一種鋼材抗二氧化碳腐蝕性能的對比模擬測試裝置及其測試方法

2023-10-08 01:36:19 4

專利名稱：一種鋼材抗二氧化碳腐蝕性能的對比模擬測試裝置及其測試方法
技術領域：
本發明涉及材料腐蝕領域，具體地說是一種鋼材抗CO2腐蝕性能的對比模擬測試裝置及其測試方法。
背景技術：
近年來，國內外大力開展CO2驅油提高採收率技術的研發和應用。CO2驅油具有適用範圍大、驅油成本低、採收率提高顯著等優點。但是CO2腐蝕是困擾我國油氣工業發展的 一個極為突出的問題。原油管道內的CO2腐蝕具體是高溫高壓多相流動介質中的CO2腐蝕，影響因素較多，不僅會發生大面積的全面腐蝕，而且往往會發生點狀、臺地狀、渦旋狀、蜂窩狀和燒瓶狀等局部腐蝕，危害大且預測難度較大。腐蝕速率是抗CO2腐蝕鋼最重要的技術指標，根據腐蝕速率不僅可以客觀科學地評價材料的CO2腐蝕性能，而且可以在類似條件下預測鋼材的失效時間。現有的測量鋼材的耐腐蝕性能的相關資料有
專利號為CN2491826，一種周期浸潤腐蝕試驗箱，可以實現乾濕交替和光照的模擬腐蝕條件。通過使試樣浸入或脫離下方的酸蝕溶液浸潤槽實現周期性浸潤；通過遠紅外燈照射試樣表面模擬光照乾燥。但是該設備無冷卻設備，無法精確控制溫度。申請號為20070016705. 2，一種腐蝕室內動態模擬試驗裝置，可以同時實現兩個流速的腐蝕試驗，並在線觀測腐蝕介質的流動狀態和腐蝕掛片的狀態。主要構成為管道系統、溫控系統、檢測系統、循環系統等。申請號為02283947. X，一種油田集輸系統三相流多速腐蝕模擬測試裝置，可以在腐蝕系統內掛片，模擬油田集輸系統油、氣、水三相介質的流動狀態。主要構成為混合系統、分離系統、腐蝕系統等。但無具體參數。專利號為CN102305761，酸性介質輸送管道焊縫及母材腐蝕模擬試驗裝置及方法，可以模擬在管道輸送條件下高酸性天然氣中酸性介質對管道焊縫及母材的腐蝕狀況。主要構成為儲存系統、溫控系統、壓力系統、分離系統等。試驗結果真實，但是規模大、費用高。上述專利都是與腐蝕測試相關的方法及裝置，但是或者功能目的不同，或者無詳細試驗方法和手段，或者費用高不方便。沒有適用於實驗室用原油輸送鋼材抗CO2腐蝕性能的對比模擬測試方法及裝置。

發明內容
本發明的目的是提供一種鋼材抗CO2腐蝕性能的對比模擬測試裝置及其測試方法，該裝置結構簡單、性能穩定、控制精度高、操作簡單，可以用於實驗室內對鋼材的抗CO2腐蝕性能的對比模擬測試。測試及方法可以提供不同溫度、CO2分壓及溶液成分，對比模擬不同條件下原油中CO2對管道的腐蝕情況；且可以同時滿足不同材質、鋼級及壁厚的鋼材對比腐蝕測試。本發明的目的是通過以下技術方案來實現的
一種鋼材抗CO2腐蝕性能的對比模擬測試裝置，其特徵在於該裝置包括反應釜、溶液池和壓力調節裝置，溶液池的出口通過液體控制閥與反應釜的上端連接，溶液池的進口通過液體控制閥和流體壓力泵與反應釜的下端連接；在反應釜外壁上環繞設有加熱棒，在加熱棒外側設有隔熱材料，在反應釜內設有用來測量反應釜內溶液溫度的熱電偶，熱電偶與溫度調節器連接；在反應釜內設有樣品夾具，樣品夾具與伸出到反應釜外部的攪拌裝置連接；所述壓力調節裝置包括CO2氣罐和N2氣罐，CO2氣罐和N2氣罐均通過氣體控制閥和氣體壓力泵與反應釜的底部連接；在CO2氣罐和N2氣罐與反應 釜間均設有氣體壓力表和單向閥門；在反應釜上端設有排氣管。本發明中，溫度調節器的溫度調節範圍是30°C 150°C。在反應釜上端設有壓力表。在樣品夾具上設有一組樣品鑲嵌裝置。一種鋼材抗CO2腐蝕性能的對比模擬測試裝置的測試方法，其特徵在於該方法包括以下步驟
(I)將鋼材加工成弧形試樣，經過砂紙打磨後，將其浸入到盛有丙酮的燒杯中，放入超聲波清洗儀中清洗，除掉試樣表面的油汙，酒精清洗冷風吹乾；可以將鋼材加工成為Φ 87mm的弧形試樣，經過800#砂紙打磨，放入超聲波清洗儀中清洗20分鐘。(2)對弧形試樣進行數據測量記錄，然後將弧形試樣鑲嵌到測試裝置的樣品夾具上，放入反應釜內；可以將試樣放置在精度O. Img的電子分析天平稱量重量，用精度O. 02mm的遊標卡尺測量尺寸，並計算試樣腐蝕面的面積，記錄測量的數據。(3)將實驗溶液用CO2除氧之後通入溶液池和反應釜內；溶液成分中Cl—濃度600 150001mg/L ；
(4 )通過加熱棒對反應溶液進行加熱，並通過熱電偶實時監測反應釜內溶液溫度,使用溫度調節器調節溫度；溫度調節範圍是30°C ^150°C ；
(5)打開與CO2氣罐和N2氣罐連接的控制閥，並通過壓力泵保持實驗需要的CO2分壓；CO2分壓調節範圍是O. 6MPa"2. 5Mpa ；
(6)打開溶液池與反應釜之間的液體控制閥、壓力泵，保持一定的流速使反應溶液在反應釜和溶液池之間流動；
(7)通過攪拌裝置帶動樣品夾具旋轉，均勻反應釜內腐蝕氣氛，保持上述反應狀態7-8天後，取出被腐蝕試樣，去汙、吹乾之後拍照、去除腐蝕產物膜、稱重，得到測試結果。本發明具有以下優勢
(I)提供模擬原油中CO2腐蝕條件下鋼材的腐蝕情況，為鋼材腐蝕規律、腐蝕機理等方面的基礎研究提供手段。(2)可以提供不同溫度、CO2分壓及溶液成分，對比模擬不同條件下原油中CO2對管道的腐蝕情況。(3)試樣製備成弧形符合管道鋼材的實際情況，且可以同時滿足不同材質、鋼級及壁厚的鋼材對比腐蝕測試。
(4)實驗裝置結構簡單、性能穩定、控制精度高、操作簡單，可以用於實驗室內對鋼材的抗CO2腐蝕性能的對比模擬測試。


圖I為本發明的裝置結構示意圖。圖2為試樣加工示意圖。
具體實施例方式以下用具體實施案例對本發明進行更詳細的說明，以下實施案例僅僅是對本發明最佳實施方式的描述，並不對本發明的範圍有所限制。一種鋼材抗CO2腐蝕性能的對比模擬測試裝置，見圖1，該裝置包括反應釜I、溶液 池2和壓力調節裝置3，溶液池2的出口通過液體控制閥21與反應釜I的上端連接，溶液池2的進口通過液體控制閥21和流體壓力泵22與反應釜I的下端連接；在反應釜I外壁上環繞設有加熱棒11，在加熱棒11外側設有隔熱材料12，在反應釜I內設有用來測量反應釜內溶液溫度的熱電偶13，熱電偶13與溫度調節器14連接；溫度調節器的溫度調節範圍是30°C 150°C。在反應釜I內設有樣品夾具15，在樣品夾具上設有一組樣品鑲嵌裝置。樣品夾具15與伸出到反應釜外部的攪拌裝置16連接；壓力調節裝置3包括CO2氣罐31和N2氣罐32，CO2氣罐和N2氣罐均通過氣體控制閥33和氣體壓力泵34與反應釜的底部連接；在CO2氣罐和N2氣罐與反應釜間均設有氣體壓力表35和單向閥門36 ;在反應釜上端設有排氣管17。在反應釜上端設有壓力表18。本裝置各部分之間通過管道4連接。實驗溶液的成分見表1，用以模擬油氣田腐蝕介質環境。表I四種油氣田採出液模擬成分(單位mg/L)
權利要求
1.一種鋼材抗0)2腐蝕性能的對比模擬測試裝置，其特徵在於該裝置包括反應釜(I)、溶液池(2)和壓力調節裝置(3)，溶液池(2)的出口通過液體控制閥(21)與反應釜(I)的上端連接，溶液池(2)的進口通過液體控制閥(21)和流體壓力泵(22)與反應釜(I)的下端連接；在反應釜(I)外壁上環繞設有加熱棒(11 )，在加熱棒(11)外側設有隔熱材料(12)，在反應釜(I)內設有用來測量反應釜內溶液溫度的熱電偶(13)，熱電偶(13)與溫度調節器(14)連接；在反應釜(I)內設有樣品夾具(15)，樣品夾具(15)與伸出到反應釜(I)外部的攪拌裝置(16)連接；所述壓力調節裝置(3)包括CO2氣罐(31)和N2氣罐(32)，CO2氣罐(31)和N2氣罐(32 )均通過氣體控制閥(33 )和氣體壓力泵(34)與反應釜(I)的底部連接；在CO2氣罐(31)和N2氣罐(32)與反應釜(I)間均設有氣體壓力表(35)和單向閥門(36)；在反應釜(I)上端設有排氣管(17)。
2.根據權利要求I所述的鋼材抗0)2腐蝕性能的對比模擬測試裝置，其特徵在於溫度調節器(14)的溫度調節範圍是30°C 150°C。
3.根據權利要求I所述的鋼材抗0)2腐蝕性能的對比模擬測試裝置，其特徵在於在反應釜(I)上端設有壓力表(18)。
4.根據權利要求I所述的鋼材抗0)2腐蝕性能的對比模擬測試裝置，其特徵在於在樣品夾具(15)上設有一組樣品鑲嵌裝置。
5.一種權利要求I所述鋼材抗CO2腐蝕性能的對比模擬測試裝置的測試方法，其特徵在於該方法包括以下步驟 (1)將鋼材加工成弧形試樣，經過砂紙打磨後，將其浸入到盛有丙酮的燒杯中，放入超聲波清洗儀中清洗，除掉試樣表面的油汙，酒精清洗冷風吹乾； (2)對弧形試樣進行數據測量記錄，然後將弧形試樣鑲嵌到測試裝置的樣品夾具上，放入反應爸內； (3)將實驗溶液用CO2除氧之後通入溶液池和反應釜內； (4 )通過加熱棒對反應溶液進行加熱，並通過熱電偶實時監測反應釜內溶液溫度,使用溫度調節器調節溫度； (5)打開與CO2氣罐和N2氣罐連接的控制閥，並通過壓力泵保持實驗需要的CO2分壓； (6)打開溶液池與反應釜之間的液體控制閥、壓力泵，保持一定的流速使反應溶液在反應釜和溶液池之間流動； (7)通過攪拌裝置帶動樣品夾具旋轉，均勻反應釜內腐蝕氣氛，保持上述反應狀態7-8天後，取出被腐蝕試樣，去汙、吹乾之後拍照、去除腐蝕產物膜、稱重，得到測試結果。
6.根據權利要求5所述的測試方法，其特徵在於溶液成分中Cl—濃度60(Tl50001mg/L0
7.根據權利要求5所述的測試方法，其特徵在於溫度調節範圍是30°C 150°C。
8.根據權利要求5所述的測試方法，其特徵在於C02分壓調節範圍是O.6MPa^2. 5MPa。
全文摘要
本發明公開了一種鋼材抗二氧化碳腐蝕性能的對比模擬測試裝置及其測試方法，該裝置包括反應釜、溶液池和壓力調節裝置，溶液池通過液體控制閥與反應釜連接，在反應釜外壁上環繞設有加熱棒和隔熱材料，在反應釜內設有熱電偶和溫度調節器；在反應釜內設有與攪拌裝置連接的樣品夾具，壓力調節裝置包括與反應釜的底部連接的CO2氣罐和N2氣罐。該方法用於對比模擬原油中CO2對管道鋼材的腐蝕情況，評價鋼材在90℃~120℃、CO2分壓在1MPa~2.4MPa溶液中的腐蝕速率。可以同時測試不同材質、鋼級、厚度鋼材的抗CO2腐蝕性能，測試方便簡單，可以通過調節溫度、分壓、溶液成分進行各種油田的腐蝕模擬測試。
文檔編號G01N1/32GK102854127SQ20121034873
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月19日 優先權日2012年9月19日
發明者尹雨群, 苑陽陽, 趙晉斌 申請人:南京鋼鐵股份有限公司