一種低速管道內腐蝕和電化學測試的簡易模擬裝置製造方法

2023-09-17 01:44:15 1

一種低速管道內腐蝕和電化學測試的簡易模擬裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種低速管道內腐蝕和電化學測試的簡易模擬裝置，可實現低於75℃密閉不同腐蝕介質環境中小於1m/s流速管道內電化學測試及小於3m/s流速的管道內腐蝕模擬加速腐蝕試驗。裝置包括腐蝕溶液儲循容器、溶液循環計量系統，模擬管道內腐蝕樣品室以及電化學測試裝置。腐蝕溶液容器儲存溶液，溶液循環計量系統包括變頻磁力泵和流量計，流量計可測定試驗流速；模擬管道內腐蝕樣品室之樣品模擬管道內六點方向腐蝕等試驗裝置，電化學試驗室包括電化學測試接口以及參比電極外引鹽橋等。本實用新型大大減少硫化氫及其溶液的洩露，提高試驗人員和環境的安全性，可方便準確模擬實際工況下管道內腐蝕及電化學參數測定，適用試驗範圍較廣。
【專利說明】一種低速管道內腐蝕和電化學測試的簡易模擬裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及低速流體包括溼硫化氫環境及其混合氣體的腐蝕溶液以及油品、模擬環境腐蝕電化學及腐蝕試驗領域，具體為一種低速管道內腐蝕和電化學測試的簡易模擬裝置，它可實現低於75°c密閉不同腐蝕介質環境中小於lm/s流速管道內電化學測試及小於3m/s流速的管道內腐蝕模擬加速腐蝕試驗。
【背景技術】
[0002]全球工業的能源供給主體依然是石化資源，隨著經濟建設的需求，含有不同濃度的硫化氫、二氧化碳等腐蝕氣氛的油田被開採，集輸以及各類腐蝕溶液，腐蝕性原油，成品油，化學試劑等以管道輸運的方式送達到全國各地。管道內腐蝕由於其隱蔽性而難於監控，目前常用的方法有:1，在輸運管道上焊一段旁路用於實驗，2，採用旋轉電極模擬相應的流速。對於方法1，試驗條件和實際具有較好的關聯性，但是對試驗條件的控制性相對較弱，介質選擇上較為單一，使得對腐蝕尤其在一定流速，溫度以及介質對腐蝕的影響理解缺乏完整性，不利於建構完整的理論和試驗框架。對於方法2，測量電極的旋轉所處的線速度並非真實的流體速度，且釜內的溶液容易出現對流等。因此研究在相關特定設計流動介質中的管道內腐蝕行為以及電化學表現及其內在規律，積累相關數據，為石油化工裝置的材料選用建構相應的標準具有重大的實際意義。
[0003]輸運管道內腐蝕是管道運輸中最常見，最隱蔽的，因腐蝕初期難於及時發現，一旦監測到，則腐蝕處於快速發展階段，管道往往處於失效的邊緣，各類彌補措施發揮的空間極為有限。在流動的腐蝕介質中腐蝕與流速的相關性主要表現在:一定流速下金屬表面的腐蝕產物膜層與金屬基體的結合力與流體裹脅顆粒的衝刷作用之間的對抗，一定流速下物質的輸運對微生物生長，溫度對於膜層結構、腐蝕動力學、微生物生長，均具有決定性影響。目前尚未見到相關此類試驗模擬裝置的報導。
實用新型內容
[0004]本實用新型的目的在於提供一種低速管道內腐蝕和電化學測試的簡易模擬裝置，該裝置可實現密閉常壓條件和不太高溫度下(25-75°C)包括溼硫化氫環境及其混合氣體的腐蝕溶液以及油品、模擬環境腐蝕溶液中小於lm/s流速管道內電化學測試及小於3m/s流速的管道內腐蝕模擬加速腐蝕試驗為研究石油化工材料在管道輸運中內腐蝕試驗研究提供條件。
[0005]本實用新型的技術方案是:
[0006]一種低速管道內腐蝕和電化學測試的簡易模擬裝置，該裝置包括腐蝕溶液儲循容器、模擬管道內腐蝕樣品室和電化學測試室，所述腐蝕溶液儲循容器為密閉容器，其上設有出水口，出水管的一端連接有機玻璃管後通過出水口伸入儲循容器底部，出水管的另一端通過三通分成兩個支路，兩個支路分別連接模擬管道內腐蝕樣品室和電化學測試室後再合併成一路，即回水管，回水管的末端伸入腐蝕溶液儲循容器底部。[0007]所述腐蝕溶液儲循容器的上部設有上水管，用於將溶液注入儲循容器內，上水管上設有316L球閥II ;儲循容器的底部設有放空溶液管路，用於排放儲循容器內的溶液；所述腐蝕溶液儲循容器通過水浴鍋控制其內溶液溫度。
[0008]所述電化學測試室為長方體中空結構，測試樣品、參比電極外引鹽橋和對電極分別通過電化學測試室上部所開的孔置入其內，各個孔通過膠塞密封；電化學測試室上方和下方分別放置不鏽鋼板，上方和下方的不鏽鋼板之間通過螺栓連接並使不鏽鋼板對膠塞壓緊實現對電化學測試室的密封。
[0009]所述模擬管道內腐蝕樣品室為筒狀結構，筒狀腐蝕樣品室兩端連接的管道內設有固定螺栓，腐蝕試驗樣品為多個，相互之間用繩以相互絕緣的編織方式固定在所述固定螺栓上，以模擬管道內腐蝕最為嚴重之六點方向的腐蝕狀態。
[0010]所述出水管上設有變頻磁力泵和液位排空管，液位排空管上設置316L球閥III ;回水管上設有霍爾流量計。
[0011]所述腐蝕溶液儲循容器內為常壓、溫度25-75°C條件下包括溼硫化氫環境及其混合氣體的腐蝕溶液以及油品、模擬環境腐蝕溶液等。
[0012]所述腐蝕溶液儲循容器為有機玻璃材質，所述模擬管道內腐蝕樣品室和電化學測試室其材質均為有機玻璃；所述出水管和回水管為娃膠管或者PPR管；所述放空溶液管路為有機玻璃管或PPR管。
[0013]所述腐蝕溶液儲循容器上端還設有進氣管、熱電偶和出氣管；進氣管的一端伸入儲循容器內溶液下部，另一端接氣瓶；熱電偶的末端伸入儲循容器內溶液中；出氣管一端伸入儲循容器內但其末端在溶液上方，另一端接廢氣處理瓶。
[0014]所述腐蝕溶液儲循容器底部連接放空溶液管路，放空溶液管路穿過水浴鍋底部，並在其末端設置316L球閥I，放空溶液管路與水浴鍋之間採取螺栓和密封墊片密封。
[0015]所述變頻磁力泵採用四氟或工程塑料磁力泵，磁力泵的出口液位至少低於儲循容器內溶液液面10cm，變頻磁力泵的流速應控制在150L/min以內。
[0016]在連接管路上方2釐米處增加玻璃旋閥，以排空管路內氣體使得進入電化學測試室的石英管內腐蝕溶液和瓊脂在石英管內實現電導通。
[0017]所述出水管分成的兩個支路上，模擬管道內腐蝕樣品室兩端管路上分別設有316L球閥IV，電化學測試室兩端管路上分別設有316L球閥V。
[0018]本實用新型設計原理如下:
[0019]本實用新型低速管道內腐蝕和電化學測試的簡易模擬裝置設有腐蝕溶液儲循容器、溶液循環計量系統，模擬管道內腐蝕樣品室以及電化學測試裝置。該裝置的腐蝕溶液儲循容器、模擬管道內腐蝕樣品室以及電化學測試室均為有機玻璃製成，大量常壓、溫度25-75°C條件下包括溼硫化氫環境及其混合氣體的腐蝕溶液以及油品、模擬環境腐蝕溶液儲存在儲循容器，保障試驗室溫度和溶液的穩定，水浴鍋加熱溶液實現溶液的溫度控制，儲循容器中的熱電偶實現溶液實際溫度的測量。
[0020]溶液循環計量系統採用四氟或工程塑料變頻磁力泵循環，通往模擬管道內腐蝕樣品室和電化學測試室採用球閥控制。由於採用的溶液容器及其循環系統和模擬管道內腐蝕樣品室和電化學測試室均為絕緣材料構成，電化學測試室在增加外聯鹽橋與參比電極連接後可實現不同溫度、不同流速、不同介質中的電化學測量。變頻磁力泵沒有自吸功能，在滿足密閉的條件下，可採用打開液位排空管上316L球閥實現磁力泵前端全充滿腐蝕溶液，霍爾流量計可測定試驗流速。模擬管道內腐蝕樣品室單獨旁支，可在不中斷試驗的前提下實現電化學的試樣更換。模擬管道內腐蝕樣品室採用相互絕緣的方式排布六點方向腐蝕試樣，具備管道內腐蝕的特徵。
[0021]在電化學室上方的三個電極的橡膠塞上增加兩對不鏽鋼板，兩端採用緊固螺栓夾緊固定，可實現電化學測試室的密閉性。其氣體進口可與氣體流量計相連，亦可與混合氣瓶連接實現不同濃度之要求。
[0022]本實用新型與現有技術相比具有如下優點:
[0023]1、本實用新型以有機玻璃，矽膠管為材料以及其他耐蝕輔助裝置，製作簡單方便，成本低廉，外形美觀，可簡化實驗過程和節省成本。
[0024]2、本實用新型的溶液容器可盛大量溶液，在多個模擬管道內腐蝕樣品室串聯可同時實施多個試驗，採用溶液串聯可有效減少溶液濃度對試驗的影響，降低試驗數據的誤差，且在封閉循環有利於實現腐蝕溶液的溫度穩定，為研究管道內腐蝕研究創造了條件。
[0025]3、本實用新型的溶液室通過流量計測定氣體流量，可以方便控制腐蝕溶液中的溼硫化氫等腐蝕氣氛中的含量，為不同條件的腐蝕研究創造了條件，且節約成本，製作簡單。
[0026]4、本實用新型的體積較小，結合恆溫水浴可較為精確的控制模擬溶液的實驗溫度，可實現低於75V，而變頻磁力泵在霍爾流量計的監測下，可實現多個速度的控制，旁支的電化學測試室，在簡單的外引鹽橋支持下，可容易實現電化學快速評價和相應電化學數據測試，實驗過程非常便捷。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1為低速管道內腐蝕和電化學測試的簡易模擬裝置整體視圖；
[0028]圖2為管道內腐蝕試驗樣品排布圖；
[0029]圖3為低速管道內腐蝕和電化學測試的簡易模擬裝置中電化學測試室的A-A剖面圖；
[0030]圖4為低速管道內腐蝕和電化學測試的簡易模擬裝置中電化學測試室的俯視圖；
[0031]圖5為低速管道內腐蝕和電化學測試的簡易模擬裝置中參比電極鹽橋引出裝置圖。
[0032]圖中:1-316L球閥I ;2_放空溶液管路；3_密封螺栓；4_密封墊片；5_水浴鍋；6-腐蝕溶液儲循容器；7_進氣管；8_液位排空管；9-316L球閥II ；10-上水管；11_有機玻璃管；12_出氣管；13_變頻磁力泵；14-316L球閥III ;15_出水管；16_三通；17_316L球閥IV ;18-316L球閥V ；19-電化學測試室；20_膠塞；21_不鏽鋼板；22_參比電極外引鹽橋；23-回水管；24_連接固定繩；25_鉬電極(對電極);26_工作電極(測試樣品);27_霍爾流量計；28_模擬管道內腐蝕樣品室；29_固定螺栓I ;30_試樣片(腐蝕試驗樣品)；31_固定螺栓II ;32_瓊脂；33-玻璃旋閥；34-石英玻璃管；35-熱電偶。
【具體實施方式】
[0033]如圖1-5所示，本實用新型低速管道內腐蝕和電化學測試的簡易模擬裝置包括腐蝕溶液儲循容器6、模擬管道內腐蝕樣品室28和電化學測試室19，腐蝕溶液儲循容器6為密閉容器，其上端設有出水口，有機玻璃管11通過出水口伸入儲循容器6底部，有機玻璃管11外接出水管15的一端，出水管15上依次設置變頻磁力泵13和液位排空管8後通過三通16分成兩個支路，兩個支路分別連接模擬管道內腐蝕樣品室28和電化學測試室19後再通過三通16合併成一路，即回水管23，回水管23上設有霍爾流量計27，回水管23的末端伸入腐蝕溶液儲循容器6底部。所述變頻磁力泵13採用四氟或工程塑料磁力泵，磁力泵的出口液位至少低於儲循容器6內溶液液面10cm，變頻磁力泵的流速應控制在150L/min以內。出水管15通過一個三通16連接液位排空管8，液位排空管8上設置316L球閥III 14。所述出水管15和回水管23為矽膠管或者PPR管；
[0034]所述腐蝕溶液儲循容器6內為常壓、溫度25_75°C條件下包括溼硫化氫環境及其混合氣體的腐蝕溶液以及油品、模擬環境腐蝕溶液等。腐蝕溶液儲循容器6為有機玻璃材質，通過水浴鍋5控制其內溶液溫度。所述腐蝕溶液儲循容器6的上部設有上水管10，用於將溶液注入儲循容器6內，上水管10上設有316L球閥II 9 ;放空溶液管路2位於腐蝕溶液儲循容器6正下方並與腐蝕溶液儲循容器6底部相連接，用於排放儲循容器6內的溶液，放空溶液管路2穿過水浴鍋5底部，通過水浴鍋5底部採取密封螺栓3和密封墊片4密封，放空溶液管路2為有機玻璃管或PPR管，其末端設置316L球閥I I。腐蝕溶液儲循容器6上部為一體粘結而成的進氣管7、出氣管12和溫度熱電偶測試管口，進氣管7的一端伸入儲循容器6內溶液下部,另一端接氣瓶；出氣管12—端伸入儲循容器6內但其末端在溶液上方，另一端接廢氣處理瓶。所述溫度熱電偶測試管口為有機玻璃半空管，底部伸入溶液內，上部開口插入PT100熱電偶35。
[0035]所述電化學測試室19為有機玻璃材質的長方體中空結構，測試樣品(26)、參比電極外引鹽橋(22)和對電極(25)分別通過電化學測試室(19)上部所開的孔置入其內，各個孔通過膠塞(20 )密封；電化學測試室(19 )上方和下方分別放置不鏽鋼板(21)，上方和下方的不鏽鋼板(21)之間通過固定螺栓II (31)連接並使不鏽鋼板(21)對膠塞(20)壓緊實現對電化學測試室(19)的密封；
[0036]測試樣品26通過在其上部所開的孔置於電化學測試室19中，而參比電極外引鹽橋22和對電極25亦是通過在其上部所開的對應的孔置入其中，各個孔通過各自的膠塞20密封，然後在膠塞20上以及相對應的電化學測試室19的底部放置不鏽鋼板21壓實密封，上下不鏽鋼板21之間通過固定螺栓II 31固定連接，電化學測試室19兩端連接管路上分別設有316L球閥V 18。在連接管路上2釐米處增加玻璃旋閥33，以排空管路內氣體使得進入電化學測試室19的石英管34內腐蝕溶液和瓊脂32在石英管內實現電導通。
[0037]模擬管道內腐蝕樣品室28為有機玻璃材質的筒狀結構，筒狀腐蝕樣品室28兩端連接的管道內設有固定螺栓I 29，腐蝕試驗樣品30之間用繩24以相互絕緣的方式編織並固定在兩側管道的固定螺栓I 29上，以模擬管道內腐蝕最為嚴重之六點方向的腐蝕狀態，模擬管道內腐蝕樣品室28兩端管路上分別設有316L球閥IV 17。
[0038]在上述管路連接緊固後，將電化學測試樣品安裝且固定好相應緊固螺栓31，隨後將參比電極引出鹽橋和鉬電極插入膠塞後固定在電化學測試室對應的位置且固定好相應緊固螺栓31。模擬管道內腐蝕樣品室28中腐蝕樣品30的安裝應早於整體管路的連接，採用樣品相互絕緣的方式固定在模擬管道內腐蝕樣品室，後連接兩端的矽膠管後用卡箍固定密閉。[0039]在樣品安裝到位後，關閉腐蝕溶液儲循容器6的排空管上的316L球閥I 1，打開上水管10上面的316L球閥II 9注入15-25L溶液，具體由所進行試驗的周期和腐蝕性靈活決定，後關閉除316L球閥III 14外的所有316L球閥以及玻璃旋閥，採用從出氣口充氣增壓的方式使得出水管15充滿溶液，關閉316L球閥III 14，將水浴鍋的溫度設定相應的溫度，插入PT100熱電偶，連接相應的氣瓶和尾氣接收裝置，後根據要求是否除氧，再充入相應比例的氣體。
[0040]連接霍爾流量計，開啟計量，為了試驗的連續性，一般會並聯2組以上的模擬管道內腐蝕樣品室。實驗前開啟一組空置的管道內腐蝕樣品室，如果當前試驗為電化學測試則打開電化學測試室19兩側的316L球閥17，關閉空置的模擬管道內腐蝕樣品室兩邊的316L球閥18，調節變頻磁力泵以實現要求的流速，開始電化學試驗。對於模擬管道內腐蝕試驗是同樣的思路。
[0041]實施例1:
[0042]本實施例中，在安裝相應的試樣後，在腐蝕溶液儲循容器中倒入20L NACE A溶液(5wt%NaCl+0.5wt%HAc)，將水浴鍋設定溫度為24°C，關閉316L球閥9，排空磁力泵前端空氣使之充滿溶液，通入100-200ml/min N2兩小時以除去溶液中的溶解氧，後根據試驗要求採取200ml/min的速度往溶液中充入H2S ;以lm/s的流速開始測試電化學相應的電位時間曲線，動電位極化曲線等，後將模擬管道內腐蝕樣品室兩邊的球閥打開，關閉電化學測試室兩邊球閥，開啟長時間的lm/s流速下的腐蝕試驗。
【權利要求】
1.一種低速管道內腐蝕和電化學測試的簡易模擬裝置，其特徵在於:該裝置包括腐蝕溶液儲循容器(6)、模擬管道內腐蝕樣品室(28)和電化學測試室(19)，所述腐蝕溶液儲循容器(6 )為密閉容器，其上設有出水口，出水管(15 )的一端連接有機玻璃管(11)後通過出水口伸入儲循容器(6)底部，出水管(15)的另一端通過三通(16)分成兩個支路，兩個支路分別連接模擬管道內腐蝕樣品室(28)和電化學測試室(19)後再合併成一路，即回水管(23)，回水管(23)的末端伸入腐蝕溶液儲循容器(6)底部； 所述腐蝕溶液儲循容器(6)的上部設有上水管(10)，用於將溶液注入儲循容器(6)內，上水管(10)上設有316L球閥II (9);儲循容器(6)的底部設有放空溶液管路(2)，用於排放儲循容器(6)內的溶液；所述腐蝕溶液儲循容器(6)通過水浴鍋(5)控制其內溶液溫度； 所述電化學測試室(19)為長方體中空結構，測試樣品(26)、參比電極外引鹽橋(22)和對電極(25)分別通過電化學測試室(19)上部所開的孔置入其內，各個孔通過膠塞(20)密封；電化學測試室(19)上方和下方分別放置不鏽鋼板(21)，上方和下方的不鏽鋼板(21)之間通過固定螺栓II (31)連接並使不鏽鋼板(21)對膠塞(20)壓緊實現對電化學測試室(19)的密封； 所述模擬管道內腐蝕樣品室(28)為筒狀結構，筒狀腐蝕樣品室(28)兩端連接的管道內設有固定螺栓I (29)，腐蝕試驗樣品(30)為多個，相互之間用繩(24)以相互絕緣的編織方式固定在所述固定螺栓I (29)上。
2.根據權利要求1所述的低速管道內腐蝕和電化學測試的簡易模擬裝置，其特徵在於:所述出水管(15)上設有變頻磁力泵(13)和液位排空管(8)，液位排空管(8)上設置316L球閥111(14);回水管(23)上設有霍爾流量計(27)。
3.根據權利要求1所述的低速管道內腐蝕和電化學測試的簡易模擬裝置，其特徵在於:所述腐蝕溶液儲循容器(6)內為常壓、溫度25-75°C條件下包括溼硫化氫環境及其混合氣體的腐蝕溶液以及油品、模擬環境腐蝕溶液等。
4.根據權利要求2所述的低速管道內腐蝕和電化學測試的簡易模擬裝置，其特徵在於:所述腐蝕溶液儲循容器(6)為有機玻璃材質，所述模擬管道內腐蝕樣品室(28)和電化學測試室(19)其材質均為有機玻璃；所述出水管(15)和回水管(23)為矽膠管或者PPR管；所述放空溶液管路(2)為有機玻璃管或PPR管。
5.根據權利要求1所述的低速管道內腐蝕和電化學測試的簡易模擬裝置，其特徵在於:所述腐蝕溶液儲循容器(6)上端還設有進氣管(7)、熱電偶(35)和出氣管(12);進氣管(7)的一端伸入儲循容器(6)內溶液下部，另一端接氣瓶；熱電偶(35)的末端伸入儲循容器(6)內溶液中；出氣管(12)—端伸入儲循容器(6)內但其末端在溶液上方,另一端接廢氣處理瓶。
6.根據權利要求1所述的低速管道內腐蝕和電化學測試的簡易模擬裝置，其特徵在於:所述腐蝕溶液儲循容器(6)底部連接放空溶液管路(2)，放空溶液管路(2)穿過水浴鍋(5)底部，並在其末端設置316L球閥I (1)，放空溶液管路(2)與水浴鍋(5)之間採取密封螺栓(3 )和密封墊片(4 )密封。
7.根據權利要求2所述的低速管道內腐蝕和電化學測試的簡易模擬裝置，其特徵在於:所述變頻磁力泵(13)採用四氟或工程塑料磁力泵，磁力泵的出口液位至少低於儲循容器(6)內溶液液面10cm，變頻磁力泵的流速應控制在150L/min以內。
8.根據權利要求2所述的低速管道內腐蝕和電化學測試的簡易模擬裝置，其特徵在於:在連接管路上2釐米處增加玻璃旋閥(33)，以排空管路內氣體使得進入電化學測試室(19)的石英管(34)內腐蝕溶液和瓊脂(32)在石英管內實現電導通。
9.根據權利要求1所述的低速管道內腐蝕和電化學測試的簡易模擬裝置，其特徵在於:所述出水管(15)分成的兩個支路上，模擬管道內腐蝕樣品室(28)兩端管路上分別設有3161^球閥1￥(17)，電化 學測試室(19)兩端管路上分別設有316L球閥V (18)。
【文檔編號】G01N27/416GK203732496SQ201420092306
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年2月27日 優先權日:2014年2月27日
【發明者】劉賢斌, 左景輝, 陳新華, 王儉秋, 韓恩厚 申請人:中國科學院金屬研究所