CN204790613U - 一种抗硫化物应力开裂试验用pH值自动控制装置 - Google Patents
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Abstract
一种抗硫化物应力开裂试验用pH值自动控制装置，包括控制单元PLC和用于连通盐酸容器和试验容器的管道，管道上设置有阀门和盐酸计量泵，管道的一端伸入试验容器内部，且位于试验容器内部的管道端部设置有液体分散器；控制单元PLC与搅拌系统、pH计以及盐酸计量泵相连接。本实用新型在试验过程中，通过控制单元PLC的控制能够向试验容器中加入盐酸，能够自动、精确、快速将pH值控制在目标值，采用液体分散器及搅拌系统，使试验容器内的溶液体系pH值快速达到稳态。将本装置应用于材料抗硫化物应力开裂评价中，不用重复的开闭试验容器，避免了硫化氢的泄露，并且操作安全，同时能够保证整个试验过程中pH值稳定。
Description
技术领域
本实用新型涉及材料腐蚀试验测试领域，具体涉及一种抗硫化物应力开裂试验用pH值自动控制装置。
背景技术
随着高酸性油气田的不断开发，油田设备所面临的硫化氢腐蚀问题日益严重。其中，硫化物应力开裂(SSC)因其可短时间内使金属材料在较低的工作应力下发生突然断裂，酿成重大事故，所以危害最大。为避免油田设备在湿硫化氢环境服役过程中出现硫化物应力开裂(SSC)，需针对酸性环境进行合理选材及评价。
目前，常用的酸性环境选材标准为ISO15156-2009《石油和天然气工业在油气生产中含H2S环境下使用的材料》。根据该标准所述评定碳钢和低合金钢抗SSC性能的实验室试验程序，需将加载应力的试样放置于特定溶液环境中进行浸泡实验。并规定了2种溶液环境，1种为常用的NACEA溶液，另1种为5％(质量分数)NaCl+0.4％(质量分数)CH3COONa，用盐酸或NaOH把pH值调到目标值，并保证试验过程中pH值应低于或等于目标值。pH值可以控制在0.1个pH值单位范围内。NACEA溶液曾经被广泛应用于材料抗SSC性能评价当中，但此溶液只规定保证试验有效的pH值范围，无法模拟设备真实服役环境，可能造成实际选材不适，出现选材浪费或无合适材料可用的现象。而第2种方法基于FFP准则，针对油田设备实际服役环境，严格控制试验时pH值，更利于选出适合现场所用的材料。
但标准中只规定了溶液2的配制方法，并未涉及具体的pH值控制方法及装置。且该溶液虽然为缓冲溶液，但实验时间长达720小时，使得pH值仍随着浸泡时间的延长而升高。常规的方法为人工定期加盐酸进行pH值调节，但此方法存在以下问题：(1)重复的开闭试验容器，可能造成硫化氢的泄露，威胁实验人员安全，或使氧气进入容器，造成试验失效。(2)因无法进行搅拌，盐酸不能迅速扩散至整个容器，造成pH值无法快速准确测定，出现调值不准。(3)因每次试验所用溶液不同，盐酸加量不固定，无法精确进行pH值控制。(4)试验溶液为缓冲溶液，且试验过程中一直通入硫化氢等酸性气体，盐酸加量不易控制。(5)需专人24小时值班，保证整个试验过程中pH值稳定。
实用新型内容
为解决现有技术中的问题，本实用新型的目的在于一种抗硫化物应力开裂试验用pH值自动控制装置，可实现试验过程中自动加入盐酸，精确控制盐酸加量，并在加盐酸时开启搅拌，使溶液pH值自动精确调节并快速达到稳态。
为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种抗硫化物应力开裂试验用pH值自动控制装置，包括控制单元PLC和用于连通盐酸容器和试验容器的管道，所述管道上设置有阀门和盐酸计量泵，管道的一端伸入试验容器内部，且位于试验容器内部的管道端部设置有液体分散器；试验容器内还设置有搅拌系统和pH计，控制单元PLC分别与搅拌系统、pH计以及盐酸计量泵相连接。
所述盐酸计量泵设置在阀门与盐酸容器之间。
所述阀门为单向阀。
所述pH计的精度为0.01。
所述盐酸计量泵为微量泵。
所述搅拌系统为搅拌棒。
所述搅拌系统和液体分散器的材质均为聚四氟乙烯。
与现有技术相比，本实用新型具有的有益效果为：本实用新型通过设置连通盐酸容器和试验容器的管道，并在该管道上设置阀门和盐酸计量泵，在试验过程中，通过控制单元PLC的控制能够向试验容器中加入盐酸，能够自动、精确、快速将pH值控制在目标值，采用液体分散器及搅拌系统，使试验容器内的溶液体系pH值快速达到稳态。将本装置应用于材料抗硫化物应力开裂评价中，不用重复的开闭试验容器，避免了硫化氢的泄露，并且操作安全，保证了试验的有效性，同时能够保证整个试验过程中pH值稳定。
进一步的，阀门为单向阀，避免试验溶液内的溶液倒灌回盐酸容器中。
进一步的，pH计的精度为0.01，盐酸计量泵为微量泵，从而能够保证试验容器中溶液pH值的精确性。
进一步的，搅拌系统、pH计分别单独接入到试验容器中，能够保证试验容器在进行硫化物应力开裂过程中的密封性。
附图说明
图1是本实用新型的抗硫化物应力开裂试验用pH值自动控制装置结构示意图；
图2为本实用新型抗硫化物应力开裂试验用pH值自动控制方法的流程示意图；
图中，1-试验容器、2-pH计、3-盐酸计量泵、4-控制单元PLC、5-搅拌系统、6-液体分散器、7-阀门、8-盐酸容器。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型进行详细说明。
参见图1，本实用新型的抗硫化物应力开裂试验用pH值自动控制装置包括：控制单元PLC和用于连通盐酸容器8和试验容器1且用于向试验容器1内加入盐酸的管道，所述管道上设置有阀门7和盐酸计量泵3，且盐酸计量泵3设置在阀门7与盐酸容器8之间，该管道的一端伸入试验容器1内部，位于试验容器1内部的管道端部设置有液体分散器6，试验容器1内还设置有搅拌系统5和pH计2，控制单元PLC4分别与搅拌系统5、pH计2以及盐酸计量泵3相连接。本实用新型中的搅拌系统5为搅拌棒。搅拌棒和液体分散器6的材质均为非金属材料，如聚四氟乙烯。
所述阀门7为单向阀，避免试验溶液1内的溶液倒灌回盐酸容器中。
所述pH计2的精度为0.01，盐酸计量泵3为微量泵，从而能够保证试验容器中溶液pH值的精确性。
所述搅拌系统5、pH计2分别单独接入到试验容器1中，能够保证试验容器1的密封。
参见图2，上述抗硫化物应力开裂试验用pH值自动控制装置的控制方法，包括以下步骤：
步骤一：试验前，在控制单元PLC中设定目标pH值a0、搅拌时间t0、加酸时间间隔t1(t0<t1)，并测定试验容器内的溶液体积为VmL及盐酸容器中的盐酸溶液的浓度Cmol/L。
步骤二：试验中，通过pH计2对试验容器内的试验溶液pH值进行实时连续监测，当pH计2显示的pH值大于等于a0+0.1时，控制单元PLC根据所设定参数，计算出V1＝V(10-a0-10-(a0+0.1))/C，并对计量泵3下达指令，向试验容器1中加入V1/2mL盐酸；pH计量泵3向试验容器中加入V1/2mL盐酸的同时控制单元PLC下达指令，开启搅拌系统5进行慢速搅拌；
步骤三：达到加酸时间间隔t1到后，判断此时实测pH值a1，是否等于a0，若是实测pH值a1等于a0，则完成pH值调节；若实测pH值a1大于a0，则控制单元PLC进行如下运算：V2＝V(10-a0-10-a1)/C，然后控制单元PLC对计量泵3下达指令，向试验容器1中加入V2/2mL盐酸；计量泵3向试验容器中加入V2/2mL盐酸的同时控制单元PLC下达指令，开启搅拌系统5进行慢速搅拌；
步骤四：达到加酸时间间隔t1到后，判断此时实测pH值a2是否等于a0，若是实测pH值a2等于a0，则完成pH值调节；若实测pH值a2大于a0，则控制单元PLC进行如下运算：V3＝V(10-a0-10-a2)/C，然后控制单元PLC对计量泵3下达指令，向试验容器1中加入V3/2mL盐酸；计量泵3向试验容器中加入V3/2mL盐酸的同时控制单元PLC下达指令，开启搅拌系统5进行慢速搅拌；
步骤五：重复步骤四，直至实测pH值为目标pH值a0，完成pH值自动调节。
本实用新型中采用的试验容器为10L，搅拌棒慢速搅拌的速度为30～50转/分。这样的搅拌速度在加入盐酸、通入硫化氢的同时，避免了沉淀的生成，保证硫化物应力开裂测试正常进行。
本实用新型具有的优点如下：
(1)通过PLC逻辑控制单元，采用逐次逼近的方法，实现对缓冲且饱和酸性气体溶液体系的pH值自动精确控制；(2)采用液体分散器及慢速搅拌系统，使溶液体系pH值快速达到稳态；(3)采用单向阀，避免试验溶液倒灌回盐酸溶液中。
Claims (7)
1.一种抗硫化物应力开裂试验用pH值自动控制装置，其特征在于，包括控制单元PLC(4)和用于连通盐酸容器(8)和试验容器(1)的管道，管道上设置有阀门(7)和盐酸计量泵(3)，管道的一端伸入试验容器(1)内部，且位于试验容器(1)内部的管道端部设置有液体分散器(6)；试验容器(1)内还设置有搅拌系统(5)和pH计(2)，控制单元PLC(4)分别与搅拌系统(5)、pH计(2)以及盐酸计量泵(3)相连接。
2.根据权利要求1所述的抗硫化物应力开裂试验用pH值自动控制装置，其特征在于，所述盐酸计量泵(3)设置在阀门(7)与盐酸容器(8)之间。
3.根据权利要求1或2所述的抗硫化物应力开裂试验用pH值自动控制装置，其特征在于，所述阀门(7)为单向阀。
4.根据权利要求1所述的抗硫化物应力开裂试验用pH值自动控制装置，其特征在于，所述pH计(2)的精度为0.01。
5.根据权利要求1所述的抗硫化物应力开裂试验用pH值自动控制装置，其特征在于，所述盐酸计量泵(3)为微量泵。
6.根据权利要求1所述的抗硫化物应力开裂试验用pH值自动控制装置，其特征在于，所述搅拌系统(5)为搅拌棒。
7.根据权利要求1或6所述的抗硫化物应力开裂试验用pH值自动控制装置，其特征在于，所述搅拌系统(5)和液体分散器(6)的材质均为聚四氟乙烯。
Priority Applications (1)
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| CN201520399350.XU CN204790613U (zh) | 2015-06-10 | 2015-06-10 | 一种抗硫化物应力开裂试验用pH值自动控制装置 |
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| CN (1) | CN204790613U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104898724A (zh) * | 2015-06-10 | 2015-09-09 | 中国石油天然气集团公司 | 一种抗硫化物应力开裂试验用pH值自动控制装置及其控制方法 |
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2015
- 2015-06-10 CN CN201520399350.XU patent/CN204790613U/zh active Active
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| CN104898724A (zh) * | 2015-06-10 | 2015-09-09 | 中国石油天然气集团公司 | 一种抗硫化物应力开裂试验用pH值自动控制装置及其控制方法 |
| CN104898724B (zh) * | 2015-06-10 | 2017-02-22 | 中国石油天然气集团公司 | 一种抗硫化物应力开裂试验用pH值自动控制装置及其控制方法 |
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