多相流腐蝕及流態模擬實驗管路裝置及模擬實驗方法
2023-07-05 12:58:01 1
多相流腐蝕及流態模擬實驗管路裝置及模擬實驗方法
【專利摘要】本發明提供了一種多相流腐蝕及流態模擬實驗管路裝置，其包括管路、支架、耐腐蝕儲罐、耐腐蝕泵、球閥、電磁流量計、電阻探針、溫度計、pH計、溶氧儀，所述管路上包括起伏管路腐蝕測試區和水平管路腐蝕測試區。該模擬實驗管路裝置通過設計不同的傾角以模擬起伏管路，並採用電阻探針實時記錄腐蝕速率的變化；在水平管段採用與管道內部直徑相同的環狀試樣，採用失重法與電化學方法監測管道內部的腐蝕，能夠真實模擬工業現場的流動狀態及多相流腐蝕，解決了室內動態腐蝕模擬不能真實反映工業現場流動管道內部流動特徵及腐蝕行為等技術問題。
【專利說明】多相流腐蝕及流態模擬實驗管路裝置及模擬實驗方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及石油與天然氣工程【技術領域】，尤其涉及一種多相流腐蝕及流態模擬實驗管路裝置。
【背景技術】
[0002]石油天然氣和化工等行業的管道通常是含油、氣、水、砂及腐蝕性介質環境的多相流管線，金屬管道可能發生嚴重的氣液兩相流腐蝕、液固兩相流腐蝕，氣液固多相衝蝕腐蝕。管道內部的流態與管道的操作工藝密切相關，同時也影響管道的腐蝕行為和腐蝕機理。
[0003]目前對於石油天然氣及化工等行業的多相流腐蝕的模擬實驗研究主要採用傳統的靜態實驗法，高壓釜內動態實驗方法，旋轉方式模擬流動狀態的腐蝕模擬實驗方法以及模擬管路系統等方法，其中前三種方法無法模擬腐蝕介質在管道中的真實流動狀態，與現場實際的管道內的流動狀態差別較大，因此，也無法準確獲得管道內部的多相流腐蝕行為及規律。
[0004]《腐蝕室內動態模擬試驗裝置》(申請號:200710016705.2)，《模擬石化管路衝蝕腐蝕監檢測實驗裝置》(申請號:200920278231.3)和《循環多相流起伏管路內腐蝕實驗裝置》(申請號:201110320980.X)均採用流動管路系統模擬工業流動條件下的腐蝕行為，但是這三個發明專利中腐蝕掛片均採用插入式，插入的腐蝕掛片會影響管道內部的流動狀態，掛片插入處的流動特徵與管道內部的真實流態不同，因此，插入式腐蝕掛片表面的腐蝕行為不能反映管道的實際腐蝕狀態。
[0005]採用與管道內壁平齊的腐蝕掛片可能會因為邊緣效應(edge effect)在與管壁接觸的部位發生嚴重腐蝕,導致腐蝕掛片的腐蝕速率比真實腐蝕速率高。
[0006]《模擬石化管路衝蝕腐蝕監檢測實驗裝置》中在管路中直接採用一段管作為研究試樣(即管狀試樣)，這種管狀試樣能夠真實模擬管道的流動特徵，但若管狀試樣的長度過長，將不利於管道內部表面的打磨及獲取腐蝕形貌特徵。
[0007]《循環多相流起伏管路內腐蝕實驗裝置》採用鋼化玻璃管，通過調整管路支架在O?30度內調整管道的傾角。實際上，工業中管道的傾角可能在O?90度內變化，並且一般而言，管道彎頭部位的多相流腐蝕可能比其它部位嚴重。
[0008]根據流動模擬計算，當模擬管道的直徑為IOcm時，管道內部的流動特徵與油氣輸送大口徑管道的流動特徵相同。《腐蝕室內動態模擬試驗裝置》和《循環多相流起伏管路內腐蝕實驗裝置》的模擬工業背景均為油氣管道，但發明中未說明模擬管道的直徑要求。
[0009]本申請就是在為了克服上述模擬試驗裝置的缺陷，提出一種新型的多相流腐蝕及流態模擬實驗管路裝置，其採用管徑為IOcm的透明PVC管道，通過設計不同的傾角以模擬起伏管路，並採用電阻探針實時記錄腐蝕速率的變化；在水平管段採用與管道內部直徑相同的環狀試樣，採用失重法與電化學方法監測管道的內部腐蝕，能夠真實模擬工業現場的流動狀態及多相流腐蝕。
【發明內容】
[0010]本發明所要解決的技術問題是通過設計透明PVC實驗管路系統以觀察管道內的流態變化，通過設計不同的傾角以模擬起伏管路，並採用電阻探針實時記錄腐蝕速率的變化；在水平管段採用與管道內部直徑相同的環狀試樣，採用失重法與電化學方法監測管道內部的腐蝕，能夠真實模擬工業現場的流動狀態及多相流腐蝕，解決了室內動態腐蝕模擬不能真實反映工業現場流動管道內部流動特徵及腐蝕行為等技術問題。
[0011]為解決上述技術問題，本發明提供了一種多相流腐蝕及流態模擬實驗管路裝置，其包括管路、支架、耐腐蝕儲罐、耐腐蝕泵、球閥、電磁流量計、電阻探針、溫度計、PH計、溶氧儀，所述管路上包括起伏管路腐蝕測試區和水平管路腐蝕測試區。
[0012]其中，在起伏管路腐蝕測試區上的傾角處安裝有電阻探針，用於實時監測不同傾角處的腐蝕行為，電阻探針平齊管路的管壁設置。
[0013]其中，在耐腐蝕儲罐上底部具有氣體入口、頂部具有氣體出口，在耐腐蝕儲罐的上側壁上具有實驗液體入口，在下側壁上具有實驗液體出口，氣體入口和氣體出口連接到耐腐蝕儲罐上。
[0014]其中，耐腐蝕泵安裝在管路上，通過球閥與耐腐蝕儲罐相連接，所述電磁流量計用於顯示管路的流量，其通過管路與耐腐蝕泵相連接。
[0015]其中，起伏管路腐蝕測試區的管路傾角可通過不同長度的PVC管段之間的連接進行調整，獲得O?90度內的傾角，呈現水平，傾斜和垂直等流動狀態。
[0016]其中，實驗管路採用PVC管制作，管徑為10cm。
[0017]其中，水平管路腐蝕測試區主管路內試樣採用與管道內徑相同的環形試樣，試樣之間採用O型圈絕緣，環形試樣可用於失重測試和電化學測試，在主管路上與試樣對應的部位打孔，採用不鏽鋼螺釘與試樣接觸，導出試樣的電信號，臨近的試樣作為參比電極，採用雙電極體系逐個測試試樣的電化學信號。
[0018]其中，耐腐蝕儲罐內裝有電加熱管和熱電偶，可根據設定的溫度保持罐內介質恆溫。
[0019]高速攝像儀觀察管路中不同部位的流態。
[0020]本發明還提供了採用上述的多相流腐蝕及流態模擬實驗管路裝置進行模擬實驗的方法，具體為:
[0021]第一步，在耐腐蝕儲罐I內添加實驗溶液介質,溶液體積約為耐腐蝕儲罐I總體積的I / 2?2 / 3，若模擬含砂的體系，需加入砂；
[0022]第二步，對所述模擬實驗管路裝置除氧；
[0023]第三步，當第二步除氧量達到要求後，關閉水平管路腐蝕測試區的管路旁路上的第二球閥16，開啟主管路上的第三球閥17和第四球閥19，開啟耐腐蝕泵3使耐腐蝕儲罐I內的實驗溶液介質在管路內流動，通過電磁流量計4測量實驗溶液介質流量，採用高速攝像儀觀察管路中不同部位的流態；
[0024]第四步，實驗結束後，關閉耐蝕泵3，第一球閥2，第二球閥16，第三球閥17和第四球閥19，拆卸起伏管路部分和水平管路部分的腐蝕試樣。
[0025]所述第二步進一步具體為開啟氣體入口 8，通過增壓泵從氣體入口 8向耐腐蝕儲罐I中充入非氧氣體，如氮氣，開啟氣體出口 11和第一球閥2，採用溶氧儀7測量實驗介質的溶氧量，當除氧量達到要求後，關閉氣體出口 11的球閥，從氣體入口 8向實驗溶液介質內充入實驗用氣體，達到實驗壓力後結束充氣，並採用PH計6測試溶液pH值。
[0026]本發明的有益效果:
[0027]本發明提供的可模擬多相流腐蝕及流態的管路裝置及模擬實驗方法，與現有的腐蝕模擬實驗裝置及模擬實驗方法比較存在以下優點:(I)採用透明PVC管路，便於觀察管道內的流態；(2)水平管路腐蝕測試區採用與管道內部直徑相同的環狀試樣，不影響管道內的流態，能更真實模擬管道內部腐蝕狀態；(3)採用不同的傾角模擬起伏管路，傾角在O?90度內調整，更能模擬工業管道的起伏狀態；採用與管壁平齊的電阻探針，由於電阻探針的金屬測試部分與管壁不直接接觸，避免邊緣效應；(4)容易拆卸和安裝，可以模擬不同傾角條件下管道內部的流態和腐蝕行為。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0028]圖1為本發明的結構示意圖；
[0029]圖2為水平管路腐蝕測試區內試樣的安裝示意圖。
[0030]圖中，1-耐腐蝕儲罐，2-第一球閥，3-耐蝕泵，4-電磁流量計，5-溫度計，6-pH計，7-溶氧儀，8-氣體入口，9-實驗液體出口，10-實驗液體入口，11 -氣體出口，12-電阻探針，13-電阻探針，14-電阻探針，15-電阻探針，16-第二球閥，17-第三球閥，18-水平管路腐蝕測試段，19-第四球閥，20-環形失重試樣，21~0型圈，22-環形失重試樣，23-0型圈，24-不鏽鋼螺絲釘，25-不鏽鋼螺絲釘。
【具體實施方式】
[0031]本發明提供了一種多相流腐蝕及流態模擬實驗管路裝置，其包括管路、支架、耐腐蝕儲罐、耐腐蝕泵、球閥、電磁流量計、電阻探針、溫度計、PH計、溶氧儀、高速攝像儀，所述管路上包括起伏管路腐蝕測試區和水平管路腐蝕測試區。
[0032]在起伏管路腐蝕測試區上的每一個傾角處安裝有電阻探針，用於實時監測不同傾角處的腐蝕行為，電阻探針平齊管路的管壁設置。
[0033]在耐腐蝕儲罐上底部具有氣體入口、頂部具有氣體出口，在耐腐蝕儲罐的上側壁上具有實驗液體入口，在下側壁上具有實驗液體出口，氣體入口和氣體出口連接到耐腐蝕儲罐上。
[0034]進一步，所述氣體入口和氣體出口採用球閥連接到耐腐蝕儲罐上。
[0035]在耐腐蝕儲罐的底部還安裝有、溫度計、pH計和溶氧儀，溫度計用於測量實驗介質的溫度，PH計用於測量實驗介質的pH值，溶氧儀用於測量實驗介質的溶氧量。
[0036]耐腐蝕泵安裝在管路上，通過球閥與耐腐蝕儲罐相連接，所述電磁流量計用於顯示管路的流量，其通過管路與耐腐蝕泵相連接。
[0037]起伏管路腐蝕測試區的管路傾角可通過不同長度的PVC管段之間的連接進行調整，獲得O?90度內的傾角，呈現水平，傾斜和垂直等流動狀態。
[0038]整個管路中水平部分的PVC管之間採用法蘭連接，帶傾角部位採用彎頭連接。
[0039]水平管路腐蝕測試區由主管路和旁路組成，在旁路上和主管路上均設置球閥，球閥可控制實驗液體流經管路的路徑。[0040]實驗管路採用PVC管制作，管徑為10cm，各管道的長度可根據實驗場地限制及實驗中的傾角設置的需要進行調整。整個管路系統與地面垂直，採用支架進行固定。
[0041]水平管路腐蝕測試區主管路內試樣採用與管道內徑相同的環形試樣，試樣之間採用O型圈絕緣，環形試樣可用於失重測試和電化學測試，在主管路上與試樣對應的部位打孔，採用不鏽鋼螺釘與試樣接觸，導出試樣的電信號，臨近的試樣作為參比電極，採用雙電極體系逐個測試試樣的電化學信號。
[0042]耐腐蝕儲罐內裝有電加熱管和熱電偶，可根據設定的溫度保持罐內介質恆溫。
[0043]高速攝像儀觀察管路中不同部位的流態。
[0044]本發明還提供了採用上述的多相流腐蝕及流態模擬實驗管路裝置進行模擬實驗的方法，具體為:
[0045]第一步，在耐腐蝕儲罐I內添加實驗溶液介質,溶液體積約為耐腐蝕儲罐I總體積的I / 2?2 / 3，若模擬含砂的體系，需加入砂；
[0046]第二步，對所述模擬實驗管路裝置除氧；
[0047]第三步，當第二步除氧量達到要求後，關閉水平管路腐蝕測試區的管路旁路上的第二球閥16，開啟主管路上的第三球閥17和第四球閥19，開啟耐腐蝕泵3使耐腐蝕儲罐I內的實驗溶液介質在管路內流動，通過電磁流量計4測量實驗溶液介質流量，採用高速攝像儀觀察管路中不同部位的流態；
[0048]第四步，實驗結束後，關閉耐蝕泵3，第一球閥2，第二球閥16，第三球閥17和第四球閥19，拆卸起伏管路部分和水平管路部分的腐蝕試樣。
[0049]所述第二步進一步具體為開啟氣體入口 8，通過增壓泵從氣體入口 8向耐腐蝕儲罐I中充入非氧氣體，如氮氣，開啟氣體出口 11和第一球閥2，採用溶氧儀7測量實驗介質的溶氧量，當除氧量達到要求後，關閉氣體出口 11的球閥，從氣體入口 8向實驗溶液介質內充入實驗用氣體，達到實驗壓力後結束充氣，並採用PH計6測試溶液pH值。
[0050]本發明提供的可模擬多相流腐蝕及流態的管路裝置及模擬實驗方法，該裝置設計透明PVC實驗管路系統，便於觀察管道內的流態變化，通過設計不同的傾角以模擬起伏管路；在水平管段採用與管道內部直徑相同的環狀試樣，裝卸及使用方便，能夠真實模擬工業現場的流動狀態及多相流腐蝕的實驗管路系統，適用於研究含氣、液和固體顆粒環境管道內的多相流腐蝕行為及流態，如油氣輸運系統的多相流腐蝕及流態模擬研究，煉油設備管道內的多相流腐蝕及流態模擬研究，管道內部緩蝕劑性能評價，緩蝕劑處理工藝評估及管道內部塗層篩選等。
[0051]以下採用實施例來詳細說明本發明的實施方式，藉此對本發明如何應用技術手段來解決技術問題，並達成技術效果的實現過程能充分理解並據以實施。
[0052]如圖1和圖2所示，本發明提供的多相流腐蝕及流態模擬實驗管路裝置，包括管路、支架、耐腐蝕儲罐1、耐腐蝕泵3、第一球閥2，第二球閥16，第三球閥17和第四球閥19、電磁流量計4、電阻探針12-15、溫度計5、pH計6、溶氧儀7、高速攝像儀，所述管路上包括起伏管路腐蝕測試區和水平管路腐蝕測試區，在起伏管路腐蝕測試區上的傾角處安裝有電阻探針12-15，用於實時監測不同傾角處的腐蝕行為，電阻探針平齊管路的管壁設置，在耐腐蝕儲罐上底部具有氣體入口 8、頂部具有氣體出口 11，在耐腐蝕儲罐的上側壁上具有實驗液體入口 10，在下側壁上具有實驗液體出口 9，氣體入口 8和氣體出口 11分別通過球閥連接到耐腐蝕儲罐I上，在耐腐蝕儲罐I的底部還安裝有溫度計5、pH計6和溶氧儀7，溫度計5用於測量實驗介質的溫度，pH計6用於測量實驗介質的pH值，溶氧儀7用於測量實驗介質的溶氧量，耐腐蝕泵3安裝在管路上，通過第一球閥2與耐腐蝕儲罐I相連接，所述電磁流量計4用於顯示管路的流量，其通過管路與耐腐蝕泵3相連接，起伏管路腐蝕測試區的管路傾角可通過不同長度的PVC管段之間的連接進行調整，獲得O?90度內的傾角，呈現水平，傾斜和垂直等流動狀態，整個管路中水平部分的PVC管之間採用法蘭連接，帶傾角部位採用彎頭連接，水平管路腐蝕測試區由主管路和旁路組成，在旁路上和主管路上分別設置第二球閥16和第三球閥17、第四球閥19，球閥可控制實驗液體流經管路的路徑，實驗管路採用PVC管制作，管徑為10cm，各管道的長度可根據實驗場地限制及實驗中的傾角設置的需要進行調整，整個管路系統與地面垂直，採用支架進行固定，水平管路腐蝕測試區主管路內試樣採用與管道內徑相同的環形試樣20，22，試樣之間採用O型圈21和23絕緣，環形試樣可用於失重測試和電化學測試，在主管路上與試樣對應的部位打孔，採用不鏽鋼螺釘24和25與試樣接觸，導出試樣的電信號，臨近的試樣作為參比電極，採用雙電極體系逐個測試試樣的電化學信號，耐腐蝕儲罐I內裝有電加熱管和熱電偶，可根據設定的溫度保持罐內介質恆溫，高速攝像儀觀察管路中不同部位的流態。
[0053]本發明還提供了採用上述的多相流腐蝕及流態模擬實驗管路裝置進行模擬實驗的方法，具體為在耐腐蝕儲罐I內添加實驗溶液介質，溶液體積約為耐腐蝕儲罐I總體積的I / 2?2 / 3，若模擬含砂的體系，需加入砂；開啟氣體入口 8，通過增壓泵從氣體入口 8向耐腐蝕儲罐I中充入非氧氣體，如氮氣，開啟氣體出口 11和第一球閥2，採用溶氧儀7測量實驗介質的溶氧量，當除氧量達到要求後，關閉氣體出口 11的球閥，從氣體入口 8向實驗溶液介質內充入實驗用氣體，達到實驗壓力後結束充氣，並採用PH計6測試溶液pH值；關閉水平管路腐蝕測試區的管路旁路上的第二球閥16，開啟主管路上的第三球閥17和第四球閥19，開啟耐腐蝕泵3使耐腐蝕儲罐I內的實驗溶液介質在管路內流動,通過電磁流量計4測量實驗溶液介質流量，採用高速攝像儀觀察管路中不同部位的流態；實驗結束後，關閉耐蝕泵3，球閥2，球閥16，球閥17和球閥19，拆卸起伏管路部分和水平管路部分的腐蝕試樣。
[0054]所有上述的首要實施這一智慧財產權，並沒有設定限制其他形式的實施這種新產品和/或新方法。本領域技術人員將利用這一重要信息，上述內容修改，以實現類似的執行情況。但是，所有修改或改造基於本發明新產品屬於保留的權利。
[0055]以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，並非是對本發明作其它形式的限制，任何熟悉本專業的技術人員可能利用上述揭示的技術內容加以變更或改型為等同變化的等效實施例。但是凡是未脫離本發明技術方案內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與改型，仍屬於本發明技術方案的保護範圍。
【權利要求】
1.一種多相流腐蝕及流態模擬實驗管路裝置，其特徵在於:包括管路、支架、耐腐蝕儲罐、耐腐蝕泵、球閥、電磁流量計、電阻探針、溫度計、PH計、溶氧儀，所述管路上包括起伏管路腐蝕測試區和水平管路腐蝕測試區。
2.如權利要求1所述的多相流腐蝕及流態模擬實驗管路裝置，其特徵在於:在起伏管路腐蝕測試區上的傾角處安裝有電阻探針，用於實時監測不同傾角處的腐蝕行為，電阻探針平齊管路的管壁設置。
3.如權利要求1或2所述的多相流腐蝕及流態模擬實驗管路裝置，其特徵在於:在耐腐蝕儲罐上底部具有氣體入口、頂部具有氣體出口，在耐腐蝕儲罐的上側壁上具有實驗液體入口，在下側壁上具有實驗液體出口，氣體入口和氣體出口連接到耐腐蝕儲罐上。
4.如權利要求1至3所述的多相流腐蝕及流態模擬實驗管路裝置，其特徵在於:耐腐蝕泵安裝在管路上，通過球閥與耐腐蝕儲罐相連接，所述電磁流量計用於顯示管路的流量，其通過管路與耐腐蝕泵相連接。
5.如權利要求1至4所述的多相流腐蝕及流態模擬實驗管路裝置，其特徵在於:起伏管路腐蝕測試區的管路傾角可通過不同長度的PVC管段之間的連接進行調整，獲得O~90度內的傾角，呈現水平，傾斜和垂直等流動狀態。
6.如權利要求1至5所述的多相流腐蝕及流態模擬實驗管路裝置，其特徵在於:實驗管路採用PVC管制作，管徑為10cm。
7.如權利要求1至6所述的多相流腐蝕及流態模擬實驗管路裝置，其特徵在於:水平管路腐蝕測試區主管 路內試樣採用與管道內徑相同的環形試樣，試樣之間採用O型圈絕緣，環形試樣可用於失重測試和電化學測試，在主管路上與試樣對應的部位打孔，採用不鏽鋼螺釘與試樣接觸，導出試樣的電信號，臨近的試樣作為參比電極，採用雙電極體系逐個測試試樣的電化學信號。
8.如權利要求1至7所述的多相流腐蝕及流態模擬實驗管路裝置，其特徵在於:耐腐蝕儲罐內裝有電加熱管和熱電偶，可根據設定的溫度保持罐內介質恆溫。
9.權利要求1至8所述的多相流腐蝕及流態模擬實驗管路裝置進行模擬實驗的方法，其特徵在於: 第一步，在耐腐蝕儲罐內添加實驗溶液介質，溶液體積約為耐腐蝕儲罐I總體積的I /2~2 / 3，若模擬含砂的體系，需加入砂； 第二步，對所述模擬實驗管路裝置除氧； 第三步，當第二步除氧量達到要求後，關閉水平管路腐蝕測試區的管路旁路上的第二球閥，開啟主管路上的第三球閥和第四球閥，開啟耐腐蝕泵使耐腐蝕儲罐內的實驗溶液介質在管路內流動，通過電磁流量計測量實驗溶液介質流量，採用高速攝像儀觀察管路中不同部位的流態； 第四步，實驗結束後，關閉耐蝕泵，第一球閥，第二球閥，第三球閥和第四球閥，拆卸起伏管路部分和水平管路部分的腐蝕試樣。
10.權利要求9所述的多相流腐蝕及流態模擬實驗管路裝置進行模擬實驗的方法，其特徵在於:所述第二步進一步具體為開啟氣體入口，通過增壓泵從氣體入口向耐腐蝕儲罐中充入非氧氣體，如氮氣，開啟氣體出口和第一球閥，採用溶氧儀測量實驗介質的溶氧量，當測得溶液介質除氧量達到要求後，關閉氣體出口的球閥，從氣體入口向實驗溶液介質內充入實驗用氣體，達到實驗壓力後結束充氣，並採用 PH計測試溶液pH值。
【文檔編號】G01N17/00GK103926191SQ201410116674
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年3月26日 優先權日:2014年3月26日
【發明者】蔣秀, 屈定榮, 劉小輝 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司青島安全工程研究院