CN205665129U - 高温高压含固相颗粒流体冲刷腐蚀模拟及电化学测试实验装置 - Google Patents

Abstract

高温高压含固相颗粒流体冲刷腐蚀模拟及电化学测试实验装置。特别适用于水下油气田设施如水下采油树、中枢管线、三通、弯头等复杂部件在高温高压含固相颗粒的多相介质中的冲刷腐蚀行为及机理的研究。该装置由高温高压实验系统、环路实验系统、介质输送环路和信号传导系统构成。优点在于能够同时进行高温高压含固相颗粒流体喷射实验和环路腐蚀模拟实验并进行原位电化学测试，对深入研究复杂流态下的冲刷腐蚀行为特征和腐蚀机理有重要意义。

Description

高温高压含固相颗粒流体冲刷腐蚀模拟及电化学测试实验 装置

技术领域

本发明属于电化学实验研究领域，具体地，涉及一种高温高压含固相颗粒流体冲刷腐蚀模拟及电化学测试实验装置，用于水下油气田设施如水下采油树、中枢管线、三通、弯头等复杂部件材料在高温高压含固相颗粒的多相介质中的冲刷腐蚀行为及机理研究。

背景技术

在石油开采及油气集输过程中，高温高压多相流体通过弯头、三通等过流部件时，极易引起流体流态的变化，进而导致过流部件受到流体的冲刷腐蚀作用。尤其当输送介质中含有固相颗粒时，严重的冲刷磨损使过流部件的破坏更为严重，冲刷腐蚀已成为油气田管道腐蚀防护的首要问题。

高温高压多相流体冲刷腐蚀模拟实验是研究金属材料的耐蚀性、冲蚀行为及腐蚀机理的重要途径。但由于实际工况条件较为苛刻，腐蚀介质通常由固、液、气等多相混合组成且涉及高温高压环境，因此研究人员通常选择在常温常压下进行冲刷腐蚀模拟试验及原位电化学测试，试验结果往往不能充分反映高温高压条件下的冲刷腐蚀特征及电化学行为，因此，提出设计一套高温高压含固相颗粒流体冲刷腐蚀模拟及电化学测试实验装置，以便于更好的模拟金属材料的冲刷腐蚀环境，对于促进多相流冲刷腐蚀的研究具有重要意义。

发明内容

为促进多相流冲刷腐蚀的研究，本发明提供一种高温高压含固相颗粒流体冲刷腐蚀模拟及电化学测试实验装置；实验过程中可同时进行高温高压多相流喷 射实验、环路模拟实验及其对应的原位电化学测试，用以研究输送高温高压多相流体的管道及部件的冲刷腐蚀行为、规律及机理，评定金属材料的耐冲刷腐蚀性能。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

高温高压含固相颗粒流体冲刷腐蚀模拟及电化学测试实验装置，包括高温高压实验系统、环路实验系统、介质输送环路和信号传导系统；高温高压实验系统包括高温高压反应釜和高温高压三电极体系，用于进行高温高压喷射实验及其原位电化学测试；环路实验系统包括环路电化学测试段和环路模拟实验段，用于环路冲刷原位电化学测试及环路冲刷模拟实验；介质输送系统由旋涡泵、阀门、固体颗粒加注槽、沉沙槽、高温高压液体流量计及不锈钢管路组成，用于多相介质的循环输送。

相对于现有技术，本发明的有益效果在于：

该装置能够同时进行高温高压含固相颗粒流体喷射实验和环路腐蚀模拟实验并进行原位电化学测试，模拟实际油气田环境下流体对过流部件的冲刷腐蚀损伤情况，提供不同环境条件下冲刷腐蚀失重、宏观和微观形貌信息。此外，利用原位电化学手段(线性极化、极化曲线和电化学阻抗等)实时监控工作电极在高温高压含固相颗粒流体喷射条件下和环路腐蚀模拟情况下的损伤过程，对深入研究复杂流态下的冲刷腐蚀行为特征和腐蚀机理有重要意义。

附图说明

图1：本发明的结构示意图；

图2：固体颗粒加注槽结构示意图。

图中：1、上盖，2、进水口，3、釜体，4、加热保温装置，5、下盖，6、出水口，7、出水口阀门，8、旁路阀门，9、环路电化学测试段，10、环路模拟实 验段，11、高温高压液体流量计，12、流量计阀门，13、排液口，14、旋涡泵，15、沉沙槽，16、沉沙槽出水口，17、过滤网，18、高温高压Ag/AgCl参比电极，19、工作电极，20、对电极，21、高温高压反应釜，22、试样台，23、喷头，24、压力传感器，25、压力表，26、安全阀，27、温度传感器，28、进气孔，29、出气孔，30、固体颗粒加注槽，31、旁路阀门，32、沉沙槽进水口，33、旁路阀门，34、槽盖，35、槽体，36、排气孔，37、固体颗粒、38、阀门，39、进气孔。

具体实施方式

如图1、图2所示，高温高压含固相颗粒流体冲刷腐蚀模拟及电化学测试实验装置，包括：高温高压反应釜21、高温高压三电极体系、进水口2、出水口6、环路电化学测试段9、环路模拟实验段10、高温高压液体流量计11、排液口13、旋涡泵14、沉沙槽15、喷头23、固体颗粒加注槽30、控制阀门、控制柜、信号传导系统、外接电化学工作站及外接高压气瓶；

高温高压反应釜21由上盖1、釜体3、加热保温装置4、下盖5、试样台22、压力传感器24、压力表25、安全阀26、温度传感器27、进气孔28和出气孔29构成；高温高压三电极体系由高温高压Ag/AgCl参比电极18、工作电极19和对电极20构成；环路电化学测试段9由转接法兰与介质环路相连；环路模拟实验段10由转接法兰、试样夹具和外管路构成，通过法兰连接与介质环路相连；固体颗粒加注槽30包括槽盖34、槽体35、排气孔36、进气孔39；沉沙槽15包括出水口16、过滤网17、进水口33沉沙槽上盖和槽体；信号传导系统由导线、控制柜和电化学工作站构成；

上盖1与釜体3之间通过螺栓连接。下盖5与釜体3之间通过螺栓连接。进水口2通过焊接与釜体3相连。出水口6通过卡套式连接件与下盖5连接，保 证气密性，下盖5呈斜漏斗状，保证固相颗粒能够顺利流出高温高压反应釜。固相颗粒加注槽30通过焊接方式与进水口2外侧管路连接，两者通过阀门38控制固体颗粒的加注过程，槽盖34与槽体35之间通过螺纹连接，保证气密性，进气孔39外接高压气瓶，保证固相颗粒能够顺利加注到处于高压状态的管路内。沉沙槽15完成多相流体内固相颗粒的沉降过程，沉沙槽进水口33通过焊接与槽体相连，沉沙槽上盖与槽体通过螺栓连接，沉沙槽出水口16通过卡套式连接件与槽体连接，连接件内放置有固相颗粒过滤网17，保证固相颗粒完全隔离在沉沙槽内。

高温高压冲刷腐蚀电化学测试系统由高温高压Ag/AgCl参比电极18、工作电极19、对电极20、信号传导通路和外接电化学工作站构成。高温高压Ag/AgCl参比电极18和对电极20通过螺纹与下盖5连接，工作电极19通过铜棒导通到釜外。三电极分别与电化学工作站的对应接口相连，实现高温高压冲刷腐蚀原位电化学测试过程。环路电化学测试段9内固定对电极，工作电极和参比电极，并通过导线导通至管道外侧，与外接电化学工作站相连，三电极通过螺丝和橡胶垫圈密封固定，实现环路实验原位电化学测试过程。

控制柜与加热保温装置4、压力传感器24、温度传感器27及旋涡泵14通过导线相连，通过加热保温装置4、温度传感器27和控制柜保证釜内温度的稳定性，通过压力传感器24、出气孔29和控制柜控制釜内压力的稳定性，通过压力表25显示压力数值，出气孔29用于卸压调节，安全阀26保证整个系统的安全性。釜内多相流体介质通过漩涡泵14进行循环，通过流量计阀门12和旁路阀门33控制多相流流速，根据实验类型确定旁路阀门8和旁路阀门31的开启和关闭，环路电化学测试段9和环路模拟实验段10分别通过转接法兰和关闭出水口阀门7实现测试段管路的拆装。外接高压气瓶通过螺纹与进气孔28连接，实验结束后，通过排液口13排净装置内液体。

高温高压含固相颗粒流体冲刷腐蚀模拟及电化学测试实验装置的操作方法如下：

打开上盖1拆下喷头23，将加工好的试样固定在试样台22上，安装过程中保证试样与铜棒之间的导通构成工作电极19，安装喷头23，将需要添加的固相颗粒加入固体颗粒加注槽30，环路电化学测试时，将装配好的环路电化学测试段9通过法兰与环路连接；镶嵌到夹具中的环路冲刷模拟试样放入环路模拟实验段10中，并保证实验管路的密封性。向反应釜内倒入一定体积的电解质溶液，同时打开循环回路中的排液口13，排净装置内的气体，电解质液面要浸没试样，盖上上盖1。将高纯N₂从进气孔28通入釜内，除氧8h以上，随后通入所需的实验气体并加热至预定温度。保证各阀门的开合状态正确，打开控制柜上旋涡泵14的控制开关，开始实验。将高温高压三电极体系与对应的电化学工作站接线端相连，环路电化学测试段的三电极体系与外接电化学工作站正确连接，开始测试过程。控制柜上显示釜内温度、压力。

Claims (3)

1.一种高温高压含固相颗粒流体冲刷腐蚀模拟及电化学测试实验装置，包括高温高压实验系统、环路实验系统、介质输送环路和信号传导系统；高温高压实验系统包括高温高压反应釜和高温高压三电极体系，用于进行高温高压喷射实验及其原位电化学测试；环路实验系统包括环路电化学测试段和环路模拟实验段，用于环路冲刷原位电化学测试及环路冲刷模拟实验；介质输送系统由旋涡泵、阀门、固体颗粒加注槽、沉沙槽、高温高压液体流量计及不锈钢管路组成，用于多相介质的循环输送。

2.按照权利要求1所述的高温高压含固相颗粒流体冲刷腐蚀模拟及电化学测试实验装置，其特征在于：该装置包括高温高压反应釜、高温高压三电极体系、进水口、出水口、环路电化学测试段、环路模拟实验段、高温高压液体流量计、排液口、旋涡泵、沉沙槽、喷头、固体颗粒加注槽、控制阀门、控制柜、信号传导系统、外接电化学工作站及外接高压气瓶；

高温高压反应釜由上盖、釜体、加热保温装置、下盖、试样台、压力传感器、压力表、安全阀、温度传感器、进气孔和出气孔构成；高温高压三电极体系由高温高压Ag/AgCl参比电极、工作电极和对电极构成；环路电化学测试段由转接法兰、参比电极、工作电极、对电极和套管构成；环路模拟实验段由转接法兰、试样夹具和套管构成；沉沙槽包括出水口、过滤网、进水口、沉沙槽上盖和槽体；信号传导系统由导线、控制柜和电化学工作站构成；

上盖与釜体之间通过螺栓连接，下盖与釜体之间通过螺栓连接，进水口通过焊接与釜体相连，出水口通过卡套式连接件与下盖连接，保证气密性，下盖呈斜漏斗状，保证固相颗粒能够顺利流出高温高压反应釜；控制柜通过导线与加热保温装置、压力传感器、温度传感器及旋涡泵相连，通过加热保温装置、 温度传感器和控制柜保证釜内温度的稳定性，通过压力传感器、出气孔和控制柜控制釜内压力的稳定性，通过压力表显示压力数值。

3.按照权利要求1所述的高温高压含固相颗粒流体冲刷腐蚀模拟及电化学测试实验装置，其特征在于：固相颗粒加注槽通过焊接方式与进水口外侧管路连接，两者通过阀门控制固体颗粒的加注过程，槽盖与槽体之间通过螺纹连接，保证气密性，进气孔外接高压气瓶，保证固相颗粒能够顺利加注到处于高压状态的管路内；沉沙槽完成多相流体内固相颗粒的沉降过程，沉沙槽进水口通过焊接与槽体相连，沉沙槽上盖与槽体通过螺栓连接，沉沙槽出水口通过卡套式连接件与槽体连接，连接件内放置有固相颗粒过滤网，保证固相颗粒完全隔离在沉沙槽内。