CN101021464A - 一种应用于管线钢腐蚀研究的改进设计装置 - Google Patents

Abstract

一种应用于管线钢腐蚀研究的改进设计装置，包括卡具，样品，样品底盖，螺栓、高温高压釜参数控制器，卡具架，装配好样品的卡具，叶轮；其特征在于，卡具(1)为六方环形卡具，样品底盖(3)带有两个圆孔；卡具内侧六角为圆倒角，每个侧面加工出与样品底盖厚度相同的凹槽及样品底盖上圆孔位置相对应且直径相同的螺纹孔，然后在凹槽中再加工出与两个与样品形状相同的凹槽；在不相邻的三个侧面加工三个螺纹孔，将样品放置到凹槽中，盖上底盖，最后用螺栓固定；在高压釜盖上焊接一个卡具架，利用螺栓将卡具固定于卡具架上，转轴上安装叶轮，搅动溶液。优点在于，样品表面的线速度可由公式直接计算得出，利于进行剪切试验和拉伸试验，同时降低试样加工费用。

Description

一种应用于管线钢腐蚀研究的改进设计装置

技术领域

本发明属于油气工业中管线钢腐蚀研究领域，特别是提供了一种应用于管线钢腐蚀研究的改进设计装置。

背景技术

随着社会进步及世界经济的发展，世界对石油、天然气资源的需求越来越大，油气开发、运输等所需的管线钢及配套资源的需求更大。管道运输是石油、天然气最经济、最方便、最主要的运输方式之一。目前，世界一年消耗的管线钢约1000万吨，而我国管线钢需求就达200万吨。而石油业所用管线钢常处天寒地冻或海洋地区，需承受低温、油气压力、海水及石油腐蚀等，此种恶劣环境，对材料的性能要求较为苛刻，需要材料具有很好的耐蚀性。

造成管线钢腐蚀报废的原因有很多，如CO₂腐蚀，H₂S腐蚀，内部介质流动冲刷腐蚀等。例如，华北油田馏58井N80油管被腐蚀得千疮百孔，形同筛网，仅使用18个月就不得不报废。这类恶性事故都是二氧化碳腐蚀的直接结果，它不仅造成巨大的经济损失，而且造成严重的社会后果。因此受到国内外的广泛关注，目前针对管线钢服役过程中所处环境的温度、压力、流速、腐蚀过程中材料表面形成的腐蚀产物膜等多方面进行着深入的研究。其中腐蚀产物膜的结构、力学性能等对材料的腐蚀过程起到一定的控制作用，成为研究的重点。

目前管线钢腐蚀研究采用的主要设备为高温高压反应釜，该装置能够控制试验温度、压力及转速。试验过程中需将样品固定到卡具上，再将卡具装配到高压釜上。目前应用的样品卡具外形为圆柱体，中心有螺纹孔，在圆柱体侧面加工出凹槽，样品加工成与凹槽尺寸相配合的弧形样品，然后将弧形样品固定到凹槽中，再将卡具通过螺纹连接固定到转轴上，其装配示意图如图4所示。通过控制转速，模拟管线钢内部介质流速不同对材料耐蚀性的影响。但这样的卡具存在一定的不足，首先样品卡具固定到转轴上，转轴转动带动卡具一起转动，同时也使介质随之流动，因此卡具与介质之间的相对转速不易进行定量控制，也就无法定量研究流速对材料腐蚀的影响，只能得到相对大小的流速对腐蚀过程的影响，一定程度上限制了流速对腐蚀影响的机理研究；其次，弧形样品加工费时、费力、成本高，如试样为六分之一φ72mm圆环时，加工费为15-20元/个；再此样品腐蚀面为弧形，不利于后期力学性能检测分析，如拉伸试验，GB8642-88中规定需平板样品等。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用于管线钢腐蚀研究的改进设计装置，实现了流速的定量控制，制备平板样品，进而测试样品的力学性能，降低样品加工费用。

本发明包括卡具1，样品2，样品底盖3，螺栓4、高温高压釜参数控制器5，卡具架7，装配好样品的卡具8，叶轮9。卡具1为六方环形卡具，平板方形样品长度方向两端各一个台阶，样品底盖3带有两个圆孔；卡具内侧六角为圆倒角，每个侧面加工出与样品底盖厚度相同的凹槽及样品底盖上圆孔位置相对应且直径相同的螺纹孔，然后在凹槽中再加工出与两个与样品形状相同的凹槽。在不相邻的三个侧面加工三个螺纹孔。将样品放置到凹槽中，盖上底盖，最后用螺栓固定。装配好样品的卡具示意图见图1，2，3。在高压釜盖上焊接一个卡具架，利用螺栓将卡具固定于卡具架上。转轴上安装叶轮，搅动溶液。卡具装配试验图如图5所示。

本发明的优点：

1.样品固定不动，因此样品表面的线速度可由公式直接计算得出；

2.可制备平板样品，以便进行剪切试验和拉伸试验；

3.降低试样加工费用；

附图说明

图1是本发明的样品卡具装配图的主视图。

图2是主视图B-B面的左视抛面图。

图3是主视图的俯视图。卡具1，平板方形样品2，样品底盖3，螺栓4。

图4是卡具采用螺纹连接的高温高压釜示意图。高温高压釜参数控制器5，圆柱体卡具6，

图5本发明的样品卡具与高温高压釜安装示意图，卡具架7，装配好样品的卡具8，叶轮9。

具体实施方式

图3中样品2加工成24*5*10mm方形，长度方向两端切掉2*2*10mm得到两个台阶；图3中样品底盖(3)加工成46*27*1mm的薄片，薄片上对称加工两个φ5mm圆孔，孔中心距宽边5mm；图3中卡具(1)选用外径为150mm高50mm聚四氟乙烯棒材一根，利用铣床加工出六方环形，环互相平行两边外侧距离116mm，壁厚6mm，六方环外侧边长67mm，然后每个侧面外部加工出46*27*1mm的凹槽，凹槽居中且距一边的距离为1mm，距另一边22mm，每个凹槽中再加工出两个通透阶梯形凹槽，凹槽尺寸和样品2相配合；再加工两个φ5mm的螺纹孔，孔的位置与样品底盖3上孔的位置相对应，同时在不相邻的三个侧面凹槽以上部分别加工φ6的螺孔；螺杆4加工成φ5*6mm；将样品2放入凹槽中盖上底盖3，拧紧螺杆4，这样每一组可放置12块样品，样品2与卡具1之间，样品2与底盖3之间的缝隙利用704胶填充，避免缝隙腐蚀，同时704胶也起到固定作用。这样只有样品2的上表面20*10mm的面积暴露于溶液介质中。将装好样品的卡具8通过螺杆固定到图4中的卡具架7上。转轴带动叶轮9转动，搅动介质。

1.流速计算，转轴中心到样品表面距离为52mm，当转速为100rad/min时，样品表面的切速度

$V=\frac{\mathrm{\π}*d*r}{1000*60}=\frac{\mathrm{\π}*104\mathrm{mm}*100\mathrm{rad}/\min }{1000*60}\≈0.544m/s$

2.样品的腐蚀面积为20*10mm，将两侧的台阶切掉可得到20*10*5mm的方形样品，可进行剪切试验，根据GB8642-88加工出规定尺寸的平板样品进行拉伸试验；

3.每个样品加工的价格为8-10元。

Claims (1)

1、一种应用于管线钢腐蚀研究的改进设计装置，包括卡具，样品，样品底盖，螺栓、高温高压釜参数控制器，卡具架，装配好样品的卡具，叶轮；其特征在于，卡具(1)为六方环形卡具，平板方形样品长度方向两端各有一个台阶，样品底盖(3)带有两个圆孔；卡具内侧六角为圆倒角，每个侧面加工出与样品底盖厚度相同的凹槽及样品底盖上圆孔位置相对应且直径相同的螺纹孔，然后在凹槽中再加工出与两个与样品形状相同的凹槽；在不相邻的三个侧面加工三个螺纹孔，将样品放置到凹槽中，盖上底盖，最后用螺栓固定；在高压釜盖上焊接一个卡具架，利用螺栓将卡具固定于卡具架上，转轴上安装叶轮，搅动溶液。

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