CN209606292U - 模拟天然气管道内腐蚀环境的高速湿气腐蚀环路实验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种模拟天然气管道内腐蚀环境的高速湿气腐蚀环路实验装置，属于腐蚀试验技术领域。该装置包括除氧系统、外接供气系统、气相循环系统、液相加注系统、外接控制系统、加热保温系统、实验测试系统、废液废气处理系统等。该装置的优点是可以模拟天然气管道内部介质流态、流速、压力、温度等条件，最大限度再现低含水率、高气相流速、高壁面剪切力工况腐蚀环境，可通过电感探针、电化学测试、腐蚀挂片进行腐蚀行为研究和缓蚀剂评价，对天然气管道的腐蚀机理研究和缓蚀剂等防护方法应用具有重要意义。
Description
技术领域
本实用新型涉及腐蚀试验技术领域，特别是指一种模拟天然气管道内腐蚀环境的高速湿气腐蚀环路实验装置。
背景技术
近年来，随着石油天然气工业的不断发展，油气管道的腐蚀问题日益引起人们的关注，特别是随着深海油气田的开发，准确地模拟天然气管道内部腐蚀工况以便科学进行选材和缓蚀剂应用，成为工程实践和研究的难点之一。针对深海天然气管道腐蚀风险较高的特点，目前已有多种方法用于腐蚀环境模拟和缓蚀剂评价，但天然气管道内部高速湿气工况的腐蚀模拟仍极具挑战，多数实验室仍采用旋转圆盘电极(RCE)、反应釜、冲击溅射法等方法或装置进行动态腐蚀模拟或缓蚀剂评价。其中旋转圆盘电极(RCE)通过中低转速和电化学测试的方式表征缓蚀剂效果，难以真实反映管道内高气相流速、高壁面剪切力工况，实验数据与实际情况往往存在差距，仅适用于缓蚀机理研究。冲击溅射法适用于纯液相条件下的强烈冲蚀，模拟全水相工况，但是对于含水率较低且气相流速较高的天然气管道工况，难以用全水相冲蚀模拟实际工况，仅适用于评价模拟高剪切力对缓蚀剂的影响。因此，建立模拟实验环路，更为准确地模拟流动腐蚀工况，是天然气管道高速湿气腐蚀实验和缓蚀剂评价的重要途径。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种模拟天然气管道内腐蚀环境的高速湿气腐蚀环路实验装置，以此来研究天然气管道在低含水率、高气相流速、高壁面剪切力工况下的腐蚀模拟实验和缓蚀剂评价的问题。
该装置包括除氧系统、外接供气系统、气相循环系统、液相加注系统、外接控制系统、加热保温系统、实验测试系统和废液废气处理系统；其中，除氧系统包括高压气瓶A、减压阀、真空泵，外接供气系统包括高压气瓶B、减压阀、缓冲罐，气相循环系统包括循环风机、气体流量计、气液分离塔和各段管路，液相加注系统包括水箱、药箱、柱塞计量水泵A、柱塞计量水泵B、柱塞计量药泵A、柱塞计量药泵B和搅拌器，外接控制系统包括液位计、控制器、电动球阀，加热保温系统包括加热装置A、加热装置B、循环水泵、温度传感器，实验测试系统包括腐蚀探针、腐蚀电化学探头、腐蚀挂片接口装置、透视窗，废液废气处理系统包括废液收集箱、废气收集箱和过滤器放散管系；
高压气瓶A通过管路连接水箱和药箱，连接高压气瓶A的管路上设置减压阀，水箱连接控制器，水箱下部连接柱塞计量水泵A和柱塞计量水泵B，水箱和药箱内设置搅拌器，药箱下部连接柱塞计量药泵A和柱塞计量药泵B，水箱和药箱外部包有加热装置A；气液分离塔通过管路连接废液收集箱，连接废液收集箱的管路上设置电动球阀，连接柱塞计量水泵A、柱塞计量水泵B、柱塞计量药泵A和柱塞计量药泵B的主管路上设置缓冲罐、循环风机、气体流量计和真空泵，缓冲罐连接高压气瓶B，缓冲罐上设置压力变送器，气液分离塔连接液位计，实验管段接在主管路中，实验管段连接循环水泵，实验管段和主管路之间设置止回阀，实验管段和气液分离塔之间设置温度传感器，实验管段外部包有加热装置B，加热装置B与循环水泵相连，实验管段包括腐蚀探针、腐蚀电化学探头、腐蚀挂片接口装置和透视窗，主管路和废气收集箱之间的管路上设置针阀和过滤器放散管系。
该环路实验装置通入高压N2并利用真空泵抽出环路系统内部空气的方式进行除氧。
外接供气系统的高压气瓶B和减压阀进气口之间通过螺纹连接，外接供气系统输出的实验气体，经减压阀控压后通过导气管进入缓冲罐，缓冲罐上装有压力变送器，实验装置压力通过压力变送器进行监测。
循环风机控制气相流速，循环风机与气体流量计相连，实时监测气相流速。
水箱和气液分离塔均与液位计、控制器和电动球阀相连，用于实时监测水位。
柱塞计量水泵A、柱塞计量水泵B分别为0.1～25L/h变频调节和1～800L/h 变频调节；所述柱塞计量药泵A、柱塞计量药泵B分别为0.1～25L/h变频调节和1～800L/h变频调节。
腐蚀电化学探头分别连接饱和汞参比电极、工作电极和辅助电极，将封装好的试样用砂纸打磨光滑，使饱和汞参比电极、工作电极和辅助电极处在同一个平面上，然后通过导线与外接电化学工作站连接，进行电化学测试，外接电化学工作站接通计算机进行数据输出、记录和分析处理。
腐蚀挂片接口装置有3～5个，可用于平行实验，减小实验误差；透视窗为石英玻璃。
该环路实验装置的主体结构材质为316L不锈钢，其中管道部分总长约 12m，管内径为50mm。
实验管道两端与止回阀连接，实验管路设计有耐高压的石英玻璃透明视窗，能够观察流动腐蚀过程。实验管段内湿气温度及管内外壁温度可通过温度传感器进行监测，经气液分离塔分离出气体和液体，其中气体通过环路循环使用，液体则直接排出环路系统，避免回路和风机处于多相流工作状态。所述过滤器放散管系与废气收集箱连接，各段管路均配有针阀。本装置设有废液收集箱和废气收集箱，避免介质中所含缓蚀剂污染环境，以达到环保的效果。
本实用新型的上述技术方案的有益效果如下：
1.可操作性强、使用寿命长、适应性强、切合实际，弥补了传统腐蚀模拟及缓蚀剂评价研究方法无法满足实际工况的缺点。
2.此装置能够模拟天然气管道内部流动介质的流态、流速、压力、温度等条件，最大限度再现低含水率、高气相流速、高壁面剪切力工况腐蚀环境，从而可以获得更为接近实际腐蚀工况的数据，为天然气管道的腐蚀研究和缓蚀剂评价提供硬件条件。
3.本装置可以同时通过电感探针、电化学测试、腐蚀挂片对管线钢的腐蚀行为进行实时监测：通过腐蚀探针实时检测腐蚀速率，反应快、精度高、灵敏度好；电化学测试方便腐蚀机理的研究；通过腐蚀挂片腐蚀一定周期后试样的腐蚀失重情况计算其腐蚀速率，通过试样表面及截面的腐蚀形貌研究管线钢的腐蚀机理等，为天然气管道的腐蚀机理研究和缓蚀剂评价奠定基础。
附图说明
图1为本实用新型的模拟天然气管道内腐蚀环境的高速湿气腐蚀环路实验装置结构示意图。
其中：1-高压气瓶A；2-减压阀；3-废液收集箱；4-真空泵；5-高压气瓶B； 6-缓冲罐；7-压力变送器；8-循环风机；9-气体流量计；10-控制器；11-液位计； 12-电动球阀；13-水箱；14-柱塞计量水泵A；15-柱塞计量水泵B；16-柱塞计量药泵A；17-柱塞计量药泵B；18-药箱；19-加热装置A；20-搅拌器；21-循环水泵；22-止回阀；23-加热装置B；24-腐蚀探针；25-腐蚀电化学探头；26- 腐蚀挂片接口装置；27-透视窗；28-温度传感器；29-气液分离塔；30-针阀； 31-过滤器放散管系；32-废气收集箱。
具体实施方式
为使本实用新型要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本实用新型提供一种模拟天然气管道内腐蚀环境的高速湿气腐蚀环路实验装置。
如图1所示，该装置中高压气瓶A1通过管路连接水箱13和药箱18，连接高压气瓶A1的管路上设置减压阀2，水箱13连接控制器10，水箱13下部连接柱塞计量水泵A14和柱塞计量水泵B15，水箱13和药箱18内设置搅拌器20，药箱18下部连接柱塞计量药泵A16和柱塞计量药泵B17，水箱13和药箱18外部包有加热装置A19；气液分离塔29通过管路连接废液收集箱3，连接废液收集箱3的管路上设置电动球阀12，连接柱塞计量水泵A14、柱塞计量水泵B15、柱塞计量药泵A16和柱塞计量药泵B17的主管路上设置缓冲罐6、循环风机8、气体流量计9和真空泵4，缓冲罐6连接高压气瓶B5，缓冲罐6上设置压力变送器7，气液分离塔29连接液位计11，实验管段接在主管路中，实验管段连接循环水泵21，实验管段和主管路之间设置止回阀22，实验管段和气液分离塔29之间设置温度传感器28，实验管段外部包有加热装置B23，加热装置B23与循环水泵21相连，实验管段包括腐蚀探针24、腐蚀电化学探头25、腐蚀挂片接口装置26和透视窗27，主管路和废气收集箱32 之间的管路上设置针阀30和过滤器放散管系31。
环路用通入高压N2并利用真空泵4抽出环路系统内部空气的方式进行除氧。所述外接供气系统高压气瓶B5和减压阀进气口之间通过螺纹连接，外接供气系统输出的实验气体，经减压阀控压后通过导气管进入缓冲罐6，通过其缓冲后作用而进入系统内，并为整个环路实验提供压力，缓冲罐上装有压力变送器7，系统压力可通过压力变送器进行监测。
循环风机8控制气相流速，其与气体流量计9相连，实时监测气相流速。所述水箱13和气液分离塔29均与液位计11，控制器10和电动球阀12相连，用于实时监测水位。水箱13和药箱18内均配有搅拌器20，以保持溶液与药液的均匀性；水箱和药箱下均与柱塞计量泵连接，含水率和药剂量均可通过柱塞计量泵调节加注量来控制。所述柱塞计量水泵A14、柱塞计量水泵B15分别为0.1～25L/h变频调节和1～800L/h变频调节，以便更加精确地控制含液量；所述柱塞计量药泵A16、柱塞计量药泵B17分别为0.1～25L/h变频调节和 1～800L/h变频调节，可根据实际药剂加注量选择较为合适量程的柱塞计量泵，以提高加药精度。所述加热装置A19置于水箱和药箱外侧，加热装置B23置于实验管段外侧，且与循环水泵21相连，可通入循环水控制温度。
该湿气环路的主体结构材质为316L不锈钢，其中管道部分总长约12m，管内径为50mm。所述腐蚀电化学探头分别连接饱和汞参比电极、工作电极和辅助电极，将封装好的试样用砂纸打磨光滑，使三电极处在同一个平面上，然后通过导线与外接电化学工作站连接，进行电化学测试，外接电化学工作站接通计算机进行数据输出、记录和分析处理。所述实验管路设有3～5个腐蚀挂片接口装置，可用于平行实验，减小实验误差。
实验管道两端与止回阀22连接，实验管路设计有耐高压的石英玻璃透明视窗27，能够观察流动腐蚀过程。实验管段内湿气温度及管内外壁温度可通过温度传感器28进行监测，经气液分离塔29分离出气体和液体，其中气体通过环路循环使用，液体则直接排出环路系统，避免回路和风机处于多相流工作状态。所述过滤器放散管系31与废气收集箱32连接，各段管路均配有针阀 30。本装置设有废液收集箱3和废气收集箱32，避免介质中所含缓蚀剂污染环境，以达到环保的效果。
采用本实用新型对天然气输气管道低含水率、高气相流速、高壁面剪切力湿气工况下的腐蚀模拟和缓蚀剂评价进行实验，其实验过程如下：
步骤1:在应用过程中，先制备好三电极系统试样，将工作电极，饱和汞参比电极，辅助电极用环氧树脂、邻苯二甲酸二丁酯乙二脂、乙二胺按照100:10:7 的比例混合配制而成的环氧封装在夹具中，用水砂纸打磨至800#后用酒精清洗，丙酮除油后吹干备用；
步骤2:将电化学试样装入实验管道顶部试样卡槽内，并在实验段的腐蚀挂片接口装置26装入挂片试样；
步骤3:在环路水箱13中加注足量的模拟溶液，药箱18中加注足量的缓蚀剂，其中水箱外设有控制系统可以观察液位，水箱和药箱内均配有搅拌器20，使溶液和缓蚀剂保持均匀；
步骤4:关闭所有阀门，并持续缓慢通入超纯N2气体除氧24h，再利用真空泵4将环路系统内部空气抽出，再重复“通入N2，抽真空”步骤5次，以保证环路内无氧；
步骤5:打开高压气瓶减压阀5，关闭其他所有阀门，根据实验参数，通入 CO2(或CO2+N2)气体，使系统压力达到预定压力；通过柱塞计量水泵14或 15和柱塞计量药泵16或17分别泵入溶液和缓蚀剂与高压气体充分混合，然后利用循环风机8驱动，通过风机的转速调节气相流速，并通过气体流量计9 实时监测，使湿气通过实验段管道；
步骤6:通过腐蚀探针24实时检测腐蚀速率，反应快、精度高、灵敏度好；腐蚀电化学探头25分别连接饱和汞参比电极、工作电极和辅助电极，将封装好的试样用砂纸打磨光滑，使三电极处在同一个平面上，然后通过导线与外接电化学工作站连接，进行电化学测试，外接电化学工作站接通计算机进行数据输出、记录和分析处理，腐蚀挂片可以通过腐蚀一定周期后试样的腐蚀失重情况计算其腐蚀速率，通过试样表面及截面的腐蚀形貌研究管线钢的腐蚀机理等；
步骤7:实验过程中通过透视窗27观察内部介质流动状态，通过温度传感器28进行监测实验管段内湿气温度及管内外壁温度；
步骤8：经气液分离塔29分离出气体和液体，液体累积到液位计11设定液位，通过控制系统电动球阀12开启自动排液，其中气体通过环路循环使用，而液体则直接排至废液收集箱3中排出环路系统，避免回路和风机处于多相流工作状态；待实验结束可通过过滤器放散管系31排出废气于废气收集箱32 中。
以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (8)
1.一种模拟天然气管道内腐蚀环境的高速湿气腐蚀环路实验装置，其特征在于：包括除氧系统、外接供气系统、气相循环系统、液相加注系统、外接控制系统、加热保温系统、实验测试系统和废液废气处理系统；其中，除氧系统包括高压气瓶A(1)、减压阀(2)、真空泵(4)，外接供气系统包括高压气瓶B(5)、减压阀、缓冲罐(6)，气相循环系统包括循环风机(8)、气体流量计(9)、气液分离塔(29)和各段管路，液相加注系统包括水箱(13)、药箱(18)、柱塞计量水泵A(14)、柱塞计量水泵B(15)、柱塞计量药泵A(16)、柱塞计量药泵B(17)和搅拌器(20)，外接控制系统包括液位计(11)、控制器(10)、电动球阀(12)，加热保温系统包括加热装置A(19)、加热装置B(23)、循环水泵(21)、温度传感器(28)，实验测试系统包括腐蚀探针(24)、腐蚀电化学探头(25)、腐蚀挂片接口装置(26)、透视窗(27)，废液废气处理系统包括废液收集箱(3)、废气收集箱(32)和过滤器放散管系(31)；
高压气瓶A(1)通过管路连接水箱(13)和药箱(18)，连接高压气瓶A(1)的管路上设置减压阀(2)，水箱(13)连接控制器(10)，水箱(13)下部连接柱塞计量水泵A(14)和柱塞计量水泵B(15)，水箱(13)和药箱(18)内设置搅拌器(20)，药箱(18)下部连接柱塞计量药泵A(16)和柱塞计量药泵B(17)，水箱(13)和药箱(18)外部包有加热装置A(19)；气液分离塔(29)通过管路连接废液收集箱(3)，连接废液收集箱(3)的管路上设置电动球阀(12)，连接柱塞计量水泵A(14)、柱塞计量水泵B(15)、柱塞计量药泵A(16)和柱塞计量药泵B(17)的主管路上设置缓冲罐(6)、循环风机(8)、气体流量计(9)和真空泵(4)，缓冲罐(6)连接高压气瓶B(5)，缓冲罐(6)上设置压力变送器(7)，气液分离塔(29)连接液位计(11)，实验管段接在主管路中，实验管段连接循环水泵(21)，实验管段和主管路之间设置止回阀(22)，实验管段和气液分离塔(29)之间设置温度传感器(28)，实验管段外部包有加热装置B(23)，加热装置B(23)与循环水泵(21)相连，实验管段包括腐蚀探针(24)、腐蚀电化学探头(25)、腐蚀挂片接口装置(26)和透视窗(27)，主管路和废气收集箱(32)之间的管路上设置针阀(30) 和过滤器放散管系(31)。
2.根据权利要求1所述的模拟天然气管道内腐蚀环境的高速湿气腐蚀环路实验装置，其特征在于：该环路实验装置通入高压N2并利用真空泵(4)抽出环路系统内部空气的方式进行除氧。
3.根据权利要求1所述的模拟天然气管道内腐蚀环境的高速湿气腐蚀环路实验装置，其特征在于：所述外接供气系统的高压气瓶B(5)和减压阀进气口之间通过螺纹连接，外接供气系统输出的实验气体，经减压阀控压后通过导气管进入缓冲罐(6)，缓冲罐(6)上装有压力变送器(7)，实验装置压力通过压力变送器(7)进行监测。
4.根据权利要求1所述的模拟天然气管道内腐蚀环境的高速湿气腐蚀环路实验装置，其特征在于：所述循环风机(8)控制气相流速，循环风机(8)与气体流量计(9)相连，实时监测气相流速。
5.根据权利要求1所述的模拟天然气管道内腐蚀环境的高速湿气腐蚀环路实验装置，其特征在于：所述水箱(13)和气液分离塔(29)均与液位计(11)、控制器(10)和电动球阀(12)相连，用于实时监测水位。
6.根据权利要求1所述的模拟天然气管道内腐蚀环境的高速湿气腐蚀环路实验装置，其特征在于：所述柱塞计量水泵A(14)、柱塞计量水泵B(15)分别为0.1～25L/h变频调节和1～800L/h变频调节；所述柱塞计量药泵A(16)、柱塞计量药泵B(17)分别为0.1～25L/h变频调节和1～800L/h变频调节。
7.根据权利要求1所述的模拟天然气管道内腐蚀环境的高速湿气腐蚀环路实验装置，其特征在于：所述腐蚀电化学探头(25)分别连接饱和汞参比电极、工作电极和辅助电极，将封装好的试样用砂纸打磨光滑，使饱和汞参比电极、工作电极和辅助电极处在同一个平面上，然后通过导线与外接电化学工作站连接，进行电化学测试，外接电化学工作站接通计算机进行数据输出、记录和分析处理。
8.根据权利要求1所述的模拟天然气管道内腐蚀环境的高速湿气腐蚀环路实验装置，其特征在于：所述腐蚀挂片接口装置(26)有3～5个，透视窗(27)为石英玻璃。
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| CN109668824A (zh) * | 2019-01-22 | 2019-04-23 | 北京科技大学 | 模拟天然气管道内腐蚀环境的高速湿气腐蚀环路实验装置 |
| CN111504893A (zh) * | 2020-05-19 | 2020-08-07 | 北京科技大学 | 一种低含水率、超临界或密相二氧化碳腐蚀模拟的装置及其使用方法和应用 |
| CN111624153A (zh) * | 2020-07-09 | 2020-09-04 | 西南石油大学 | 一种山地湿气管道气液两相流腐蚀试验装置 |
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| CN111624153A (zh) * | 2020-07-09 | 2020-09-04 | 西南石油大学 | 一种山地湿气管道气液两相流腐蚀试验装置 |
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