CN103926191B - 多相流腐蚀及流态模拟实验管路装置及模拟实验方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多相流腐蚀及流态模拟实验管路装置，其包括管路、支架、耐腐蚀储罐、耐腐蚀泵、球阀、电磁流量计、电阻探针、温度计、pH计、溶氧仪，所述管路上包括起伏管路腐蚀测试区和水平管路腐蚀测试区。该模拟实验管路装置通过设计不同的倾角以模拟起伏管路，并采用电阻探针实时记录腐蚀速率的变化；在水平管段采用与管道内部直径相同的环状试样，采用失重法与电化学方法监测管道内部的腐蚀，能够真实模拟工业现场的流动状态及多相流腐蚀，解决了室内动态腐蚀模拟不能真实反映工业现场流动管道内部流动特征及腐蚀行为等技术问题。

Description

多相流腐蚀及流态模拟实验管路装置及模拟实验方法

技术领域

本发明涉及石油与天然气工程技术领域，尤其涉及一种多相流腐蚀及流态模拟实验管路装置。

背景技术

石油天然气和化工等行业的管道通常是含油、气、水、砂及腐蚀性介质环境的多相流管线，金属管道可能发生严重的气液两相流腐蚀、液固两相流腐蚀，气液固多相冲蚀腐蚀。管道内部的流态与管道的操作工艺密切相关，同时也影响管道的腐蚀行为和腐蚀机理。

目前对于石油天然气及化工等行业的多相流腐蚀的模拟实验研究主要采用传统的静态实验法，高压釜内动态实验方法，旋转方式模拟流动状态的腐蚀模拟实验方法以及模拟管路系统等方法，其中前三种方法无法模拟腐蚀介质在管道中的真实流动状态，与现场实际的管道内的流动状态差别较大，因此，也无法准确获得管道内部的多相流腐蚀行为及规律。

《腐蚀室内动态模拟试验装置》(申请号：200710016705.2)，《模拟石化管路冲蚀腐蚀监检测实验装置》(申请号：200920278231.3)和《循环多相流起伏管路内腐蚀实验装置》(申请号：201110320980.X)均采用流动管路系统模拟工业流动条件下的腐蚀行为，但是这三个发明专利中腐蚀挂片均采用插入式，插入的腐蚀挂片会影响管道内部的流动状态，挂片插入处的流动特征与管道内部的真实流态不同，因此，插入式腐蚀挂片表面的腐蚀行为不能反映管道的实际腐蚀状态。

采用与管道内壁平齐的腐蚀挂片可能会因为边缘效应(edge effect)在与管壁接触的部位发生严重腐蚀，导致腐蚀挂片的腐蚀速率比真实腐蚀速率高。

《模拟石化管路冲蚀腐蚀监检测实验装置》中在管路中直接采用一段管作为研究试样(即管状试样)，这种管状试样能够真实模拟管道的流动特征，但若管状试样的长度过长，将不利于管道内部表面的打磨及获取腐蚀形貌特征。

《循环多相流起伏管路内腐蚀实验装置》采用钢化玻璃管，通过调整管路支架在0～30度内调整管道的倾角。实际上，工业中管道的倾角可能在0～90度内变化，并且一般而言，管道弯头部位的多相流腐蚀可能比其它部位严重。

根据流动模拟计算，当模拟管道的直径为10cm时，管道内部的流动特征与油气输送大口径管道的流动特征相同。《腐蚀室内动态模拟试验装置》和《循环多相流起伏管路内腐蚀实验装置》的模拟工业背景均为油气管道，但发明中未说明模拟管道的直径要求。

本申请就是在为了克服上述模拟试验装置的缺陷，提出一种新型的多相流腐蚀及流态模拟实验管路装置，其采用管径为10cm的透明PVC管道，通过设计不同的倾角以模拟起伏管路，并采用电阻探针实时记录腐蚀速率的变化；在水平管段采用与管道内部直径相同的环状试样，采用失重法与电化学方法监测管道的内部腐蚀，能够真实模拟工业现场的流动状态及多相流腐蚀。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是通过设计透明PVC实验管路系统以观察管道内的流态变化，通过设计不同的倾角以模拟起伏管路，并采用电阻探针实时记录腐蚀速率的变化；在水平管段采用与管道内部直径相同的环状试样，采用失重法与电化学方法监测管道内部的腐蚀，能够真实模拟工业现场的流动状态及多相流腐蚀，解决了室内动态腐蚀模拟不能真实反映工业现场流动管道内部流动特征及腐蚀行为等技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种多相流腐蚀及流态模拟实验管路装置，其包括管路、支架、耐腐蚀储罐、耐腐蚀泵、球阀、电磁流量计、电阻探针、温度计、pH计、溶氧仪，所述管路上包括起伏管路腐蚀测试区和水平管路腐蚀测试区。

其中，在起伏管路腐蚀测试区上的倾角处安装有电阻探针，用于实时监测不同倾角处的腐蚀行为，电阻探针平齐管路的管壁设置。

其中，在耐腐蚀储罐上底部具有气体入口、顶部具有气体出口，在耐腐蚀储罐的上侧壁上具有实验液体入口，在下侧壁上具有实验液体出口，气体入口和气体出口连接到耐腐蚀储罐上。

其中，耐腐蚀泵安装在管路上，通过球阀与耐腐蚀储罐相连接，所述电磁流量计用于显示管路的流量，其通过管路与耐腐蚀泵相连接。

其中，起伏管路腐蚀测试区的管路倾角可通过不同长度的PVC管段之间的连接进行调整，获得0～90度内的倾角，呈现水平，倾斜和垂直等流动状态。

其中，实验管路采用PVC管制作，管径为10cm。

其中，水平管路腐蚀测试区主管路内试样采用与管道内径相同的环形试样，试样之间采用O型圈绝缘，环形试样可用于失重测试和电化学测试，在主管路上与试样对应的部位打孔，采用不锈钢螺钉与试样接触，导出试样的电信号，临近的试样作为参比电极，采用双电极体系逐个测试试样的电化学信号。

其中，耐腐蚀储罐内装有电加热管和热电偶，可根据设定的温度保持罐内介质恒温。

高速摄像仪观察管路中不同部位的流态。

本发明还提供了采用上述的多相流腐蚀及流态模拟实验管路装置进行模拟实验的方法，具体为：

第一步，在耐腐蚀储罐1内添加实验溶液介质，溶液体积约为耐腐蚀储罐1总体积的1／2～2／3，若模拟含砂的体系，需加入砂；

第二步，对所述模拟实验管路装置除氧；

第三步，当第二步除氧量达到要求后，关闭水平管路腐蚀测试区的管路旁路上的第二球阀16，开启主管路上的第三球阀17和第四球阀19，开启耐腐蚀泵3使耐腐蚀储罐1内的实验溶液介质在管路内流动，通过电磁流量计4测量实验溶液介质流量，采用高速摄像仪观察管路中不同部位的流态；

第四步，实验结束后，关闭耐蚀泵3，第一球阀2，第二球阀16，第三球阀17和第四球阀19，拆卸起伏管路部分和水平管路部分的腐蚀试样。

所述第二步进一步具体为开启气体入口8，通过增压泵从气体入口8向耐腐蚀储罐1中充入非氧气体，如氮气，开启气体出口11和第一球阀2，采用溶氧仪7测量实验介质的溶氧量，当除氧量达到要求后，关闭气体出口11的球阀，从气体入口8向实验溶液介质内充入实验用气体，达到实验压力后结束充气，并采用pH计6测试溶液pH值。

本发明的有益效果：

本发明提供的可模拟多相流腐蚀及流态的管路装置及模拟实验方法，与现有的腐蚀模拟实验装置及模拟实验方法比较存在以下优点：(1)采用透明PVC管路，便于观察管道内的流态；(2)水平管路腐蚀测试区采用与管道内部直径相同的环状试样，不影响管道内的流态，能更真实模拟管道内部腐蚀状态；(3)采用不同的倾角模拟起伏管路，倾角在0～90度内调整，更能模拟工业管道的起伏状态；采用与管壁平齐的电阻探针，由于电阻探针的金属测试部分与管壁不直接接触，避免边缘效应；(4)容易拆卸和安装，可以模拟不同倾角条件下管道内部的流态和腐蚀行为。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为水平管路腐蚀测试区内试样的安装示意图。

图中，1-耐腐蚀储罐，2-第一球阀，3-耐蚀泵，4-电磁流量计，5-温度计，6-pH计，7-溶氧仪，8-气体入口，9-实验液体出口，10-实验液体入口，11-气体出口，12-电阻探针，13-电阻探针，14-电阻探针，15-电阻探针，16-第二球阀，17-第三球阀，18-水平管路腐蚀测试段，19-第四球阀，20-环形失重试样，21-O型圈，22-环形失重试样，23-O型圈，24-不锈钢螺丝钉，25-不锈钢螺丝钉。

具体实施方式

本发明提供了一种多相流腐蚀及流态模拟实验管路装置，其包括管路、支架、耐腐蚀储罐、耐腐蚀泵、球阀、电磁流量计、电阻探针、温度计、pH计、溶氧仪、高速摄像仪，所述管路上包括起伏管路腐蚀测试区和水平管路腐蚀测试区。

在起伏管路腐蚀测试区上的每一个倾角处安装有电阻探针，用于实时监测不同倾角处的腐蚀行为，电阻探针平齐管路的管壁设置。

在耐腐蚀储罐上底部具有气体入口、顶部具有气体出口，在耐腐蚀储罐的上侧壁上具有实验液体入口，在下侧壁上具有实验液体出口，气体入口和气体出口连接到耐腐蚀储罐上。

进一步，所述气体入口和气体出口采用球阀连接到耐腐蚀储罐上。

在耐腐蚀储罐的底部还安装有、温度计、pH计和溶氧仪，温度计用于测量实验介质的温度，pH计用于测量实验介质的pH值，溶氧仪用于测量实验介质的溶氧量。

耐腐蚀泵安装在管路上，通过球阀与耐腐蚀储罐相连接，所述电磁流量计用于显示管路的流量，其通过管路与耐腐蚀泵相连接。

起伏管路腐蚀测试区的管路倾角可通过不同长度的PVC管段之间的连接进行调整，获得0～90度内的倾角，呈现水平，倾斜和垂直等流动状态。

整个管路中水平部分的PVC管之间采用法兰连接，带倾角部位采用弯头连接。

水平管路腐蚀测试区由主管路和旁路组成，在旁路上和主管路上均设置球阀，球阀可控制实验液体流经管路的路径。

实验管路采用PVC管制作，管径为10cm，各管道的长度可根据实验场地限制及实验中的倾角设置的需要进行调整。整个管路系统与地面垂直，采用支架进行固定。

水平管路腐蚀测试区主管路内试样采用与管道内径相同的环形试样，试样之间采用O型圈绝缘，环形试样可用于失重测试和电化学测试，在主管路上与试样对应的部位打孔，采用不锈钢螺钉与试样接触，导出试样的电信号，临近的试样作为参比电极，采用双电极体系逐个测试试样的电化学信号。

耐腐蚀储罐内装有电加热管和热电偶，可根据设定的温度保持罐内介质恒温。

高速摄像仪观察管路中不同部位的流态。

本发明还提供了采用上述的多相流腐蚀及流态模拟实验管路装置进行模拟实验的方法，具体为：

第一步，在耐腐蚀储罐1内添加实验溶液介质，溶液体积约为耐腐蚀储罐1总体积的1／2～2／3，若模拟含砂的体系，需加入砂；

第二步，对所述模拟实验管路装置除氧；

第三步，当第二步除氧量达到要求后，关闭水平管路腐蚀测试区的管路旁路上的第二球阀16，开启主管路上的第三球阀17和第四球阀19，开启耐腐蚀泵3使耐腐蚀储罐1内的实验溶液介质在管路内流动，通过电磁流量计4测量实验溶液介质流量，采用高速摄像仪观察管路中不同部位的流态；

第四步，实验结束后，关闭耐蚀泵3，第一球阀2，第二球阀16，第三球阀17和第四球阀19，拆卸起伏管路部分和水平管路部分的腐蚀试样。

所述第二步进一步具体为开启气体入口8，通过增压泵从气体入口8向耐腐蚀储罐1中充入非氧气体，如氮气，开启气体出口11和第一球阀2，采用溶氧仪7测量实验介质的溶氧量，当除氧量达到要求后，关闭气体出口11的球阀，从气体入口8向实验溶液介质内充入实验用气体，达到实验压力后结束充气，并采用pH计6测试溶液pH值。

本发明提供的可模拟多相流腐蚀及流态的管路装置及模拟实验方法，该装置设计透明PVC实验管路系统，便于观察管道内的流态变化，通过设计不同的倾角以模拟起伏管路；在水平管段采用与管道内部直径相同的环状试样，装卸及使用方便，能够真实模拟工业现场的流动状态及多相流腐蚀的实验管路系统，适用于研究含气、液和固体颗粒环境管道内的多相流腐蚀行为及流态，如油气输运系统的多相流腐蚀及流态模拟研究，炼油设备管道内的多相流腐蚀及流态模拟研究，管道内部缓蚀剂性能评价，缓蚀剂处理工艺评估及管道内部涂层筛选等。

以下采用实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。

如图1和图2所示，本发明提供的多相流腐蚀及流态模拟实验管路装置，包括管路、支架、耐腐蚀储罐1、耐腐蚀泵3、第一球阀2，第二球阀16，第三球阀17和第四球阀19、电磁流量计4、电阻探针12-15、温度计5、pH计6、溶氧仪7、高速摄像仪，所述管路上包括起伏管路腐蚀测试区和水平管路腐蚀测试区，在起伏管路腐蚀测试区上的倾角处安装有电阻探针12-15，用于实时监测不同倾角处的腐蚀行为，电阻探针平齐管路的管壁设置，在耐腐蚀储罐上底部具有气体入口8、顶部具有气体出口11，在耐腐蚀储罐的上侧壁上具有实验液体入口10，在下侧壁上具有实验液体出口9，气体入口8和气体出口11分别通过球阀连接到耐腐蚀储罐1上，在耐腐蚀储罐1的底部还安装有温度计5、pH计6和溶氧仪7，温度计5用于测量实验介质的温度，pH计6用于测量实验介质的pH值，溶氧仪7用于测量实验介质的溶氧量，耐腐蚀泵3安装在管路上，通过第一球阀2与耐腐蚀储罐1相连接，所述电磁流量计4用于显示管路的流量，其通过管路与耐腐蚀泵3相连接，起伏管路腐蚀测试区的管路倾角可通过不同长度的PVC管段之间的连接进行调整，获得0～90度内的倾角，呈现水平，倾斜和垂直等流动状态，整个管路中水平部分的PVC管之间采用法兰连接，带倾角部位采用弯头连接，水平管路腐蚀测试区由主管路和旁路组成，在旁路上和主管路上分别设置第二球阀16和第三球阀17、第四球阀19，球阀可控制实验液体流经管路的路径，实验管路采用PVC管制作，管径为10cm，各管道的长度可根据实验场地限制及实验中的倾角设置的需要进行调整，整个管路系统与地面垂直，采用支架进行固定，水平管路腐蚀测试区主管路内试样采用与管道内径相同的环形试样20，22，试样之间采用O型圈21和23绝缘，环形试样可用于失重测试和电化学测试，在主管路上与试样对应的部位打孔，采用不锈钢螺钉24和25与试样接触，导出试样的电信号，临近的试样作为参比电极，采用双电极体系逐个测试试样的电化学信号，耐腐蚀储罐1内装有电加热管和热电偶，可根据设定的温度保持罐内介质恒温，高速摄像仪观察管路中不同部位的流态。

本发明还提供了采用上述的多相流腐蚀及流态模拟实验管路装置进行模拟实验的方法，具体为在耐腐蚀储罐1内添加实验溶液介质，溶液体积约为耐腐蚀储罐1总体积的1／2～2／3，若模拟含砂的体系，需加入砂；开启气体入口8，通过增压泵从气体入口8向耐腐蚀储罐1中充入非氧气体，如氮气，开启气体出口11和第一球阀2，采用溶氧仪7测量实验介质的溶氧量，当除氧量达到要求后，关闭气体出口11的球阀，从气体入口8向实验溶液介质内充入实验用气体，达到实验压力后结束充气，并采用pH计6测试溶液pH值；关闭水平管路腐蚀测试区的管路旁路上的第二球阀16，开启主管路上的第三球阀17和第四球阀19，开启耐腐蚀泵3使耐腐蚀储罐1内的实验溶液介质在管路内流动，通过电磁流量计4测量实验溶液介质流量，采用高速摄像仪观察管路中不同部位的流态；实验结束后，关闭耐蚀泵3，球阀2，球阀16，球阀17和球阀19，拆卸起伏管路部分和水平管路部分的腐蚀试样。

所有上述的首要实施这一知识产权，并没有设定限制其他形式的实施这种新产品和／或新方法。本领域技术人员将利用这一重要信息，上述内容修改，以实现类似的执行情况。但是，所有修改或改造基于本发明新产品属于保留的权利。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.一种多相流腐蚀及流态模拟实验管路装置，其特征在于：包括管路、支架、耐腐蚀储罐、耐腐蚀泵、第一球阀、电磁流量计、电阻探针、温度计、pH计、溶氧仪，所述管路上包括起伏管路腐蚀测试区和水平管路腐蚀测试区；所述水平管路腐蚀测试区由主管路和旁路组成，在旁路上设置第二球阀，在主管路上设置第三球阀和第四球阀；

水平管路腐蚀测试区主管路内试样采用与管道内径相同的环形试样，试样之间采用O型圈绝缘，环形试样可用于失重测试和电化学测试，在主管路上与试样对应的部位打孔，采用不锈钢螺钉与试样接触，导出试样的电信号，临近的试样作为参比电极，采用双电极体系逐个测试试样的电化学信号。

2.如权利要求1所述的多相流腐蚀及流态模拟实验管路装置，其特征在于：在起伏管路腐蚀测试区上的倾角处安装有电阻探针，用于实时监测不同倾角处的腐蚀行为，电阻探针平齐管路的管壁设置。

3.如权利要求1或2所述的多相流腐蚀及流态模拟实验管路装置，其特征在于：在耐腐蚀储罐上底部具有气体入口、顶部具有气体出口，在耐腐蚀储罐的上侧壁上具有实验液体入口，在下侧壁上具有实验液体出口，气体入口和气体出口连接到耐腐蚀储罐上。

4.如权利要求1或2所述的多相流腐蚀及流态模拟实验管路装置，其特征在于：耐腐蚀泵安装在管路上，通过第一球阀与耐腐蚀储罐相连接，所述电磁流量计用于显示管路的流量，其通过管路与耐腐蚀泵相连接。

5.如权利要求1或2所述的多相流腐蚀及流态模拟实验管路装置，其特征在于：起伏管路腐蚀测试区的管路倾角可通过不同长度的PVC管段之间的连接进行调整，获得0～90度内的倾角，呈现水平，倾斜和垂直的流动状态。

6.如权利要求5所述的多相流腐蚀及流态模拟实验管路装置，其特征在于：实验管路采用PVC管制作，管径为10cm。

7.如权利要求1或2所述的多相流腐蚀及流态模拟实验管路装置，其特征在于：耐腐蚀储罐内装有电加热管和热电偶，可根据设定的温度保持罐内介质恒温。

8.权利要求7所述的多相流腐蚀及流态模拟实验管路装置进行模拟实验的方法，其特征在于：

第一步，在耐腐蚀储罐内添加实验溶液介质，溶液体积约为耐腐蚀储罐1总体积的1/2～2/3，若模拟含砂的体系，需加入砂；

第二步，对所述模拟实验管路装置除氧；

第三步，当第二步除氧量达到要求后，关闭水平管路腐蚀测试区的管路旁路上的第二球阀，开启主管路上的第三球阀和第四球阀，开启耐腐蚀泵使耐腐蚀储罐内的实验溶液介质在管路内流动，通过电磁流量计测量实验溶液介质流量，采用高速摄像仪观察管路中不同部位的流态；

第四步，实验结束后，关闭耐蚀泵，第一球阀，第二球阀，第三球阀和第四球阀，拆卸起伏管路部分和水平管路部分的腐蚀试样。

9.如权利要求8所述的多相流腐蚀及流态模拟实验管路装置进行模拟实验的方法，其特征在于：所述第二步进一步具体为开启气体入口，通过增压泵从气体入口向耐腐蚀储罐中充入非氧气体，开启气体出口和第一球阀，采用溶氧仪测量实验介质的溶氧量，当测得溶液介质除氧量达到要求后，关闭气体出口和第一球阀，从气体入口向实验溶液介质内充入实验用气体，达到实验压力后结束充气，并采用pH计测试溶液pH值。