CN118010609A - 适用于常压塔塔顶挥发管线注剂工艺的实验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于常压塔塔顶挥发管线注剂工艺的实验装置及方法。塔顶挥发线物流供给系统、注剂注入系统和冷却液化系统均与腐蚀试片测试段相连，塔顶挥发线物流供给系统与注剂注入系统相连，水油气分离系统与冷却液化系统相连，水油气分离系统还与注剂注入系统相连；塔顶挥发线物流供给系统用于提供蒸汽、油气和介质，注剂注入系统用于提供注剂，冷却液化系统用于冷却腐蚀试片测试段出口处的挥发物流并传输给水油气分离系统，水油气分离系统用于分离并回收冷却后的物流。本发明模拟了常压塔塔顶系统注剂工艺，通过改变工艺注剂的用量比例、种类和注入方式，在腐蚀试片测试段获得试片腐蚀情况，有助于更有效地确定注剂的注入方式和方法。
Description
技术领域
本发明涉及了常压塔塔顶系统腐蚀技术领域的一种挥发管线实验装置，具体为一种适用于常压塔塔顶挥发管线注剂工艺的实验装置及方法。
背景技术
我国原油需求量日益增加，随着对原油的开采深度增加，原油劣质化日趋严重，同时在运输过程中添加剂的使用量增加，原油中含有的腐蚀性元素介质含量升高，随着炼油装置往大型化和复杂化发展，高硫、高氮、高酸、含氯等劣质原油的加工将会严重影响炼油的发展，也使得石化炼制设备的腐蚀问题更加严重。常压塔作为常减压装置中最重要的设备，其受到的腐蚀问题也最严重，这严重影响了装置的安全平稳运行，常压塔塔顶系统作为常压塔腐蚀最严重的位置，对塔顶系统的腐蚀防控变得十分重要。
常压塔塔顶系统挥发管线主要腐蚀类型为低温腐蚀，以露点腐蚀和垢下腐蚀为主。塔顶系统注剂工艺是一项有力的防控腐蚀风险的措施，塔顶挥发线注剂工艺对推迟露点腐蚀发生位置，冲刷铵盐结晶颗粒防止垢下腐蚀发生，中和强酸性腐蚀介质，在管道内壁面形成防腐保护膜有着十分重要的影响，注剂工艺的评价对增强腐蚀防控力度，维护装置安全运行有着巨大作用。
发明内容
针对石油炼化行业中普遍存在常压塔塔顶系统腐蚀问题，本发明提供了一种适用于常压塔塔顶挥发管线注剂工艺的实验装置及方法，可以解决上述背景技术中提出的问题。
为了实现以上目的，本发明用以下技术方案予以实现：
一、一种适用于常压塔塔顶挥发管线注剂工艺的实验装置
所述实验装置包括塔顶挥发线物流供给系统、注剂注入系统、腐蚀试片测试段、冷却液化系统和水油气分离系统；塔顶挥发线物流供给系统、注剂注入系统和冷却液化系统均与腐蚀试片测试段相连，塔顶挥发线物流供给系统与注剂注入系统相连，水油气分离系统与冷却液化系统相连，水油气分离系统还与注剂注入系统相连；塔顶挥发线物流供给系统用于提供蒸汽、油气和介质，注剂注入系统用于提供注剂，冷却液化系统用于冷却腐蚀试片测试段出口处的挥发物流并传输给水油气分离系统，水油气分离系统用于分离并回收冷却后的物流。
所述塔顶挥发线物流供给系统包括蒸汽供给组件、油气供给组件以及腐蚀介质供给组件、温度调节器和预混合挥发管线；蒸汽供给组件、油气供给组件以及腐蚀介质供给组件均与预混合挥发管线的底部相连，预混合挥发管线的中部安装有温度调节器，预混合挥发管线的顶部通过压力泵与腐蚀试片测试段的输入端相连。
所述蒸汽供给组件包括蒸汽储罐、蒸汽储罐加热器、蒸汽储罐出口阀门、蒸汽注入管道和蒸汽管道；蒸汽储罐下安装有蒸汽储罐加热器，蒸汽储罐的输出管道分别与蒸汽注入管道和蒸汽管道连通，蒸汽储罐的输出管道中安装有压力泵和蒸汽储罐出口阀门，蒸汽注入管道与预混合挥发管线连通，蒸汽管道与注剂注入系统相连。
所述油气供给组件包括油气注入管道、油气储罐出口阀门、油气储罐和油气储罐加热器；油气储罐下安装有油气储罐加热器，油气储罐通过油气注入管道与预混合挥发管线连通，油气注入管道中安装有油气储罐出口阀门。
所述腐蚀介质供给组件包括H2S介质管道、H2S介质储罐、HCl介质储罐、HCl介质管道、腐蚀介质喷嘴、NH3介质管道和NH3介质储罐；H2S介质储罐通过H2S介质管道与介质压力泵相连，、HCl介质储罐通过HCl介质管道与介质压力泵相连，NH3介质储罐通过NH3介质管道与介质压力泵相连，介质压力泵通过混合介质管道与预混合挥发管线连通，混合介质管道的输出端安装有腐蚀介质喷嘴并且腐蚀介质喷嘴设置在预混合挥发管线内。
所述注剂注入系统包括水溶性缓蚀剂储罐、第一注剂管道、中和剂储罐、第二注剂管道、混合注入管道、中和剂喷嘴、缓蚀剂喷嘴、注水喷嘴、油溶性缓蚀剂储罐、缓蚀剂注入管道、缓蚀剂混合注入管道、注水管道和注水储罐；
油溶性缓蚀剂储罐通过缓蚀剂注入管道与腐蚀试片测试段的前部相连；沿油溶性缓蚀剂储罐到腐蚀试片测试段方向，缓蚀剂注入管道中依次安装有第一调节阀门、第二调节阀门和第三调节阀门；第一调节阀门和第二调节阀门之间的缓蚀剂注入管道与水油气分离系统相连；水溶性缓蚀剂储罐通过第一注剂管道与第二调节阀门和第三调节阀门之间的缓蚀剂注入管道相连；沿水溶性缓蚀剂储罐到缓蚀剂注入管道方向，第一注剂管道中依次安装有第四调节阀门和第五调节阀门；第四调节阀门和第五调节阀门之间的第一注剂管道通过连接管道与蒸汽供给组件相连，连接管道中安装有对应的调节阀门和流量计，连接管道与第四调节阀门之间的第一注剂管道中安装有对应的压力泵和流量计；
中和剂储罐通过第二注剂管道与腐蚀试片测试段的前部相连；沿中和剂储罐到腐蚀试片测试段方向，第二注剂管道中依次安装有第六调节阀门和第七调节阀门，第六调节阀门和第七调节阀门之间的第二注剂管道还与蒸汽供给组件相连，
注水储罐通过注水管道与腐蚀试片测试段的前部相连；第二注剂管道的输出端安装有中和剂喷嘴，混合注入管道的输出端安装有缓蚀剂喷嘴，注水管道的输出端安装有注水喷嘴，中和剂喷嘴、缓蚀剂喷嘴和注水喷嘴均设置在腐蚀试片测试段内。
所述腐蚀试片测试段包括腐蚀试片、内窥镜、法兰盘、腐蚀试片测试区、内窥镜显示器、水平挥发管线、保温层和试片安装管段；水平挥发管线外包覆有保温层，水平挥发管线的输入端与塔顶挥发线物流供给系统相连，水平挥发管线的前部与注剂注入系统相连；水平挥发管线的尾部设置有腐蚀试片测试区，试片安装管段通过法兰盘可拆卸地安装在腐蚀试片测试区处的水平挥发管线中，试片安装管段内多个腐蚀试片，内窥镜安装在试片安装管段内并且内窥镜靠近试片安装管段的尾部设置，内窥镜显示器与内窥镜相连；水平挥发管线的尾部与冷却液化系统的输入端相连。
所述冷却液化系统包括回型弯管、冷却挡板和冷却系统壳程；所述回型弯管安装在冷却系统壳程内，回型弯管的输入端与腐蚀试片测试段尾部相连，回型弯管的输出端与水油气分离系统的输入端相连。
所述水油气分离系统包括油相管道、除沫过滤板、气相管道、气相储罐、分离罐体、进口挡板、分隔挡板、过滤器、油相排出管道、水相排出管道、废油收集罐、油相储罐和油相储罐出口阀门；分离罐体内的上部安装有除沫过滤板，除沫过滤板上方的分离罐体通过气相管道与气相储罐相连，靠近分离罐体的输入端处设置有进口挡板和引流板，分离罐体内安装有分隔挡板，分隔挡板两侧的分离罐体底部分别通过排出管道与油相储罐和废油收集罐相连，与油相储罐相连的排出管道中安装有过滤器；油相储罐通过油相管道与注剂注入系统的相连。
二、一种适用于常压塔塔顶挥发管线注剂工艺的实验方法
方法采用所述的一种适用于常压塔塔顶挥发管线注剂工艺的实验装置，方法包括如下步骤：
步骤1：实验准备阶段，向塔顶挥发线物流供给系统的蒸汽储罐、油气储罐、注水储罐、中和剂储罐、油溶性缓蚀剂储罐和水溶性储罐以及油相储罐中加入对应的物质；
步骤2：开启油气分离系统的分离槽气相出口阀门、油相排出管道处的阀门和水相排出管道处的阀门，调整注剂注入系统的喷嘴方向和开度，以及安装腐蚀试片；
步骤3：开启蒸汽储罐出口阀门和蒸汽注入管道处的管道阀门，开启油气储罐出口阀门，开启蒸汽储罐加热器和油气储罐加热器，开启冷却液化系统冷却水循环；
步骤4：加热至足够温度后开启蒸汽储罐的输出管道处的压力泵，调节蒸汽和油气的流量、比例；
步骤5：开启注水储罐对应的阀门以及压力泵，调节注水储罐的阀门开度控制流量和管内压力；
步骤6：开启中和剂储罐的第六调节阀门和对应的压力泵，调节第七调节阀门和蒸汽管道处的调节阀门开度；
步骤7：根据实验要求选择开启第一调节阀门或第四调节阀门，则开启第三调节阀门，当第一调节阀门和第四调节阀门都开启时，开启第五调节阀门和连接管道处的调节阀门，调节第五调节阀门开度和连接管道处的调节阀门开度，使得水溶性缓蚀剂和蒸汽流量和比例达到预设值；同时开启油相储罐出口阀门和第一调节阀门，开启油相管道处的压力泵和缓蚀剂注入管道处的压力泵，调节第二调节阀门和油相管道处的调节阀门开度，使得油溶性缓蚀剂和油的流量和比例达到预设值；
步骤8：开启H2S介质储罐、HCl介质储罐、HCl介质管道对应的调节阀门、压力泵，调节调节阀门的开度，使得各种腐蚀介质的流量和比例达到预设值；同时开启预混合挥发管道内温度调节器，使得进入水平挥发管线物流温度达到预设值；记录开始实验时间；
步骤9：实验过程中开启内窥镜记录试片腐蚀过程；
步骤10：记录通气时间到达要求时，关闭H2S介质储罐、HCl介质储罐、HCl介质管道对应的调节阀门、压力泵，关闭蒸汽储罐加热器和油气储罐加热器，关闭第二注剂管道、混合注入管道和注水管道对应的压力泵以及调节阀门，再关闭温度调节器，待冷却一段时间后，关闭油气储罐出口阀门和蒸汽储罐出口阀门，关闭冷却液化系统；
步骤11：根据实验变量要求，改变蒸汽和油气温度、流量和比例，改变腐蚀介质种类、流量和比例，改变注水流量，改变中和剂与蒸汽的注入流量和比例，改变缓蚀剂种类和流量以及缓蚀剂与油气或蒸汽混合的比例，改变注剂喷嘴方向和喷射形状，重复步骤1-步骤10，获取不同注剂工艺情况下的腐蚀试片。
本发明提供了一种适用于常压塔塔顶挥发管线注剂工艺的实验装置及方法。
具备以下有益效果：
1、本发明提供了一种模拟常压塔塔顶系统挥发管线注剂工艺流程的实验装装置及方法。
2、本发明实现还原常压塔顶物料含量配比、温度和油气流动等状态参数，为建立挥发管线流动腐蚀过程提供了实验基础。
3、本发明的注剂注入中采用中和剂与蒸汽提前混合方式，油溶性缓蚀剂和油以及水溶性缓蚀剂和蒸汽提前混合的方式，提高混合效率，并且能够调节各种注剂之前，注剂和物流之间的比例，为多样化实验提供基础。
4、本发明可以研究常压塔塔顶系统工艺流程中工艺注剂的注入方法对腐蚀的影响特性，可以模拟常压塔塔顶系统工艺流程中工艺注剂与塔顶挥发线混合过程。
5、本发明可以研究通过腐蚀测试段试片的腐蚀情况得到常压塔塔顶系统挥发线注剂工艺对塔顶挥发线管道内壁面不同区域的腐蚀程度和腐蚀分布的影响。
6、本发明包含的腐蚀试片测试系统中的腐蚀试片测试段可拆解，腐蚀试片可取出单独或者批量观察对比研究，可重复进行批量腐蚀实验。
附图说明
图1为本发明一种适用于常压塔塔顶挥发管线注剂工艺的实验装置及方法的总体结构设计图。
图2为本发明一种适用于常压塔塔顶挥发管线注剂工艺的实验装置中腐蚀试片测试段试片的具体安装方式和试片安装管的安装方式。
图3为腐蚀试片测试区截面图。
图中：1、蒸汽储罐；2、蒸汽储罐加热器；3、蒸汽储罐出口阀门；4、压力泵；5、调节阀门；6、蒸汽注入管道；7、油气注入管道；9、流量计；10、油气储罐出口阀门；11、油气储罐；12、油气储罐加热器；13、压力表；14、温度计；15、泄压阀；18、蒸汽管道阀门；19、蒸汽管道；24、H2S介质管道；25、H2S介质储罐；27、HCl介质储罐；30、HCl介质管道；32、腐蚀介质喷嘴；33、预混合挥发管线；35、温度调节器；38、NH3介质管道；39、NH3介质储罐；42、水溶性缓蚀剂储罐；44、油相管道；46、第一注剂管道；51、中和剂储罐；54、第二注剂管道；60、混合注入管道；61、中和剂喷嘴；62、缓蚀剂喷嘴；63、注水喷嘴；64、油溶性缓蚀剂储罐；67、缓蚀剂注入管道；72、缓蚀剂混合注入管道；81、注水储罐；82、腐蚀试片；83、内窥镜；84、法兰盘；85、腐蚀试片测试区；86、内窥镜显示器；87、水平挥发管线；88、试片安装管段；89、冷却水出口；90、回型弯管；91、冷却挡板；92、冷却系统壳程；93、冷却水进口；97、除沫过滤板；98、分离槽气相出口阀门；99、气相管道；100、气相储罐；101、分离罐体液位计；102、分离罐体；103、进口挡板；104、引流板；105、油槽液位计；106、分隔挡板；107、过滤器；108、油相排出管道；110、水相排出管道；111、废油收集罐；113、油相储罐；114、油相储罐出口阀门。
具体实施方式
结合图1至图2对本发明一种适用于常压塔塔顶挥发管线注剂工艺的实验装置及方法的实施进行进一步说明。
本发明提供了一种适用于常压塔塔顶系统注剂工艺评价的腐蚀实验装置及方法。包括塔顶挥发线物流供给系统、注剂注入系统、腐蚀试片测试段、冷却液化系统和水油气分离系统。所述塔顶挥发线物流供给系统提供常压塔顶物流进入挥发管线所需的物质，腐蚀介质从挥发管线物流入口后注入，注剂在水平挥发管线注入，注剂随油气混合后通过腐蚀试片测试段，试片分别在测试段以不同的径向角度布置，以获得不同位置下的腐蚀情况。
如图1所示，实验装置包括塔顶挥发线物流供给系统、注剂注入系统、腐蚀试片测试段、冷却液化系统和水油气分离系统；塔顶挥发线物流供给系统、注剂注入系统和冷却液化系统均与腐蚀试片测试段相连，塔顶挥发线物流供给系统的蒸汽供给组件中的蒸汽管道19与注剂注入系统的第一注剂管道46、第二注剂管道54相连，水油气分离系统与冷却液化系统相连，水油气分离系统还与注剂注入系统相连；塔顶挥发线物流供给系统用于提供蒸汽、油气和介质，注剂注入系统用于提供注剂，冷却液化系统用于冷却腐蚀试片测试段出口处的挥发物流并传输给水油气分离系统，水油气分离系统用于分离并回收冷却后的物流。
塔顶挥发线物流供给系统包括蒸汽供给组件、油气供给组件以及腐蚀介质供给组件、温度调节器35和预混合挥发管线33；蒸汽供给组件、油气供给组件以及腐蚀介质供给组件均与预混合挥发管线33的底部相连，预混合挥发管线33的中部安装有温度调节器35，预混合挥发管线33的顶部通过压力泵4与腐蚀试片测试段的水平挥发管线87的输入端相连。
蒸汽供给组件包括蒸汽储罐1、蒸汽储罐加热器2、蒸汽储罐出口阀门3、蒸汽注入管道6、蒸汽管道阀门18和蒸汽管道19；蒸汽储罐1下安装有蒸汽储罐加热器2，蒸汽储罐1中安装有压力表13、温度计14和泄压阀15。蒸汽储罐1的输出管道分别与蒸汽注入管道6和蒸汽管道19连通，蒸汽储罐1的输出管道中安装有压力泵4和蒸汽储罐出口阀门3，压力泵4和蒸汽储罐出口阀门3之间的蒸汽储罐1的输出管道中安装有流量计9，蒸汽注入管道6与预混合挥发管线33连通，蒸汽注入管道6中安装有调节阀门5，调节阀门5和预混合挥发管线33之间的蒸汽注入管道6中安装有流量计9，蒸汽管道19与注剂注入系统的第一注剂管道46、第二注剂管道54相连，蒸汽管道19中安装有蒸汽管道阀门18。
油气供给组件包括油气注入管道7、油气储罐出口阀门10、油气储罐11和油气储罐加热器12；油气储罐11下安装有油气储罐加热器12，油气储罐11中安装有压力表13、温度计14和泄压阀15。油气储罐11通过油气注入管道7与预混合挥发管线33连通，油气注入管道7中安装有油气储罐出口阀门10，油气储罐出口阀门10和预混合挥发管线33之间的油气注入管道7中安装有压力泵4和流量计9，流量计9安装在油气储罐出口阀门10和压力泵4之间的油气注入管道7中。
腐蚀介质供给组件包括H2S介质管道24、H2S介质储罐25、HCl介质储罐27、HCl介质管道30、腐蚀介质喷嘴32、NH3介质管道38和NH3介质储罐39；H2S介质储罐25通过H2S介质管道24与介质压力泵相连，、HCl介质储罐27通过HCl介质管道30与介质压力泵相连，NH3介质储罐39通过NH3介质管道38与介质压力泵相连，介质压力泵通过混合介质管道与预混合挥发管线33连通，混合介质管道的输出端安装有腐蚀介质喷嘴32并且腐蚀介质喷嘴32设置在预混合挥发管线33内，H2S介质管道24、HCl介质管道30和NH3介质管道38中分别安装有对应的调节阀门5、流量计9。
注剂注入系统包括水溶性缓蚀剂储罐42、第一注剂管道46、中和剂储罐51、第二注剂管道54、混合注入管道60、中和剂喷嘴61、缓蚀剂喷嘴62、注水喷嘴63、油溶性缓蚀剂储罐64、缓蚀剂注入管道67、缓蚀剂混合注入管道72、注水管道和注水储罐81；
油溶性缓蚀剂储罐64通过缓蚀剂注入管道67与腐蚀试片测试段的水平挥发管线87的前部相连；沿油溶性缓蚀剂储罐64到腐蚀试片测试段方向，缓蚀剂注入管道67中依次安装有第一调节阀门、第二调节阀门和第三调节阀门；第一调节阀门和第二调节阀门之间的缓蚀剂注入管道67与水油气分离系统的油相管道44相连，第一调节阀门和油相管道44之间缓蚀剂注入管道67中依次安装有压力泵4和流量计9；水溶性缓蚀剂储罐42通过第一注剂管道46与第二调节阀门和第三调节阀门之间的缓蚀剂注入管道67相连；沿水溶性缓蚀剂储罐42到缓蚀剂注入管道67方向，第一注剂管道46中依次安装有第四调节阀门和第五调节阀门；第四调节阀门和第五调节阀门之间的第一注剂管道46通过连接管道与蒸汽供给组件的蒸汽管道19相连，连接管道中安装有对应的调节阀门和流量计9，连接管道与第四调节阀门之间的第一注剂管道46中安装有对应的压力泵4和流量计9；
中和剂储罐51通过第二注剂管道54与腐蚀试片测试段的水平挥发管线87的前部相连；沿中和剂储罐51到腐蚀试片测试段方向，第二注剂管道54中依次安装有第六调节阀门和第七调节阀门，第六调节阀门和第七调节阀门之间的第二注剂管道54还与蒸汽供给组件的蒸汽管道19相连，靠近第二注剂管道54的蒸汽管道19中还安装有流量计9；第六调节阀门和蒸汽管道19之间的第二注剂管道54中还安装有对应的流量计9，第七调节阀门与腐蚀试片测试段之间的第二注剂管道54中还安装有对应的流量计9、压力表13；
注水储罐81通过注水管道与腐蚀试片测试段的水平挥发管线87的前部相连；注水管道中安装有压力泵4、调节阀门5、流量计9、压力表13。第二注剂管道54的输出端安装有中和剂喷嘴61，混合注入管道60的输出端安装有缓蚀剂喷嘴62，注水管道的输出端安装有注水喷嘴63，中和剂喷嘴61、缓蚀剂喷嘴62和注水喷嘴63均设置在腐蚀试片测试段的水平挥发管线87内。
腐蚀试片测试段包括腐蚀试片82、内窥镜83、法兰盘84、腐蚀试片测试区85、内窥镜显示器86、水平挥发管线87、保温层和试片安装管段88；水平挥发管线87外包覆有保温层，水平挥发管线87的输入端通过压力泵4与塔顶挥发线物流供给系统的预混合挥发管线33相连，水平挥发管线87的前部与注剂注入系统的第二注剂管道54、混合注入管道60和注水管道相连，中和剂喷嘴61、缓蚀剂喷嘴62和注水喷嘴63均设置在水平挥发管线87内；水平挥发管线87的尾部设置有腐蚀试片测试区85，试片安装管段88通过法兰盘84可拆卸地安装在腐蚀试片测试区85处的水平挥发管线87中，即将水平挥发管线87的一部分改为试片安装管段88，试片安装管段88与其余的水平挥发管线87组成完整的水平挥发管线87；试片安装管段88内沿圆周间隔地安装有多个腐蚀试片82，内窥镜83安装在试片安装管段88内并且内窥镜83靠近试片安装管段88的尾部设置，内窥镜显示器86与内窥镜83相连；水平挥发管线87的尾部与冷却液化系统的回型弯管90的输入端相连。
冷却液化系统包括冷却水出口89、冷却水进口93、回型弯管90、冷却挡板91和冷却系统壳程92；回型弯管90安装在冷却系统壳程92内，回型弯管90内安装有多个冷却挡板91，冷却水从冷却水进口93进入后经回型弯管90、冷却挡板91后从冷却水出口89流出。回型弯管90的输入端与腐蚀试片测试段的水平挥发管线87的尾部相连，回型弯管90的输出端与水油气分离系统的分离罐体102的输入端相连，回型弯管90的输出端处安装有温度计14。
水油气分离系统包括油相管道44、除沫过滤板97、分离槽气相出口阀门98、气相管道99、气相储罐100、分离罐体液位计101、分离罐体102、进口挡板103、引流板104、油槽液位计105、分隔挡板106、过滤器107、油相排出管道108、水相排出管道110、废油收集罐111、油相储罐113和油相储罐出口阀门114；分离罐体102中安装有压力表13和泄压阀15；分离罐体102内的上部安装有除沫过滤板97，除沫过滤板97上方的分离罐体102通过气相管道99与气相储罐100相连，气相管道99中安装有分离槽气相出口阀门98；靠近分离罐体102的输入端处设置有进口挡板103和引流板104，其中进口挡板103用于缓冲输入流体的流入速度；引流板104将液体引进罐体分离槽，液位计101用于监测分离槽内液体高度，分离罐体102内安装有分隔挡板106，分隔挡板106用于分离水相和油相；油相越过分隔挡板106进入油槽，分隔挡板106两侧的分离罐体102底部分别通过油相排出管道108和水相排出管道110与油相储罐113和废油收集罐111相连，与油相储罐113相连的油相排出管道108中安装有过滤器107和对应的调节阀门5；相排出管道110中也安装有对应的调节阀门5。根据液位计101所显示的液位高度控制分离槽水相出口阀门109开度，使得水油分界面始终处于分隔挡板106下；油相储罐113通过油相管道44与注剂注入系统的第一调节阀门和第二调节阀门之间的缓蚀剂注入管道67相连。油相管道44中安装有对应的压力泵4、调节阀门5、流量计9。
塔顶挥发线物流供给系统模拟了常压塔顶进入挥发管线所需的物流及其状态。通过蒸汽储罐底部的加热器2加热生成蒸汽，蒸汽通过储罐上端输送管道6一路连接进入预混合挥发管线33，一路供给注剂注入系统，输送管道通过安装压力泵和调节阀门调节流量，安装流量计获得实时流量值。油气通过油气储罐底部加热器加热生成，储罐上端输送管道将油气输进预混合挥发管线33，输送管道内设置流量计获得实时流量并通过压力泵和调节阀调节流量。腐蚀介质储罐分别盛有不同种类的腐蚀介质，设置三个储罐储存，储罐下端连接注入管道，注入管道压力泵和对应的调节阀调节流量，设置流量计获得实时流量，注入管道通入挥发管线后末端连接喷嘴，使得腐蚀介质与上升物流混合均匀，喷嘴上端挥发管线内安装温度调节器，使得温度调整到设定值，温度调节器后安装挥发管线流量调节阀用于调节流量。
注剂注入系统分别在挥发线水平挥发管线注入中和剂、缓蚀剂和水。注剂储罐内装有相应的注剂，其中注水管道进入水平挥发管线87连接喷嘴，管道内设置压力表和流量计获得管道内实时压力和流量，并通过注水阀门和压力泵调节注入流量。中和剂注剂管道与蒸汽管道连接后进入水平挥发管线连接喷嘴。通过蒸汽阀门和储罐出口阀门调节蒸汽和中和剂比例，通过压力表和流量计获得管道内实时压力和流量，并通过注剂阀门和压力泵调节混合注入流量。油溶性缓蚀剂注剂管道67与油相储罐出来的回流管道44连接，水溶性缓蚀剂管道46与蒸汽管道19连接，随后油溶性和水溶性缓蚀剂管道连接合并成混合缓蚀剂注入管道72一同进入水平挥发管线87连接喷嘴，油溶性和水溶性缓蚀剂管道以及油相回流管道和蒸汽供给管道均设置调节阀门和压力泵以调节流量并调节各物流混合比例，同时选择安装流量计和压力表，获得压力值和流量值。注剂管线末端喷嘴置于水平挥发管线87径向中心，喷嘴喷射方向可调节，如可以与油气流同向喷射也可反向喷射。喷嘴喷出形状可由喷嘴开度调节，各喷嘴间距为挥发管线直径的1.5倍。在喷嘴前的水平挥发线管道87壁表面设置保温层。
腐蚀试片测试段在注剂和油气混合后对试片82进行腐蚀，腐蚀试片安装管88由上半截管和下半截管接合而成，并由螺栓连接，上下半截管具有法兰安装倾斜角，角度与水平呈25度。试片82嵌入管内凹槽，沿径向布置一周，一周共六片，相邻两片与圆心夹角呈45度，其中一片放置于管道正底端。实验时，可通过内窥镜83观察和记录腐蚀过程和分布，实验后可拆分卸上下半截管，观察试片腐蚀状况，试片可从凹槽取出。
冷却液化系统管程进口为腐蚀试片测试段尾段出口，管程材料为导热良好的材料制成，回型管道90由上而下布置与壳程内冷却水换热。管程出口温度计用于检查温度是否达到油气液化温度以下。
如图1所示，所述的蒸汽储罐和油气储罐出口管道分别连接挥发管线入口，储罐底部加热器加热温度最高达到300℃，根据所需温度调节加热器，并调节进入流量。腐蚀介质储罐分别盛装不同腐蚀介质，通过管道混合后注入挥发管线，并通过阀门调节流量和比例。油气、蒸汽和腐蚀介质混合经过温度调节器进入水平挥发管线。温度调节器可在80℃至300℃之间调节，以模拟常压塔顶物理进入挥发管线温度。水平挥发管线弯头前设置流量调节阀调节挥发管线流量。剂注入系统分别在挥发线水平管道注入中和剂、缓蚀剂和水。注剂储罐内装有相应的注剂，其中注水管道进入水平挥发管线连接喷嘴，管道内设置压力表和流量计获得管道内实时压力和流量，并通过注水阀门和压力泵调节注入流量。中和剂注剂管道与蒸汽管道连接后进入水平挥发管线连接喷嘴。通过蒸汽阀门和储罐出口阀门调节蒸汽和中和剂比例，通过压力表和流量计获得管道内实时压力和流量，并通过注剂阀门和压力泵调节混合注入流量。油溶性缓蚀剂注剂管道与油相储罐出来的回流管道连接，水溶性缓蚀剂管道与蒸汽管道连接，随后油溶性和水溶性缓蚀剂管道连接混合后一同进入水平挥发管线连接喷嘴，油溶性和水溶性缓蚀剂管道以及油相回流管道和蒸汽供给管道均设置调节阀门和压力泵调节流量，和各物流混合比例，并选择安装流量计和压力表，获得压力值和流量值。所述注剂管线末端喷嘴置于挥发管线径向中心，喷嘴喷射方向可以调节与油气流同向喷射也可反向喷射。喷嘴喷出形状可由喷嘴开度调节。水平挥发线管道壁表面设置保温层以保障管道内温度不变。所述腐蚀试片测试段在注剂和油气混合后对其中安装的试片进行腐蚀，设置内窥镜在腐蚀试片测试区后端，记录试片的腐蚀过程和腐蚀分布。所述冷却液化系统结束壳程内冷却水换热达到降温液化目的。所述水油气分离系统将油气水三相分离并储存。其中据液位计所显示的液位高度控制分离槽水相出口阀门开度，使得水油分界面始终处于分隔挡板下。
如图2所示，腐蚀试片测试区的最外层为保温材料，中间层为挥发管段中的试片安装管，腐蚀试片安装于管内壁面同一横截面上。安装管由两侧法兰盘，通过螺栓连接。内窥镜穿过管道，镜头安装于试片下游。图3为腐蚀试片测试区截面图，安装管道由上半截管和下半截管接合而成，并由螺栓连接，上下半截管与水平方向存在倾角，角度为25度。试片嵌入管内凹槽，沿径向布置一周，一周共六片，相邻两片与圆心夹角呈45度，其中一片定位于管道正底端。
适用于常压塔塔顶挥发管线注剂工艺的实验方法包括如下步骤：
步骤1：实验准备阶段，向塔顶挥发线物流供给系统中的蒸汽储罐1加入足够量的水，向油气储罐11加入足量常顶油，向注剂注入系统的注水储罐81、中和剂储罐51、油溶性缓蚀剂储罐64和水溶性储罐42加入足量的注剂。向水油气分离系统中的油相储罐113加入一定量的常顶油，即向塔顶挥发线物流供给系统的蒸汽储罐1、油气储罐11、注水储罐81、中和剂储罐51、油溶性缓蚀剂储罐64和水溶性储罐42以及油相储罐113中加入对应的物质；
步骤2：开启油气分离系统的分离槽气相出口阀门98、油相排出管道108处的阀门和水相排出管道110处的阀门，调整注剂注入系统的喷嘴方向和开度，以及安装腐蚀试片82；
步骤3：开启蒸汽储罐出口阀门3和蒸汽注入管道处的管道阀门5，开启油气储罐出口阀门10，开启蒸汽储罐加热器2和油气储罐加热器12，开启冷却液化系统冷却水循环；
步骤4：加热至足够温度后开启蒸汽储罐1的输出管道处的压力泵48，并根据流量计示数调节阀门开度达到所需蒸汽和油气的流量、比例；
步骤5：开启注水储罐81对应的阀门以及压力泵，根据流量计和压力表示数调节注水储罐81的阀门开度控制流量和管内压力；
步骤6：开启中和剂储罐51的第六调节阀门和对应的压力泵53，根据注剂管道流量计和压力表示数，结合所需混合蒸汽流量，调节第七调节阀门和蒸汽管道19处的调节阀门开度；
步骤7：根据实验要求选择开启第一调节阀门或第四调节阀门，则开启第三调节阀门，当要求油溶性或水溶性缓蚀剂兼开时，即第一调节阀门和第四调节阀门都开启时，开启第五调节阀门和连接管道处的调节阀门，根据注剂管道和蒸汽管道流量计示数，开启注剂管道压力泵，调节第五调节阀门开度和连接管道处的调节阀门开度，使得水溶性缓蚀剂和蒸汽流量和比例达到预设值；同时开启油相储罐出口阀门114和第一调节阀门，结合注剂管道和回流油相管道流量计示数，开启油相管道44处的压力泵和缓蚀剂注入管道67处的压力泵，调节第二调节阀门和油相管道44处的调节阀门开度，使得油溶性缓蚀剂和油的流量和比例达到预设值。当要求油溶性或水溶性缓蚀剂兼单开时，则选择进行其中一边操作；
步骤8：开启H2S介质储罐25、HCl介质储罐27、HCl介质管道30对应的调节阀门、压力泵，根据腐蚀介质各个管道安装的流量计示数调节调节阀门的开度，使得各种腐蚀介质的流量和比例达到预设值；同时开启预混合挥发管道内温度调节器35，使得进入水平挥发管线物流温度达到预设值；记录开始实验时间；
步骤9：观察水油气分离系统分离罐体液位计101，根据液位计101显示液位不得高于标记分隔挡板106高度为原则，来调节水相管道阀门109，由于密度差油相实际液面高于液位计101显示液位，油相从分离槽通过分离隔板106进入油槽，当液位计105显示油槽存在油相时开启油相管道阀门112，但保持油槽内始终存在油相。实验过程中开启内窥镜记录试片腐蚀过程；
步骤10：记录通气时间到达要求时，先后关闭H2S介质储罐25、HCl介质储罐27、HCl介质管道30对应的调节阀门、压力泵，关闭蒸汽储罐加热器2和油气储罐加热器12，关闭第二注剂管道54、混合注入管道60和注水管道对应的压力泵以及调节阀门，再关闭温度调节器35，待冷却一段时间后，观察蒸汽和油气储罐压力表达到安全值后，关闭油气储罐出口阀门10和蒸汽储罐出口阀门3，关闭冷却液化系统，结束冷却水循环；
步骤11：根据实验变量要求，改变蒸汽和油气温度、流量和比例，改变腐蚀介质种类、流量和比例，改变注水流量，改变中和剂与蒸汽的注入流量和比例，改变缓蚀剂种类和流量以及缓蚀剂与油气或蒸汽混合的比例，改变注剂喷嘴方向和喷射形状，重复步骤1-步骤10，获取不同注剂工艺情况下的腐蚀试片。
腐蚀试片测试段内试片82在沿径向的不同角度设置，能观察出不同试片的腐蚀深浅，得到管道沿径向角度的腐蚀程度的分布。
单个试片82的腐蚀速率为v(t)，测试段试片平均腐蚀速率为采用失重法计算试片腐蚀速率，根据以下公式获得腐蚀速率：
式中，v(t)为单个试片腐蚀速率，m0为单个试片实验前的质量，m1为单个试片实验后的质量，S1为单片试片的露出表面积，t为设置的单次腐蚀实验时间。为前段腐蚀测试段的平均腐蚀速率。
尽管本文已经展示出实施的具体步骤和方法，但是本发明的技术特征并不仅限于此。本领域的普通技术人员可在理解本发明的原理和精神下，对此实施例做出各种变换和修饰，皆涵盖在本发明的权利要求和保护范围中。
Claims (10)
1.一种适用于常压塔塔顶挥发管线注剂工艺的实验装置，其特征在于，包括塔顶挥发线物流供给系统、注剂注入系统、腐蚀试片测试段、冷却液化系统和水油气分离系统；塔顶挥发线物流供给系统、注剂注入系统和冷却液化系统均与腐蚀试片测试段相连，塔顶挥发线物流供给系统与注剂注入系统相连，水油气分离系统与冷却液化系统相连，水油气分离系统还与注剂注入系统相连；塔顶挥发线物流供给系统用于提供蒸汽、油气和介质，注剂注入系统用于提供注剂，冷却液化系统用于冷却腐蚀试片测试段出口处的挥发物流并传输给水油气分离系统，水油气分离系统用于分离并回收冷却后的物流。
2.根据权利要求1所述的一种适用于常压塔塔顶挥发管线注剂工艺的实验装置，其特征在于，所述塔顶挥发线物流供给系统包括蒸汽供给组件、油气供给组件以及腐蚀介质供给组件、温度调节器(35)和预混合挥发管线(33)；蒸汽供给组件、油气供给组件以及腐蚀介质供给组件均与预混合挥发管线(33)的底部相连，预混合挥发管线(33)的中部安装有温度调节器(35)，预混合挥发管线(33)的顶部通过压力泵(4)与腐蚀试片测试段的输入端相连。
3.根据权利要求2所述的一种适用于常压塔塔顶挥发管线注剂工艺的实验装置，其特征在于，所述蒸汽供给组件包括蒸汽储罐(1)、蒸汽储罐加热器(2)、蒸汽储罐出口阀门(3)、蒸汽注入管道(6)和蒸汽管道(19)；蒸汽储罐(1)下安装有蒸汽储罐加热器(2)，蒸汽储罐(1)的输出管道分别与蒸汽注入管道(6)和蒸汽管道(19)连通，蒸汽储罐(1)的输出管道中安装有压力泵(4)和蒸汽储罐出口阀门(3)，蒸汽注入管道(6)与预混合挥发管线(33)连通，蒸汽管道(19)与注剂注入系统相连。
4.根据权利要求2所述的一种适用于常压塔塔顶挥发管线注剂工艺的实验装置，其特征在于，所述油气供给组件包括油气注入管道(7)、油气储罐出口阀门(10)、油气储罐(11)和油气储罐加热器(12)；油气储罐(11)下安装有油气储罐加热器(12)，油气储罐(11)通过油气注入管道(7)与预混合挥发管线(33)连通，油气注入管道(7)中安装有油气储罐出口阀门(10)。
5.根据权利要求2所述的一种适用于常压塔塔顶挥发管线注剂工艺的实验装置，其特征在于，所述腐蚀介质供给组件包括H2S介质管道(24)、H2S介质储罐(25)、HCl介质储罐(27)、HCl介质管道(30)、腐蚀介质喷嘴(32)、NH3介质管道(38)和NH3介质储罐(39)；H2S介质储罐(25)通过H2S介质管道(24)与介质压力泵相连，、HCl介质储罐(27)通过HCl介质管道(30)与介质压力泵相连，NH3介质储罐(39)通过NH3介质管道(38)与介质压力泵相连，介质压力泵通过混合介质管道与预混合挥发管线(33)连通，混合介质管道的输出端安装有腐蚀介质喷嘴(32)并且腐蚀介质喷嘴(32)设置在预混合挥发管线(33)内。
6.根据权利要求1所述的一种适用于常压塔塔顶挥发管线注剂工艺的实验装置，其特征在于，所述注剂注入系统包括水溶性缓蚀剂储罐(42)、第一注剂管道(46)、中和剂储罐(51)、第二注剂管道(54)、混合注入管道(60)、中和剂喷嘴(61)、缓蚀剂喷嘴(62)、注水喷嘴(63)、油溶性缓蚀剂储罐(64)、缓蚀剂注入管道(67)、缓蚀剂混合注入管道(72)、注水管道和注水储罐(81)；
油溶性缓蚀剂储罐(64)通过缓蚀剂注入管道(67)与腐蚀试片测试段的前部相连；沿油溶性缓蚀剂储罐(64)到腐蚀试片测试段方向，缓蚀剂注入管道(67)中依次安装有第一调节阀门、第二调节阀门和第三调节阀门；第一调节阀门和第二调节阀门之间的缓蚀剂注入管道(67)与水油气分离系统相连；水溶性缓蚀剂储罐(42)通过第一注剂管道(46)与第二调节阀门和第三调节阀门之间的缓蚀剂注入管道(67)相连；沿水溶性缓蚀剂储罐(42)到缓蚀剂注入管道(67)方向，第一注剂管道(46)中依次安装有第四调节阀门和第五调节阀门；第四调节阀门和第五调节阀门之间的第一注剂管道(46)通过连接管道与蒸汽供给组件相连，连接管道中安装有对应的调节阀门和流量计(9)，连接管道与第四调节阀门之间的第一注剂管道(46)中安装有对应的压力泵(4)和流量计(9)；
中和剂储罐(51)通过第二注剂管道(54)与腐蚀试片测试段的前部相连；沿中和剂储罐(51)到腐蚀试片测试段方向，第二注剂管道(54)中依次安装有第六调节阀门和第七调节阀门，第六调节阀门和第七调节阀门之间的第二注剂管道(54)还与蒸汽供给组件相连，
注水储罐(81)通过注水管道与腐蚀试片测试段的前部相连；第二注剂管道(54)的输出端安装有中和剂喷嘴(61)，混合注入管道(60)的输出端安装有缓蚀剂喷嘴(62)，注水管道的输出端安装有注水喷嘴(63)，中和剂喷嘴(61)、缓蚀剂喷嘴(62)和注水喷嘴(63)均设置在腐蚀试片测试段内。
7.根据权利要求1所述的一种适用于常压塔塔顶挥发管线注剂工艺的实验装置，其特征在于，所述腐蚀试片测试段包括腐蚀试片(82)、内窥镜(83)、法兰盘(84)、腐蚀试片测试区(85)、内窥镜显示器(86)、水平挥发管线(87)、保温层和试片安装管段(88)；水平挥发管线(87)外包覆有保温层，水平挥发管线(87)的输入端与塔顶挥发线物流供给系统相连，水平挥发管线(87)的前部与注剂注入系统相连；水平挥发管线(87)的尾部设置有腐蚀试片测试区(85)，试片安装管段(88)通过法兰盘(84)可拆卸地安装在腐蚀试片测试区(85)处的水平挥发管线(87)中，试片安装管段(88)内多个腐蚀试片(82)，内窥镜(83)安装在试片安装管段(88)内并且内窥镜(83)靠近试片安装管段(88)的尾部设置，内窥镜显示器(86)与内窥镜(83)相连；水平挥发管线(87)的尾部与冷却液化系统的输入端相连。
8.根据权利要求1所述的一种适用于常压塔塔顶挥发管线注剂工艺的实验装置，其特征在于，所述冷却液化系统包括回型弯管(90)、冷却挡板(91)和冷却系统壳程(92)；所述回型弯管(90)安装在冷却系统壳程(92)内，回型弯管(90)的输入端与腐蚀试片测试段尾部相连，回型弯管(90)的输出端与水油气分离系统的输入端相连。
9.根据权利要求1所述的一种适用于常压塔塔顶挥发管线注剂工艺的实验装置，其特征在于，所述水油气分离系统包括油相管道(44)、除沫过滤板(97)、气相管道(99)、气相储罐(100)、分离罐体(102)、进口挡板(103)、分隔挡板(106)、过滤器(107)、油相排出管道(108)、水相排出管道(110)、废油收集罐(111)、油相储罐(113)和油相储罐出口阀门(114)；
分离罐体(102)内的上部安装有除沫过滤板(97)，除沫过滤板(97)上方的分离罐体(102)通过气相管道(99)与气相储罐(100)相连，靠近分离罐体(102)的输入端处设置有进口挡板(103)和引流板(104)，分离罐体(102)内安装有分隔挡板(106)，分隔挡板(106)两侧的分离罐体(102)底部分别通过排出管道与油相储罐(113)和废油收集罐(111)相连，与油相储罐(113)相连的排出管道中安装有过滤器(107)；油相储罐(113)通过油相管道(44)与注剂注入系统的相连。
10.一种适用于常压塔塔顶挥发管线注剂工艺的实验方法，其特征在于，方法采用权利要求1-9任一所述的一种适用于常压塔塔顶挥发管线注剂工艺的实验装置，方法包括如下步骤：
步骤1：实验准备阶段，向塔顶挥发线物流供给系统的蒸汽储罐(1)、油气储罐(11)、注水储罐(81)、中和剂储罐(51)、油溶性缓蚀剂储罐(64)和水溶性储罐(42)以及油相储罐(113)中加入对应的物质；
步骤2：开启油气分离系统的分离槽气相出口阀门(98)、油相排出管道(108)处的阀门和水相排出管道(110)处的阀门，调整注剂注入系统的喷嘴方向和开度，以及安装腐蚀试片(82)；
步骤3：开启蒸汽储罐出口阀门(3)和蒸汽注入管道处的管道阀门(5)，开启油气储罐出口阀门(10)，开启蒸汽储罐加热器(2)和油气储罐加热器(12)，开启冷却液化系统冷却水循环；
步骤4：加热至足够温度后开启蒸汽储罐(1)的输出管道处的压力泵(4)(8)，调节蒸汽和油气的流量、比例；
步骤5：开启注水储罐(81)对应的阀门以及压力泵，调节注水储罐(81)的阀门开度控制流量和管内压力；
步骤6：开启中和剂储罐(51)的第六调节阀门和对应的压力泵(53)，调节第七调节阀门和蒸汽管道(19)处的调节阀门开度；
步骤7：根据实验要求选择开启第一调节阀门或第四调节阀门，则开启第三调节阀门，当第一调节阀门和第四调节阀门都开启时，开启第五调节阀门和连接管道处的调节阀门，调节第五调节阀门开度和连接管道处的调节阀门开度，使得水溶性缓蚀剂和蒸汽流量和比例达到预设值；同时开启油相储罐出口阀门(114)和第一调节阀门，开启油相管道(44)处的压力泵和缓蚀剂注入管道(67)处的压力泵，调节第二调节阀门和油相管道(44)处的调节阀门开度，使得油溶性缓蚀剂和油的流量和比例达到预设值；
步骤8：开启H2S介质储罐(25)、HCl介质储罐(27)、HCl介质管道(30)对应的调节阀门、压力泵，调节调节阀门的开度，使得各种腐蚀介质的流量和比例达到预设值；同时开启预混合挥发管道内温度调节器(35)，使得进入水平挥发管线物流温度达到预设值；记录开始实验时间；
步骤9：实验过程中开启内窥镜记录试片腐蚀过程；
步骤10：记录通气时间到达要求时，关闭H2S介质储罐(25)、HCl介质储罐(27)、HCl介质管道(30)对应的调节阀门、压力泵，关闭蒸汽储罐加热器(2)和油气储罐加热器(12)，关闭第二注剂管道(54)、混合注入管道(60)和注水管道对应的压力泵以及调节阀门，再关闭温度调节器(35)，待冷却一段时间后，关闭油气储罐出口阀门(10)和蒸汽储罐出口阀门(3)，关闭冷却液化系统；
步骤11：根据实验变量要求，改变蒸汽和油气温度、流量和比例，改变腐蚀介质种类、流量和比例，改变注水流量，改变中和剂与蒸汽的注入流量和比例，改变缓蚀剂种类和流量以及缓蚀剂与油气或蒸汽混合的比例，改变注剂喷嘴方向和喷射形状，重复步骤1-步骤10，获取不同注剂工艺情况下的腐蚀试片。
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