CN102305761B - 酸性介质输送管道焊缝及母材腐蚀模拟试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一套规模较大的以试验环道为主的多功能腐蚀仿真试验架，用于模拟含H₂S、CO₂和Cl^-的高酸性天然气在管输条件下对管道母材和焊缝的腐蚀状况，同时提供一种模拟试验的方法。本发明能用于多种不同管径/材质/钢级/壁厚的管道母体或焊缝腐蚀试验，且将酸性介质作用下测试管段母材和焊缝的耐蚀性、SSC、HIC、冲蚀、缓蚀剂效果、焊接工艺评价、腐蚀监测方法比较及管道内防腐工艺优选等试验功能集于一体，确保选材合理、焊接质量安全，掌握相应腐蚀环境对焊缝和母材的腐蚀情况。

Description

酸性介质输送管道焊缝及母材腐蚀模拟试验装置及方法

技术领域

本发明涉及一种以试验环道为主的动态腐蚀模拟试验装置及方法，用于模拟在管道输送条件下高酸性天然气中酸性介质H₂S、CO₂和Cl^-在单一或联合作用下对管道母材和焊缝的腐蚀状况。

背景技术

近年来，随着气田勘探开发的不断发展，在我国新投入开发的气田中，出现了异常高温、高压、硫化氢和二氧化碳含量极高的气田，其中工况、介质条件相差很大，有的介质腐蚀条件十分苛刻，Cl^-含量高达1.0×10⁵mg/L，并出现了CO₂、H₂S、Cl^-混合性气田。H₂S、CO₂对钢材具有应力腐蚀开裂和电化学腐蚀影响，是造成管道内腐蚀的主要因素。而在H₂S和CO₂共存的条件下，Cl^-含量越高，材质的腐蚀速率越大。为了高效、安全、科学、环保地进行不同类型的酸性气田开发，需要在地面集输工艺、设备材料选择、焊接工艺、防腐工艺等方面进行大量的理论研究和试验验证。

高含硫集输管线内腐蚀情况，尽管国内、外学者已进行了较多的理论研究，但是腐蚀机理、主导腐蚀的因素、管道防腐设计规则等还没有形成统一认识，在选材研究方面也没有现成的试验标准和方法。在复杂腐蚀环境下，特别是多介质联合腐蚀作用下的输气管线选材变得极为困难，国内有成熟使用经验的管材品种规格少，高含硫设备、管件制造能力差，难以应用于高含硫气体，实际用材比较混乱，腐蚀问题日益突出，成为潜在的安全事故隐患。

由于传统静态挂片的方法与旋转高压釜中进行实验的方法无法模拟腐蚀介质在管道中的真实流动状态，目前应用广泛的动态模拟装置是管流法，管流装置建立和运行费用高，但实验结果接近实际工况条件，有很强的实用价值。经对国内外各研究机构和高校的调研及检索，用于腐蚀模拟试验的动态管流试验装置主要有：

Ⅰ.申请号为200710016705.2的发明专利涉及一种腐蚀室内动态模拟试验装置。主要由管路系统、温控系统、检测系统、耐腐蚀循环泵、耐腐蚀储罐及控制阀组成。管路系统由PPR、PVC和有机玻璃管组成，内径分别为Φ65mm和Φ100mm，可同时实现两个流速的腐蚀试验，并可在线观测腐蚀介质的流动状态和腐蚀挂片的状态。该装置适用于油田采出水在腐蚀室内的腐蚀模拟。

Ⅱ.申请号为02283947.X的实用新型公开了一种油田集输系统三相流多速腐蚀模拟测试装置。由混合罐、气液分离罐、混输泵、气液混合器、腐蚀测试管、气体缓冲罐、高压气瓶组成，腐蚀测试管上装有腐蚀挂片，用来模拟油田集输系统油、气、水三相介质的流动状态。文献没有给出实用新型的具体参数。

Ⅲ.申请号为200720107705.9的实用新型公开了一种环道式多相流冲蚀试验装置。其中包括气、油、水三相分离罐及三相的管道循环系统。该装置可以模拟三通、弯管、大小头、衬管等实际管道配件的冲蚀案例。

Ⅳ.中国石油工程设计有限公司西南分公司设计的在线撬装动态腐蚀实验装置（杜磊，张春燕，杨朔等.天东5-1在线撬装动态腐蚀试验装置的开发和应用.2009年全国石油和化学工业腐蚀与防护技术论坛论文集.148~153页）。试验装置建于重庆气矿龙门气田的高酸性气井天东5-1井场。由两套撬装装置组成，分别为井下腐蚀环境及模拟水合物产生条件的PN35MPa/PN16MPa撬装试验装置和模拟地面集输腐蚀系统腐蚀环境的PN16MPa/PN10MPa撬装试验装置组成，并设置了化学药剂加注系统、仪表、供配电、电加热等辅助系统。利用该装置可以进行高酸性环境下的腐蚀行为研究、材料评价、缓蚀剂评选以及腐蚀监测试验。

Ⅴ.文献“N80钢在模拟流动介质中的腐蚀行为研究”（石油与天然气化工.2001,30（3）.）中提到的循环流动腐蚀试验装置。该装置由介质驱动循环系统、温度控制系统和腐蚀测试系统三部分组成。腐蚀测试管段的流速在0.5~5.29 m/s内连续可调；整个体系的温度在32~90℃内连续可调。该装置可以用来模拟采油管及输油管在介质不同温度或流速下的腐蚀状况。

Ⅵ.文献“碳钢在流动氯化钠溶液中的磨损腐蚀行为”（北京化工大学学报.2001,28（2）.）中进行碳钢在模拟海水中的腐蚀试验所用的管流模拟装置。流速在0~20.0 m/s 内连续可调， 流动介质温度在20~80℃可控。该装置主要用来模拟管材在流动溶液中的磨损腐蚀行为。

其中，装置Ⅰ功能较多，但管径小，属小型装置，且适用对象为液相介质，同时文献中没有给出适用的工况范围。装置Ⅳ建于重庆气矿龙门气田的高酸性气井天东5-1井场，试验气体为天东5-1井场来气，在卧式试验罐上层模拟集输管线内的腐蚀环境，下层模拟集输管线内有积液的腐蚀环境，压力7.2～8.2 MPa、温度32℃～42℃、流速1.94～2.68 m / s之间变化，为建于气田现场的较为大型的动态腐蚀试验装置。利用该装置可以对高酸性气田使用的阀门钢、管线钢、容器钢和仪表钢等金属材料及其焊接工艺，对缓蚀剂的防护效果以及不同腐蚀监测方法的适应性等进行评估试验。但是，该装置的不足之处在于适用工况范围窄；气质组分不可调，试验对象单一；局限于试验罐内的集输管线腐蚀状况模拟，与实际管输状况有一定差别；测试试件是扁平式挂片，与实际管输条件差别较大。

从以上公开文献及专利检索结果可以看出已有试验装置存在的不足主要有：

（1）装置处理量远小于现场实际处理量，试验环道短，管径小，多为小型室内试验装置，所得试验数据难以与工程实际相吻合；

（2）以挂片腐蚀实验为主，设计简单，功能单一，对多种材料或多种腐蚀方式进行测试时要经多次试验或使用多套装置，增加了人力、物力和财力；

（3）试验对象大多为液相介质，适用于气体介质的较少，相比之下，气体在环道中的循环流动更为复杂。

发明内容

针对国内外现有腐蚀试验装置的不足，本发明的目的在于提供一套规模较大的以试验环道为主的多功能腐蚀仿真试验架，用于模拟含H₂S、CO₂和Cl^-的高酸性天然气在管输条件下对管道母材和焊缝的腐蚀状况，同时提供一种模拟试验的方法。目前在全国范围内，还没有在地面上建立的，能实现如此功能的试验装置。为了达到上述目的，本发明采用了如下的试验方法：

一种酸性介质输送管道焊缝及母材腐蚀模拟试验的方法，其包括以下步骤：

a、将净化天然气、H₂S气体与CO₂气体按照所需试验气体中各组分的配比混合，模拟高含硫气田的酸性气体；

b、对上述酸性气体通过增压系统进行增压，使其达到试验所需的压力值；

c、用雾化器向上述气体喷注Cl-、水、缓蚀剂和甲醇等液相介质；

d、对上述酸性气体通过温度控制系统进行调温，使其达到试验所需的温度值；

e、上述酸性气体进入试验测试管段，分别进行相应工况下的不同管道焊缝/母材的腐蚀试验；

f、将模拟试验后的酸性气体过滤，并分离为气相介质和液相介质；

g、上述液相介质经加注回收系统进行回收；

h、f中的气相介质进一步与加注回收系统喷注的甲醇混合均匀后进入压力调节系统进行调压；

i、上述气体在与调配计量储存系统中的天然气储气筒进行压力互补后重复进行步骤b-h。

j、试验结束后气体进入净化厂进行处理。

该方法进一步包括：

在上述步骤a中，酸性气体中H₂S体积百分比在0-15%，CO₂体积百分比在0-10%范围内可调；

在上述步骤b中，压力可调节范围为1.1MPa~10.0MPa。

上述步骤b中的增压过程为，气体逐步进入增压系统，直到压力达到所需的压力值为止。

在上述步骤d中，酸性气体温度可调范围为-5℃~70℃。

在上述步骤e中，通过超声多晶片传感器实时监测测试管段管壁的厚度来监测管道焊缝及母材的腐蚀情况。

为了进行上述试验，本发明还采用了以下的一种酸性介质输送管道焊缝及母材腐蚀模拟试验的装置，其主要包括：

顺序连接的试验气体调配储存计量系统A、增压系统B、温度控制系统C、试验测试段系统D、过滤分离系统E；过滤分离系统E的下部出口与液态介质加注回收系统F的入口连接，上部出口与压力调节系统G的入口连接；液相介质加注回收系统F的出口与增压系统B的出口连接；液相介质加注回收系统F中甲醇储罐分两路，一路与压力调节系统G的入口连接，一路与增压系统B的入口连接；压力调节系统G的出口与增压系统B的入口以及调配储存系统A中天然气储气罐的出口连接；自动控制系统对腐蚀试验装置运行的全过程进行参数实时检测、设备控制及泄漏检测报警等。装置特征在于：试验气体调配储存计量系统A将试验气体调配成模拟现场试验工况的酸性气体，并将其储存于储气罐中，增压系统B将储气罐中输出的上述酸性气体增压，温度控制系统C调节增压后酸性气体的温度，达到试验所需的压力和温度工况，之后将酸性气体送入试验测试段系统D进行管道及焊缝在线腐蚀试验。

该装置的试验气体调配储存计量系统A主要由硫化氢储气罐、二氧化碳储气罐、氮气储气瓶、调压阀、流量计、压力表、混合器及一个天然气储气罐组成。

该装置的增压系统B由两台往复式压缩机组组成，上述压缩机组自带仪表控制系统，并在压缩机组出口处设置注入喷嘴以注入Cl^-溶液、H₂O、缓蚀剂和甲醇等液相介质。

上述缓蚀剂可以根据试验需要选择各种常用缓蚀剂。

该装置的温度控制系统C通过氨制冷法来控制酸性气体温度所需的较低温度（-5℃左右）。

该装置的试验测试段系统D分为a、b、c三区，其中：a区包括四条测试管段（两端汇气管预留多个接口，本领域技术人员可以根据需要安装相应数量的测试段），用于进行不同管径、不同材料的管道母体及焊缝在不同酸性介质、不同工况下的腐蚀试验、缓蚀剂预评价试验；b区包括两条测试管段，其中一条测试管段用于拉应力条件下管道的硫化物应力腐蚀开裂性能评价试验，另一条设置为一个弯头，用来模拟高酸性天然气环境下管道的冲蚀腐蚀状况；c区包括四条测试管道，其上分别设置有电阻腐蚀探针、线性极化电阻腐蚀探针、氢探针和失重挂片试验装置，分别用于测试在线监测管道内腐蚀情况、测定单位时间内的累计腐蚀量、测定瞬时腐蚀速度、测定氢的渗入倾向和渗氢破坏，对各种腐蚀监测方法进行对比。

上述试验测试段系统的a、b区各测试管段上均设置有超声多晶片传感器。

过滤分离系统E主要由过滤和分离器构成，过滤分离系统E将分离出的气相介质送往压力调节系统G，将分离出的液相介质送往液态介质加注回收系统F。

本发明由于采用了上述的技术方案，克服了传统室内实验室模式的不足，带来了如下的突出技术效果：

（1）为多种腐蚀介质（H₂S、CO₂、Cl^-）单一或共存条件下的腐蚀机理以及腐蚀产物膜的形成和腐蚀规律等方面的基础研究提供试验平台；

（2）工况变化范围大，符合介质管流实际情况；

（3）测试段区域能同时进行多种不同管径/材质/钢级/壁厚的管道母体或焊缝腐蚀试验；

（4）将酸性介质作用下测试管段母材和焊缝的耐蚀性、SSC、HIC、冲蚀、缓蚀剂效果、焊接工艺评价、腐蚀监测方法比较及管道内防腐工艺优选等试验功能集于一体，确保选材合理、焊接质量安全，掌握相应腐蚀环境对焊缝和母材的腐蚀情况；

（5）试验装置为密闭可循环系统，同时可以进行多种试验，故一次试验用气量少；

（6）建立了完善的腐蚀检测网络系统，实时检测管道腐蚀/侵蚀速率，预测管道剩余强度及剩余寿命，为实际管道的设计、施工、运营管理提供实验依据，为酸性气田集输管道系统的完整性维护提供科学的指南，作到预知性维护管理；

（7）在装置软、硬件设计方面，实现了试验装置数据采集与集中监控、试验数据的有效处理与保存、气体泄漏检测、应急处理等功能的有效结合，将设备和实验人员的安全防护，贯穿于试验装置进行试验的全过程。

附图说明

图1是本发明的结构示意图，A调配计量储存系统；B—增压系统；C—温度控制系统；D—试验测试段系统；E—过滤分离系统；F—液相介质加注回收系统；G—压力调节系统；H—放空系统；J—试验环道

图2是本发明的工艺流程示意图。

图3是调配计量储存系统工艺流程图，其中：1—H₂S储气罐；2—CO₂储气罐；3—N₂储气瓶；4—天然气进口；5—调压阀；6—流量计；7—调配系统汇气总管；8—混合器；9—储气筒

图4是增压系统工艺流程图，其中：10—液相介质注入口；11—第一级压缩机；12—第二级压缩机；13—仪表控制系统；14—控制室；15—去放空总管；16—污水池

图5是试验测试端工艺流程图，其中：17—超声多晶片传感器；18—汇气管；19~28—测试段；29—腐蚀挂片系统；30—电阻探针；31—线性极化探针；32—氢探针

图6是过滤分离系统流程图，其中：33—过滤器；34—分离器

图7是液相介质加注回收系统工艺流程图，其中：35—Cl^-储罐；36—H₂O储罐；37—缓蚀剂储罐；38—甲醇储罐；39—注入泵；40—雾化器

图8是压力调节系统工艺流程图，其中：41—一级调压阀；42—二级调压阀；43—净化厂入口

具体实施方式

本发明所采用的试验装置的技术方案主要由试验环道系统、试验气体调配储存计量系统、增压系统、温度控制系统、试验测试段系统、过滤分离系统、压力调节系统、液态介质加注回收系统、自动控制系统及放空系统组成，以压缩机为动力，通过试验环道来实现介质的循环流动。试验气通过调配系统，调配成模拟现场试验工况的酸性气体，通过增压系统的增压、温度控制系统的调温，达到试验所需的压力和温度工况，送入测试管段进行管道及焊缝在线腐蚀试验，经压力调节系统调压后返回压缩机入口循环。

所述试验气调配计量储存系统主要由硫化氢储气罐、二氧化碳储气罐、氮气储气瓶、调压阀、流量计、压力表、混合器及一个天然气储气罐组成。试验主体介质天然气和硫化氢依托净化厂，硫化氢储气罐备用，二氧化碳和氮气分装于二氧化碳储气罐和氮气储气瓶中。系统设置气相色谱分析仪对气体组分进行分析，设置置换口，用于开停工及检修时的酸气置换。

所述增压系统由两台往复式压缩机组组成，设置放空系统进入放空总管，设置排污系统进入污水池，压缩机组自带仪表控制系统，同时将数据上传至控制室，可实现控制室内对机组的远程关断控制和数据的实时显示。在压缩机组出口处设置注入喷嘴，以注入Cl^-溶液、H₂O、缓蚀剂和甲醇等液相介质。

在每台压缩机组出口的空冷器处设置旁通管路及流量计量分配管路，使冷却前后的天然气进行换热满足试验需要的较高温度，具体实现方法是在空冷器处设置旁通管路，从压缩机出口出来的高温气体分为两路，一路从旁通管路过，一路从空冷器过，从空冷器出来的较低温度的气体与旁通的高温气体混合，进而使试验气达到所需的较高温度；此外，所述温度控制系统还通过氨制冷法实现试验气体的较低温度控制。因此，试验气体的温度控制范围可以达到-5到70摄氏度。系统设置水露点在线分析仪对调温后的介质中含水量进行分析。

所述测试段系统分为a、b、c三个区：

a区由19~22四条测试段构成，可进行不同直径系列、不同材料的管道母体、焊缝在不同酸性介质、不同工况下的腐蚀试验、缓蚀剂预评价试验，也可进行相同条件下的对比试验。测试管段长度为2m，每条测试管段上设有超声多晶片传感器，该传感器通过检测管壁的厚度来监测腐蚀程度。与四条测试管段相连的是DN500汇气管，其上预留多个管径接口，根据试验需要，安装相应的测试管段，变径管通过大小头提前预制与预留口连接。

b区由23、24两条测试段构成，其中测试段23可用于拉应力条件下管道的硫化物应力腐蚀开裂（SSC）性能评价实验，拉应力由液压外加应力装置提供，可提供最大1500吨的拉力，测试段伸长量在0~4cm之间，测试段采用高压柔性复合管与主体试验装置连接；测试段24设置为一个弯头，用来模拟高酸性天然气环境下管道的冲蚀腐蚀状况。两条测试段上均设有超声多晶片传感器。

c区由25~28四条测试段构成，分别设置、安装电阻腐蚀探针（ER）、线性极化电阻腐蚀探针（LPR）、氢探针和失重挂片试验装置，用来在线监测管道内腐蚀情况，测定一段时间内的累计腐蚀量，测定瞬时腐蚀速度，测定氢的渗入倾向、渗氢破坏（包括氢脆、氢鼓泡、氢致开裂等），通过观察试片表面形貌，分析表面腐蚀产物，从而确定腐蚀的类型。通过该测试区，可以对几种不同的腐蚀监测方法进行对比。其中，试验段28选用腐蚀挂片系统，该系统将挂片器和取放工具集成为一体，采用定期取放试片的方式。

所述过滤分离系统中过滤器为滤芯式过滤器，气液两相分离器处理量为50×10⁴m³/d，公称压力PN10（单位MPa），直径和长度分别为0.6m和3.6m。

所述液相介质加注回收系统设置4具储罐，分别为1m³的Cl^-溶液储罐、2m³的H₂O储罐、10L的甲醇储罐和1m³的缓蚀剂储罐，并设有注入泵和雾化器，使液相介质进入管道。

所述压力调节系统由两级调压阀组成，在压力调节系统入口处设置注入喷嘴，喷注甲醇，防止节流后温度降低生成水合物。出口与增压系统进口以及调配计量储存系统的天然气储气筒相连，以实现低压管路内气体与储气筒的高压储气、低压补气。

试验装置设置放空系统，当试验装置事故或对装置检修时需要对试验天然气进行放空燃烧，放空气体进入放空火炬，放空火炬依托净化厂。

本发明的自动控制系统方案：设置站控系统SCS、紧急截断系统ESD、火气系统F&G等部分以实现整个试验装置集中试验数据实时采集、监控。SCS由试验控制中心（室）、相对独立并相互联系的过程控制系统、信号传输系统、现场检测仪表、腐蚀检测系统、管线泄漏检测系统等组成。ESD紧急关断系统分为2级：1级关断（ESD-1）为试验装置入口管线关断，压缩机组等设备停车，各试验区域放空阀联动打开，气体紧急放空；2级关断（ESD-2）为测试段、其他各试验区主要设备关断。由测试区或其他试验区内设备维修、更换等事件触发。F&G 系统包括可燃气体/有毒气体检测与报警系统、火灾检测与报警系统。

试验装置管材的选择：（1）试验装置主体环道管材选用抗腐蚀开裂合金——镍基合金825；（2）装置内燃料气管道选用GB/T9711.2-1999 L245NB无缝钢管，腐蚀余量取1.6mm；（3）装置内站内污水管道采用复合管材，基层管道采用碳钢管材，衬层管道采用耐蚀、耐压性能好的塑料材质（如聚丙烯）；用于Cl^-及缓蚀剂注入的管线采用无缝钢管，材质为20G。

本发明的安全防护策略：提高对试验过程安全的监视和自动控制水平，设置完善的ESD系统，实行超限报警、紧急截断、超压泄放点火燃烧的三级控制模式；试验装置进出站设置紧急截断阀，并辅以安全紧急放空系统；在装置区内不同的管线位置采用失重腐蚀挂片、线性极化探针、电阻探针、氢探针、测试短节等多种腐蚀监测方式，同时辅以超声波测厚、目视检测、水分析、腐蚀产物分析等方法，全面掌握装置腐蚀状态，及时发现问题，采取其他安全保护措施。

试验环道非测试段采用埋地敷设，与其他系统设备相连的出土端、入口端处布置超声多晶片传感器，用于试验环道主管道和主要设备腐蚀在线监测，共计5处，分别为压缩机出口高压管线、外制冷装置出口管线、压力调节系统出口低压管线、分离器、天然气储气筒。

结合附图，对本发明作进一步的描述：

如图1所示，本发明由试验环道J、试验气体调配储存计量系统A、增压系统B、温度控制系统C、试验测试段系统D、过滤分离系统E、液态介质加注回收系统F、压力调节系统G、放空系统H及自动控制系统组成，放空系统的火炬系依托于净化厂。

本发明的总工艺流程为：试验气通过调配储存计量系统A，调配成模拟现场试验工况的酸性气体，通过增压系统B的增压以及温度控制系统C的调温，达到试验所需的压力和温度工况，送入试验测试段系统D进行管道及焊缝在线腐蚀试验，经压力调节系统G调压后返回压缩机入口循环。

为了实现介质在环道中的循环流动，通过压力调节系统调节压缩机入口压力。压力调节系统出口低压管线与试验气储气筒相连，可以实现低压管路内气体与储气筒的高压储气、低压补气。

液相介质加注回收系统F将Cl^-、水、缓蚀剂和甲醇等液相介质注入增压后的管道，通过过滤分离器分离成气液两相，气相送往压力调节系统，液相返回加注回收系统进行处理。试验完成后，试验气体进入净化厂的脱硫、硫磺回收装置进行处理。 

以下实施例用来说明酸性介质输送管道焊缝及母材腐蚀状况模拟试验方法及流程：

首先根据测试区中a、b、c三个区的不同功能以及试验需要，安装相应的测试管段，其中测试管段的数量可以根据试验需求的不同进行更改。用N₂储气瓶3中的N₂对装置管线、设备进行吹扫，做好试验准备。

试验主体介质天然气从天然气进口4进入，与H₂S储气罐1中的H₂S及CO₂储气罐2中的CO₂进入调配系统，按照所要模拟的天然气中各组分的含量进行调配。净化厂来天然气通过调压阀5将压力调节稳定至1.1MPa，经流量计6计量，进入调配系统的汇气总管7，H₂S和CO₂气体经流量计计量后进入汇气总管7，同时用色谱分析仪进行全组分分析，当各组分的量满足条件时经混合器8将各组分混合均匀后，关闭调配储存计量系统的进气阀门，气体进入压缩机入口增压。正常循环时，压力调节系统来气与储气筒9连通，进入压缩机入口进行增压，可以实现低压管路内气体与储气筒的高压储气、低压补气。

试验气体逐步进入增压系统，先进入的试验气体在环道内循环流动，同时剩余试验气体不断进入，经过若干次循环，压缩机组自带的仪表控制系统13将数据上传至控制室14，确认达到所需压力后，液相介质加注系统将液相介质通过喷嘴10注入到环道中与试验气混合均匀进入温度控制系统C，通过氨制冷法来实现所需温度。经过调温后的试验气用水露点分析仪对其含水量进行分析。

经过增压系统B、温度控制系统C来的试验气，达到试验所需要的压力和温度后，进入试验测试段系统进行相应工况下的模拟试验。

最后，完成试验的气体流出测试段系统D，进入过滤分离系统E。通过设置的过滤器33过滤掉气体中的杂质后，通过分离器34分离出气液两相，液相的游离水等液滴返回加注回收系统F，系统设置4具储罐，分别为Cl^-溶液储罐35、纯净水储罐36、甲醇储罐38和缓蚀剂储罐37。Cl^-溶液、水和缓蚀剂通过注入泵39的提升及雾化器40进入管道，在过滤分离系统分离回收后进入相应储罐。气相试验气与喷嘴10喷注的甲醇混合均匀后进入压力调节系统G，经过调压阀调压，与试验气调配储存计量系统储气罐中的气体互补后再次进入压缩机入口，从而完成一个试验循环。

试验结束后用N₂储气瓶3中的N₂将试验气体吹扫至净化厂入口43，进脱硫装置进行尾气处理。

试验过程中若发生气体泄漏事故，则关闭紧急截断阀，同时启动安全紧急放空系统。

为了在天然气中加入Cl^-、水、缓蚀剂和甲醇等液体混合物，在增压后的管段设置注入口加入Cl^-、水、缓蚀剂及甲醇，同时在调压阀前也设置甲醇注入口，防止节流后水合物的形成，为了减少注入量和提高注入后的混合效果，在注入口设置喷嘴，使其在注入时雾化，更加有效地与天然气混合。

本发明的试验装置规模为50×10⁴m³/d（0.1MPa，20℃，其中d为天），试验环道中非测试段高压段管径为DN150（DN为公称直径，单位为mm）、管长为530m，增压前管道管径为DN200、管长为130m。

本发明可以实现：

（1）不同管输工况：压力范围1.1 MPa～10.0 MPa，温度范围为-5℃～70℃，设计流速5m/s～15m/s；

（2）多介质联合腐蚀试验条件下的试验气源主体介质为天然气，酸性介质组分可调范围为：H₂S（0～15%，体积百分比）、CO₂（0～10%，体积百分比）、Cl^-溶液浓度及用量可由具体试验方案确定；一次试验H₂S最大用气量不超过146 m³（0.1MPa，20℃），CO₂最大用气量不超过97 m³（0.1MPa，20℃）；

（3）测试段区域能同时进行10种不同管径/材质/钢级/壁厚的管道母体或焊缝腐蚀试验，其中，4条测试段并联，6条测试段串联，可以组成多种试验测试方案，测试段管径变化范围：Φ80～Φ406，壁厚5~25mm，长度1.5~2.0m。

需要申明的是，本发明的说明书中的内容是为了更好的解释权利要求而非限制权利要求的保护范围，本发明所要求保护的范围以权利要求书为准，此外本领域技术人员在参考了说明书内容的基础上所做出的不必付出创造性劳动的改动也应落入本发明所要求保护的范围。 

Claims (11)

1.一种酸性介质输送管道焊缝及母材腐蚀模拟试验的方法，其包括以下步骤：

a、将净化天然气、H₂S气体与CO₂气体按照所需试验气体中各组分的配比混合，模拟高含硫气田的酸性气体；

b、对上述酸性气体通过增压系统进行增压，使其达到试验所需的压力值；

c、用雾化器向上述b步骤增压后的酸性气体喷注包含Cl^-溶液、水、缓蚀剂和甲醇的液相介质；

d、对c步骤处理后的酸性气体通过温度控制系统进行调温，使其达到试验所需的温度值；

e、上述d步骤调温后的酸性气体进入试验测试管段，分别进行相应工况下的不同管道焊缝/母材的不同类型的腐蚀试验；

f、将经步骤e模拟试验后的酸性气体过滤，并分离为气相介质和液相介质；

g、上述液相介质经加注回收系统进行回收；

h、上述步骤f中的气相介质进一步与上述加注回收系统喷注的甲醇混合均匀后进入压力调节系统进行调压；

i、经上述h步骤调压后的气体在与调配计量储存系统中的天然气储气筒进行压力互补：

b’、对上述经压力互补后的气体通过增压系统进行增压，使其达到试验所需的压力值；

c’、用雾化器向上述b’步骤增压后的酸性气体喷注包含Cl^-溶液、水、缓蚀剂和甲醇的液相介质；

d’、对c’步骤处理后的酸性气体通过温度控制系统进行调温，使其达到试验所需的温度值；

e’、上述d’步骤调温后的酸性气体进入试验测试管段，分别进行相应工况下的不同管道焊缝/母材的不同类型的腐蚀试验；

f’、将经步骤e’模拟试验后的酸性气体过滤，并分离为气相介质和液相介质；

g’、上述液相介质经加注回收系统进行回收；

h’、上述步骤f’中的气相介质进一步与上述加注回收系统喷注的甲醇混合均匀后进入压力调节系统进行调压；

i’、经上述h’步骤调压后的气体在与调配计量储存系统中的天然气储气筒进行压力互补后重复进行下述步骤b’-h’；

j、试验结束后气体进入净化厂进行处理。

2.如权利要求1所述的方法，进一步包括：

在上述步骤a中，酸性气体中H₂S体积百分比在0-15%，CO₂体积百分比在0-10%范围内可调。

3.如权利要求2所述的方法，进一步包括：

在上述步骤b和b’中，酸性气体的压力值可调节范围为1.1MPa~10.0MPa。

4.如权利要求3所述的方法，进一步包括：

上述步骤b和b’中的增压过程为，气体逐步进入增压系统，直到压力达到所需的压力值为止。

5.如权利要求1所述的方法，进一步包括：

在上述步骤d和d’中，酸性气体温度可调范围为-5℃~70℃。

6.如权利要求1-5之一所述的方法，进一步包括：

在上述步骤e和e’中，通过超声多晶片传感器实时监测测试管段管壁的厚度来监测管道焊缝及母材的腐蚀情况。

7.一种酸性介质输送管道焊缝及母材腐蚀模拟试验装置，其包括顺序连接的试验气体调配储存计量系统（A）、增压系统（B）、温度控制系统（C）、试验测试段系统（D）、过滤分离系统（E）；过滤分离系统（E）的下部出口与液态介质加注回收系统（F）的入口连接，上部出口与压力调节系统（G）的入口连接；过滤分离系统（E）分离出的气相介质进入压力调节系统（G），分离出的液相介质进入液相介质加注回收系统（F）；液相介质加注回收系统（F）的出口与增压系统（B）的出口连接；液相介质加注回收系统（F）中甲醇储罐出口分两路，一路与压力调节系统（G）的入口连接，另一路与增压系统（B）的入口连接；压力调节系统（G）的出口与增压系统（B）的入口以及调配储存系统（A）中天然气储气罐的出口连接；自动控制系统对腐蚀试验装置运行的全过程进行参数实时检测、设备控制及泄漏检测报警；其特征在于：试验气体调配储存计量系统（A）将试验气体调配成模拟现场试验工况的酸性气体，并将上述酸性气体储存于储气罐中，增压系统（B）将储气罐中输出的上述酸性气体增压，温度控制系统（C）调节增压后酸性气体的温度，达到试验所需的压力和温度工况，之后将酸性气体送入试验测试段系统（D）进行管道及焊缝在线腐蚀试验。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于：试验气体调配储存计量系统（A）主要由硫化氢储气罐、二氧化碳储气罐、氮气储气瓶、调压阀、流量计、压力表、混合器及一个天然气储气罐组成。

9.如权利要求7所述的装置，其特征在于：增压系统（B）由两台往复式压缩机组组成，上述压缩机组自带仪表控制系统，并在压缩机组出口处设置注入喷嘴以注入Cl^-溶液、H₂O、缓蚀剂和甲醇。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于温度控制系统（C）通过氨制冷法对酸性气体所需的温度进行控制或通过在上述压缩机组出口的空冷器处设置旁通管路及流量计量分配管路，使冷却前后的天然气进行混合换热达到试验气所需的温度。

11.如权利要求7所述的装置，其特征在于过滤分离系统（E）主要由过滤器（33）和分离器（34）构成。

Images