CN102004074B - 高温高压气液两相腐蚀模拟实验装置及其实验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高温高压气液两相腐蚀模拟实验装置及其实验方法，包括保温加热装置(1)，高温高压反应釜(2)，高温高压反应釜(2)内的第一测温电阻(4)，高温高压反应釜上盖(3)，进气管(5)，其特征在于，所述模拟实验装置还包括冷凝系统，液相腐蚀测试系统和气相冷凝液腐蚀测试系统，在一套装置内同时进行液相和气相冷凝液环境的腐蚀模拟研究，解决了工业中管道、设备同时遭受液相和气相冷凝液腐蚀但不能同时、在线测量的问题，对管道或设备中液相腐蚀和气相冷凝液腐蚀的腐蚀行为，规律和机理，气(液)相缓蚀剂的缓蚀效率评价研究有重要的意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种高温高压气液两相腐蚀模拟实验装置，特别涉及一种在液相和气相冷凝液共存的环境下，可以同时进行高温高压液相腐蚀和气相冷凝液腐蚀模拟实验的模拟实验装置。
如原油储罐的底部液相腐蚀和罐顶气相冷凝液腐蚀，湿天然气输送管道底部液相腐蚀和顶部气相冷凝液腐蚀等，也可以用于气相(液相)缓蚀剂对设备顶部(底部)腐蚀的缓蚀效率评价。
背景技术
管道和设备处于气液相共存环境是工业中一种常见的现象，因此，这些管道和设备同时遭受到底部液相腐蚀和顶部气相冷凝液腐蚀。液相和气相冷凝液所处的腐蚀环境不同，如温度、腐蚀性介质含量等。因此，液相和气相冷凝液的腐蚀规律和机理完全不同。一般气相冷凝液的腐蚀环境受液相环境所控制，因此，只有能同时实现液相腐蚀和气相冷凝液腐蚀的实验装置才能客观、准确地模拟整个管道、设备的腐蚀行为。以湿天然气输送为例。
在湿天然气输送过程中，由于昼夜温差，保温层破坏，保温层保温效果差等原因，在管壁与外界有明显热交换的管段，管壁温度常常低于天然气温度导致天然气中的水蒸汽和挥发性介顶(如CO2，H2S，HAc等)在管壁冷凝，导致顶部气相冷凝液腐蚀。冷凝液在重力作用下滴落，汇集于管道底部，和天然气开采过程的产出水一起造成管道底部液相腐蚀。然而，现有的实验模拟装置只能实现液相腐蚀模拟或冷凝液腐蚀模拟，目前还没有能同时模拟液相和气相冷凝液腐蚀的实验装置。
中国发明专利200510011461.X(“高温高压冷凝水腐蚀模拟实验装置”)公开了一种模拟高温高压下冷凝水腐蚀的实验装置，该实验装置存在以下不足：(1)设计方式由于外部冷凝器内的冷凝水会随冷凝器的转动而逐渐甩入高压釜内，不能进行长时间的模拟实验；(2)最大工作压力只能达到2Mpa，而湿天然气输送过程的实际工作压力通常远远高于2Mpa；(3)只能进行失重实验，不能读取腐蚀过程的腐蚀数据，也不能同时进行液相腐蚀模拟研究。
中国发明专利200510011477.0(“动态高温高压电化学测试实验装置”)公开了一种动态高温条件下高压电化学的实验装置，但其工作试样的夹持方式和电导线的连接方式复杂，不方便使用和更换。
发明内容
针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供一种高温高压气液两相腐蚀模拟实验装置，在一套装置内同时进行液相和气相冷凝液环境的腐蚀模拟研究，可以用于模拟任何同时存在的液相腐蚀和气相冷凝液腐蚀的管道、设备的腐蚀行为，解决了工业中管道、设备同时遭受液相和气相冷凝液腐蚀但不能同时、在线测量的问题，对管道或设备中液相腐蚀和气相冷凝液腐蚀的腐蚀行为，规律和机理，气(液)相缓蚀剂的缓蚀效率评价研究有重要的意义。且本发明提供的模拟实验装置在气相试样中安装冷凝器，实现气相试样的冷凝并通过电阻探针对气相冷凝液的腐蚀进行原位监测，最大工作压力达到10Mpa。同时，本发明中的试样夹持方式和电连接方式都更简单，可以方便地实现液相试样的旋转和电化学测试。
本发明提供一种高温高压气液两相腐蚀模拟实验装置，包括保温加热装置，高温高压反应釜，高温高压反应釜内的第一测温电阻，高温高压反应釜上盖，进气管，所述模拟实验装置还包括冷凝系统，液相腐蚀测试系统和气相冷凝液腐蚀测试系统，其中，
冷凝系统包括位于高温高压反应釜中的冷凝器；
液相腐蚀测试系统包括磁力驱动装置，旋转轴，圆柱电极，辅助电极和参比电极，旋转轴位于冷凝器中，包括一金属杆，该金属杆向上穿过冷凝器的顶板和高温高压反应釜上盖，向下穿过冷凝器的底板，其末端与圆柱电极固定，，磁力驱动装置位于旋转轴的顶端；
气相冷凝液腐蚀测试系统包括电阻探针，金属试样和扇叶，电阻探针位于冷凝器中，并穿过冷凝器的顶板和高温高压反应釜上盖，冷凝器的底板上安装金属试样，扇叶安装在冷凝器底板下方的旋转轴上。
冷凝系统还包括冷凝器内的第二测温电阻和冷却水盘管，测温电阻穿过冷凝器的顶板和高温高压反应釜上盖并与高温高压反应釜上盖紧固。所述冷却水盘管通过外置水箱循环泵实现对冷凝器内的冷却，循环速度根据需要进行调节。
所述金属杆的下端与圆柱电极固定，聚四氟套管对位于高温高压反应釜上盖以下的金属杆的外部进行电绝缘保护。所述金属杆顶端放置一金属半球，并与金属半球的球面电接触，金属半球的平面焊接压簧，压簧上端焊接金属轴。
所述模拟实验装置还包括电化学测试系统，其工作电极接口连接金属轴，使所述圆柱电极，辅助电极和参比电极构成电化学三电极系统。
优选地，所述辅助电极为铂电极，参比电极为Ag/AgCl电极。
所述电阻探针与金属试样的下表面均与冷凝器底板的外表面位于同一水平面。
所述模拟实验装置还包括高压气瓶，电信号传导系统，控制箱，所述高压气瓶内的气体通过进气管通入高温高压反应釜内。
一种高温高压气液两相腐蚀模拟实验装置的实验方法，包括，
向高温高压反应釜内加入液体实验介质，盖上高温高压反应釜上盖，高压气瓶通过进气管向高温高压反应釜通入实验气体并通过保温加热装置加热到设定温度；
所述磁力驱动装置驱动旋转轴旋转，并带动扇叶对电阻探针和金属试样表面的冷凝液吹动以模拟气相流动；
通过冷凝器对电阻探针进行冷却，在其工作表面形成冷凝水，电阻探针通过导线与外部的信号接收器连接输出信号，实现气相冷凝液腐蚀的在线监测；
辅助电极、参比电极和旋转轴下端的圆柱电极构成电化学三电极系统，将信号输出至外部的电化学测试装置，实现液相腐蚀的在线测试。
本发明的有益效果为：
一、本发明的模拟实验装置能同时实现高温高压下液相腐蚀和气相冷凝液腐蚀的实验模拟，真正模拟管道和设备同时遭受液相腐蚀和气相冷凝液腐蚀的状况。
二、本发明的模拟实验装置能够实现高温高压下液相的电化学测试和气相冷凝液腐蚀的原位腐蚀监测，并能长时间的进行模拟实验，且最高承受压力达10Mpa，最高使用温度可达250℃，更有利于腐蚀规律和腐蚀机理研究和模拟整个管道、设备的腐蚀状况。
三、本发明的试样夹持方式和电导线的连接方式简单，使用方便。
附图说明
图1为本发明中模拟实验装置的结构示意图；
图2为图1中部件A放大的结构示意图；
图3为图1中冷凝器6底板的仰视图，其中，
保温加热装置1，高温高压反应釜2，高温高压反应釜上盖3，第一测温电阻4，进气管5，冷凝器6，第二测温电阻7，电阻探针8，金属夹套9，冷却水盘管进口10，冷却水进口11，磁力驱动装置12，冷却水出口13，冷却水盘管出口14，磁力驱动装置轴套15，外压帽16，金属轴17，辅助电极18，参比电极19，聚四氟套管20，金属杆21，固定螺钉22，台阶状的金属试样23，扇叶24，聚四氟垫片25，端盖26，圆柱电极27，盖板28，金属半球29，压簧30
具体实施方式
本发明提供一种高温高压气液两相腐蚀模拟实验装置，包括保温加热装置，高温高压反应釜，高温高压反应釜内的第一测温电阻，高温高压反应釜上盖，进气管，所述模拟实验装置还包括冷凝系统，液相腐蚀测试系统和气相冷凝液腐蚀测试系统。
冷凝系统包括位于高温高压反应釜中的冷凝器，冷凝器内的第二测温电阻和冷却水盘管等。
液相腐蚀测试系统包括磁力驱动装置，旋转轴，圆柱电极，辅助电极和参比电极等。所述旋转轴包括金属杆，聚四氟套管等。
气相冷凝液腐蚀测试系统包括电阻探针，金属试样和扇叶。
本装置最高使用温度250℃，最高工作压力10Mpa。
向高温高压反应釜2内加入一定量液体实验介质，盖上高温高压反应釜上盖3。高压气瓶通过螺扣与进气管5连接，通过进气管5向高温高压反应釜2内通入N2除氧一定时间后，通入实验气体(如CO2)形成高压环境并通过保温加热装置1加热到设定温度。
冷却水盘管(进口10和出口14)置于冷凝器6内，冷却水进出盘管穿过高温高压反应釜上盖3，用高温高压反应釜上盖3上部的螺帽将进出盘管与高温高压反应釜上盖3紧固，或将冷却水盘管的进口与出口焊接在冷凝器6上，分别通过密封圈进行密封。冷却水通过外置水箱内循环泵(未示出)进行循环实现对冷凝器内水的冷却，循环速度根据需要进行调节，冷凝器6的内部温度通过第二测温电阻7进行测量。冷却水进出水管穿过高温高压釜上盖3，用高温高压釜上盖3上部的螺帽将进出水管口与高温高压釜上盖3紧固，分别通过密封圈进行密封。第二测温电阻7穿过高温高压反应釜上盖3和冷凝器6的顶板，用螺帽与高温高压反应釜上盖3紧固，分别通过密封垫和密封圈进行密封。
冷凝器6置于高温高压反应釜2的气相空间中。冷凝器6底板中内嵌台阶状的金属试样23，通过盖板28和螺钉22对台阶状的金属试样23进行固定及密封(见图3)。金属试样23的工作表面与冷凝器6底板外表面位于一个水平面。在高温高压反应釜上盖3上安装辅助电极18、参比电极19和电阻探针8，它们分别通过螺帽与高温高压反应釜上盖3紧固，分别通过密封圈进行密封。通过金属夹套9对电阻探针8的外部进行隔绝，避免电阻探针8的外部金属被腐蚀。金属夹套9与冷凝器6底板之间通过密封圈进行密封。电阻探针8的工作表面也与冷凝器6底板外表面位于一个水平面。电阻探针8通过导线与外部信号接收器(未示出)连接并实现气相冷凝液腐蚀的在线监测。
通过冷凝器6对台阶状的金属试样23和电阻探针8进行冷却，高温高压反应釜2内的气体在台阶状的金属试样23和电阻探针8的工作表面上形成冷凝液造成气相冷凝液腐蚀。由于气相冷凝液的电导率不高，电化学测试方法不能准确测试金属的腐蚀速率。在冷凝器6内放置电阻探针8对气相冷凝液腐蚀进行在线原位测试。在位于液相以上冷凝器6以下部位的旋转轴上安装扇叶24，旋转轴的旋转带动扇叶24对冷凝器6上金属试样23表面的冷凝液吹动以模拟气相流动。
高温高压反应釜2内的第一测温电阻4穿过高温高压反应釜上盖3，用螺帽与高温高压反应釜上盖3紧固，通过密封圈进行密封。
在旋转轴上安装圆柱电极27，金属杆21最下端带外螺纹，在带内螺纹的端盖26内放入弹簧并使其安装在金属杆21上实现圆柱电极27的固定，圆柱电极27的上下两端通过聚四氟垫片25进行密封。聚四氟套管20对位于高温高压反应釜上盖3以下的金属杆21外部进行电绝缘保护。圆柱电极27位于高温高压反应釜2的液相中，通过磁力驱动装置12驱动旋转，旋转速度可以通过测速探头(未示出)测出，控制箱上显示高温高压反应釜2内的温度、压力及圆柱电极27的旋转速度。磁力驱动装置12与高温高压反应釜上盖3通过螺栓进行连接，中间放置密封垫进行密封。磁力驱动装置12内采用陶瓷轴承以实现金属杆21的绝缘。冷却水(进口11和出口13)对磁力驱动装置12进行冷却。
金属轴17与压簧30通过焊接连接，压簧30与金属半球29也通过焊接连接。在金属轴17与外压帽16之间放置聚四氟垫圈进行绝缘密封。通过外压帽16的外螺纹与磁力驱动装置轴套15的内螺纹将金属轴17、压簧30和金属半球29与磁力驱动装置轴套15进行固定和密封并实现圆柱电极27的电信号导出。在实验过程中，无论金属杆21转动与否，金属轴17、压簧30和金属半球29始终处于静止状态。金属杆21上镶有黄铜垫圈以增加金属杆21与金属半球29之间的电接触并实现圆柱电极27的电信号导出(参见附图2)。
将电化学测试装置(未示出)的工作电极接口连接到金属轴17上，辅助电极接口和参比电极接口分别连接到辅助电极18和参比电极19上，带铂网的辅助电极18、高温高压Ag/AgCl参比电极19和圆柱电极27构成电化学三电极系统，通过外部电化学测试装置对圆柱电极27的液相腐蚀进行在线测试。为了提高Ag/AgCl参比电极19的准确度和延长使用寿命，其Ag/AgCl端置于高温高压反应釜上盖3以上。
Claims (10)
1.一种高温高压气液两相腐蚀模拟实验装置，包括保温加热装置（1），高温高压反应釜（2），高温高压反应釜（2）内的第一测温电阻（4），高温高压反应釜上盖（3），进气管（5），其特征在于，所述模拟实验装置还包括冷凝系统，液相腐蚀测试系统和气相冷凝液腐蚀测试系统，其中，
冷凝系统包括位于高温高压反应釜（2）中的冷凝器（6）；
液相腐蚀测试系统包括磁力驱动装置（12），旋转轴，圆柱电极（27），辅助电极（18）和参比电极（19），旋转轴位于冷凝器（6）中，包括一金属杆（21），该金属杆（21）向上穿过冷凝器（6）的顶板和高温高压反应釜上盖（3），向下穿过冷凝器（6）的底板，其末端与圆柱电极（27）固定，磁力驱动装置（12）位于旋转轴的顶端；
气相冷凝液腐蚀测试系统包括电阻探针（8），金属试样（23）和扇叶（24），电阻探针（8）位于冷凝器（6）中，并穿过冷凝器（6）的顶板和高温高压反应釜上盖（3），冷凝器（6）的底板上安装金属试样（23），扇叶（24）安装在冷凝器（6）底板下方的旋转轴上。
2.如权利要求1所述的模拟实验装置，其特征在于，冷凝系统还包括冷凝器（6）内的第二测温电阻（7）和冷却水盘管，第二测温电阻（7）穿过冷凝器（6）的顶板和高温高压反应釜上盖（3）并与高温高压反应釜上盖（3）紧固。
3.如权利要求2所述的模拟实验装置，其特征在于，所述冷却水盘管通过外置水箱循环泵实现对冷凝器（6）内的冷却，循环速度根据需要进行调节。
4.如权利要求1所述的模拟实验装置，其特征在于，聚四氟套管（20）对位于高温高压反应釜上盖（3）以下的金属杆（21）的外部进行电绝缘保护。
5.如权利要求4所述的模拟实验装置，其特征在于，所述金属杆（21）顶端放置一金属半球（29），并与金属半球（29）的球面电接触，金属半球（29）的平面焊接压簧（30），压簧（30）上端焊接金属轴（17）。
6.如权利要求5所述的模拟实验装置，其特征在于，所述模拟实验装置还包括电化学测试系统，其工作电极接口连接金属轴（17），使所述圆柱电极（27），辅助电极（18）和参比电极（19）构成电化学三电极系统。
7.如权利要求6所述的模拟实验装置，其特征在于，所述辅助电极（18）为铂电极，参比电极（19）为Ag/AgCl电极。
8.如权利要求1所述的模拟实验装置，其特征在于，电阻探针（8）与金属试样（23）的下表面均与冷凝器（6）底板的外表面位于同一水平面。
9.如权利要求1所述的模拟实验装置，其特征在于，所述模拟实验装置还包括高压气瓶，电信号传导系统，控制箱，所述高压气瓶内的气体通过进气管（5）通入高温高压反应釜（2）内。
10.如权利要求1-9任一所述的模拟实验装置的实验方法，其特征在于，
向高温高压反应釜（2）内加入液体实验介质，盖上高温高压反应釜上盖（3），高压气瓶通过进气管（5）向高温高压反应釜（2）通入实验气体并通过保温加热装置（1）加热到设定温度；
所述磁力驱动装置（12）驱动旋转轴旋转，并带动扇叶（24）对电阻探针（8）和金属试样（23）表面的冷凝液吹动以模拟气相流动；
通过冷凝器（6）对电阻探针（8）进行冷却，在其工作表面形成冷凝水，电阻探针（8）通过导线与外部的信号接收器连接输出信号，实现气相冷凝液腐蚀的在线监测；
辅助电极（18）、参比电极（19）和旋转轴下端的圆柱电极（27）构成电化学三电极系统，将信号输出至外部的电化学测试装置，实现液相腐蚀的在线测试。
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