CN114235671B - 一种金属受co2腐蚀程度评估室内试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金属受CO₂腐蚀程度评估室内试验装置，包括反应器、驱动电机、CO₂供气系统，还包括旋转直杆，所述反应器内悬空设置有旋转圆筒，所述旋转圆筒侧壁固定安装有挂片，所述挂片上安装有光纤传感器，所述旋转直杆经由反应器上表面开设的第一小孔下端伸入反应器内，所述旋转直杆的上端与驱动电机的输出端相连，所述旋转直杆的下端通过第一安装部与旋转圆筒的上表面固定连接；所述CO₂供气系统通过反应器的上表面开设的第二小孔与反应器相通。本发明提供的试验装置，能够模拟不同的腐蚀环境，科学、便捷的评估金属受CO₂腐蚀的情况，评估准确、高效。

Description

一种金属受CO2腐蚀程度评估室内试验装置

技术领域

本发明涉及CO₂气体腐蚀技术领域，具体涉及一种金属受CO₂腐蚀程度评估室内试验装置。

背景技术

近年来，因二氧化碳(CO₂)等温室气体排放导致的全球气候变暖日益显著，造成了极端天气频发、海平面上升等一系列严重后果。因此，温室气体减排已成为当今国际社会热点议题之一。进行CO₂地质封存，是减少温室气体排放的有效手段之一。CO₂地质封存是一种通过管道技术将CO₂注入到含油、含气、含水或者无商业价值煤层的密闭地质构造中，形成长时间或者永久性地对CO₂的封存的技术。相对于传统工艺，这种方式能够进一步减少CO₂的排放。目前，CO₂地质利用与封存技术主要包括强化石油开采技术、驱替煤层气技术、强化天然气开采技术、增强页岩气开采技术。从全球范围来看，CO₂驱油技术应用最多。然而，CO₂在进行利用与封存的同时，也造成了十分严重的腐蚀问题。无水高纯度的CO₂对钢铁没有腐蚀性，可一旦与潮湿环境接触或者溶解在水环境后，就会引起钢铁的全面腐蚀和严重的局部腐蚀。CO₂利用与封存过程中，通常伴随着高温高压的环境，在这种情况下，井筒套管和管道往往更容易发生腐蚀，从而对相关设施造成破坏，增加运维成本，影响生产，甚至引发重大安全事故，造成巨大经济损失。因此，对相关设施进行腐蚀程度评估是十分必要的。传统的腐蚀程度评估主要依靠挂片腐蚀试验，即将处理后的试验挂片放入含有CO₂的管道或其他设施中，一段时间后取出挂片，计算其腐蚀速率，观察腐蚀形貌，分析腐蚀产物，进而对管道或其他设施的腐蚀情况进行预测或评估，这种试验方法存在着试验周期长、人工操作繁琐、且精确度不高的不足。因此，提供一种便捷的、特别是针对不同浓度CO₂气体腐蚀的装置十分必要。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提出一种金属受CO₂腐蚀程度评估室内试验装置，能够实时获取腐蚀信息，腐蚀评价方便且更加即时。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种金属受CO₂腐蚀程度评估室内试验装置，包括反应器、驱动电机、CO₂供气系统，还包括旋转直杆，所述反应器内悬空设置有旋转圆筒，所述旋转圆筒侧壁固定安装有挂片，所述挂片上安装有光纤传感器，所述旋转直杆经由反应器上表面开设的第一小孔下端伸入反应器内，所述旋转直杆的上端与驱动电机的输出端相连，所述旋转直杆的下端通过第一安装部与旋转圆筒的上表面固定连接；所述CO₂供气系统通过反应器的上表面开设的第二小孔与反应器相通。

作为本发明技术方案进一步的优选，所述旋转圆筒为圆筒形，旋转圆筒的上表面及下表面的直径相等，且大于筒体的直径。

作为本发明技术方案进一步的优选，述第一安装部包括旋转直杆小孔、第一螺纹杆、铁片、第一螺母，所述旋转直杆下端往上5cm处对称开设有两个旋转直杆小孔，两个所述铁片分别紧密贴合设置在两个所述旋转直杆小孔侧边，两个所述铁片的下表面与所述旋转圆筒的上表面焊接固定，所述第一螺纹杆依次横穿铁片、旋转直杆小孔、旋转直杆小孔、铁片，并通过第一螺母进行两端紧固。

作为本发明技术方案进一步的优选，所述挂片的数量不少于2组。

作为本发明技术方案进一步的优选，所述旋转圆筒外侧壁上固定设置有第二螺纹杆，挂片安装于所述第二螺纹杆上，并通过第二螺母进行紧固。

作为本发明技术方案进一步的优选，所述光纤传感器通过光纤与外部数据处理系统相接。

作为本发明技术方案进一步的优选，所述光纤先经由所述旋转圆筒上表面侧边开设的第三小孔、后顺着旋转直杆敷设至装置外。

作为本发明技术方案进一步的优选，挂片的规格为50×10×3mm。

作为本发明技术方案进一步的优选，反应器的规格为2L，材质为316L。

作为本发明技术方案进一步的优选，反应器的工作温度限值为300℃，工作压力限值为30MPa。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

相较于采用挂片腐蚀试验，本发明采用高温高压反应釜模拟实际工况，可以控制相应的温度、压力等条件，准确模拟不同试验条件，同时避免其他环境因素对测量结果产生干扰。此外，本发明的试验装置中采用光纤传感器，不必等到试验结束后再取出挂片进行观察分析，可以实现实时测量，大大提高了效率；同时光纤传感器测量精确度和灵敏度较高，可以得到较准确的测量结果，通过实时变形及三维形貌数据的同时分析，可以更加全面地观察挂片的腐情况。

总之，本发明提供的试验装置，能够模拟不同的腐蚀环境，科学、便捷的评估金属受CO₂腐蚀的情况，评估准确、高效。

附图说明

图1为本发明试验装置结构示意图；

图2为本发明试验装置挂片安装示意图；

图3为本发明试验装置旋转直杆与旋转圆筒连接示意图；

图4为本发明腐蚀评估流程示意图。

其中，1、反应器；2、旋转圆筒；3、挂片；4、光纤传感器；5、旋转直杆；51、旋转直杆小孔；52、第一螺纹杆；53、铁片；54、第一螺母；6、驱动电机；7、CO₂供气系统；8、第二螺纹杆；9、第二螺母；10、光纤。

具体实施方式

为了使本发明的发明目的、技术方案和发明优势更加清楚阐述，以下将结合说明书附图对本发明做进一步详细讲解。

实施例1

参见图1～图4所示，一种金属受CO₂腐蚀程度评估室内试验装置，包括反应器1、旋转直杆5、驱动电机6、CO₂供气系统7，所述反应器1内悬空设置有旋转圆筒2，所述旋转圆筒2侧壁固定安装有挂片3，所述挂片3上安装有光纤传感器4，所述旋转直杆5经由反应器1上表面开设的第一小孔下端伸入反应器1内，所述旋转直杆5的上端与驱动电机6的输出端相连，所述旋转直杆5的下端通过第一安装部与旋转圆筒2的上表面固定连接；所述CO₂供气系统7通过反应器1的上表面开设的第二小孔与反应器1相通。也即，旋转直杆5一端伸入旋转圆筒2内，但是旋转直杆5并不直接与旋转圆筒2连接，而是通过第一安装部将二者进行固定连接，如此设置，更加灵活，便于检修与更换。

其中，反应器可以为高温高压反应器，装有腐蚀液，CO₂供气系统可以通过压力表、高压阀门等部件进行精确控制，从而达到模拟不同CO₂气体浓度，本发明并不对CO₂供气系统具体的结构形式加以限定。旋转圆筒的大小和旋转直杆的大小可以根据需要确定，本实施例不对具体的规格做具体的限定。

作为本实施例优选的技术方案，反应器的规格为2L，材质为不锈钢316L，工作温度和工作压力限值分别是300℃和30MPa。作为本实施例优选的技术方案，转动圆筒与直杆的材质均同反应器。

作为本实施例进一步优选的技术方案，挂片为4组，尺寸和规格参照SY/T 5405-2019《酸化用缓蚀剂性能试验方法及评价指标》设置为50×10×3mm，驱动电机的转速范围为0～1250r/min，通过驱动电机带动直杆，进而带动圆筒上挂片的转动，从而模拟实际工况中液体的流动，实现动态条件下的腐蚀测量。试验过程中，挂片完全浸没在腐蚀溶液中，腐蚀溶液可根据现场采出液模拟配制。优选的，驱动电机的型号为3RK15RGN-C15W。需要特别说明的是，本实施中驱动电机是固定的，即通过驱动电机的固定和旋转直杆5与旋转圆筒2的固定连接，使得旋转圆筒2能够悬空于反应器中，本实施例中并不对具体驱动电机的固定形式做任何限定。

作为本实施例优选的技术方案，所述旋转圆筒2为圆筒形，旋转圆筒2的上表面及下表面的直径相等，且大于筒体的直径，如此设置，便于连接光纤传感器4的通信光纤能够通过旋转圆筒2上端开设的小孔进行固定敷设。

作为本实施例优选的技术方案，所述第一安装部包括旋转直杆小孔51、第一螺纹杆52、铁片53、第一螺母54，所述旋转直杆5下端往上5cm处对称开设有两个旋转直杆小孔51，两个所述铁片53分别紧密贴合设置在两个所述旋转直杆小孔51侧边，两个所述铁片53的下表面与所述旋转圆筒2的上表面焊接固定，所述第一螺纹杆52依次横穿铁片53、旋转直杆小孔51、旋转直杆小孔51、铁片53，并通过第一螺母54进行两端紧固。如此设置，能够使得旋转直杆与旋转圆筒固定连接，进而使得旋转圆筒能够悬空于反应器中，通过驱动电机6驱动旋转直杆5转动进而带动旋转圆筒2转动。通过第一安装部的巧妙设置，避免了旋转直杆5与旋转圆筒2的直接固定连接，便于旋转直杆5的维修与替换。

更进一步优选的，铁片53为弧形。如此设置，能够增大焊接面积，使得旋转直杆与旋转圆筒的固定更加牢固。

作为本实施例优选的技术方案，所述光纤传感器4为分布式光纤传感器。一方面，可以通过光纤传感器4测量挂片表面的变形率来间接得到挂片的实时腐蚀速率；另一方面，挂片受到腐蚀后，表面形貌会发生改变，比如出现蚀坑、腐蚀产物堆积等，通过光纤传感器4的测量结果可以绘制出挂片整体的三维应变图像，直观地看出挂片的腐蚀情况。综合腐蚀速率和三维表面形貌，就可以较准确、全面地判断挂片的腐蚀程度，从而直观、准确地实现金属受CO₂腐蚀程度的量化评估。光纤传感器均密贴在挂片表面。两者的工作压力和工作温度限值均为30MPa和300℃。

作为本实施例优选的技术方案，所述光纤传感器4通过光纤10与外部数据处理系统相接。作为本实施例优选的技术方案，所述光纤10先经由所述旋转圆筒2上表面侧边开设的第三小孔、后顺着旋转直杆5敷设至装置外。小孔的大小可以根据实际需要而定。

作为本实施例优选的技术方案，所述旋转圆筒2外侧壁上固定设置有第二螺纹杆8，挂片3安装于所述第二螺纹杆8上，并通过第二螺母9进行紧固。如此设置，即能实现挂片固定于旋转圆筒上。本实施例中，固定部件2组，使得挂片的固定更加紧固。

本发明试验装置工作原理：参见图3，根据现场采出液模拟配制腐蚀液，并装入反应器中以浸没挂片，密封装置，根据压力设定和CO₂浓度，通过CO₂气体，打开驱动电机，直杆带动旋转圆筒转动，进而带动挂片转动，从而实现流体流动状态下的金属腐蚀测试；挂片上安装的分布式传感器能够实时测定挂片的腐蚀情况和腐蚀形貌，通过连接的光纤能够将信息传输到外部信息处理系统，通过数据处理，能够分析得到腐蚀速率、挂片表面形貌，通过信息汇总，最终得到挂片的腐蚀情况，达到金属腐蚀评估的目的。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种金属受CO₂腐蚀程度评估室内试验装置，包括反应器(1)、驱动电机(6)、CO₂供气系统(7)，其特征在于，还包括旋转直杆(5)，所述反应器(1)内悬空设置有旋转圆筒(2)，所述旋转圆筒(2)侧壁固定安装有挂片(3)，所述挂片(3)上安装有光纤传感器(4)，所述旋转直杆(5)经由反应器(1)上表面开设的第一小孔下端伸入反应器(1)内，所述旋转直杆(5)的上端与驱动电机(6)的输出端相连，所述旋转直杆(5)的下端通过第一安装部与旋转圆筒(2)的上表面固定连接；所述CO₂供气系统(7)通过反应器(1)的上表面开设的第二小孔与反应器(1)相通；

其中，所述第一安装部包括旋转直杆小孔(51)、第一螺纹杆(52)、铁片(53)、第一螺母(54)，所述旋转直杆(5)下端往上5cm处对称开设有两个旋转直杆小孔(51)，两个所述铁片(53)分别紧密贴合设置在两个所述旋转直杆小孔(51)侧边，两个所述铁片(53)的下表面与所述旋转圆筒(2)的上表面焊接固定，所述第一螺纹杆(52)依次横穿铁片(53)、旋转直杆小孔(51)、旋转直杆小孔(51)、铁片(53)，并通过第一螺母(54)进行两端紧固。

2.根据权利要求1所述的一种金属受CO₂腐蚀程度评估室内试验装置，其特征在于，所述旋转圆筒(2)为圆筒形，旋转圆筒(2)的上表面及下表面的直径相等，且大于筒体的直径。

3.根据权利要求1所述的一种金属受CO₂腐蚀程度评估室内试验装置，其特征在于，所述挂片(3)的数量不少于2组。

4.根据权利要求3所述的一种金属受CO₂腐蚀程度评估室内试验装置，其特征在于，所述旋转圆筒(2)外侧壁上固定设置有第二螺纹杆(8)，挂片(3)安装于所述第二螺纹杆(8)上，并通过第二螺母(9)进行紧固。

5.根据权利要求2所述的一种金属受CO₂腐蚀程度评估室内试验装置，其特征在于，所述光纤传感器(4)通过光纤(10)与外部数据处理系统相接。

6.根据权利要求3所述的一种金属受CO₂腐蚀程度评估室内试验装置，其特征在于，所述光纤(10)先经由所述旋转圆筒(2)上表面侧边开设的第三小孔、后顺着旋转直杆(5)敷设至装置外。

7.根据权利要求1所述的一种金属受CO₂腐蚀程度评估室内试验装置，其特征在于，挂片(3)的规格为50×10×3mm。

8.根据权利要求1所述的一种金属受CO₂腐蚀程度评估室内试验装置，其特征在于，反应器(1)的规格为2L，材质为316L。

9.根据权利要求8所述的一种金属受CO₂腐蚀程度评估室内试验装置，其特征在于，反应器(1)的工作温度限值为300℃，工作压力限值为30MPa。