CN107179274A - 模拟管道内腐蚀的实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种模拟管道内腐蚀的实验装置，包括腐蚀实验箱、温度控制箱、水循环系统、油循环系统、电化学工作站和计算机，腐蚀实验箱内设有实验管道，实验管道为双层管道，在实验管道壁面处放置样品台，同时实现样品与实验管道内壁平滑过渡，利用外管道内的水加热油品，使油品受热更均匀，并且在外管道与内管道中间设置绝热隔板，可以用于模拟常压、不同温度、含有各种腐蚀介质的流体在管道中的顶部腐蚀、内部管壁腐蚀和管内流动腐蚀情况，并可以实时监控样品腐蚀状况，自动化高、数据采集方便，便于组装、拆卸。

Description

模拟管道内腐蚀的实验装置

技术领域

本发明属于管道内腐蚀实验设备领域，尤其是模拟油品管道内腐蚀的实验装置。

背景技术

管道内腐蚀会对管道进行穿孔，使管道出现破损，长期下去，管道的细微破损在使用过程中，会越来越严重，逐渐成为大面积破损，进而减少管道寿命。而通过腐蚀管道运送的油品，也在不知不觉中流失，造成我国的财产浪费，浪费管道材料。严重时，管道将崩裂，还得浪费人力物力进行维修。内腐蚀的同时会产生许多腐蚀产物，腐蚀产物在时间的积累下，日益增多，对管道会进行堵塞，造成管道各个方面仪器能力减弱或丧失，留下许多安全隐患。在管道运输物品过程中，因为腐蚀物堵塞管道，物品不能很好的运输，影响输送效率，并且输送物长期堵在管道，再外界条件影响下，又会对管道进行腐蚀，造成恶性循环。管道内腐蚀物具有许多有害物质和化学溶液，当油品进入管道进行运输的时候，油品会与管道内腐蚀物进行混合，腐蚀物会造成油品质量下降，达不到油品质量标准。油品质量下降，会造成一系列影响，影响我国油品商业发展，劳民伤财。对于如今各种管道内腐蚀，特别是管道顶部腐蚀和管道内冲刷腐蚀，影响因素多，引起了各方面的高度重视。

模拟实验通过水浴提供不同的温度，模拟管道输送原油的温度，在不同温度下油品的腐蚀性不同，研究管道内壁腐蚀。在管道外部接入油泵，给油品一稳定的速度，模拟管内冲刷腐蚀。目前现有的内腐蚀装置是基本本分为两类：一是高温高压反应釜，二是基于盐雾实验改进的腐蚀模拟装置。前者相对后者实验所得数据较为准确，但是后者成本低，便于操作。且大多数内腐蚀装置是将样品挂片直接放置在油品中进行腐蚀模拟，实验效果不能反应真实的管道内腐蚀情况。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：为了克服现有技术中的不足，本发明提供一种模拟管道内腐蚀的实验装置，本发明的装置主要为实验管道，实验管道为双层管道，在实验管道壁面处放置样品台，通过垫片实现样品台与实验管道之间的密封，同时实现样品与实验管道内壁平滑过渡，在试验过程中，不会因为样品的存在增加管道内流体的扰动而对实验测试结果产生附加的影响。本发明可以用于模拟常压、不同温度、含有各种腐蚀介质的流体在管道中的顶部腐蚀、内部管壁腐蚀和管内流动腐蚀情况，并可以实时监控样品腐蚀状况，自动化高、数据采集方便，便于组装、拆卸。

本发明解决其技术问题所要采用的技术方案是：一种模拟管道内腐蚀的实验装置，包括腐蚀实验箱、保温层、储水箱、输水管、储油箱、输油管、温度控制箱、节流阀、循环水泵、循环油泵、空载警示灯、电化学工作站和计算机。

所述腐蚀实验箱是一个可打开的密封箱体，分别与储水箱和储油箱通过输水管和输油管构成循环回路。箱体内放置实验管道，所述实验管道即为测试腐蚀实验所用的管段，并通过箱体内的保温层进行保温。所述储油箱内可以加热油品温度。所述储水箱内可以加热和降低水温。

所述实验管道为双层管道，水平放置在腐蚀实验箱内，包括外管道、隔板、内管道、水浴管、样品台、样品、辅助电极、参比电极和铜棒，外层为外管道，内层为内管道；内外管道中间设置多个隔板将环形管道分为多个部分，形成由相邻两隔板与内管道和外管道共同围成的水浴管。

所述内管道内是油流，所述内管道和储油箱通过输油管构成循环回路，所述输油管上设置有循环油泵、节流阀、空载警示灯，所述节流阀位于腐蚀实验箱和循环油泵之间，所述空载警示灯位于储油箱和循环油泵之间，所述电化学工作站分别连接样品和计算机。

所述外管道和内管道之间为水浴管，所述水浴管连接输水管；与储水箱通过输水管循环回路，所述输水管设置有循环水泵；所述温度控制箱位于腐蚀实验箱的左下侧，用于控制水浴管内的温度，模拟实验管道的环境温度。

对所述实验管道上下左右四个方向开孔，一个实验管道的同一水平线上可以设置多个孔口，孔口距离相同，同时模拟多组不同参数的实验，孔口用于安装样品台，并贯穿内管道和外管道，所述内管道的孔口为梯形孔口，所述外管道的孔口为直形孔口；所述隔板焊接在内管道和外管道中间，隔板是用绝热材料制成。

所述样品台为圆柱结构，分为五段，依次为样品安装段、内管道固定段、流体段、外管道固定段和限位段，其中，样品安装段、内管道固定段和外管道固定段与实验管道螺纹连接，流体段处于水浴管的流体中，螺纹连接处样品台形状与实验管道的孔口紧密配合，样品台的外管道固定段与外管道配合处设有垫片进行密封，样品台的样品安装段和内管道固定段与内管道配合处设有垫片来进行密封，样品台设有安装腐蚀测试样品的通孔，通孔一端设有样品安装孔，通孔中设有内螺纹，通孔内放置铜棒，样品安装孔内放置样品；样品台采用导热不导电的材质。

所述样品与内管道内壁在同一个曲面上，避免内管道内流体流经接合处时出现流场扰动。所述样品为圆柱结构，剖面为倒T形，上部设有外螺纹和盲孔，通过盲孔与铜棒螺纹连接，同时也与样品台螺纹连接，连接处样品的形状与样品台孔口紧密配合，在样品台配合处设有垫片来进行密封；铜棒上设有螺母，可以紧固样品，不易让样品从样品台脱落；样品下部位于内管道梯形孔口处，连接处样品的形状与内管道梯形孔口紧密配合，样品下部的厚度不大于内管道梯形孔口深度，使样品与内管道内壁平滑过渡。

电极台与样品台的结构基本相同，所述参比电极和辅助电极安置在另一个孔口处的电极台上，处于样品台的下游，但是参比电极和辅助电极不相互接触，参比电极和辅助电极与电极台的连接方式与样品与样品台的连接相同，安置参比电极和辅助电极的电极台和安置样品的样品台的固定方法一样，所述参比电极和辅助电极与内管道内壁也在同一个曲面上，避免内管道内流体流经接合处时出现流场扰动。

所述铜棒一端插入样品台内连接样品，或者插入电极台内连接参比电极和辅助电极，另一端连接电化学工站。

本发明可更换样品进行腐蚀试验，样品与管道内壁紧密贴合，并在同一曲面上，避免了使用挂片等带来的流场扰动。本发明设置了多个隔板，可以同时进行多组实验，既满足了管道腐蚀试验的要求，又使得实验操作更简便，数据更为准确可靠。

本发明的有益效果是：

(1)本发明实验管道采用内外双层管道，利用外管道内的水加热油品，使油品受热更均匀，并且在外管道与内管道中间设置绝热隔板，可以同时模拟四种温度下的管道腐蚀。

(2)本发明直接在管道的管壁中放置样品台，使样品与管道内壁平滑过渡，避免流体流动等因素影响实验，较其他腐蚀模拟管道得到的数据更具有参考价值。

(3)通过在管道上设置了不同位置的样品台，可以反复使用，节约实验成本，可以测试管道不同位置的腐蚀情况，管道顶部腐蚀、管壁腐蚀和管道内流动腐蚀可以同时进行，很真实的模拟了管道内的运行环境，所得实验数据准确可靠。

(4)本发明所述样品连接电化学工作站，电化学工作站连接计算机，可以准确的实时反应样品的腐蚀情况，避免了人为记录数据的繁琐和误差，实验数据更为准确可靠。

(5)本发明所述的在管道内模拟腐蚀的实验装置利用温度控制箱控制实验管道内的不同水浴管的温度，可以同时模拟不同温度下的管道腐蚀情况；通过循环油泵和节流阀控制管道流体的流速，模拟流体流动对管道不同位置的流动腐蚀情况。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1为本发明所述管道内腐蚀模拟实验装置的整体结构示意图；

图2为本发明所述实验管道截面图；

图3为图2的A-A剖面图，即实验管道上侧孔口的剖面图(下侧、左侧、右侧孔口与上侧孔口结构相同)；

图4为图3中Ⅰ的放大图；

图5为图3中Ⅱ的放大图；

图6为图3中Ⅲ的放大图；

图7为样品台简图。

图中：1-腐蚀实验箱，2-保温层，3-温度控制箱，4-输油管，5-储油箱，6-空载警示灯，7-循环油泵，8-节流阀，9-循环水泵，10-输水管，11-储水箱，12-电化学工作站，13-计算机，14-外管道，15-隔板，16-内管道，17-样品台，171-限位段，172-外管道固定段，173-流体段，174-内管道固定段，175-样品安装段，18-垫片，19-样品，20-水浴管，21-辅助电极，22-参比电极，23-铜棒，24-螺母，25-电极台。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作详细的说明。此图为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1所示，本发明的一种模拟管道内腐蚀的实验装置，包括腐蚀实验箱1、储水箱11、输水管10、储油箱5、输油管4、温度控制箱3、节流阀8、循环水泵9、循环油泵7、空载警示灯6、电化学工作站12和计算机13。

所述腐蚀实验箱1是一个可打开的密封箱体，分别与储水箱11和储油箱5通过输水管10和输油管4构成循环回路。箱体内放置实验管道，并通过箱体内的保温层2进行保温。所述储油箱5内可以加热油品温度。所述储水箱11内可以加热和降低水温。

如图2-图7所示，所述实验管道为双层管道，水平放置在腐蚀实验箱1内，包括外管道14、隔板15、内管道16、水浴管20、样品台17、样品19、橡胶垫片18、辅助电极21、参比电极22、铜棒23、螺母24和电极台25。所述双层管道外层为外管道14，内层为内管道16；内管道16和外管道14中间设置多个隔板15将环管道分为多个部分，形成由相邻两隔板15与内管道16和外管道14共同围成的水浴管20。

所述内管道16内是油流，所述内管道16和储油箱5通过输油管4构成循环回路，输油管4和腐蚀实验箱1、储油箱5直接采用焊缝连接；所述输油管4上设置有循环油泵7、节流阀8、空载警示灯6，所述节流阀8位于腐蚀实验箱1和循环油泵7之间，为智能电动节流阀8，可以监控输油管4内的流量；所述空载警示灯6位于储油箱5和循环油泵7之间，所述电化学工作站12分别连接样品19和计算机13。

所述外管道14和内管道16之间为水浴管20，所述水浴管20连接输水管10；与储水箱11通过输水管10循环回路，所述输水管10设置有循环水泵9，输水管10和腐蚀实验箱1、储水箱11直接采用焊缝连接；所述温度控制箱3位于腐蚀实验箱1的左下侧，用于控制水浴管20内的温度。模拟实验管道的环境温度。

对所述实验管道上下左右侧开孔，一个实验管道的同一水平线上可以设置多个孔口，孔口距离相同，同时模拟多组不同参数的实验，孔口用于安装样品台17或电极台25，孔口贯穿内管道16和外管道14，所述内管道16的孔口为梯形孔口，所述内管道16与输油管4、外管道14与水浴管20、输水管10与水浴管20的连接都采用卡箍连接，以便于拆卸，隔板15焊接在内管道16和外管道14中间，每两个隔板15间可以通入不同的温度的水，所述隔板15是用绝热材料制成。

所述样品台17为圆柱结构，分为五段，依次为样品安装段175、内管道固定段174、流体段173、外管道固定段172和限位段171，其中，样品安装段175、内管道固定段174和外管道固定段172与实验管道螺纹连接，螺纹连接处样品台17形状与实验管道的孔口紧密配合，流体段173处于水浴管20的流体中，样品台17的外管道固定段172与外管道14配合处设有垫片18进行密封，样品台17的样品安装段175和内管道固定段174与内管道16配合处设有垫片18来进行密封，样品台17设有安装腐蚀测试样品19的通孔，通孔中设有内螺纹，通孔内放置铜棒23和样品19；样品台17采用导热不导电的材质。

所述样品19与内管道16内壁在同一个曲面上，避免内管道16内流体流经接合处时出现流场扰动。所述样品19为圆柱结构，剖面为倒T形，上部设有外螺纹和盲孔，通过盲孔与铜棒23螺纹连接，同时也与样品台17螺纹连接，连接处样品19的形状与样品台17孔口紧密配合，在样品台17配合处设有垫片18来进行密封；铜棒23上设有螺母24，可以紧固样品19，不易让样品19从样品台17脱落；样品19下部位于内管道16梯形孔口处，连接处样品19的形状与内管道16梯形孔口紧密配合，样品19下部的厚度不大于内管道16梯形孔口深度，使样品19与内管道16内壁平滑过渡。

电极台25与样品台17的结构基本相同，所述参比电极22和辅助电极21安置在另一个孔口处的电极台25上，处于样品19的下游，但是参比电极22和辅助电极21不相互接触，参比电极22和辅助电极21与电极台25的连接方式与样品19与样品台17的连接方式相同，安置参比电极22和辅助电极21的电极台25和安置样品19的样品台17的固定方法一样，所述参比电极22和辅助电极21与内管道16内壁也在同一个曲面上，避免内管道16内流体流经接合处时出现流场扰动。

所述铜棒23在样品台17内，分别连接电化学工作站12和样品19；所述铜棒23在电极台25内，分别连接电化学工作站12与参比电极22和辅助电极21。

作为优选，所述实验管道为双层管道，分为外管道14和内管道16，两管道间用4个隔板15分为4个部分(也可以分为多个部分，具体实施参考实验要求)；

如图7所示，所述样品台17为圆柱结构，分为五段，依次为限位段171、外管道固定段172、流体段173、内管道固定段174和样品安装段175，D1、D2、D 4、D5、D3分别对应物段的直径，D1＝30mm～60mm，D2＝20mm～50mm，D3＝15mm～30mm，D4＝20mm～40mm，D5＝15mm～30mm；作为优选，所述内管道16和外管道14中间环道宽度为内管道16内径的0.3-1倍，也可以适当减小，只要满足水浴要求即可；作为优选，所述样品19形状为倒T形，上部直径在5mm-10mm之间，下部直径在10mm-20mm之间，样品19与电化学工作站12通过铜棒23连接；作为优选，所述参比电极22和辅助电极21安置在与样品台17相邻孔口处的电极台25上，处于样品19的下游，不相互接触。所述垫片18为导热不导电的垫片18。

本装置工作过程如下：

样品19和样品台17安装完成后，向储油箱5和储水箱11中分别加入一定量的某种油品和水，先通过储油箱5加热油品和储水箱11降低水温，再通过温度控制箱3设置水浴管20中的实验温度，上部水浴管20内温度低于油蒸汽冷凝温度，打开循环油泵7，油品就会流入腐蚀实验箱1，同时开启电化学工作站12，实时监控样品19腐蚀状态，了解腐蚀进程。

油品在腐蚀实验箱1内流动的同时蒸发出油蒸汽等腐蚀气体，当气体接触到内管道16顶部时，便会冷凝成液滴，实验管道上部的样品19就会开始腐蚀，这进行的是管道内的顶部腐蚀实验。通过调节水浴管20中水流的温度，可以模拟不同温度下的管道顶部腐蚀、管壁腐蚀、管底腐蚀情况。

调节循环油泵7和节流阀8，使管道保持稳定的流速，流动的油品会对管道内上下左右四个方向的样品19进行冲刷腐蚀，可以对上下左右四个方向的样品19腐蚀情况进行对比，也可以对比同一水平面的样品19腐蚀情况，这进行的是管道流动腐蚀的模拟实验。

本发明可以通过在实验管道中加入不同含硫量的油品，分析油品含硫量对管道的腐蚀影响本实验还可以模拟不同油品的管道腐蚀情况，这需要反复的清洗试验管道。在腐蚀实验结束后，可以拆卸下样品19，对其进行分析测试。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关的工作人员完全可以在不偏离本发明的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种模拟管道内腐蚀的实验装置，其特征在于：包括腐蚀实验箱(1)、温度控制箱(3)、水循环系统、油循环系统、电化学工作站(12)和计算机(13)，所述腐蚀实验箱(1)内设有实验管道，所述实验管道包括内外套设的内管道(16)和外管道(14)，所述内管道(16)和外管道(14)之间设有多个绝热隔板(15)，相邻两隔板(15)与所述内管道(16)和外管道(14)共同围成水浴管(20)，所述水浴管(20)上安装有样品台(17)和电极台(25)，所述样品台(17)和电极台(25)均贯穿所述内管道(16)和外管道(14)，且所述样品台(17)位于所述电极台(25)的上游，所述样品台(17)位于所述内管道(16)的一端设有样品(19)，所述样品(19)与所述电化学工作站(12)连接，所述电极台(25)内设有参比电极(22)和辅助电极(21)，所述参比电极(22)和辅助电极(21)与所述电化学工作站(12)连接，所述电化学工作站(12)与所述计算机(13)连接，所述内管道(16)与所述油循环系统连通构成循环回路模拟油品运输，所述水浴管(20)与所述水循环系统连通构成循环回路模拟实验管道的环境温度，所述温度控制器用于控制所述水浴管(20)内的温度。

2.如权利要求1所述的模拟管道内腐蚀的实验装置，其特征在于：所述内管道(16)和外管道(14)上设置多个对应的孔口，且所述内管道(16)的孔口为梯形孔口，所述外管道(14)的孔口为直形孔口，所述样品台(17)或电极台(25)对应安装在所述内管道(16)和外管道(14)上的孔口内。

3.如权利要求2所述的模拟管道内腐蚀的实验装置，其特征在于：所述样品台(17)与所述电极台(25)的结构相同，包括连接在内管道(16)壁内的样品安装段(175)/电极安装段和内管道固定段(174)、位于水浴管(20)的流体内的流体段(173)、连接在外管道(14)内壁内的外管道固定段(172)以及位于外管道(14)外部的限位段(171)，所述样品安装段(175)/电极安装段、内管道固定段(174)、流体段(173)、外管道固定段(172)和限位段(171)依次一体连接，所述样品安装段(175)/电极安装段、内管道固定段(174)和外管道固定段(172)上设有外螺纹，分别与内管道(16)和外管道(14)的孔口螺纹连接，所述样品安装段(175)/电极安装段朝向内管道(16)内的一端上设有样品安装孔/电极安装孔，所述样品安装孔/电极安装孔内安装有样品(19)或电极，所述样品台(17)和电极台(25)上还设有连通样品安装孔/电极安装孔的通孔，所述通孔内放置铜棒(23)，所述铜棒(23)一端与所述样品(19)或电极连接，另一端延伸出样品台(17)或电极台(25)通过导线与所述电化学工作站(12)连接。

4.如权利要求3所述的模拟管道内腐蚀的实验装置，其特征在于：所述样品安装段(175)/电极安装段的外径小于所述内管道固定段(174)的外径，呈梯形结构，所述样品安装段(175)/电极安装段和内管道固定段(174)与所述内管道(16)的梯形孔口配合，且配合处设有垫片(18)，所述外管道固定段(172)与所述外管道(14)的直形孔口配合，且配合处设有垫片(18)。

5.如权利要求4所述的模拟管道内腐蚀的实验装置，其特征在于：所述样品(19)为圆柱结构，剖面为倒T形，所述样品(19)一端设有盲孔，通过盲孔与所述铜棒(23)螺纹连接，所述样品(19)与所述样品安装孔螺纹连接。

6.如权利要求1-5任一项所述的模拟管道内腐蚀的实验装置，其特征在于：所述样品(19)、参比电极(22)和辅助电极(21)与内管道(16)内壁均在同一曲面上。

7.如权利要求1所述的模拟管道内腐蚀的实验装置，其特征在于：所述水循环系统包括储水箱(11)、输水管(10)和循环水泵(9)，所述储水箱(11)通过输水管(10)与所述水浴管(20)连接，所述循环水泵(9)设置在所述储水箱(11)与所述水浴管(20)之间的输水管(10)上。

8.如权利要求1所述的模拟管道内腐蚀的实验装置，其特征在于：所述油循环系统包括储油箱(5)、输油管(4)和循环油泵(7)，所述储油箱(5)通过输油管(4)与所述内管道(16)连通，所述储油箱(5)与所述内管道(16)之间的输油管(4)上设有循环油泵(7)，所述循环油泵(7)与所述内管道(16)之间的输油管(4)上设有节流阀(8)。

9.如权利要求8所述的模拟管道内腐蚀的实验装置，其特征在于：所述储油箱(5)和循环油泵(7)之间的输油管(4)上还设有空载警示灯(6)。

10.如权利要求1所述的模拟管道内腐蚀的实验装置，其特征在于：所述腐蚀实验箱(1)外侧还设有保温层(2)。