CN115452699A - 一种微生物腐蚀识别及缓蚀剂效率评价系统装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微生物腐蚀识别及缓蚀剂效率评价系统装置，利用可测试替换管段模拟不同实验环境下微生物造成管道腐蚀发生情形，通过DNA分子探针传感器，电化学传感器在线监测腐蚀行为及数据处理系统对微生物腐蚀种类进行识别，实现对缓蚀剂的效选择。并可将对标缓蚀剂通过缓蚀剂加注箱对测试替换管段进行加注，通过电化学行为及腐蚀数据得出腐蚀速率可，实现缓蚀效果分析评价。本装置测试替换管段可拆卸，方便切割处理进行微观腐蚀形貌观察。适合于不同种类微生物腐蚀规律探究、缓蚀剂的作用效果评价、腐蚀生物膜形成对流动影响的分析等研究工作。本装置具有灵活方便、安全系数高、流程简单，试验操作一体化的特点。
Description
技术领域
本发明涉及油气管道腐蚀试验设备领域，具体涉及一种微生物腐蚀识别及缓蚀剂效率评价系统装置。
背景技术
近年来，由于腐蚀引起的的金属构件与管线的失效广泛存在于各种工业环境下，造成严重经济损失甚至造成人员伤亡以及生态环境的破坏。微生物腐蚀是其中造成后果最严重、占比最大的腐蚀失效形式之一，其通过与金属和溶液交互作用加速金属的腐蚀，是引发并促进管线钢腐蚀的重要因素。
油气工业中，所处开采环境往往较为复杂，地层中富含有机物及N、P等各种营养元素为微生物生长提供了环境，实际工况下，金属腐蚀往往是多种微生物共同作用的结果。国内外学者对微生物腐蚀进行了大量研究，多数研究认为SRB(硫酸盐还原菌)是引发石油系统微生物腐蚀的主要细菌，但造成微生物腐蚀的细菌种类多种多样，目前还没有一种方法可以准确识别出微生物的种类，往往通过多种手段相互结合对造成腐蚀的细菌种类进行判别，从而进行缓蚀剂的有效选择，提高缓蚀效率。
本发明提出一种可以进行微生物腐蚀识别试验及缓蚀剂效率一体化系统，在实验环境下模拟微生物造成管道腐蚀发生情形，利用在线监测及数据处理系统对微生物腐蚀种类进行准确识别，且可采用对标缓蚀剂进行缓蚀效果分析评价，提出此一体化设备，结构简单、可操作性强。
发明内容
针对上述背景技术中存在的问题及现有试验装置局限的问题，本发明旨在提出一种可以进行微生物腐蚀识别试验及缓蚀剂效率一体化系统，利用完整的测试环道装置，在实验环境下模拟微生物造成管道腐蚀发生情形，可进行气、液单向循环流动，适用于测试不同种类管材、不同种类气质条件下的微生物腐蚀试验。本发明利用在线监测及数据处理系统对微生物腐蚀种类进行准确识别，采用对标缓蚀剂进行缓蚀效果分析评价，提出此一体化设备，可操作性强，为保护油气工业管道生产、运输安全提供一种试验手段。具有操作灵活方便、安全系数高、流程简单等特点。适合于不同种类微生物腐蚀规律探究、腐蚀生物膜形成对流动影响的仿真分析、缓蚀剂的作用效果评价等研究工作。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种微生物腐蚀识别及缓蚀剂效率评价系统装置，包括高压气瓶、安全阀、高压气瓶控制阀、储液罐、温度检测仪表、压力表、温度表、阀门、增压泵、电磁加热壁、测试替换管段、浮子式流量计、连接法兰、PH计、DNA生物传感器、电化学传感器、数据传输线、智能终端、鼓风机、缓蚀剂加注箱、排液阀等部件组成。
优选的，设置高压气瓶与采出水储液罐通过软管连接，可实现满足不同气质条件下的的气、液两相混合，探究模拟真实条件下微生物腐蚀，并达到输送采出水样进入管道的目的。优选的，替换管段与主体管道采用法兰连接，可达到拆卸更换、方便清洗、便于布点、切割进行电镜观察形貌及失重测试的效果。
进一步地，替换测试段根据试验需求在管段测试点安装DNA生物传感器，对造成腐蚀产生的微生物进行生物测试，识别环境中的微生物特征及细菌数量。并结合在测试管段安装的电化学传感器，通过实时监测腐蚀产物电化学行为，根据电化学分析曲线确定微生物腐蚀速率特点及变化特征，进一步识别细菌种类。
进一步地，替换管段前方设置有三通连接测试替换管段与缓蚀剂加注箱，可在细菌腐蚀种类确定后加入对标的缓蚀剂，利用电化学传感器传输数据对缓蚀效果进行评价。
进一步地，替换测试段可实现对不同种类管材，且包含对管线钢不同截面、不同位置，添加防腐蚀涂层管线钢等多种对不同条件下的缓蚀剂效果进行评价。
优选的，采用电磁加热壁实现对管道的温度控制。电磁加热壁升温迅速且均匀、热损失能耗小、使用寿命长等优势，可满足不同温度条件下的试验需求。
进一步地，测试管段后方设置有浮子式流量计、可监测微生物腐蚀生物膜形成前后对流体流量的影响。
进一步的，在主管段上方设置注水管，下方设置排液阀，可实现对整个装置系统的冲刷、清洗。
与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：
1.本发明装置系统实现了微生物腐蚀在油气工业环境中的实际真实模拟工况，安装DNA生物传感器通过生物分析测试对微生物腐蚀细菌种类进行生物识别，安装电化学传感器，实时在线监测微生物腐蚀电化学特性，可提供对腐蚀速率及特征进行分析的手段。
2.本发明装置系统可在进行微生物腐蚀识别后，选取对标缓蚀剂进行缓蚀有效性评价，并结合生物膜形成后流量变化，探究细菌腐蚀生物膜的对腐蚀速率、流体流动的阻碍性等规律。
3.本发明装置替换管段与主体管道采用法兰连接，拆卸方便，便于切割进一步进行腐蚀产物形貌特征观察等，利用腐蚀形貌辅助判别是否发生微生物腐蚀，及通过特征结合测试结果进一步确定微生物腐蚀种类。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明缓蚀剂加注箱剖面示意图。
图3为本发明缓蚀剂进管口结构示意图。
图中：包括1、电磁加热壁，2、阀门一，3、阀门二，4、温度检测仪表，5、储液罐泄压阀，6、压力表，7、储液罐加注口，8、储液罐，9、阀门三，10、增压泵，11、电磁驱动机，12、阀门四，13、温度表一，14、第一压力表，15、电磁加热壁，16、阀门五，17、温度表二，18、三通，19、法兰一，20、替换测试管段，21、法兰二，22、电化学传感器，23、DNA生物传感器，24、阀门六，25、浮子式流量计，26、注水管，27、高压气瓶控制阀，28、安全阀，29、连接软管，30、高压气瓶，31、阀门七，32、PH计，33、鼓风机，34、密封管道连接件，35、缓蚀剂加注箱，36、智能终端，37、数据传输线，38、排液阀，39、排液口，40、管道连接软管，41、电磁液压阀，42、密封端面，43、活塞杆，44、支撑环，45、活塞，46、液压缸体，47、缓蚀剂加注口，48、缓蚀剂储存箱，49、蝶阀，50、支撑滚轮，51、加注软管，52、管件，53、垫圈，54、密封圈，55、卡盘，56、螺母，57、连接套管。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
下面结合附图对本发明做进一步说明。
一种微生物腐蚀识别及缓蚀剂效率评价系统，如图1所示，本发明具体包括1、电磁加热壁，2、阀门一，3、阀门二，4、温度检测仪表，5、储液罐泄压阀，6、压力表，7、储液罐加注口，8、储液罐，9、阀门三，10、增压泵，11、电磁驱动机，12、阀门四，13、温度表一，14、第一压力表，15、电磁加热壁，16、阀门五，17、温度表二，18、三通，19、法兰一，20、测试替换管段，21、法兰二，22、电化学传感器，23、DNA生物传感器，24、阀门六，25、浮子式流量计，26、注水管，27、高压气瓶控制阀，28、安全阀，29、连接软管，30、高压气瓶，31、阀门七，32、PH计，33、鼓风机，34、密封管道连接件，35、缓蚀剂加注箱，36、智能终端，37、数据传输线，38、排液阀，39、排液口，40、管道连接软管，41、电磁液压阀，42、密封端面，43、活塞杆，44、支撑环，45、活塞，46、液压缸体，47、缓蚀剂加注口，48、缓蚀剂储存箱，49、蝶阀，50、支撑滚轮，51、加注软管，52、管件，53、垫圈，54、密封圈，55、卡盘，56、螺母，57、连接套管。
所述储液罐8罐顶设置有温度检测仪表4，压力表6，以及储液罐加注口7向罐体内加注仿真实验所用现场采出水，使得模拟结果更加贴合实际；储液罐8与高压气瓶30相连，使用控制阀27将气瓶中气体通过连接软管29进入储液罐内，阀门二3控制储液罐中液体进入主体管道；所述增压泵10利用电磁驱动机11驱动，实时控制转速及扬程；所述阀门四12后连接管道设置第一压力表14，可实现对增压后管道内流体压力的测量，所述主体管段分段设置有电磁加热壁1、15，实现管道快速升温达到预设温度，满足不同工况下流动腐蚀试验的需求；所述阀门五16后接有三通18，与测试替换管段20和阀门七31相连接，测试段与主体管道采用法兰一19、法兰二21连接，易拆卸更换及清洗。
测试段可替换也能实现对不同种类管材，且包含对管线钢截面不同位置、添加防腐蚀涂层管线钢等多种对不同条件下的微生物腐蚀种类进行识别及缓蚀剂效果进行评价。
所述测试替换管段20上设置DNA生物传感器23，对造成腐蚀产生的微生物进行生物测试，识别环境中的微生物特征及细菌数量。并结合在测试管段安装的电化学传感器22，通过数据传输线37将化学信号转换成电信号传入智能终端36，实时监测腐蚀产物电化学行为，结合PH计32对环境中PH值进行分析，进一步识别细菌种类。
所述阀门31后连接管道连接软管40与缓蚀剂加注箱35，与测试替换管段20前方设置的三通18连接主反应管道，实现缓蚀剂加注，可在细菌腐蚀种类确定后加入对标的缓蚀剂，对电化学测试系统结合，可实现对缓蚀效果的评价。
所述测试管段后方设置有浮子式流量计25，可监测微生物腐蚀生物膜形成前后对流体流量的影响，腐蚀生物膜的形成对管道；所述注水管26外接水管，与排液阀38结合使用，可实现对管道整体冲洗、排污。
所述缓蚀剂加注箱35，通过储液罐加注口7对所需缓蚀剂进行加注，采用液压方式，利用电磁液压阀41带动活塞杆43的运动，将通过蝶阀49从缓蚀剂储存箱48进入液压缸体46的缓蚀剂压入加注软管51内，利用鼓风机33将其吹入管道。所述密封管道连接件34上有连接套管57与加注软管51相连，实现缓蚀剂进入管道至测试管段进行缓蚀剂效率评价的目的。
所述管道密封连接件34设置垫圈53、密封圈54，左端与管件相连，右端设置卡盘55、螺母56，与连接套管57相连，通过外接加注软管51实现缓蚀剂加注箱34中缓蚀剂的注入。
本发明的工作原理
如图1所示，安装一种微生物腐蚀识别及缓蚀剂效率评价系统装置，对测试管道微生物腐蚀种类进行识别，首先根据模拟工况温度要求打开电磁加热壁1对整个装置进行加热，并打开增压泵10调节到所需压力，将储液罐8中现场采出水加热到所需温度，打开阀门2、3、5、9、12、24，关闭阀门31，排液阀38。打开高压气瓶控制阀27，令瓶内所需介质气体注入储液罐8，使现场采出水进入主体管道，流向测试替换管段20，在测试替换管段20上布置测试点极外接DNA生物传感器23，具体来说是将单链DNA探针固定到电极表面，电极表面的DNA探针与溶液中的目标DNA链互补杂交形成双链DNA(dsDNA)，杂交反应前后的差异导致电极表面结构的差异，在电化学活性指示剂的作用下实现电化学信号的转变，从而对微生物腐蚀类型进行生物分析测试，同时通过设置三电极系统外接电化学传感器22，实时监测腐蚀产物电化学行为，将电化学信号通过数据传输线37传输到智能终端36，对电化学曲线进行分析确定微生物腐蚀速率特点及变化特征，通过生物分析法与电化学特性进一步识别细菌种类。
对测试管段进行缓蚀效果评价，将阀门16、24关闭，打开阀门31，将缓蚀剂加注箱35中的缓蚀剂通过液压方式送入加注软管51，加注软管51与密封管道连接件34连接，缓蚀剂进入管道直至流经三通18进入测试替换管段20。通过电化学传感器23对腐蚀特性曲线变进行采集，测试腐蚀产物膜的开路电位、腐蚀特性曲线，通过对比分析以上电化学参数，得出腐蚀速率，利用电化学测试法对缓蚀效率进行评价。
在反应结束后通过对测试管段进行切割，利用SEM，EDS对腐蚀形貌特点、腐蚀产物成分进行分析，可通过观察是否发生微生物腐蚀的四个特点：小孔腐蚀是规则的原形；从外到内呈现阶梯状；小孔腐蚀较近时会产生孔与孔的互相连接；腐蚀小孔底部会有沉状波纹的存在。辅助识别微生腐蚀的发生。
本发明具体实施中，采用实际的腐蚀介质并利用温度、压力、流量控制调节系统进行较为真实的实际工作状态模拟。采用油田取回的现场采出废水，加入储液罐中以备试验。对于管线钢测试段，在中心部位直接进行切割，切片尺寸为15mm*15mm*15mm，取四块切片。为获得更真实的表面信息，对切片进行一定的机械抛光和电化学抛光处理。具体操作如下：在电化学抛光之前，先用砂纸机械打磨到2000#，然后进行一定程度的机械抛光处理以去除表面氧化层和硬化层。电化学测试溶液为：醋酸(CH3COOH)：高氯酸(HClO4)：丙三醇(C3H8O3)按照体积比为200：10：11形成的混合溶液。在恒电压30V左右下电解4min，通过添加液氮控制实验温度在8-15℃之间。电解完后用去离子水和酒精清洗，放入扫描电镜中观察微观形貌。
Claims (5)
1.一种微生物腐蚀识别及缓蚀剂效率评价系统装置，包括电磁加热壁(1)、阀门(2)、温度检测仪表(4)、压力表(6)、储液罐(8)、增压泵(10)、温度表(13)、测试替换管段(20)、法兰(21)、电化学传感器(22)、DNA生物传感器(23)、浮子式流量计(25)、高压气瓶控制阀(27)、安全阀(28)、高压气瓶(30)、PH计(32)、鼓风机(33)、缓蚀剂加注箱(35)、智能终端(36)、数据传输线(37)、排液阀(38)等部件，设置高压气瓶(30)与储液罐(8)通过连接软管(29)连接，测试替换管段(20)与法兰(19)，法兰(21)连接，可达到拆卸更换、方便清洗、便于布点、切割进行电镜观察形貌及失重测试的效果，在测试替换管段(20)根据试验需求在管段测试点安装DNA生物传感器(23)、电化学传感器(22)，便于进行不同种类微生物腐蚀规律探究，设置缓蚀剂加注箱(35)与密封管道连接件(34)相连，可将所需缓蚀剂流经管道连接软管(40)及三通(18)到达测试替换管段(20)，进行缓蚀效率评价。
2.根据权利要求1所述的一种微生物腐蚀识别及缓蚀剂效率评价系统装置，其特征在于在测试替换管道(20)根据试验需求布置测试点安装DNA生物传感器(23)，通过生物分析测试对微生物腐蚀细菌种类进行生物识别，获取微生物特征及细菌数量。
3.根据权利要求1所述的一种微生物腐蚀识别及缓蚀剂效率评价系统装置，其特征在于在测试替换管道(20)根据试验需求布置测试点安装电化学传感器(22)，实时监测腐蚀产物电化学行为，根据电化学分析曲线确定微生物腐蚀速率特点及变化特征，进一步识别细菌种类进一步识别细菌种类。
4.根据权利要求1所述的一种微生物腐蚀识别及缓蚀剂效率评价系统装置，其特征在于利用三通(18)连接测试替换管段(20)与缓蚀剂加注箱(35)，可在细菌腐蚀种类确定后对加入对标的缓蚀剂，利用电化学传感器(22)获取电化学行为数据与曲线，传输腐蚀速率及特征对缓蚀效果进行评价。
5.根据权利要求1所述的一种微生物腐蚀识别及缓蚀剂效率评价系统装置，其特征在于在测试替换管段(20)后设置浮子流量计(25)，可通过生物膜形成后流量变化，探究细菌腐蚀生物膜的腐蚀速率、流体流动的阻碍性等规律。
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