CN108489886A - 一种储气库管柱腐蚀模拟装置及基于该装置的模拟方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了储气库管柱腐蚀模拟装置及基于该装置的模拟方法，属于材料腐蚀试验测试领域。包括均设有顶盖的试验容器、盛液容器和盛气容器；试验容器的外侧壁上设有加热机构，试验容器和盛液容器通过注液管相连通，注液管的一端插设于试验容器内，另一端插设于盛液容器内，注液管上设有液体计量泵，试验装置和盛气容器通过注气管相连通，注气管的一端插设于试验容器内，另一端插设于盛气容器内，注气管上设有气体计量泵；还包含控制单元和能检测试验容器中含水率、压力和温度的传感元件；控制单元与传感元件、液体计量泵和气体计量泵相连，该装置能准确开展管材腐蚀模拟评价，且体系稳定，基于该装置模拟腐蚀的方法，操作简单，使用方便。
Description
技术领域
本发明涉及材料腐蚀试验测试领域，具体涉及一种储气库管柱腐蚀模拟装置及基于该装置的模拟方法。
背景技术
我国储气库建设起步较晚，近几年由于天然气调峰需求增加，储气库发展速度加快，一大批储气库不断建成、投产。在已投产储气库中，注采井不同程度地出现管材腐蚀失效问题，有效评价管材耐蚀性合理选材并针对性筛选防腐措施是解决储气库管柱腐蚀非常重要的手段。
储气库管柱注入的是干气，采出时往往会携带有地层水，不过考虑到枯竭型储气库通常含水量都比较低，很多情况下水气比都在百万分之一水平。传统腐蚀理论认为水气比在11.3m3/Mm3以上时，水气比对管材腐蚀影响基本可以忽略，但是当水气比在10m3/Mm3以下时，腐蚀会随水气比降低有明显下降趋势。对于这类低含水率条件下管柱的腐蚀模拟评价，若按照现有标准体系采用100％液相环境腐蚀模拟，显然会大幅度提高水气比夸大腐蚀程度导致腐蚀结果失真；若精确控制原始水气比，试验中溶液和气体参与反应，溶液大量消耗，水气比将会低于真实值，显然又会降低腐蚀程度同样导致腐蚀结果失真，因此对于枯竭型储气库低水气比情况下准确开展管材腐蚀模拟评价及防护措施筛选，目前还没有很好的解决办法。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种储气库管柱腐蚀模拟装置及基于该装置的模拟方法，该装置可实现试验过程中自动补充模拟溶液和气体，控制含水率保证水气比，确保腐蚀模拟工况体系稳定，实现有效的储气库管柱腐蚀评价及防护措施筛选，基于该装置的模拟方法，操作简单，使用方便。
本发明是通过以下技术方案来实现：
本发明公开了一种储气库管柱腐蚀模拟装置，包括试验容器、盛液容器和盛气容器，试验容器、盛液容器和盛气容器上均设有顶盖；试验容器的外侧壁上设有加热机构，试验容器和盛液容器通过注液管相连通，注液管上设有液体计量泵；试验容器和盛气容器通过注气管相连通，注气管上设有单向气体保护阀门和气体计量泵；
还包用于检测试验容器中含水率、压力和温度的传感元件，传感单元、液体计量泵和气体计量泵均与控制单元相连；
所述控制单元，能够根据传感元件反馈的含水率、压力和温度数据调控液体计量泵和气体计量泵的进液量和进气量。
优选地，注液管的一端插设于试验容器中，另一端插设于盛液容器中，插设于试验容器内的一端还设有液体分散器。
优选地，液体分散器为雾化喷头。
优选地，液体计量泵和气体计量泵均为微量泵。
优选地，传感元件包括含水率检测探件、压力检测探件和温度传感探件，含水率检测探件的检测探头、压力检测探件的检测探头和温度传感探件的检测探头均伸入试验容器内。
优选地，含水率检测探头精度达到0.000001；压力检测探头精度达到0.01Mpa；温度传感探头，精度达到0.1℃。
优选地，在注液管上设有单向液体保护阀门，在注气管上设有单向气体保护阀门。
优选地，试验容器、单向液体保护阀门、单向气体保护阀门、液体分散器、液体计量泵、气体计量泵和含水率检测探头均采用C276镍基合金制成。
本发明还公开了采用上述的装置模拟储气库管柱腐蚀的方法，包括在试验容器中安装好试验试样，然后密封，在控制单元中设置目标温度T0℃、目标压力P0MPa、目标含水率a0和目标试验时间t0，同时设置优先级次序依次完成含水率、温度和压力操作，其中试验装置1容器体积为V ml；控制单元进行如下运算：V0＝V*a0，对液体计量泵下达指令，泵入溶液量至V0ml，然后对加热机构下达指令至目标温度值T0，最后对气体计量泵下达指令，当达到设置目标温度T0℃、压力P0MPa和含水率a0时通入试验气体量至目标压力值P0，开始计时，进行试验；直至试验计时达到试验目标时间t0，试验结束；最后，降温和泄压。
优选地，上述方法具体包括以下步骤：
1)试验前，设置目标温度T0℃、目标压力P0MPa、目标含水率a0和目标试验时间t0，试验开始，设置优先级次序依次完成含水率、温度和压力操作，其中试验容器体积V ml；
2)控制单元进行如下运算：V0＝V*a0，对液体计量泵下达指令，泵入溶液量至V0ml，然后对加热机构下达指令至目标温度值T0，最后对气体计量泵下达指令，通入试验气体量至目标压力值P0，开始计时、试验；
3)试验中，当实测含水率变为a1时，控制单元进行如下逻辑判断：
若a1<a0时，控制单元进行运算：V1＝V*(a0–a1)，对液体计量泵下达指令，加入V1ml模拟溶液，待泵完试验溶液后同时控制单元下达指令，开启加热机构加热至目标温度值T0，然后对气体计量泵下达指令通入气体至目标压力值P0；
若a1>a0时，控制单元开启气体计量泵直接注入气体至P0，再根据实测含水率a2，控制单元进行运算：V2＝V*(a0–a2)，对液体计量泵下达指令，加入V2ml模拟溶液，待泵完试验溶液后同时控制单元下达指令，开启加热机构加热至目标温度值T0，然后对气体计量泵下达指令通入气体至目标压力值P0；
4)重复试验步骤3)，直至试验计时达到试验目标时间t0，试验结束，降温、泄压
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明公开的储气库管柱腐蚀模拟装置，包括均设有顶盖的试验容器、盛液容器和盛气容器，便于将容器密封，通过与传感元件、液体计量泵和气体计量泵相连的控制单元，能根据试验在控制单元设置程序，在试验中控制单元能自动计时和自行进行逻辑运算，并根据运算结果，通过控制注液管上设置的液体计量泵泵入液体量或通过控制注气管上设置的气体计量泵泵入气体量，补给试验过程中消耗的溶液和气体，迅速完成溶液扩散，以及控制通过试验容器外侧壁上设置的加热机构自动加热，使传感元件检测的含水率、温度与试验设定目标值相对应，进而真实模拟试验环境，全程自动智能操控，操作方便，利于实现且结构合理。
进一步地，注液管插设于试验容器内的一端设有液体分散器，便于分散液体，补给试验过程中消耗的溶液；更进一步地，液体分散器为雾化喷头，便于迅速完成溶液扩散，快速达到水气比的目标值。
进一步地，液体计量泵和气体计量泵均为微量泵，便于精确控制液体计量泵泵入的液体量和气体计量泵泵入的气体量。
进一步地，通过设置在注液泵上的单向液体保护阀门，避免试验容器中液体和气体倒灌回盛液容器中。通过设置在注气泵上的单向气体保护阀门，避免试验容器中的液体和气体倒灌回盛气容器中。
进一步地，试验容器、单向液体保护阀门、单向气体保护阀门、液体分散器、液体计量泵、气体计量泵和含水率检测探头均采用C276镍基合金材料制成，制成的产品具有耐蚀性和承压功能，便于使用。
本发明公开的模拟腐蚀的方法，通过实验前，试验容器中安装好试验试样，密封，在控制单元中设置目标参数，控制单元能够通过设置目标参数，精确控制液体计量泵泵入的液体量，实现自动、精确、快速将含水率控制到目标值；精确控制气体计量泵泵入的气体量，实现自动、精确、快速将试验压力控制到目标值；精确控制加热机构，实现自动、精确、快速试验容器温度控制到目标值；可实现试验过程中自动补充模拟溶液和气体，精确控制含水率保证水气比，确保腐蚀模拟工况体系稳定，实现有效的储气库管柱腐蚀评价及防护措施筛选，同时操作简单，使用方便。
附图说明
图1为本发明的储气库管柱腐蚀模拟装置的结构示意图。
其中，1-试验容器、2-盛液容器、3-盛气容器、4-注液管、5-液体分散器、6-注气管、7-控制单元、8-液体计量泵、9-单向液体保护阀门、10-含水率检测探件、11-气体计量泵、12-单向气体保护阀门、13-压力检测探件、14-加热机构、15-温度传感探件。
具体实施方式
下面对本发明的实施方式做进一步详细描述：
参见图1，本发明公开的储气库管柱腐蚀模拟装置，包括试验容器1、盛液容器2和盛气容器3，试验容器1、盛液容器2和盛气容器3上均设有顶盖；试验容器1的外侧壁上设有加热机构14，试验容器1和盛液容器2通过注液管4相连通，注液管4的一端插设于试验容器1内，另一端插设于盛液容器2内，注液管4上设有液体计量泵8，试验装置1和盛气容器3通过注气管6相连通，注气管6的一端插设于试验容器1内，另一端插设于盛气容器2内，注气管6上设有气体计量泵11；还包含控制单元7和能检测试验容器1中含水率、压力和温度的传感元件；控制单元7与传感元件、液体计量泵8和气体计量泵11相连，控制单元7根据设置的程序，在试验中能自动计时和自行进行逻辑运算，并根据运算结果控制液体计量泵8的泵入液体量或气体计量泵11的泵入气体量，以及自动加热，使传感元件检测的含水率、温度与试验设定目标值相对应，从而补给试验过程中消耗的溶液和气体，迅速完成溶液扩散，进而真实模拟试验环境，全程自动智能操控，操作方便，利于实现。
注液管4插设于试验容器1内的一端设有液体分散器5，便于分散液体，补给试验过程中消耗的溶液；液体分散器5为雾化喷头，便于迅速完成溶液扩散，快速达到水气比的目标值。液体计量泵8和气体计量泵11均为微量泵便于精确控制液体计量泵8的泵液量和气体计量泵11的泵气量。
优选地，还包括设置在注液泵4上的单向液体保护阀门9，避免试验容器1中液体和气体倒灌回盛液容器2。还包括设置在注气泵6上的单向气体保护阀门12，避免试验容器1中的液体和气体倒灌回盛气容器3中。
优选地，所述传感元件包括含水率检测探件10、压力检测探件13和温度传感探件15，含水率检测探件10包括插设在试验容器1的含水率检测探头，压力检测探件13包括插设在试验容器1的压力检测探头，温度传感探件15包括插设在试验容器1的温度传感检测探头，通过含水率检测探头、压力检测探头和温度传感检测探头，便于检测试验容器1中的含水率、压力和温度。含水率检测探头精度达到0.000001；所述压力检测探头精度达到0.01Mpa；所述温度传感探头，精度达到0.1℃，便于精确检测含水量、压力及温度。试验容器1、单向液体保护阀门9、单向气体保护阀门12、液体分散器5、液体计量泵8、气体计量泵11和含水率检测探头均采用C276镍基合金材料制成，制成的产品具有耐蚀性，便于使用。
本发明还公开了基于上述装置模拟腐蚀的方法，包括在试验容器1中安装好试验试样，然后密封，在控制单元7中设置目标温度T0℃、目标压力P0MPa、目标含水率a0和目标试验时间t0，同时设置优先级次序依次完成含水率、温度和压力操作，当达到设置目标温度T0℃、压力P0MPa和含水率a0时，开始计时，进行试验；直至试验计时达到试验目标时间t0，试验结束；最后，降温和泄压。
基于该装置模拟腐蚀的方法的工作原理如下：
试验前，试验容器1中安装好试验试样，密封，在控制单元7中设置目标温度T0℃、目标压力P0MPa、目标含水率a0和目标试验时间t0，同时设置优先级次序依次完成含水率、温度和压力操作，其中试验容器1的体积为V ml；控制单元7进行如下运算：V0＝V*a0，对液体计量泵8下达指令，泵入溶液量至V0ml，然后对加热机构14下达指令至目标温度值T0，最后对气体计量泵11下达指令，通入试验气体量至目标压力值P0，开始计时，进行试验；
试验中，当实测含水率变为a1时，控制单元7进行如下逻辑判断：若a1<a0时，控制单元7进行运算：V1＝V*(a0–a1)，对液体计量泵8下达指令，加入V1ml模拟溶液，待泵完试验溶液后同时控制单元7下达指令，开启加热机构4加热至目标温度值T0，然后对气体计量泵11下达指令通入气体至目标压力值P0；若a1>a0时，控制单元7开启气体计量泵11直接注入气体至P0，再根据实测含水率a2，控制单元7进行运算：V2＝V*(a0–a2)，对液体计量泵8下达指令，加入V2ml模拟溶液，待泵完试验溶液后同时控制单元7下达指令，开启加热机构14加热至目标温度值T0，然后对气体计量泵11下达指令通入气体至目标压力值P0；重复试验中试验，直至试验计时达到试验目标时间t0，试验结束，最后，降温和泄压。
该方法，通过实验前，在控制单元7中设置目标参数，控制单元7能够通过设置目标参数，精确控制液体计量泵8的泵入液体量，实现自动、精确、快速将含水率控制到目标值；精确控制气体计量泵11的泵入气体量，实现自动、精确、快速将试验压力控制到目标值；精确控制加热机构14，实现自动、精确、快速将试验容器1温度控制到目标值；可实现试验过程中自动补充模拟溶液和气体，精确控制含水率保证水气比，确保腐蚀模拟工况体系稳定，实现有效的储气库管柱腐蚀评价及防护措施筛选，同时操作简单，使用方便。
Claims (10)
1.一种储气库管柱腐蚀模拟装置，其特征在于，包括试验容器(1)、盛液容器(2)和盛气容器(3)，试验容器(1)、盛液容器(2)和盛气容器(3)上均设有顶盖；试验容器(1)的外侧壁上设有加热机构(14)，试验容器(1)和盛液容器(2)通过注液管(4)相连通，注液管(4)上设有液体计量泵(8)；试验容器(1)和盛气容器(3)通过注气管(6)相连通，注气管(6)上设有单向气体保护阀门(12)和气体计量泵(11)；
还包用于检测试验容器(1)中含水率、压力和温度的传感元件，传感单元、液体计量泵(8)和气体计量泵(11)均与控制单元(7)相连；
所述控制单元，能够根据传感元件反馈的含水率、压力和温度数据调控液体计量泵(8)和气体计量泵(11)的进液量和进气量。
2.根据权利要求1所述的储气库管柱腐蚀模拟装置，其特征在于，注液管(4)的一端插设于试验容器(1)中，另一端插设于盛液容器(2)中，插设于试验容器(1)内的一端还设有液体分散器(5)。
3.根据权利要求2所述的储气库管柱腐蚀模拟装置，其特征在于，液体分散器(5)为雾化喷头。
4.根据权利要求1所述的储气库管柱腐蚀模拟装置，其特征在于，液体计量泵(8)和气体计量泵(11)均为微量泵。
5.根据权利要求1所述的储气库管柱腐蚀模拟装置，其特征在于，传感元件包括含水率检测探件(10)、压力检测探件(13)和温度传感探件(15)，含水率检测探件(10)的检测探头、压力检测探件(13)的检测探头和温度传感探件(15)的检测探头均伸入试验容器(1)内。
6.根据权利要求5所述的储气库管柱腐蚀模拟装置，其特征在于，含水率检测探头精度达到0.000001；压力检测探头精度达到0.01Mpa；温度传感探头，精度达到0.1℃。
7.根据权利要求1所述的储气库管柱腐蚀模拟装置，其特征在于，在注液管(4)上设有单向液体保护阀门(9)，在注气管(6)上设有单向气体保护阀门(12)。
8.根据权利要求1或2或5或7所述的储气库管柱腐蚀模拟装置，其特征在于，试验容器(1)、单向液体保护阀门(9)、单向气体保护阀门(12)、液体分散器(5)、液体计量泵(8)、气体计量泵(11)和含水率检测探头均采用C276镍基合金制成。
9.一种采用权利要求1～8中任意一项所述的装置模拟储气库管柱腐蚀的方法，其特征在于，包括在试验容器(1)中安装好试验试样，然后密封，在控制单元(7)中设置目标温度T0℃、目标压力P0MPa、目标含水率a0和目标试验时间t0，同时设置优先级次序依次完成含水率、温度和压力操作，其中试验装置1容器体积为V ml；控制单元进行如下运算：V0＝V*a0，对液体计量泵(8)下达指令，泵入溶液量至V0ml，然后对加热机构(14)下达指令至目标温度值T0，最后对气体计量泵(11)下达指令，当达到设置目标温度T0℃、压力P0MPa和含水率a0时通入试验气体量至目标压力值P0，开始计时，进行试验；直至试验计时达到试验目标时间t0，试验结束；最后，降温和泄压。
10.根据权利要求9所述的模拟储气库管柱腐蚀的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)试验前，设置目标温度T0℃、目标压力P0MPa、目标含水率a0和目标试验时间t0，试验开始，设置优先级次序依次完成含水率、温度和压力操作，其中试验容器体积V ml；
2)控制单元(7)进行如下运算：V0＝V*a0，对液体计量泵(8)下达指令，泵入溶液量至V0ml，然后对加热机构(14)下达指令至目标温度值T0，最后对气体计量泵(11)下达指令，通入试验气体量至目标压力值P0，开始计时、试验；
3)试验中，当实测含水率变为a1时，控制单元(7)进行如下逻辑判断：
若a1<a0时，控制单元(7)进行运算：V1＝V*(a0–a1)，对液体计量泵(8)下达指令，加入V1ml模拟溶液，待泵完试验溶液后同时控制单元(7)下达指令，开启加热机构(14)加热至目标温度值T0，然后对气体计量泵(11)下达指令通入气体至目标压力值P0；
若a1>a0时，控制单元(7)开启气体计量泵(11)直接注入气体至P0，再根据实测含水率a2，控制单元(7)进行运算：V2＝V*(a0–a2)，对液体计量泵(8)下达指令，加入V2ml模拟溶液，待泵完试验溶液后同时控制单元(7)下达指令，开启加热机构(14)加热至目标温度值T0，然后对气体计量泵(11)下达指令通入气体至目标压力值P0；
4)重复试验步骤3)，直至试验计时达到试验目标时间t0，试验结束，降温、泄压。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20180904 |