可實現動態電化學測試的高溫高壓H₂S/CO₂腐蝕反應裝置的製作方法

2023-06-15 17:58:46

專利名稱：可實現動態電化學測試的高溫高壓H2S/CO2腐蝕反應裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及高溫高壓腐蝕反應裝置，具體涉及一種集腐蝕掛片失重實驗和動態電化學測試於一體的高溫高壓h2s/co2腐蝕反應裝置。
背景技術：
H2S和CO2腐蝕是世界石油工業中一種常見的腐蝕類型，也是困擾各國油氣工業發展的一個極為突出的問題。我國現已開發的油氣田不同程度的含有H2SXO2氣體，有的含量極高，如四川油田、華北油田、塔裡木油田等。多年來，H2SXO2往往一種或多種成分共存，且腐蝕性組分一直呈含量上升、溫度和PH值波動大的趨勢，導致油氣集輸管線設備各種腐蝕失效機率增加。況且H2S是一種巨毒氣體，空氣中H2S含量超過300ppm將對生命造成危險。由此引起的腐蝕和安全問題更為嚴重，不僅導致管線失效、停產，也會引起人員傷亡及嚴重、環境汙染，已成油田及油管生產設計部門一個亟待解決的重要課題。從腐蝕機理上講，H2S和CO2的腐蝕過程是一種錯綜複雜的化學或電化學過程，影響因素十分複雜，至今人們仍難以有針對性地制定腐蝕的防護對策。在眾多的腐蝕影響因素中，溫度、分壓和流速是公認影響H2S和CO2的腐蝕過程最主要的因素。採用掛片腐蝕失重和表面產物分析技術研究油管鋼的腐蝕行為和機理具有許多局限性。而電化學測試與分析技術具有諸多獨特的優點，因此模擬油氣井工況環境的實時在線電化學測試技術愈來愈受到重視。如能建立一種有效的高溫高SH2s/C02腐蝕反應裝置，對其影響因素和機理進行規律性的研究，可以說為預防油氣管線h2s/co2腐蝕及提供有效的防護措施指明了方向。從目前研究情況來看，對於H2S/C02腐蝕影響因素和機理的系統研究甚少，其主要原因之一就是缺乏有效的能模擬油田實際工況的高溫高壓h2s/co2腐蝕反應裝置。常規的高溫高壓反應釜可以實現特定溫度和壓力下化學反應過程的控制，也有極個別用來替做高溫高壓腐蝕反應容器，但畢竟與腐蝕反應裝置有本質的功能差異。況且，腐蝕發生的具體過程和電化學機理對於研究腐蝕機理必不可少，普通的高溫高壓反應釜只能實現腐蝕掛片在反應前與反應後試樣前後失重量的差異，對於腐蝕試樣在反應容器中的至關重要的腐蝕過程則無法獲得。美國Cortest公司一直是生產高溫高壓反應釜為數不多的專業廠家，國內生產類似產品的企業寥寥無幾，且目前都不能實現高溫高壓環境中腐蝕過程的電化學測量。高溫高壓下的電化學測試，一個主要的問題是選擇和封裝適當的高溫參比電極，保證其在高溫高壓條件下穩定有效的工作，目前國內尚未較好地解決這個問題。因此，在高溫高壓動態條件下實施腐蝕過程電化學參數的實時測量是研究H2S/C02腐蝕體系需要解決的重要的問題。現有技術中尚未涉及可實現動態電化學測試的高溫高壓H2S/C02腐蝕反應裝置。
發明內容本實用新型的目的在於提供一種可實現動態電化學測試的高溫高壓H2S/C02腐蝕反應裝置，裝置在高溫高壓強腐蝕介質&3/0)2存在條件下，達到了對材料發生腐蝕動態過程進行實時電化學測量的目的。為實現上述發明目的，本申請採用的技術方案是可實現動態電化學測試的高溫高壓h2s/co2腐蝕反應裝置，包括腐蝕反應容器、加熱及恆溫裝置、氣體增壓系統及動態電化學測試系統；所述的腐蝕反應容器包括罐體及頂蓋，罐體及頂蓋之間採用螺栓密封固定連接；罐體內固定腐蝕試樣掛片安裝盤，罐體上設置磁力攪拌器；頂蓋的側壁上設置與罐體內部連通的孔道，該孔道上安裝三通管線，三通管線的另兩個接口分別為H2S及CO2的入口，在頂蓋的側壁上還設置有另一個與腐蝕反應容器內部接通的孔道，該孔道接有氣體排氣及安全閥裝置；所述加熱及恆溫裝置包括冷卻水管、加熱元件及保溫層結構，具體的是緊貼腐蝕反應容器罐體的外壁設置冷卻水盤管，環繞罐體外壁設置電加熱元件，在罐體的最外層設置保溫層結構；所述的氣體增壓系統，由空氣壓縮機和氣體增壓泵組成，空氣壓縮機與氣體增壓泵之間管線連接，H2S及CO2氣瓶的出口分別管線連接氣體增壓泵的入口，氣體增壓泵的出 口對應接有腐蝕反應容器的H2S及CO2的入口 ；所述的動態電化學測試系統，包括溫度傳感器接入孔、內置式高溫高壓Ag/AgC參比電極、高溫高壓輔助鉬電極及高溫高壓工作電極，腐蝕反應容器頂蓋上分別開設溫度傳感器、高溫高壓Ag/AgC參比電極、高溫高壓輔助鉬電極和高溫高壓工作電極的接入孔，溫度傳感器、高溫高壓Ag/AgC參比電極、高溫高壓輔助鉬電極和高溫高壓工作電極通過對應的接入孔接入到腐蝕反應容器內部，各接入孔與傳感器及各電極之間設置密封件。上述腐蝕試樣掛片安裝盤為圓板狀，在安裝盤上沿圓周開有至少12個掛片孔，用於安裝腐蝕掛片。本實用新型的有益效果主要體現在以下方面I、本發明的腐蝕反應容器工作溫度0_350°C，工作壓力0_25MPa。腐蝕反應容器主體與腐蝕介質接觸材料均為哈氏合金(Hastelloy-276)，可以滿足H2S/C02強腐蝕介質高溫高壓工作要求；2、本發明的腐蝕反應裝置安裝有磁力攪拌器(轉速0-1550r/min )，可實現反應容器內介質流速的動態控制，內置腐蝕掛片盤及夾具可實現多組掛片在動態旋轉條件下長期穩定工作；3、本發明的腐蝕反應裝置可實現溫度加熱和恆溫(< ±2度)的精確控制，溫控儀控制電阻絲加熱以及電磁閥控制冷卻水盤管冷卻，改變以往只由電阻絲加熱和冷卻，餘熱過高溫度偏差過高的弊端，實現超溫、超壓報警、自動切斷加熱電源等功能；4、本發明的腐蝕反應裝置安裝有空氣壓縮機驅動的氣體增壓泵，可實現反應容器內反應氣體的壓力即時調節。並配有H2S檢測器(解析度O. Ippm)及數字顯示報警儀表，當氣體濃度超過報警設定值時自動聲光報警；5、本發明的腐蝕反應裝置頂部攪拌器開口適當偏心，一側便於安裝高溫高壓三電極測試系統，電極具有熱穩定性好、響應時間短、可逆性好等特點，可以穩定工作於高溫高壓環境，實現動態腐蝕過程的電化學測試。

[0017]圖I是本實用新型的腐蝕反應裝置示意圖。圖2是本實用新型的腐蝕反應容器的剖面結構示意圖。圖3是頂蓋的俯視圖。圖4是腐蝕試樣掛片安裝盤的結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本申請作進一步的說明由圖I、圖2、圖3及圖4所示可實現動態電化學測試的高溫高壓H2S/C02腐蝕反 應裝置，包括腐蝕反應容器I、加熱及恆溫裝置2、氣體增壓系統3及動態電化學測試系統4;所述的腐蝕反應容器I包括罐體及頂蓋，罐體及頂蓋之間採用螺栓固定連接；罐體內固定腐蝕試樣掛片安裝盤13，腐蝕試樣掛片安裝盤13為圓板狀，在安裝盤13上沿圓周開有至少12個掛片孔，用於安裝腐蝕掛片；罐體上設置磁力攪拌器5，可實現反應容器I內介質流速的動態控制，內置的腐蝕試樣掛片安裝盤13可實現多組腐蝕掛片在動態旋轉條件下長期穩定工作；頂蓋的側壁上設置與罐體內部連通的孔道，該孔道上安裝三通管線，三通管線的另兩個接口分別為H2S及CO2的入口 10 ;在頂蓋的側壁上還設置有另一個與反應容器I內部接通的孔道，該孔道接有氣體排氣及安全閥裝置14，用於排氣和安全卸壓。反應容器I內可承受工作溫度0-350°C，工作壓力0-25Mpa，反應容器I主體及與腐蝕介質接觸部件的材料均為哈氏合金(Hastelloy-276)，滿足H2S/C02強腐蝕介質高溫高壓工作要求。根據工作的需要，上述腐蝕反應容器I的底部設置支撐部件，並在其側面設置升降裝置15，該升降裝置15 一方面用於固定磁力攪拌器並方便調整其高度，另一方面用於固定腐蝕反應容器頂蓋並調整其開啟、升降的高度。在反應容器I罐體周圍布置加熱及恆溫裝置2，所述加熱及恆溫裝置2包括冷卻水管12、加熱元件11及保溫結構，具體的是緊貼罐體的外壁設置冷卻水盤管12，環繞罐體外壁設置電加熱元件11，加熱元件11由幾組不待功率的電阻絲圍繞而成，保證加熱均勻；冷卻水盤管12與加熱元件11保持O. 5 cm的距離，在實驗過程中起到冷卻和恆溫功能；所述的保溫結構是在罐體的最外層設置保溫層，保溫層由耐火磚、耐火石棉製成。所述的氣體增壓系統3，由空氣壓縮機和氣體增壓泵組成，空氣壓縮機與氣體增壓泵之間管線連接，H2S及CO2氣瓶的出口分別管線連接氣體增壓泵的入口，氣體增壓泵的出口通入到反應容器I內部；安裝有空氣壓縮機驅動的氣體增壓泵，可實現反應容器內反應氣體的壓力即時調節。所述的動態電化學測試系統4，包括溫度傳感器6、內置式高溫高壓Ag/AgC參比電極(300°C，35Mpa)7、高溫高壓輔助鉬電極8和高溫高壓工作電極9，反應容器I頂蓋上開設分別開設溫度傳感器6、高溫高壓Ag/AgC參比電極7、高溫高壓輔助鉬電極8和高溫高壓工作電極9接入孔，溫度傳感器6、高溫高壓Ag/AgC參比電極7、高溫高壓輔助鉬電極8和高溫高壓工作電極9分別通過各自對應的接入孔接入，各接入孔與傳感器及各電極之間設置密封件，保證反應容器I在高溫高壓條件下的密封性能。該系統還包括溫控儀，溫控儀按照溫度傳感器6的傳遞信號，調節電阻絲加熱功率以及電磁閥開閉程度，控制冷卻水盤管內冷卻水流量，實現反應容器內的恆溫(< ±2度)精確控制，並設有超溫、超壓報警、自動切斷加熱電源等功能。
權利要求1.可實現動態電化學測試的高溫高壓H2s/co2腐蝕反應裝置，包括腐蝕反應容器、加熱及恆溫裝置、氣體增壓系統及動態電化學測試系統；其特徵在於所述的腐蝕反應容器包括罐體及頂蓋，罐體及頂蓋之間採用螺栓密封固定連接；罐體內固定腐蝕試樣掛片安裝盤，罐體上設置磁力攪拌器；頂蓋的側壁上設置與罐體內部連通的孔道，該孔道上安裝三通管線，三通管線的另兩個接口分別為H2S及CO2的入口，在頂蓋的側壁上還設置有另一個與腐蝕反應容器內部接通的孔道，該孔道接有氣體排氣及安全閥裝置； 所述加熱及恆溫裝置包括冷卻水管、加熱元件及保溫層結構，具體的是緊貼腐蝕反應容器罐體的外壁設置冷卻水盤管，環繞罐體外壁設置電加熱元件，在罐體的最外層設置保溫層結構； 所述的氣體增壓系統，由空氣壓縮機和氣體增壓泵組成，空氣壓縮機與氣體增壓泵之間管線連接，H2S及CO2氣瓶的出口分別管線連接氣體增壓泵的入口，氣體增壓泵的出口對應接有腐蝕反應容器的H2S及CO2的入口 ； 所述的動態電化學測試系統，包括溫度傳感器接入孔、內置式高溫高壓Ag/AgC參比電極、高溫高壓輔助鉬電極及高溫高壓工作電極，腐蝕反應容器頂蓋上開設分別開設溫度傳感器、高溫高壓Ag/AgC參比電極、高溫高壓輔助鉬電極和高溫高壓工作電極的接入孔，溫度傳感器、高溫高壓Ag/AgC參比電極、高溫高壓輔助鉬電極和高溫高壓工作電極通過對應的接入孔接入到腐蝕反應容器內部，各接入孔與傳感器及各電極之間設置密封件。
2.根據權利要求I所述的可實現動態電化學測試的高溫高壓H2S/C02腐蝕反應裝置，其特徵在於腐蝕試樣掛片安裝盤為圓板狀，在安裝盤上沿圓周開有至少12個掛片孔，在掛片孔上安裝腐蝕掛片。
專利摘要本實用新型公開了一種可實現動態電化學測試的高溫高壓H2S/CO2腐蝕反應裝置，解決了研究H2S/CO2腐蝕體系，在高溫高壓動態條件下實施腐蝕過程電化學參數的實時測量沒有適合反應裝置的問題；本申請的反應裝置包括腐蝕反應容器、加熱及恆溫裝置、氣體增壓系統及動態電化學測試系統，可實現腐蝕反應容器內介質溫度、壓力以及流速的動態精確控制，內置的腐蝕掛片盤可實現多組腐蝕掛片在動態旋轉條件下長期穩定工作，高溫高壓三電極電化學測試系統，在進行腐蝕掛片失重實驗的同時，可實現高溫高壓強腐蝕介質條件下，反應裝置內材料動態腐蝕過程的電化學實時測試。為H2S/CO2腐蝕體系的深入研究提供了有利的保障。
文檔編號G01N17/02GK202471565SQ201220094880
公開日2012年10月3日 申請日期2012年3月14日 優先權日2012年3月14日
發明者孫麗麗, 張志秋, 張旭昀, 畢鳳琴, 王勇, 高明浩 申請人:東北石油大學