CN100485360C - 旋转式单相流冲蚀试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的是一种旋转式单相流冲蚀试验装置。包括下液体容器、上液体容器、传动轴、旋转圆盘、铜环-碳刷、联接轴套、变频电机、工控计算机、鲁金毛细管、恒电位仪、工作电极和辅助电极。旋转圆盘侧面开四个孔均布，并在其侧面包覆一层不锈钢或白金作为辅助电极。用四根导线穿过孔汇交于旋转圆盘并通过传动轴中心孔与铜环-碳刷联接，与恒电位仪相连；工作电极由待测试件构成；下液体容器设冷却盘管降低介质温度，上下容器外设循环线控制工作电极温度。它能模拟工业环境中的实际工况条件，用于冲蚀测试，进行冲蚀破坏的失效研究、冲蚀预测、优化设计、风险检验、安全评估及寿命预测等管道及管束类设备的安全保障技术研究。
Description
技术领域
本发明涉及冲蚀试验装置，具体地说是涉及用于工业生产中的一种旋转式单相流冲蚀试验装置。
背景技术
流体管道是在一定压力下运输流体的特种设备。随着经济的发展，流体管道已成为与公路、铁路、水运和航空并列的五大运输方式之一，广泛应用于原油、天然气、自来水、城市液化气以及流程工业领域中各种流体物料的输送。
研究发现：管道失效的形式多样，机理复杂，如材料缺陷、腐蚀、外力破坏等，其中冲蚀破坏引起的腐蚀失效是管道系统中最广泛也是常见的破坏形式。冲蚀破坏具有明显的局部性、突发性和风险性，特别在含水、腐蚀性、多相流介质流动作用下引起的冲蚀穿孔更是复杂，很难预测它的发生，已成为困扰流体管道安全运行的关键技术问题。
近年来，在石油化工领域随着重质、含硫原油的加工比例不断增加，石化工业管道及管束型的设备(换热器、空冷器等)冲蚀失效较为常见，例：加氢反应流出物空冷器(REAC)失效的事故日益突出，已成为严重制约加氢裂化装置安全、稳定、长周期运行的主要障碍，如不采取相应的技术措施和对策，我国炼油行业将会面临越来越严峻的设备冲蚀失效及装置生产的安全问题。
目前国内各大炼油厂处理原油的劣质化日趋严重，原油中硫、氮含量增高，势必会加剧加氢装置高压空冷器系统的腐蚀，预计REAC系统的失效、非计划停工等事故的发生会更加突出。尽管国内外学者进行了大量的REAC系统失效的相关研究，如国外的NACE、UOP、API等机构针对REAC系统已经开展了几十年的研究并取得一定的成绩，但是至今为止还没有一套可靠的预测方法来预测加工高硫原油的加氢空冷器系统的冲蚀破坏程度。
针对目前石油化工、天然气输送领域存在的冲蚀问题，进一步研究管道的冲蚀机理，一些科研院所及大专院校设计了一系列的冲蚀试验装置，通过试验研究手段来研究管道的冲蚀机理，以期找到管道冲蚀的临界流速。但目前的冲蚀试验装置存在的一些不足之处主要在于：
(1)目前我国对冲蚀试验的机理研究不够深入，相关设备测试的时间较长，实验结果难以推广工程应用。
(2)常规的冲蚀试验装置常通过称重或测厚的方法测试平均冲蚀速率，无法实现流体冲蚀破坏的临界值和瞬态特性的测试研究。
发明内容
针对国内外冲蚀试验装置存在的不足，本发明的目的在于提供一种旋转式单相流冲蚀试验装置，适合于腐蚀与流动耦合作用的冲蚀机理、流体动力学的仿真分析、保护膜冲蚀破坏临界特性或瞬态特性的试验研究及冲蚀失效预测工业应用推广等完整的研究体系。能模拟工业环境中的实际工况条件，实时检测材料冲蚀破坏瞬态特性和临界值的冲蚀试验装置。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：包括下液体容器、上液体容器、传动轴、旋转圆盘、铜环-碳刷、联接轴套、变频电机、工控计算机、鲁金毛细管、恒电位仪、工作电极和辅助电极；下液体容器与上液体容器通过法兰联接，上液体容器下法兰为法兰盖结构，法兰盖中心开轴承孔，周边开有通孔；开有中心孔的传动轴从上液体容器顶面的法兰盖中心轴承孔插入至下法兰盖的轴承孔内，传动轴与上液体容器上下法兰盖中心轴承孔形成转动配合，传动轴上装有旋转圆盘，被测工件作为工作电极外表面与上液体容器内壁面平齐，工作电极中心与旋转圆盘侧面包覆一层不锈钢或白金的辅助电极中心在同一水平面上，工作电极对置的上液体容器侧面装有温度传感器，位于上液体容器顶面法兰盖外的传动轴上装有铜环-碳刷，传动轴经联接轴套与变频电机联接；旋转圆盘侧面分别在0°、90°、180°、270°的位置上开孔，导线分别穿过0°、90°、180°、270°的孔汇交于旋转圆盘与传动轴中心孔一端与铜环-碳刷联接，铜环-碳刷通过导线与恒电位仪相连，导线另一端与辅助电极联接；上液体容器顶面的法兰盖开通孔插入鲁金毛细管，与恒电位仪相连；恒电位仪、变频电机和温度传感器分别与工控计算机联接；下液体容器与上液体容器通过泵连通。
所述的工作电极与鲁金毛细管之间的距离不大于0.5mm；工作电极与辅助电极之间的距离为8～10mm；
所述的下液体容器内布置冷却盘管。
本发明具有的有益效果是：采用电化学测试系统可以实现冲蚀破坏的瞬态特性测试，包括保护膜冲蚀破坏的临界特性及超过临界值以后的实际冲蚀速率。采用变频调速旋转系统可以实现不同转速下的工作电极保护膜冲蚀破坏的临界特性测试。采用双端支撑可以实现高速旋转。可以采用实际的腐蚀介质并利用温度控制调节系统进行较为真实的实际工作状态模拟，对冲蚀装置的试验过程进行流体动力学仿真分析；试验结果的分析结论可以推广应用于工程实际，即结合实际管道系统的仿真分析，按相关流体动力学参数的分布规律预测冲蚀破坏的位置与冲蚀速率。本发明可以模拟加氢空冷系统管束等一系列实际工程冲蚀失效案例，进行冲蚀破坏的失效研究、冲蚀预测、优化设计、风险检验、安全评估及寿命预测等管道及管束类设备的安全保障技术研究。另外，本发明结构简单，易于推广。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是待测试件装夹示意图。
图3是图1的A放大图。
图中：1、下液体容器，2、传动轴，3、上液体容器，4、锁紧螺母，5、垫片，6、垫片，7、铜环-碳刷，8、联接轴套，9、变频电机，10、滚动轴承，11、工控计算机，12、鲁金毛细管，13、鲁金毛细管固定架，14、旋转圆盘，15、恒电位仪，16、工作电极，17、辅助电极，18、冷却盘管，19、滑动轴承，20、温度传感器，21、鲁金毛细管套塞。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明包括下液体容器1、上液体容器3、传动轴2、旋转圆盘14、铜环-碳刷7、联接轴套8、变频电机9、工控计算机11、鲁金毛细管12、恒电位仪15、工作电极16和辅助电极17；下液体容器1与上液体容器3通过法兰联接，上液体容器3下法兰为法兰盖结构，法兰盖中心开轴承孔，周边开有通孔；开有中心孔的传动轴2从上液体容器3顶面的法兰盖中心轴承孔插入至下法兰盖的轴承孔内，旋转圆盘14通过锁紧螺母4及垫片5、6固定在传动轴2上，传动轴2与下液体容器1、上液体容器3间联接法兰的滑动轴承19和上液体容器3顶面的法兰的滚动轴承10形成转动配合；传动轴2上装有旋转圆盘14，被测工件作为工作电极16外表面与上液体容器3内壁面平齐，工作电极16中心与旋转圆盘14侧面包覆一层不锈钢或白金的辅助电极中心在同一水平面上，工作电极16对置的上液体容器3侧面装有温度传感器20，位于上液体容器3顶面法兰盖外的传动轴2上装有铜环-碳刷7，传动轴2经联接轴套8与变频电机9联接；旋转圆盘14侧面分别在0°、90°、180°、270°的位置上开孔，导线分别穿过0°、90°、180°、270°的孔汇交于旋转圆盘14与传动轴2中心孔一端与铜环-碳刷7联接，铜环-碳刷7通过导线与恒电位仪15相连，导线另一端与辅助电极17联接；鲁金毛细管固定架13与鲁金毛细管套塞21通过焊接相联，鲁金毛细管12穿过鲁金毛细管固定架13和鲁金毛细管套塞21从上液体容器3顶面开有通孔的法兰盖插入上液体容器3中，与恒电位仪15相连；装配过程中先将鲁金毛细管固定在固定架和鲁金毛细管套塞上，再将上法兰盖盖上，最后将鲁金毛细管装置通过法兰盖上的通孔伸入容器内；恒电位仪15、变频电机9和温度传感器20分别与工控计算机11联接；下液体容器1与上液体容器3通过泵连通。
如图2所示，所述的工作电极16由待测试件构成；
如图3所示，所述的工作电极16与鲁金毛细管12之间的距离不大于0.5mm；工作电极16与辅助电极17之间的距离为8～10mm；如图1所示，所述的工作电极16中心与旋转圆盘14侧面包覆一层不锈钢或白金的辅助电极中心在同一水平面上，工作电极16对置的上液体容器3侧面装有温度传感器20，下液体容器1内布置冷却盘管18。
本发明的工作过程如下：
安装好冲蚀试验装置，将制作好的试样放置在与旋转圆盘14侧面中心在同一水平面的上液体容器3壁上。通过细螺纹调节工作电极16与辅助电极17及鲁金毛细管12的距离，并须保证工作电极16同鲁金毛细管12的距离不大于0.5mm。在下液体容器1内引入腐蚀介质，液面须高出旋转圆盘14为75mm。在静止的介质中对工作电极16表面应用电化学方法进行预腐蚀，使其形成均匀致密的腐蚀产物保护膜，通过导线将铜环-碳刷7、工作电极16、鲁金毛细管12与恒电位仪15(CHI660C)相连；恒电位仪15通过USB接口与工控计算机11连接存储数据；工控计算机11通过USB接口与变频电机9相连，并控制其转速。打开进水阀，使冷却盘管18内充满冷却水，用以控制液体温度；通过泵连接液体容器1管口与液体容器3管口，使腐蚀介质循环，以控制工作电极16的测试温度；开启变频电机9，工控计算机11采集腐蚀电流、阻抗、温度、Ph值、转速等数据进行实时分析处理并显示不同转速下的电流曲线(阻抗曲线)；试件表面腐蚀产物保护膜未冲破的情况下，恒电位仪15电流曲线图电流几乎为零(阻抗很大)。通过工控计算机11不断提高变频电机9的转速观察恒电位仪的电流变化(阻抗变化)，实时绘制转速与腐蚀电流、转速与阻抗、转速与腐蚀速率等相关曲线。缓慢提高变频电机9的转速观察恒电位仪15的电流(阻抗)曲线变化，直至发生突变，则可认为试件腐蚀产物保护膜已经冲破，得到冲刷破坏的临界特性，若持续提高转速则可得到在指定转速下的腐蚀速率。
Claims (3)
1、旋转式单相流冲蚀试验装置，其特征在于：包括下液体容器(1)、上液体容器(3)、传动轴(2)、旋转圆盘(14)、铜环-碳刷(7)、联接轴套(8)、变频电机(9)、工控计算机(11)、鲁金毛细管(12)、恒电位仪(15)、工作电极(16)和辅助电极(17)，下液体容器(1)与上液体容器(3)通过法兰联接，上液体容器(3)下法兰为法兰盖结构，法兰盖中心开轴承孔，周边开有通孔；开有中心孔的传动轴(2)从上液体容器(3)顶面的法兰盖中心轴承孔插入至下法兰盖的轴承孔内，传动轴(2)与上液体容器(3)上下法兰盖中心轴承孔形成转动配合，传动轴(2)上装有旋转圆盘(14)，被测工件作为工作电极(16)外表面与上液体容器(3)内壁面平齐，工作电极(16)中心与旋转圆盘(14)侧面包覆一层不锈钢或白金的辅助电极中心在同一水平面上，工作电极(16)对置的上液体容器(3)侧面装有温度传感器(20)，位于上液体容器(3)顶面法兰盖外的传动轴(2)上装有铜环-碳刷(7)，传动轴(2)经联接轴套(8)与变频电机(9)联接；旋转圆盘(14)侧面分别在0°、90°、180°、270°的位置上开孔，导线分别穿过0°、90°、180°、270°的孔汇交于旋转圆盘(14)与传动轴(2)中心孔一端与铜环-碳刷(7)联接，铜环-碳刷(7)通过导线与恒电位仪(15)相连，导线另一端与辅助电极(17)联接；上液体容器(3)顶面的法兰盖开通孔插入鲁金毛细管(12)，与恒电位仪(15)相连；恒电位仪(15)、变频电机(9)和温度传感器(20)分别与工控计算机(11)联接；下液体容器(1)与上液体容器(3)通过泵连通。
2、根据权利要求1所述的旋转式单相流冲蚀试验装置，其特征在于所述的工作电极(16)与鲁金毛细管(12)之间的距离不大于0.5mm；工作电极(16)与辅助电极(17)之间的距离为8～10mm；
3、根据权利要求1所述的旋转式单相流冲蚀试验装置，其特征在于：所述的下液体容器(1)内布置冷却盘管(18)。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Assignee: Hangzhou Furude Technology Co., Ltd. Assignor: Zhejiang Sci-Tech University Contract record no.: 2010330000849 Denomination of invention: Rotary single-phase flow wash-out testing device Granted publication date: 20090506 License type: Exclusive License Open date: 20070822 Record date: 20100512 |
|
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20090506 Termination date: 20120309 |