使现使用的实验装置无法进行评价问题，本发明提供一种用于测定钢材在腐蚀环境中应力腐蚀行为的装置。
本发明采用如下技术方案：一种用于测定钢材在腐蚀环境中应力腐蚀行为的装置，所述装置包括内壳、试样夹持装置、腐蚀介质通入系统；所述内壳为密封壳体；所述试样夹持装置包括设置在内壳底部的下部镍基合金样架、设置在内壳中部的上部镍基合金样架，该上部镍基合金样架上方固定不锈钢磁化介质；所述内壳上方依次设置压力传感器、电磁铁；所述内壳内充有腐蚀介质。
所述上部镍基合金样架与不锈钢磁化介质之间设置泡沫铝夹层。
所述装置包括温度测试系统，该系统包括电热丝、电偶室、热电偶，所述电热丝设置在内壁外侧用于加热拉伸试样所在区域的腐蚀介质；所述电偶室伸入内壳；所述热电偶插入电偶室。
所述内壳外侧设置冷却管，该冷却管设置在不锈钢磁化介质和内壳顶部之间。
所述电热丝与冷却管外侧均设置泡沫铝。
所述泡沫铝外侧设置外壳。
本发明利用电磁铁磁力进行慢应变拉伸的拉应力，使钢材在腐蚀环境中应力腐蚀行为的测试能够实现完成，尤其能够保证在慢应变拉伸过程中的高挥发性腐蚀介质密封性，充分保证了实验人员实验时的安全性，同时保证实验过程中腐蚀溶液中挥发性介质浓度的稳定性和精确性，使得测试出的实验结果精确性高。
附图说明
图1为本发明装置结构示意图。
符号说明
1、电磁铁；2、外壳；3、冷却水管；4、压力传感器；5、泡沫铝6、内壳；7、内壳顶部；8、腐蚀介质溶液；9、上部镍基合金样架；10、泡沫铝夹层；11、不锈钢磁化介质；12、上部样架固定螺栓；13、硫化氢通入管；14、硫化氢通入控制阀；15、热电偶室；16、热电偶；17、废液排放通道；18、废液排放控制阀；19、二氧化碳通入管；20、二氧化碳通入控制阀；21、碳酸钠溶液通入孔；22、碳酸钠溶液通入控制阀；23、下部镍基合金样架；24、下部样架固定螺栓；25、试样固定夹；26、电热丝；27、拉伸试样；28、内壳顶部固定螺栓。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
一种用于测定钢材在腐蚀环境中应力腐蚀行为的装置，所述装置包括内壳6、试样夹持装置、腐蚀介质通入系统；所述内壳为密封壳体；所述试样夹持装置包括设置在内壳6底部的下部镍基合金样架23、设置在内壳6中部的上部镍基合金样架9，该上部镍基合金样架9上方固定不锈钢磁化介质11，所述内壳6上方依次设置压力传感器4、电磁铁1；所述内壳内充有腐蚀介质。
传统对试样的测试中，由于腐蚀气体在测试过程中难以控制，常常出现泄漏问题，危及工作人员身体健康，使试样在此环境下无法完成测试。基于此，本发明创新性地采用由电磁铁1、压力传感器4和不锈钢磁化介质11三者配合使用，对试样在腐蚀环境下的测试能够实现。
所述上部镍基合金样架9与不锈钢磁化介质11之间设置泡沫铝夹层10。所述上部、下部镍基合金样架9、23固定试样底部，进一步优选的，在上、下部镍基合金样架23上设置试样固定夹25，用两个试样固定夹25分别将试样固定在上部镍基合金样架9和下部镍基合金样架23上，在上部镍基合金样架9中装入泡沫铝夹层10，上面放不锈钢磁化介质11，用上部样架固定螺栓12将上部镍基合金样架9、泡沫铝夹层10和不锈钢磁化介质11连接起来。泡沫铝夹层10位于不锈钢外壳2和镍基合金内壳6中间，起保温隔磁作用，整个密封系统起到封装腐蚀介质的作用。
所述装置包括温度测试系统，该系统包括电热丝26、电偶室15、热电偶16，所述电热丝26设置在内壁外侧用于加热拉伸试样所在区域的腐蚀介质；所述电偶室15伸入内壳；所述热电偶16插入电偶室15，通过通过温度反馈控制电热丝26，使得测试温度均衡。
所述内壳外侧设置冷却管3，该冷却管3设置在不锈钢磁化介质11和内壳顶部7之间，冷却水管3保持内壳上部温度在室温状态。使内壳上部温度在室温状态是为了保证上部的电磁铁和不锈钢导磁之间的磁场和电磁力是受温度影响的，温度太高会导致电磁力下降，会造成拉伸力不足的状态。
所述电热丝26与冷却管3外侧均设置泡沫铝5。利用泡沫铝的隔磁性和保温性，可保证实验人员电磁辐射，并可保证试样所处环境的温度的保持稳定。
所述泡沫铝5外侧设置外壳2。
工作过程：打开内壳顶部7，将拉伸试样27用试样固定夹25固定在下部镍基合金样架上，倒入含氯化钠的溶液于镍基合金内壳6中，再用试样固定夹25将拉伸试样27固定在上部镍基合金样架9上，在上部镍基合金样架9中装入泡沫铝夹层10，上面放不锈钢磁化介质11，用上部样架固定螺栓12将上部镍基合金样架9、泡沫铝夹层10和不锈钢磁化介质11连接起来；再倒入含氯化钠的溶液，盖上内壳顶部7，用内壳顶部7固定螺栓密封紧密；内壳顶部7上放压力传感器4，压力传感器4上放电磁铁1。
打开碳酸钠溶液通入控制阀22、在碳酸钠溶液通入孔21处通入氮气，清除腐蚀介质中的氧；关闭控制阀22打开硫化氢通入控制阀14，在硫化氢通入入口13上通入硫化氢；打开二氧化碳通入控制阀20，在二氧化碳通入孔19上通入二氧化碳。保持硫化氢的压力和二氧化碳压力，形成三元腐蚀体系。
在热电偶室15中插入热电偶16，电热丝26通电流加热，通过温度反馈控制电热丝26，使得测试温度达到实验要求，同时开冷却水管3保持上部温度在室温状态。
电磁铁1通电，磁化不锈钢磁化介质11，吸引不锈钢磁化介质11，进而带动上部镍基合金样架9拉动拉伸试样27，使其受到拉应力，在腐蚀介质中受到应力腐蚀，通过力传感器4反馈调节电磁铁1的电流进而控制电磁铁的吸力；并设置力值和记录力值。
拉伸试样27拉断后，关闭硫化氢通入控制阀14和二氧化碳通入控制阀20，打开废液排放控制阀18，用废液排放孔17将腐蚀废液排至碳酸钠溶液中或氢氧化钠溶液中；待容器内的腐蚀介质快排完时，打开碳酸钠溶液通入控制阀22，对装置中通入少量的碳酸钠溶液，再通过废液排放孔17排除废液，这样5-6次后，可开装置，去除拉伸试样27，进行断口分析。
由于油气田腐蚀环境较为复杂，常常伴有多类腐蚀介质，相互影响，对材料的应力腐蚀评价提出了更高的要求，而H2S、CO2、Cl-腐蚀作为作为主要的几种腐蚀环境，其组成的腐蚀介质体系H2S-CO2-Cl-三元腐蚀体系下材料的应力腐蚀评价由于腐蚀介质中有可挥发的H2S和CO2气体，无法密封，致使现使用的实验装置无法进行评价，致使H2S-CO2-Cl-三元腐蚀体系下的材料选择变的困难，本发明尤其适用于H2S-CO2-Cl-三元腐蚀体系。
当腐蚀介质是H2S-CO2-Cl-三元腐蚀体系时，所述腐蚀介质通过腐蚀介质通入系统进入内壳6。所述腐蚀介质通入系统包括二氧化碳通入管20、废液排放通道17、硫化氢通入管13、碳酸钠溶液通入管21，所述腐蚀介质通入系统设置在上部镍基合金样架9与下部镍基合金样架23之间；所述二氧化碳通入管20上设置二氧化碳通入控制阀20；硫化氢通入管13上设置硫化氢通入控制阀14；碳酸钠溶液通入管21上设置碳酸钠溶液通入控制阀22；废液排放通道17上设置废液排放控制阀18。
本发明利用电磁铁磁力进行慢应变拉伸的拉应力，可保证在慢应变拉伸过程中的高挥发性腐蚀介质密封性，充分保证了实验人员实验时的安全性，同时保证实验过程中腐蚀溶液中挥发性介质浓度的稳定性和精确性，使得测试出的实验结果具有精确性；利用泡沫铝的隔磁性和保温性，可保证实验人员电磁辐射，并可保证试样所处环境的温度的保持稳定；本发明可进行材料在不同温度、不同浓度条件下载H2S-CO2-Cl-三元腐蚀体系的应力腐蚀测试及评定，克服了其他设备无法进行不同温度、不同浓度条件复杂的多元含硫化氢应力腐蚀测试，适应性广。

Claims (6)

1.一种用于测定钢材在腐蚀环境中应力腐蚀行为的装置，其特征在于，所述装置包括内壳（6）、试样夹持装置、腐蚀介质通入系统；所述内壳（6）为密封壳体；所述试样夹持装置包括设置在内壳（6）底部的下部镍基合金样架（23）、设置在内壳（6）中部的上部镍基合金样架（9），该上部镍基合金样架（9）上方固定不锈钢磁化介质（11）；所述内壳（6）上方依次设置压力传感器（4）、电磁铁（1）；所述内壳（6）内充有腐蚀介质。
2.根据权利要求1所述的用于测定钢材在腐蚀环境中应力腐蚀行为的装置，其特征在于，所述上部镍基合金样架（9）与不锈钢磁化介质（11）之间设置泡沫铝夹层（10）。
3.根据权利要求1所述的用于测定钢材在腐蚀环境中应力腐蚀行为的装置，其特征在于，所述装置包括温度测试系统，该系统包括电热丝（26）、电偶室（15）、热电偶（16），所述电热丝（26）设置在内壁外侧用于加热拉伸试样所在区域的腐蚀介质；所述电偶室（15）伸入内壳；所述热电偶（16）插入电偶室（15）。
4.根据权利要求1所述的用于测定钢材在腐蚀环境中应力腐蚀行为的装置，其特征在于，所述内壳外侧设置冷却管（3），该冷却管（3）设置在不锈钢磁化介质（11）和内壳顶部（7）之间。
5.根据权利要求1所述的用于测定钢材在腐蚀环境中应力腐蚀行为的装置，其特征在于，所述电热丝（26）与冷却管（3）外侧均设置泡沫铝（5）。
6.根据权利要求1所述的用于测定钢材在腐蚀环境中应力腐蚀行为的装置，其特征在于，所述泡沫铝（5）外侧设置外壳（2）。
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