CN102980823A

CN102980823A - 一种模拟天然气气相冲刷腐蚀的回路试验装置

Info

Publication number: CN102980823A
Application number: CN2012105726294A
Authority: CN
Inventors: 刘智勇; 邢云颖; 杜翠薇; 李晓刚
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2012-12-25
Filing date: 2012-12-25
Publication date: 2013-03-20
Anticipated expiration: 2032-12-25
Also published as: CN102980823B

Abstract

一种模拟天然气气相冲刷腐蚀的回路试验装置，属于模拟实验装置技术领域。适用于对实际运行过程中天然气集输管线的介质组分、湿度和流速等条件进行模拟，尤其适用于模拟天然气管内高速流的含有微量水分和腐蚀介质的气体流动所导致的冲刷腐蚀情况并进行电化学和腐蚀行为测试。该装置由控制系统、试验系统和回收系统三部分构成，其中，控制系统包括高压气瓶、高压釜、高压流量计、调节阀、止回阀、电加热器、湿度探头、压力探头和管路；试验系统包括高压釜、三电极系统，旋转工作台、试样夹具、压力探头；回收系统包括回收池、调节阀、高压流量计和压力探头。该装置可以很好的模拟天然气管内环境下高流速湿气对管壁、弯头、三通和变径等部位的冲刷腐蚀情况，以及测试电化学信号，对天然气管内环境下冲刷腐蚀行为规律及其主要影响因素的研究有重要的意义。

Description

一种模拟天然气气相冲刷腐蚀的回路试验装置

技术领域

本发明属于模拟实验装置技术领域，特别是提供了一种模拟天然气气相冲刷腐蚀的回路试验装置。适用于对实际运行过程中天然气集输管线的介质组分、湿度和流速等条件进行模拟，尤其适用于模拟天然气管内高速流的含有微量水分和腐蚀介质的气体流动所导致的冲刷腐蚀情况并进行电化学和腐蚀行为测试，可用来研究天然气管内环境下冲刷腐蚀行为规律及其主要影响因素。

背景技术

天然气输送管道、特别是集输管道的输送介质中均含有不同程度的CO₂、H₂S、H₂O，在流速的作用下这些物质能够对管壁尤其是弯头、三通、变径等部位产生冲刷腐蚀，造成天然气管道局部快速腐蚀减薄，导致管道泄漏或爆裂等严重失效事故。近年来为了减缓天然气冲刷腐蚀的危害，工业中普遍采用了输送前对天然气进行脱水预处理、添加缓蚀剂、升级材质和清管作业等防腐工艺，使得输送介质的腐蚀性大大降低。但在实际生产当中，普遍存在脱水不充分或添加缓蚀剂不足量的情况，导致管内实际腐蚀情况依然偏重。同时，为增加天然气的输送效率，管道内输送压力和气体流速大大提高，导致气相冲刷腐蚀风险大幅提高。在高流速气相作用下，充分脱水、添加足量缓蚀剂或升级材质后仍会发生严重的冲刷腐蚀问题，而防腐工艺不完善的管道中尤为严重。但是，目前对于这些情况缺乏专业的实验设备以进行针对性的分析研究和防腐蚀工艺的开发。现有实验室模拟冲刷腐蚀的回路装置多为液相冲刷回路，无法模拟天然气管内高速流的含有微量水分和腐蚀介质的气体流动所导致的冲刷腐蚀情况并进行电化学和腐蚀行为测试，素限制了对天然气管内气氛下冲刷腐蚀现象的机理、规律研究，也不能有效的评价材料的耐冲刷腐蚀性能。因此，及时开发能模拟实际高压高流速气相冲刷腐蚀试验装置极具必要性和迫切性。

发明内容

本发明的目的在于为研究管道输送天然气体引起的冲刷腐蚀规律、机理和评定材料的抗冲刷腐蚀性能，提供一套实验装置，以方便的模拟天然气管内气氛下高流速的气体对管壁所引起的冲刷腐蚀现象。

本发明的装置包括：控制系统、试验系统和回收系统三部分；其中，控制系统包括高压气瓶、高压釜、高压流量计、调节阀、止回阀、电加热器、湿度探头、压力探头和管路；试验系统包括高压釜、三电极系统，旋转工作台、试样夹具、压力探头。回收系统包括回收池、调节阀、高压流量计和压力探头。

具体结构包括控制系统、试验系统和回收系统三部分；其中，控制系统包括高压气瓶一、高压气瓶二、高压气瓶三，高压釜一、高压釜二，高压流量计一、高压流量计二、高压流量计三、高压流量计四、高压流量计五，调节阀一、调节阀二、调节阀三、调节阀四、调节阀五、调节阀六，止回阀一、止回阀二、止回阀三，电加热，湿度探头，压力探头一、压力探头二和管路；试验系统包括高压釜三、调节螺杆，齿轮，喷嘴，试样，辅助电极，工作电极铜棒，Ag/AgCl参比电极，旋转样品台，试样夹具；回收系统包括回收池，调节阀七，高压流量计六和压力探头三。

控制系统中高压气瓶一、高压气瓶二、高压气瓶三的各导气管、高压釜一的出气管以及高压釜二的进气管交联处通过螺纹进行连接；在高压气瓶一、高压气瓶二、高压气瓶三的导气管上分别连接调节阀一、调节阀二、调节阀三及高压流量计一、高压流量计二、高压流量计三和止回阀一、止回阀二、止回阀三；高压釜一、高压釜二的上盖通过螺栓与高压釜体进行连接，并利用氟橡胶密封圈密封，高压釜一的出气管和高压釜二的进、出气管分别与釜体的上盖用螺栓进行连接，中间放置密封垫片；电加热器和压力探头二接高压釜一的上盖，高压釜一的出气管上连接调节阀四和高压流量计四。高压釜二的进气管上连接调节阀五；湿度探头和压力探头一接高压釜二的上盖，出气管上连接调节阀六和高压流量计五。

试验系统中三电极系统由辅助电极，工作电极铜棒、高温高压Ag/AgCl参比电极和信号传导通路构成。辅助电极和高温高压Ag/AgCl参比电极与高压釜上盖利用螺纹连接。试样放置在旋转样品台的夹具托盘上，旋转样品台的调节螺杆与高压釜的左侧经螺栓相连，并用密封垫片保证气密性。为保证釜体的高压承受力，高压釜左侧壁厚要高于其他部位。高压釜三的进气管中通出的气体由喷嘴喷射在试样表面。

控制系统中高压气瓶一、高压气瓶二、高压气瓶三的各导气管、高压釜一的出气管以及高压釜二的进气管交联处通过螺纹进行连接，组成配气管路。在高压气瓶一、高压气瓶二、高压气瓶三的导气管上连接调节阀一、调节阀二、调节阀三及高压流量计一、高压流量计二、高压流量计三和止回阀一、止回阀二、止回阀三，用来控制H₂S、CO₂、N₂三种气体的通入比例和速率。高压釜一、高压釜二的上盖通过螺栓与高压釜体进行连接，并利用氟橡胶密封圈密封，高压釜一的出气管和高压釜二的进、出气管分别与釜体的上盖用螺栓进行连接，中间放置密封垫片进行密封，保证气密性。电加热器和压力探头二接高压釜一的上盖，通过加热产生使釜体内产生蒸汽，高压釜一的出气管上连接调节阀四和高压流量计四，用来控制通入高压釜二中的蒸汽量。高压釜二的进气管上连接调节阀五用来控制气路方向。压力探头和湿度探头接高压釜二的上盖，用来测量釜内的湿度和压力，出气管上连接调节阀六和高压流量计三，用来控制流出气体的流量。

回收装置部分高压釜三的出气管通入回收池中防止对环境产生污染，高压釜三的出气管上连接调节阀七和高压流量计，回收池中接有压力探头三，用来调节回收池中的压力。

本发明的优点在于：

1.可通过气体回路使喷出达试样表面的气体产生0~30m/s的流速，改变了以往冲刷回路低流速的缺陷，能够模拟实际天然气管道运行过程中气体的冲刷作用；

2.能够实现对湿度和气氛的控制，可以进行不同浓度H₂S、CO₂湿气条件下的模拟测试，湿度范围可在30%~100%范围内变化，能够最大限度的模拟实际天然气管线的运行条件；

3.能够进行原位电化学测试，克服了不能在气体冲刷回路中实现原位电化学测试的困难，可结合电化学方法来研究冲刷腐蚀的规律和主要影响因素。

4.能够通过旋转样品台实现试样冲蚀角度的180°旋转，可以模拟实际天然气管路中管壁、三通、弯头和变径等处的冲刷腐蚀情况。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。其中，H₂S高压气瓶1，CO₂高压气瓶2，N₂高压气瓶3，调节阀4、7、10、13、15、16、37，高压流量计5、8、11、14、17、35，止回阀6、9、12，高压釜23、24、34，水20，电加热器21，湿度探头18，压力探头19、22、36，调节螺杆25，齿轮26，喷嘴27，试样28，辅助电极29，工作电极铜棒30，Ag/AgCl参比电极31，旋转样品台32，试样夹具33，回收池38。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1所示，试验时，将试样放入高压釜34内，调节旋转试样台使试样和喷嘴成需要的角度。试验开始前确保所有的阀门处于关闭状态，打开高压气瓶1、2、3的气阀和调节阀4、7、10、15，并通过4、7、10来调节通入高压釜24中的H₂S、CO₂、N₂三种气体比例和流量，当压力探头测试值达到一定压力之后，关闭高压气瓶1和2，关闭调节阀15打开调节阀13，将N₂通入高压釜23中，打开电加热器21，当温度和压力达到一定值时关闭高压气瓶2的阀门，打开调节阀15时高压釜23中产生的蒸汽通入到高压釜24中，当高压釜24中的压力和湿度达到所需要的条件时关闭调节阀13和14，打开调节阀16，使气体以一定的速度喷射到试样表面，三电极系统外接电化学工作站可以进行电化学测试。测试过程中打开调节阀37，使尾气排入到回收池中。该实验装置可以有效的对天然气管内高流速湿气冲刷腐蚀现象进行模拟。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明技术方案基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims

1.一种模拟天然气气相冲刷腐蚀的回路试验装置，其特征在于：包括控制系统、试验系统和回收系统三部分；其中，控制系统包括高压气瓶一（1）、高压气瓶二（2）、高压气瓶三（3），高压釜一（23）、高压釜二（24），高压流量计一（5）、高压流量计二（8）、高压流量计三（11）、高压流量计四（14）、高压流量计五（17），调节阀一（4）、调节阀二（7）、调节阀三（10）、调节阀四（13）、调节阀五（15）、调节阀六（16），止回阀一（6）、止回阀二（9）、止回阀三（12），电加热器（21），湿度探头（18），压力探头一（19）、压力探头二（22）和管路；试验系统包括高压釜三（34）、调节螺杆（25），齿轮（26），喷嘴（27），试样（28），辅助电极（29），工作电极铜棒（30），Ag/AgCl参比电极（31），旋转样品台（32），试样夹具（33）；回收系统包括回收池（38），调节阀七（37），高压流量计六（35）和压力探头三（36）；

控制系统中高压气瓶一（1）、高压气瓶二（2）、高压气瓶三（3）的各导气管、高压釜一（23）的出气管以及高压釜二（24）的进气管交联处通过螺纹进行连接；在高压气瓶一（1）、高压气瓶二（2）、高压气瓶三（3）的导气管上分别连接调节阀一（4）、调节阀二（7）、调节阀三（10）及高压流量计一（5）、高压流量计二（8）、高压流量计三（11）和止回阀一（6）、止回阀二（9）、止回阀三（12）；高压釜一（23）、高压釜二（24）的上盖通过螺栓与高压釜体进行连接，并利用氟橡胶密封圈密封，高压釜一（23）的出气管和高压釜二（24）的进、出气管分别与釜体的上盖用螺栓进行连接，中间放置密封垫片；电加热器（21）和压力探头二（22）接高压釜一（23）的上盖，高压釜一（23）的出气管上连接调节阀四（13）和高压流量计四（14）；高压釜二（24）的进气管上连接调节阀五（15）；湿度探头（18）和压力探头一（19）接高压釜二（24）的上盖，出气管上连接调节阀六（16）和高压流量计五（17）；高压釜三（34）的进气管顶端连接上喷嘴（27）。

2.如权利要求1所述的模拟天然气气相冲刷腐蚀的回路试验装置，其特征在于：控制系统中通过高压气瓶一（1）、高压气瓶二（2）、高压气瓶三（3）的调节阀一（4）、调节阀二（7）、调节阀三（10）、调节阀五（15）调节通入高压釜二（24）中的H₂S、CO₂、N₂三种气体比例和流量，通过压力探头一（19）测试高压釜（24）中的压力，通过调节阀四（13）和调节阀五（15）改变气路方向，电加热器（22）加热到一定温度使高压釜一（23）中产生蒸汽，通过气路中的调节阀及高压釜二（24）中的压力探头一（19）和湿度探头（18）达到所需条件；试验系统中通过调节螺杆调节旋转样品台使试样和气体喷射角度在0°到180°之间变化。

3.如权利要求1所述的模拟天然气气相冲刷腐蚀的回路试验装置，其特征在于：试验系统中辅助电极（29），工作电极铜棒（30）、高温高压Ag/AgCl参比电极（31）通过螺纹连接至高压釜三（34）的上盖；试样（28）放置在旋转样品台（32）的夹具托盘（33）上，旋转样品台的调节螺杆（25）与高压釜三的左侧经螺栓（26）相连，中间放置密封垫片，高压釜三左侧壁厚要高于其他部位；辅助电极和高温高压Ag/AgCl参比电极与高压釜上盖利用螺纹连接，高压釜三的进气管中通出的气体由喷嘴喷射在试样表面。

4.如权利要求1所述的模拟天然气气相冲刷腐蚀的回路试验装置，其特征在于：；回收系统中高压釜三（34）的出气管通入回收池（38）中，高压釜三（34）的出气管上连接调节阀七（37）和高压流量计六（35），回收池中接有压力探头三（36），用来调节回收池中的压力。