CN113959933A - 深水多相流动动态腐蚀评价系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种深水多相流动动态腐蚀评价系统及方法，其中，水储罐和油储罐分别通过液相管线与气液腐蚀分离器的第一入口和第二入口连接，气液腐蚀分离器的第一液相出口通过液相管线与液相循环泵连接后接入混合管路；N2和CO2气瓶组通过气相管线依次连接补气缓冲罐和补气压缩机后接入气体换热器的第一入口；补气压缩机并联有第一阀门；气体换热器的第一出口通过气相管线连接电加热器后接入混合管路；混合管路接入多相流混输腐蚀试验段系统的入口，其出口通过混合管线接入气液腐蚀分离器的第三入口；气液腐蚀分离器的气相出口通过气相管线接入气体换热器的第二入口；气相顶部腐蚀试验段系统与气液腐蚀分离器和气体换热器之间的气相管线并联。
Description
技术领域
本发明涉及油气开采技术领域，具体是关于一种深水多相流动动态腐蚀评价系统及方法。
背景技术
海上油气田开发过程中，多相流腐蚀已经成为我国海上油气田海底管道泄漏的主要原因之一，已经严重威胁到生产设施和混输管道的安全运行，由此引起的险情频频发生。海底管道内油气水多相流动形态与腐蚀控制是目前油气田开发过程中新的流动安全问题，一方面给海底管道工艺和结构设计带来难题，另一方面也影响了流动安全保障工艺的实施。
发明内容
针对上述问题，本发明的第一目的是提供一种深水多相流动动态腐蚀评价系统，可以深入进行多相流腐蚀机理的研究，同时也能全面地反应油气田现场的流动问题。
本发明的第二目的是提供一种深水多相流动动态腐蚀评价方法。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
本发明所述的深水多相流动动态腐蚀评价系统，包括水储罐、油储罐、气液腐蚀分离器、液相循环泵、N2和CO2气瓶组、补气缓冲罐、补气压缩机、气体换热器、电加热器、多相流混输腐蚀试验段系统以及气相顶部腐蚀试验段系统；所述水储罐和所述油储罐分别通过液相管线与所述气液腐蚀分离器的第一入口和第二入口连接，所述气液腐蚀分离器的第一液相出口通过液相管线与所述液相循环泵连接后接入混合管路；所述N2和CO2气瓶组通过气相管线依次连接所述补气缓冲罐和所述补气压缩机后接入所述气体换热器的第一入口；所述补气压缩机并联有第一阀门；所述气体换热器的第一出口通过气相管线连接所述电加热器后接入混合管路；所述混合管路接入所述多相流混输腐蚀试验段系统的入口，所述多相流混输腐蚀试验段系统的出口通过混合管线接入所述气液腐蚀分离器的第三入口；所述气液腐蚀分离器的气相出口通过气相管线接入所述气体换热器的第二入口；所述气相顶部腐蚀试验段系统与所述气液腐蚀分离器和所述气体换热器之间的气相管线并联。
所述的深水多相流动动态腐蚀评价系统，优选地，还包括冷却器、气液分离器、循环压缩机以及高压气体缓冲罐，所述气体换热器的第二出口通过气相管线接入所述冷却器的第一入口，所述冷却器的第一出口分为两路，一路通过气相管线接入所述气液分离器的入口，另一路接入抽真空系统；所述气液分离器的气相出口通过气相管线依次连接循环压缩机和所述高压气体缓冲罐后接入所述气体换热器的第一入口；所述气液分离器的液相出口通过液相管线接入增压泵后接入所述气液腐蚀分离器的第四入口。
所述的深水多相流动动态腐蚀评价系统，优选地，还包括凉水塔和冷却水泵，所述冷却器的第二出口通过液相管线回路依次连接所述凉水塔和所述冷却水泵后接入所述冷却器的第二入口。
所述的深水多相流动动态腐蚀评价系统，优选地，所述高压气体缓冲罐的出口通过气相管线连接第二阀门后接入所述气体换热器和冷却器连接的气相管线上。
所述的深水多相流动动态腐蚀评价系统，优选地，还包括污水收集罐、第一循环泵、陶瓷膜过滤器以及第二循环泵，所述气液腐蚀分离器的第二液相出口通过液相管线连接所述污水收集罐和第一循环泵后分为两路，一路接入所述油储罐，另一路接入陶瓷膜过滤器；所述气液腐蚀分离器的第三液相出口通过液相管线连接所述第二循环泵后接入所述气液腐蚀分离器的第四入口。
所述的深水多相流动动态腐蚀评价系统，优选地，所述液相循环泵的出口通过液相回流管线接入所述气液腐蚀分离器的第五入口。
所述的深水多相流动动态腐蚀评价系统，优选地，所述气液腐蚀分离器的气相出口与所述气体换热器连接的气相管线上设置有第三阀门；位于所述第三阀门的上游的所述气液腐蚀分离器的气相出口与所述气体换热器连接的气相管线部分通过气相管线连接第四阀门后接入所述气相顶部腐蚀试验段系统的入口；所述气相顶部腐蚀试验段系统的出口通过气相管线连接第五阀门后接入位于所述第三阀门的下游的所述气液腐蚀分离器的气相出口与所述气体换热器连接的气相管线部分。
所述的深水多相流动动态腐蚀评价系统，优选地，所述多相流混输腐蚀试验段系统包括通过混合管线从上游至下游依次串接的静态混合器、第一压力表、第一温度表、高压视镜、第一腐蚀探针、腐蚀挂片、近壁面剪切力测定仪、电化学测试仪、第一PH测试仪、第二压力表、第二温度表、第二腐蚀探针以及第三腐蚀探针。
所述的深水多相流动动态腐蚀评价系统，优选地，所述气相顶部腐蚀试验段系统包括通过气相管线从上游至下游依次串接的第三温度表、第三压力表、TLC顶部腐蚀试验装置、第二PH测试仪、第四腐蚀探针、第四温度表以及第四压力表。
本发明所述的深水多相流动动态腐蚀评价方法，包括以下步骤：
1)将水源和白油分别运送至水储罐和油储罐内，在水储罐和油储罐底部均设有氮气管线，通过氮气对水储罐和油储罐进行吹脱除氧；通过抽真空系统对深水多相流动动态腐蚀评价系统的液相管线、气相管线和混合管路除氧并充氮气至微正压；
2)水和白油分别通过输送泵进入气液腐蚀分离器并加热液相至需求温度，同时，N2和CO2通入补气压缩机，通过补气压缩机进行气体增压，并进入气体换热器进行换热，换热后的气体通过电加热器进行加热后进入混合管路；
3)气液腐蚀分离器的液相经过液相循环泵进入混合管路，在液相循环泵入口设有取样口，在液相循环泵的出口设有流量计，液相循环泵的出口通过液相回流管线接入气液腐蚀分离器，通过调节液相回流管线阀门开度控制从液相循环泵的出口进入混合管路的流量；
4)进入混合管路中的混合介质通过多相流混输腐蚀试验段系统进行腐蚀试验后流入气液腐蚀分离器；气液腐蚀分离器分离后的液相由气液腐蚀分离器底部进入液相循环泵，油相由气液腐蚀分离器的收油槽进入液相循环泵，实现下一轮循环；
气液腐蚀分离器分离后的气相进入气体换热器和冷却器进行降温后，进入气液分离器，在此将高速气体中夹带的油水分离，气液分离器分离后的气相由循环压缩机提供动力进入气体换热器换热后流入混合管路；气液分离器分离后的液相经增压泵增压后，在此进入气液腐蚀分离器，形成循环；
5)同时，冷却水经冷却水泵增压后进入冷却器，在冷却器内与试验气体换热升温后进入凉水塔，在凉水塔内与空气换热降温后再次进入冷却水泵，形成冷却水的自循环；
6)同时，气相顶部腐蚀试验段系统可对从气液腐蚀分离器进入气体换热器过程中的气相气体进行腐蚀试验；
7)试验完成后，腐蚀介质排放至污水收集罐，再经过陶瓷膜过滤器处理后排放；腐蚀介质排放完成后，通入氮气至微正压保存。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
(1)能够有效真实的模拟和开展CO2分压不大于5MPa的CO2腐蚀研究；
(2)在气液两相流混输的条件下(液体流速5m/s，气体流速10m/s)，能够开展段塞流、层流、波浪流、泡流、湿气等工况腐蚀研究；
(3)能够在含油30％条件下，进行油气水三相流腐蚀研究；
(4)评价不同金属材料在多相流或单相流条件下的耐蚀性能；
(5)开展湿气条件下，管道顶部腐蚀(TLC)研究；
(6)设置独立研发装置，开展局部静态MIC研究。
附图说明
图1为本发明实施例提供的深水多相流动动态腐蚀评价系统的布局示意图。
图中各附图标记为：
1-水储罐；2-油储罐；3-气液腐蚀分离器；4-气液分离器；5-高压气体缓冲罐；6-补气缓冲罐；7-N2和CO2气瓶组；8-污水收集罐；9-陶瓷膜过滤器；10-气体换热器；11-冷却器；12-电加热器；13-补气压缩机；14-循环压缩机；15-凉水塔；16-液相循环泵；17-第二循环泵；18-增压泵；19-冷却水泵；20-抽真空系统；21-多相流混输腐蚀试验段系统；22-气相顶部腐蚀试验段系统；23-第一循环泵。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。
本发明提供一种深水多相流动动态腐蚀评价系统，包括水储罐、油储罐、气液腐蚀分离器、液相循环泵、N2和CO2气瓶组、补气缓冲罐、补气压缩机、气体换热器、电加热器、多相流混输腐蚀试验段系统以及气相顶部腐蚀试验段系统；水储罐和油储罐分别通过液相管线与气液腐蚀分离器的第一入口和第二入口连接，气液腐蚀分离器的第一液相出口通过液相管线与液相循环泵连接后接入混合管路；N2和CO2气瓶组通过气相管线依次连接补气缓冲罐和补气压缩机后接入气体换热器的第一入口；补气压缩机并联有第一阀门；气体换热器的第一出口通过气相管线连接电加热器后接入混合管路；混合管路接入多相流混输腐蚀试验段系统的入口，多相流混输腐蚀试验段系统的出口通过混合管线接入气液腐蚀分离器的第三入口；气液腐蚀分离器的气相出口通过气相管线接入气体换热器的第二入口；气相顶部腐蚀试验段系统与气液腐蚀分离器和气体换热器之间的气相管线并联。本发明可以深入进行多相流腐蚀机理的研究，同时也能全面地反应油气田现场的流动问题。
如图1所示，本发明提供的深水多相流动动态腐蚀评价系统，包括水储罐1、油储罐2、气液腐蚀分离器3、液相循环泵16、N2和CO2气瓶组7、补气缓冲罐6、补气压缩机13、气体换热器10、电加热器12、多相流混输腐蚀试验段系统21以及气相顶部腐蚀试验段系统22；水储罐1和油储罐2分别通过液相管线与气液腐蚀分离器3的第一入口和第二入口连接，气液腐蚀分离器3的第一液相出口通过液相管线与液相循环泵16连接后接入混合管路；N2和CO2气瓶组7通过气相管线依次连接补气缓冲罐6和补气压缩机13后接入气体换热器10的第一入口；补气压缩机13并联有第一阀门；气体换热器10的第一出口通过气相管线连接电加热器12后接入混合管路；混合管路接入多相流混输腐蚀试验段系统21的入口，多相流混输腐蚀试验段系统21的出口通过混合管线接入气液腐蚀分离器3的第三入口；气液腐蚀分离器3的气相出口通过气相管线接入气体换热器10的第二入口；气相顶部腐蚀试验段系统22与气液腐蚀分离器3和气体换热器10之间的气相管线并联。
在上述实施例中，优选地，本发明还包括冷却器11、气液分离器4、循环压缩机14以及高压气体缓冲罐5，气体换热器10的第二出口通过气相管线接入冷却器11的第一入口，冷却器11的第一出口分为两路，一路通过气相管线接入气液分离器4的入口，另一路接入抽真空系统20；气液分离器4的气相出口通过气相管线依次连接循环压缩机14和高压气体缓冲罐5后接入气体换热器10的第一入口；气液分离器4的液相出口通过液相管线接入增压泵18后接入气液腐蚀分离器3的第四入口。
在上述实施例中，优选地，还包括凉水塔15和冷却水泵19，冷却器11的第二出口通过液相管线回路依次连接凉水塔15和冷却水泵19后接入冷却器11的第二入口。
在上述实施例中，优选地，高压气体缓冲罐5的出口通过气相管线连接第二阀门后接入气体换热器10和冷却器11连接的气相管线上。
在上述实施例中，优选地，本发明还包括污水收集罐8、第一循环泵23、陶瓷膜过滤器9以及第二循环泵17，气液腐蚀分离器3的第二液相出口通过液相管线连接污水收集罐8和第一循环泵23后分为两路，一路接入油储罐2，另一路接入陶瓷膜过滤器9；气液腐蚀分离器3的第三液相出口通过液相管线连接第二循环泵17后接入所述气液腐蚀分离器3的第四入口。
在上述实施例中，优选地，液相循环泵16的出口通过液相回流管线接入气液腐蚀分离器3的第五入口。
在上述实施例中，优选地，气液腐蚀分离器3的气相出口与气体换热器10连接的气相管线上设置有第三阀门；位于第三阀门的上游的气液腐蚀分离器3的气相出口与气体换热器10连接的气相管线部分通过气相管线连接第四阀门后接入气相顶部腐蚀试验段系统22的入口；气相顶部腐蚀试验段系统22的出口通过气相管线连接第五阀门后接入位于第三阀门的下游的气液腐蚀分离器3的气相出口与气体换热器10连接的气相管线部分。
在上述实施例中，优选地，所述多相流混输腐蚀试验段系统包括通过混合管线从上游至下游依次串接的静态混合器、第一压力表、第一温度表、高压视镜、第一腐蚀探针、腐蚀挂片、近壁面剪切力测定仪、电化学测试仪、第一PH测试仪、第二压力表、第二温度表、第二腐蚀探针以及第三腐蚀探针。
在上述实施例中，优选地，所述气相顶部腐蚀试验段系统包括通过气相管线从上游至下游依次串接的第三温度表、第三压力表、TLC顶部腐蚀试验装置、第二PH测试仪、第四腐蚀探针、第四温度表以及第四压力表。
需要说明的是：静态混合器：用于使气相、水相和油相三相更好的混合均匀；
高压视镜，用于观测内部情况；
第一压力表、第二压力表、第三压力表以及第四压力表分别测定对应部分的压力；
第一温度表、第二温度表、第三温度表以及第四温度表分别测定对应部分的温度；
第一腐蚀探针：测定瞬时腐蚀速率；
腐蚀挂片：可以检测缓蚀剂的应用效果；可以评价不同材料耐蚀性研究；可以观察腐蚀形貌；
近壁面剪切力测定仪：测定流体壁面剪切力；
电化学测试仪：测定腐蚀电位变化，防止发生电化学腐蚀；
第一PH测试仪和第二PH测试仪分别用于测试对应部分的PH值；
第二腐蚀探针：可以连续检测流体变化时管道内部的腐蚀速率；
第三腐蚀探针：检测流体腐蚀速率的变化；
TLC顶部腐蚀试验装置：测定湿天然气腐蚀速率的实验装置；
第四腐蚀探针：可以连续检测流体变化时管道内部的腐蚀速率。
本发明提供的深水多相流动动态腐蚀评价系统的评价方法，包括以下步骤：
1)将水源和白油分别运送至水储罐1和油储罐2内，在水储罐1和油储罐2底部均设有氮气管线，通过氮气对水储罐1和油储罐2进行吹脱除氧；通过抽真空系统20对深水多相流动动态腐蚀评价系统的液相管线、气相管线和混合管路除氧并充氮气至微正压；
2)水和白油分别通过输送泵进入气液腐蚀分离器3并加热液相至需求温度，同时，N2和CO2通入补气压缩机13，通过补气压缩机13进行气体增压，并进入气体换热器10进行换热，换热后的气体通过电加热器12进行加热后进入混合管路；
3)气液腐蚀分离器3的液相经过液相循环泵16进入混合管路，在液相循环泵16入口设有取样口，在液相循环泵16的出口设有流量计，液相循环泵16的出口通过液相回流管线接入气液腐蚀分离器3，通过调节液相回流管线阀门开度控制从液相循环泵16的出口进入混合管路的流量；
4)进入混合管路中的混合介质通过多相流混输腐蚀试验段系统21进行腐蚀试验后流入气液腐蚀分离器3；气液腐蚀分离器分离后的液相由气液腐蚀分离器3底部进入液相循环泵16，油相由气液腐蚀分离器的收油槽进入液相循环泵16，实现下一轮循环；
气液腐蚀分离器3分离后的气相进入气体换热器10和冷却器11进行降温后，进入气液分离器4，在此将高速气体中夹带的油水分离，气液分离器4分离后的气相由循环压缩机14提供动力进入气体换热器10换热后流入混合管路；气液分离器4分离后的液相经增压泵18增压后，在此进入气液腐蚀分离器3，形成循环；
5)同时，冷却水经冷却水泵19增压后进入冷却器11，在冷却器内与试验气体换热升温后进入凉水塔15，在凉水塔15内与空气换热降温后再次进入冷却水泵19，形成冷却水的自循环；
6)同时，气相顶部腐蚀试验段系统22可对从气液腐蚀分离器3进入气体换热器10过程中的气相气体进行腐蚀试验；
7)试验完成后，腐蚀介质排放至污水收集罐8，再经过陶瓷膜过滤器9处理后排放；腐蚀介质排放完成后，通入氮气至微正压保存。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种深水多相流动动态腐蚀评价系统，其特征在于，包括水储罐、油储罐、气液腐蚀分离器、液相循环泵、N2和CO2气瓶组、补气缓冲罐、补气压缩机、气体换热器、电加热器、多相流混输腐蚀试验段系统以及气相顶部腐蚀试验段系统；
所述水储罐和所述油储罐分别通过液相管线与所述气液腐蚀分离器的第一入口和第二入口连接，所述气液腐蚀分离器的第一液相出口通过液相管线与所述液相循环泵连接后接入混合管路；
所述N2和CO2气瓶组通过气相管线依次连接所述补气缓冲罐和所述补气压缩机后接入所述气体换热器的第一入口；所述补气压缩机并联有第一阀门；所述气体换热器的第一出口通过气相管线连接所述电加热器后接入混合管路；
所述混合管路接入所述多相流混输腐蚀试验段系统的入口，所述多相流混输腐蚀试验段系统的出口通过混合管线接入所述气液腐蚀分离器的第三入口；
所述气液腐蚀分离器的气相出口通过气相管线接入所述气体换热器的第二入口；所述气相顶部腐蚀试验段系统与所述气液腐蚀分离器和所述气体换热器之间的气相管线并联。
2.根据权利要求1所述的深水多相流动动态腐蚀评价系统，其特征在于，还包括冷却器、气液分离器、循环压缩机以及高压气体缓冲罐，所述气体换热器的第二出口通过气相管线接入所述冷却器的第一入口，所述冷却器的第一出口分为两路，一路通过气相管线接入所述气液分离器的入口，另一路接入抽真空系统；
所述气液分离器的气相出口通过气相管线依次连接循环压缩机和所述高压气体缓冲罐后接入所述气体换热器的第一入口；
所述气液分离器的液相出口通过液相管线接入增压泵后接入所述气液腐蚀分离器的第四入口。
3.根据权利要求2所述的深水多相流动动态腐蚀评价系统，其特征在于，还包括凉水塔和冷却水泵，所述冷却器的第二出口通过液相管线回路依次连接所述凉水塔和所述冷却水泵后接入所述冷却器的第二入口。
4.根据权利要求2所述的深水多相流动动态腐蚀评价系统，其特征在于，所述高压气体缓冲罐的出口通过气相管线连接第二阀门后接入所述气体换热器和冷却器连接的气相管线上。
5.根据权利要求2所述的深水多相流动动态腐蚀评价系统，其特征在于，还包括污水收集罐、第一循环泵、陶瓷膜过滤器以及第二循环泵，所述气液腐蚀分离器的第二液相出口通过液相管线连接所述污水收集罐和第一循环泵后分为两路，一路接入所述油储罐，另一路接入陶瓷膜过滤器；
所述气液腐蚀分离器的第三液相出口通过液相管线连接所述第二循环泵后接入所述气液腐蚀分离器的第四入口。
6.根据权利要求1所述的深水多相流动动态腐蚀评价系统，其特征在于，所述液相循环泵的出口通过液相回流管线接入所述气液腐蚀分离器的第五入口。
7.根据权利要求1所述的深水多相流动动态腐蚀评价系统，其特征在于，所述气液腐蚀分离器的气相出口与所述气体换热器连接的气相管线上设置有第三阀门；
位于所述第三阀门的上游的所述气液腐蚀分离器的气相出口与所述气体换热器连接的气相管线部分通过气相管线连接第四阀门后接入所述气相顶部腐蚀试验段系统的入口；
所述气相顶部腐蚀试验段系统的出口通过气相管线连接第五阀门后接入位于所述第三阀门的下游的所述气液腐蚀分离器的气相出口与所述气体换热器连接的气相管线部分。
8.根据权利要求1所述的深水多相流动动态腐蚀评价系统，其特征在于，所述多相流混输腐蚀试验段系统包括通过混合管线从上游至下游依次串接的静态混合器、第一压力表、第一温度表、高压视镜、第一腐蚀探针、腐蚀挂片、近壁面剪切力测定仪、电化学测试仪、第一PH测试仪、第二压力表、第二温度表、第二腐蚀探针以及第三腐蚀探针。
9.根据权利要求1所述的深水多相流动动态腐蚀评价系统，其特征在于，所述气相顶部腐蚀试验段系统包括通过气相管线从上游至下游依次串接的第三温度表、第三压力表、TLC顶部腐蚀试验装置、第二PH测试仪、第四腐蚀探针、第四温度表以及第四压力表。
10.一种基于权利要求1至9任一项所述的深水多相流动动态腐蚀评价系统的评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
将水源和白油分别运送至水储罐和油储罐内，在水储罐和油储罐底部均设有氮气管线，通过氮气对水储罐和油储罐进行吹脱除氧；通过抽真空系统对深水多相流动动态腐蚀评价系统的液相管线、气相管线和混合管路除氧并充氮气至微正压；
水和白油分别通过输送泵进入气液腐蚀分离器并加热液相至需求温度，同时，N2和CO2通入补气压缩机，通过补气压缩机进行气体增压，并进入气体换热器进行换热，换热后的气体通过电加热器进行加热后进入混合管路；
气液腐蚀分离器的液相经过液相循环泵进入混合管路，在液相循环泵入口设有取样口，在液相循环泵的出口设有流量计，液相循环泵的出口通过液相回流管线接入气液腐蚀分离器，通过调节液相回流管线阀门开度控制从液相循环泵的出口进入混合管路的流量；
进入混合管路中的混合介质通过多相流混输腐蚀试验段系统进行腐蚀试验后流入气液腐蚀分离器；气液腐蚀分离器分离后的液相由气液腐蚀分离器底部进入液相循环泵，油相由气液腐蚀分离器的收油槽进入液相循环泵，实现下一轮循环；
气液腐蚀分离器分离后的气相进入气体换热器和冷却器进行降温后，进入气液分离器，在此将高速气体中夹带的油水分离，气液分离器分离后的气相由循环压缩机提供动力进入气体换热器换热后流入混合管路；气液分离器分离后的液相经增压泵增压后，在此进入气液腐蚀分离器，形成循环；
冷却水经冷却水泵增压后进入冷却器，在冷却器内与试验气体换热升温后进入凉水塔，在凉水塔内与空气换热降温后再次进入冷却水泵，形成冷却水的自循环；
气相顶部腐蚀试验段系统对从气液腐蚀分离器进入气体换热器过程中的气相气体进行腐蚀试验；
试验完成后，腐蚀介质排放至污水收集罐，再经过陶瓷膜过滤器处理后排放；腐蚀介质排放完成后，通入氮气至微正压保存。
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