CN105699286B - 一种湿气环路顶部腐蚀测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明是一种高温高压环境下的湿气环路顶部腐蚀测试装置，适用于在实际高温高压工况下的湿气顶部腐蚀模拟实验和腐蚀行为的机理研究。本发明包括加热釜、管道循环系统、加热保温系统、循环冷凝水箱制冷系统、循环泵、信号传导通路、外接控制箱、流态观察窗、外接供气系统、三电极系统、电化学工作站和计算机等。该装置的优点是能够真实的模拟管线内部的实际环境条件，包括管道内流体的流态，流速，压力，温度等，从而可以最大限度的模拟实际环境，测出真实的电化学数据。利用此设备既可以对试样进行顶部腐蚀原位电化学信号测试，也可以利用失重法对管线钢的腐蚀机理进行研究。因此，本设备对管线钢的湿气顶部腐蚀机理研究具有非常重要的意义。

Description

一种湿气环路顶部腐蚀测试装置

技术领域

本发明涉及腐蚀电化学领域，特别是指一种高温高压环境下湿气环路顶部腐蚀电化学测试装置。

背景技术

近年来，随着海上油气田开发业日益兴盛，海底输送油气的管道发生了很多的失效事故，顶部腐蚀是其中非常重要的一部分，因此高温高压条件下能够进行湿气环路顶部腐蚀电化学原位测试的研究也备受关注。然而到目前为止，用于研究管线钢湿气顶部腐蚀的设备较少，一般用于研究顶部腐蚀的设备为冷凝釜，而冷凝釜又不能完全模拟实际工况，测试的数据与实际存在差距；此外，在冷凝釜中进行模拟实验后，再在静态常压反应容器中进行电化学测试，并不能得出实际情况下顶部腐蚀过程中的电化学腐蚀行为。而本发明在此领域较为先进，其可以最大程度的模拟实际环境，实现在不同流体流速、流态、温度、压力情况下研究管线钢的腐蚀行为，对其腐蚀机理进行探索。在油气工业开采和输送过程中，主要涉及的腐蚀介质包括CO₂等酸性气体，水以及部分含有的有机酸等。进行高温高压环路湿气顶部腐蚀模拟实验是研究管线钢材料的耐蚀性、腐蚀机理并对其进行评价的先进手段。本发明可以实现在符合实际工况条件下管线钢腐蚀原位电化学行为的测量，在一定程度上为深入的研究管线钢腐蚀机理奠定了设备基础。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种湿气环路顶部腐蚀电化学测试装置，以此来研究腐蚀介质在不同流速、流态、温度、压力等条件下管线钢湿气顶部腐蚀行为的问题。

一种湿气环路顶部腐蚀测试装置，其特征在于：本装置包括加热 釜、管道循环系统、加热保温系统、循环冷凝水箱制冷系统、循环泵、信号传导通路、外接控制箱、流态观察窗、外接供气系统、三电极系统、电化学工作站和计算机；其中加热釜包括加热釜A和加热釜B；管道循环系统包括各段管路；加热保温系统包括加热釜上的加热装置A和加热装置B、加热釜上的温度传感器C以及覆盖整个管道周围的保温层；循环冷凝水箱制冷系统包括试验管道循环通路、循环水控制箱、以及温度传感器A、循环泵；外接供气系统包括高压气瓶、减压阀、导气管和压力表C；三电极系统包括Ag/AgCl参比电极、工作电极和辅助电极。

加热釜A和加热釜B底部通过循环泵连接，加热釜A周围装有加热装置A、加热釜B周围装有加热装置B，外接供气系统通过导气管与加热釜A连通，在此导气管上装有压力表C和减压阀，加热釜A上装有压力表A，加热釜A通过普通管道与试验管道连接，并在此普通管道中装有流量计和探测管道内部湿气压力的压力表B，试验管道为双层管道，外层冷却水管道通过进出水口及水管与外接的冷却水循环控制箱连接，试验管道外层装有温度传感器B，并在试验管道顶部装有一系列顶部试样卡入槽，此处卡入的三电极试样可与电化学工作站和计算机连接，试验管道的末端与流态观察窗连接，试验管道与加热釜B通过普通管道连接，此外加热釜B与加热釜A上部还有单独一段导气管路相连接，导气管路中装有控制阀C、控制阀D、排气阀。

其中，温度传感器、加热釜加热装置和外接控制箱通过导线连接，通过加热釜的加热装置和温度传感器使釜内溶液达到设定温度；通过循环泵，把加热釜B内的溶液抽入加热釜A内，使得加热釜A内部蒸汽压力增大，加热釜B内蒸汽压力减小，从而在压力差的作用下，使得湿气沿固定的方向流动。外接供气系统高压气瓶的减压阀、导气管和高压釜的进气口之间通过螺纹连接，外接供气系统输出的实验气体通过减压阀控压后通过导气管进入加热釜内，使整个环路体系产生气体压强。Ag/AgCl参比电极、辅助电极和工作电极用环氧封装在环 状夹具中，并将封装好的试样用砂纸打磨光滑，使三电极处在同一个平面上，然后通过导线与外接电化学工作站连接；三电极系统通过工作电极信号传导通路与外接电化学工作站连接，进行电化学测试，外接电化学工作站接通计算机进行数据输出、记录和分析处理；湿气环路的压力通过压力传感器和压力表显示，并通过控制阀进行调节，压力一旦超过环路各部件的额定值，安全阀将自动开启，保护整个系统的安全性。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

本设备具有可操作性强，使用寿命长，适应性强，切合实际的特点，弥补了传统湿气顶部腐蚀设备无法满足实际工况的缺点。本设备可以真实的模拟管道内部介质真实的流动状态、压力、温度等条件，再现湿气顶部腐蚀环境，从而可以更加真实的测出实验数据，为管线钢湿气顶部腐蚀机理研究奠定设备基础。本装置具有一定的首创性，并且实验结果也证实了其可靠性。

附图说明

图1为本发明的湿气环路顶部腐蚀测试装置流程示意图。

图中：

1-控制阀A；2-压力表A；3-加热釜A；4-加热装置A；5-腐蚀介质进入口；6-流量计；7-顶部试样卡入槽；8-压力表B；9-试验段管道；10-循环冷却水控制箱；11-温度传感器A；12-介质流态观察窗；13-温度传感器B；14-腐蚀介质出口；15-加热装置B；16-加热釜B；17-控制阀B；18-控制阀C；19-循环泵；20-高压气瓶；21-加热釜内湿气温度传感器C；22-控制阀D；23-高压气瓶减压阀；24-压力表C；25-排气阀。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面 将结合附图及具体实施方法进行详细描述。

本发明提供一种湿气环路顶部腐蚀测试装置，本装置包括加热釜、管道循环系统、加热保温系统、循环冷凝水箱制冷系统、循环泵、信号传导通路、外接控制箱、流态观察窗、外接供气系统、三电极系统、电化学工作站和计算机等；其中加热釜包括加热釜A(3)和加热釜B(16)；管道循环系统包括各段管路；加热保温系统包括加热釜上的加热装置A(4)、加热装置B(15)，釜上的温度传感器C(21)以及覆盖整个管道周围的保温层；循环冷凝水箱制冷系统包括试验管道循环通路(9)、循环水控制箱(10)、以及温度传感器A(11)；循环泵如(19)所示；外接供气系统包括高压气瓶(20)、减压阀(23)、导气管和压力表C(24)；三电极系统包括Ag/AgCl参比电极、工作电极和辅助电极；流态观察窗如(12)所示。加热釜A(3)和加热釜B(16)底部通过一个循环泵(19)连接，加热釜A(3)周围装有加热装置A(4)、加热釜B(16)周围装有加热装置B(15)，外接供气系统通过导气管与加热釜A(3)连通，在此导气管上装有压力表C(24)和减压阀(23)，加热釜A(3)上装有压力表A(2)，加热釜A(3)通过普通管道与试验管道(9)连接，并在此普通管道中装有流量计(6)和探测管道内部湿气压力的压力表B(8)，试验管道为双层管道，外层冷却水管道通过进出水口及水管与外接的冷却水循环控制箱(10)连接，试验管道外层装有温度传感器B(13)，并在试验管道顶部装有一系列顶部试样卡入槽(7)，此处卡入的三电极试样可与电化学工作站和计算机连接，试验管道的末端与流态观察窗(12)连接，试验管道(9)与加热釜B(16)通过普通管道连接，此外加热釜B(16)与加热釜A(3)上部还有单独一段导气管路相连接，导气管路中装有控制阀C(18)、控制阀D(22)、排气阀(25)。

其中，温度传感器、加热釜加热装置和外接控制箱通过导线连接，通过加热釜的加热装置和温度传感器使釜内溶液达到设定温度；通过循环泵，把加热釜B(16)内的溶液抽入加热釜A(3)内，使得加热釜A(3)内部蒸汽压力增大，加热釜B(16)内蒸汽压力减小， 从而在压力差的作用下，使得湿气沿固定的方向流动。外接供气系统高压气瓶的减压阀、导气管和高压釜的进气口之间通过螺纹连接，外接供气系统输出的实验气体通过减压阀控压后通过导气管进入加热釜内，使整个环路体系产生气体压强。Ag/AgCl参比电极、辅助电极和工作电极用环氧封装在环状夹具中，并将封装好的试样用砂纸打磨光滑，使三电极处在同一个平面上，然后通过导线与外接电化学工作站连接；三电极系统通过工作电极信号传导通路与外接电化学工作站连接，进行电化学测试，外接电化学工作站接通计算机进行数据输出、记录和分析处理；湿气环路的压力通过压力传感器和压力表显示，并通过控制阀进行调节，压力一旦超过环路各部件的额定值，安全阀将自动开启，保护整个系统的安全性。

在应用过程中，先制备好三电极系统试样，将工作电极，Ag/AgCl参比电极，辅助电极用环氧树脂、邻苯二甲酸二丁酯乙二脂、乙二胺按照100:10:7的比例混合配制而成的环氧封装在夹具中，用水砂纸打磨至800#后用酒精清洗，丙酮除油后吹干备用。将顶部试样装入实验管道顶部试样卡槽内。将配置好的腐蚀介质溶液装入加热釜A(3)和加热釜B(16)中，开启排气阀(25)，关闭控制阀D(22)，打开其他所有阀门进行除氧操作，通气8h以上以保证整个湿气环路装置内的氧气均被去除干净。打开高压气瓶减压阀(23)，关闭其他所有阀门，调整至合适的压力，打开控制箱的加热保温系统控制开关，使两个加热釜内溶液温度升高到设定值并保温。打开循环冷凝水箱(10)开关，设定冷凝温度，使冷却水循环流动起来。开启循环泵，腐蚀介质溶液从加热釜B(16)流入加热釜A(3)中，与此同时，加热釜B(16)中的湿气压力减小，加热釜A(3)中的湿气压力升高，当其压力达到合适的值后，开启所有阀门(排气阀除外)，通过调节阀门流量大小来控制环路内压力值，当环路内湿气温度和压力达到设定值后保持此状态进行试验。在实验过程中可以通过流态观察窗观察内部介质流动状态。实验管道上的顶部三电极试样连接电化学工作站和计算机后就可以实现电化学数据输出、记录、处理和分析等功能。此外， 也可以通过腐蚀一定周期后试样的腐蚀失重情况计算其腐蚀速率，通过试样表面及截面的腐蚀形貌研究管线钢的腐蚀机理等。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种湿气环路顶部腐蚀测试装置，其特征在于：本装置包括加热釜、管道循环系统、加热保温系统、循环冷凝水箱制冷系统、循环泵、信号传导通路、外接控制箱、流态观察窗、外接供气系统、三电极系统、电化学工作站和计算机；其中加热釜包括加热釜A(3)和加热釜B(16)；管道循环系统包括各段管路；加热保温系统包括加热釜上的加热装置A(4)和加热装置B(15)、加热釜上的温度传感器C(21)以及覆盖整个管道周围的保温层；循环冷凝水箱制冷系统包括试验管道循环通路(9)、循环水控制箱(10)、以及温度传感器A(11)、循环泵(19)；外接供气系统包括高压气瓶(20)、减压阀(23)、导气管和压力表C(24)；三电极系统包括Ag/AgCl参比电极、工作电极和辅助电极；

加热釜A(3)和加热釜B(16)底部通过循环泵(19)连接，加热釜A(3)周围装有加热装置A(4)、加热釜B(16)周围装有加热装置B(15)，外接供气系统通过导气管与加热釜A(3)连通，在此导气管上装有压力表C(24)和减压阀(23)，加热釜A(3)上装有压力表A(2)，加热釜A(3)通过普通管道与试验管道(9)连接，并在此普通管道中装有流量计(6)和探测管道内部湿气压力的压力表B(8)，试验管道为双层管道，外层冷却水管道通过进出水口及水管与外接的冷却水循环控制箱(10)连接，试验管道外层装有温度传感器B(13)，并在试验管道顶部装有一系列顶部试样卡入槽(7)，此处卡入的三电极试样可与电化学工作站和计算机连接，试验管道的末端与流态观察窗(12)连接，试验管道(9)与加热釜B(16)通过普通管道连接，此外加热釜B(16)与加热釜A(3)上部还有单独一段导气管路相连接，导气管路中装有控制阀C(18)、控制阀D(22)，排气阀(25)；

所述温度传感器A(11)、温度传感器C(21)、加热装置A(4)和加热装置B(15)、压力表A(2)和外接控制箱通过导线连接；

所述外接供气系统高压气瓶(20)的减压阀(23)、导气管和加热釜的进气口之间通过螺纹连接，外接供气系统输出的实验气体通过减压阀控压后通过导气管进入加热釜内，并为整个环路实验提供压力；

所述三电极系统中的Ag/AgCl参比电极、辅助电极和工作电极封装在环状夹具中，并将封装好的试样用砂纸打磨光滑，使三电极处在同一个平面上，然后通过导线与外接电化学工作站连接；

所述三电极系统，通过工作电极信号传导通路与外接电化学工作站连接，进行电化学测试，外接电化学工作站接通计算机进行数据输出、记录和分析处理；

所述加热釜A(3)内部的压力通过压力传感器和压力表A(2)显示，并通过控制阀A(1)和减压阀(23)进行调节；

所述环路除氧的时候需开启排气阀(25)进行操作。