專利名稱：一種模擬天然氣氣相沖刷腐蝕的回路試驗(yàn)裝置的制作方法
一種模擬天然氣氣相沖刷腐蝕的回路試驗(yàn)裝置技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于模擬實(shí)驗(yàn)裝置技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供了一種模擬天然氣氣相沖刷腐蝕的回路試驗(yàn)裝置。適用于對實(shí)際運(yùn)行過程中天然氣集輸管線的介質(zhì)組分、濕度和流速等條件進(jìn)行模擬，尤其適用于模擬天然氣管內(nèi)高速流的含有微量水分和腐蝕介質(zhì)的氣體流動(dòng)所導(dǎo)致的沖刷腐蝕情況并進(jìn)行電化學(xué)和腐蝕行為測試，可用來研究天然氣管內(nèi)環(huán)境下沖刷腐蝕行為規(guī)律及其主要影響因素。
背景技術(shù)：
天然氣輸送管道、特別是集輸管道的輸送介質(zhì)中均含有不同程度的C02、H2S, H2O, 在流速的作用下這些物質(zhì)能夠?qū)鼙谟绕涫菑濐^、三通、變徑等部位產(chǎn)生沖刷腐蝕，造成天然氣管道局部快速腐蝕減薄，導(dǎo)致管道泄漏或爆裂等嚴(yán)重失效事故。近年來為了減緩天然氣沖刷腐蝕的危害，工業(yè)中普遍采用了輸送前對天然氣進(jìn)行脫水預(yù)處理、添加緩蝕劑、升級材質(zhì)和清管作業(yè)等防腐工藝，使得輸送介質(zhì)的腐蝕性大大降低。但在實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中，普遍存在脫水不充分或添加緩蝕劑不足量的情況，導(dǎo)致管內(nèi)實(shí)際腐蝕情況依然偏重。同時(shí)，為增加天然氣的輸送效率，管道內(nèi)輸送壓力和氣體流速大大提高，導(dǎo)致氣相沖刷腐蝕風(fēng)險(xiǎn)大幅提高。在高流速氣相作用下，充分脫水、添加足量緩蝕劑或升級材質(zhì)后仍會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的沖刷腐蝕問題，而防腐工藝不完善的管道中尤為嚴(yán)重。但是，目前對于這些情況缺乏專業(yè)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備以進(jìn)行針對性的分析研究和防腐蝕工藝的開發(fā)。現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室模擬沖刷腐蝕的回路裝置多為液相沖刷回路，無法模擬天然氣管內(nèi)高速流的含有微量水分和腐蝕介質(zhì)的氣體流動(dòng)所導(dǎo)致的沖刷腐蝕情況并進(jìn)行電化學(xué)和腐蝕行為測試，素限制了對天然氣管內(nèi)氣氛下沖刷腐蝕現(xiàn)象的機(jī)理、規(guī)律研究，也不能有效的評價(jià)材料的耐沖刷腐蝕性能。因此，及時(shí)開發(fā)能模擬實(shí)際高壓高流速氣相沖刷腐蝕試驗(yàn)裝置極具必要性和迫切性。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于為研究管道輸送天然氣體引起的沖刷腐蝕規(guī)律、機(jī)理和評定材料的抗沖刷腐蝕性能，提供一套實(shí)驗(yàn)裝置，以方便的模擬天然氣管內(nèi)氣氛下高流速的氣體對管壁所引起的沖刷腐蝕現(xiàn)象。
本發(fā)明的裝置包括控制系統(tǒng)、試驗(yàn)系統(tǒng)和回收系統(tǒng)三部分；其中，控制系統(tǒng)包括高壓氣瓶、高壓釜、高壓流量計(jì)、調(diào)節(jié)閥、止回閥、電加熱器、濕度探頭、壓力探頭和管路；試驗(yàn)系統(tǒng)包括高壓釜、三電極系統(tǒng)，旋轉(zhuǎn)工作臺、試樣夾具、壓力探頭?；厥障到y(tǒng)包括回收池、 調(diào)節(jié)閥、高壓流量計(jì)和壓力探頭。
具體結(jié)構(gòu)包括控制系統(tǒng)、試驗(yàn)系統(tǒng)和回收系統(tǒng)三部分；其中，控制系統(tǒng)包括高壓氣瓶一、高壓氣瓶二、高壓氣瓶三，高壓釜一、高壓釜二，高壓流量計(jì)一、高壓流量計(jì)二、高壓流量計(jì)三、高壓流量計(jì)四、高壓流量計(jì)五，調(diào)節(jié)閥一、調(diào)節(jié)閥二、調(diào)節(jié)閥三、調(diào)節(jié)閥四、調(diào)節(jié)閥五、調(diào)節(jié)閥六，止回閥一、止回閥二、止回閥三，電加熱，濕度探頭，壓力探頭一、壓力探頭二和管路；試驗(yàn)系統(tǒng)包括高壓釜三、調(diào)節(jié)螺桿，齒輪，噴嘴，試樣，輔助電極，工作電極銅棒，Ag/AgCl參比電極，旋轉(zhuǎn)樣品臺，試樣夾具；回收系統(tǒng)包括回收池，調(diào)節(jié)閥七，高壓流量計(jì)六和壓力探頭三。
控制系統(tǒng)中高壓氣瓶一、高壓氣瓶二、高壓氣瓶三的各導(dǎo)氣管、高壓爸一的出氣管以及高壓釜二的進(jìn)氣管交聯(lián)處通過螺紋進(jìn)行連接；在高壓氣瓶一、高壓氣瓶二、高壓氣瓶三的導(dǎo)氣管上分別連接調(diào)節(jié)閥一、調(diào)節(jié)閥二、調(diào)節(jié)閥三及高壓流量計(jì)一、高壓流量計(jì)二、高壓流量計(jì)三和止回閥一、止回閥二、止回閥三；高壓釜一、高壓釜二的上蓋通過螺栓與高壓釜體進(jìn)行連接，并利用氟橡膠密封圈密封，高壓釜一的出氣管和高壓釜二的進(jìn)、出氣管分別與釜體的上蓋用螺栓進(jìn)行連接，中間放置密封墊片；電加熱器和壓力探頭二接高壓釜一的上蓋，高壓釜一的出氣管上連接調(diào)節(jié)閥四和高壓流量計(jì)四。高壓釜二的進(jìn)氣管上連接調(diào)節(jié)閥五；濕度探頭和壓力探頭一接高壓釜二的上蓋，出氣管上連接調(diào)節(jié)閥六和高壓流量計(jì)五。
試驗(yàn)系統(tǒng)中三電極系統(tǒng)由輔助電極，工作電極銅棒、高溫高壓Ag/AgCl參比電極和信號傳導(dǎo)通路構(gòu)成。輔助電極和高溫高壓Ag/AgCl參比電極與高壓釜上蓋利用 螺紋連接。試樣放置在旋轉(zhuǎn)樣品臺的夾具托盤上，旋轉(zhuǎn)樣品臺的調(diào)節(jié)螺桿與高壓釜的左側(cè)經(jīng)螺栓相連，并用密封墊片保證氣密性。為保證釜體的高壓承受力，高壓釜左側(cè)壁厚要高于其他部位。高壓釜三的進(jìn)氣管中通出的氣體由噴嘴噴射在試樣表面。
控制系統(tǒng)中高壓氣瓶一、高壓氣瓶二、高壓氣瓶三的各導(dǎo)氣管、高壓爸一的出氣管以及高壓釜二的進(jìn)氣管交聯(lián)處通過螺紋進(jìn)行連接，組成配氣管路。在高壓氣瓶一、高壓氣瓶二、高壓氣瓶三的導(dǎo)氣管上連接調(diào)節(jié)閥一、調(diào)節(jié)閥二、調(diào)節(jié)閥三及高壓流量計(jì)一、高壓流量計(jì)二、高壓流量計(jì)三和止回閥一、止回閥二、止回閥三，用來控制H2S、CO2、N2三種氣體的通入比例和速率。高壓釜一、高壓釜二的上蓋通過螺栓與高壓釜體進(jìn)行連接，并利用氟橡膠密封圈密封，高壓釜一的出氣管和高壓釜二的進(jìn)、出氣管分別與釜體的上蓋用螺栓進(jìn)行連接，中間放置密封墊片進(jìn)行密封，保證氣密性。電加熱器和壓力探頭二接高壓釜一的上蓋，通過加熱產(chǎn)生使釜體內(nèi)產(chǎn)生蒸汽，高壓釜一的出氣管上連接調(diào)節(jié)閥四和高壓流量計(jì)四，用來控制通入高壓釜二中的蒸汽量。高壓釜二的進(jìn)氣管上連接調(diào)節(jié)閥五用來控制氣路方向。壓力探頭和濕度探頭接高壓釜二的上蓋，用來測量釜內(nèi)的濕度和壓力，出氣管上連接調(diào)節(jié)閥六和高壓流量計(jì)三，用來控制流出氣體的流量。
回收裝置部分高壓釜三的出氣管通入回收池中防止對環(huán)境產(chǎn)生污染，高壓釜三的出氣管上連接調(diào)節(jié)閥七和高壓流量計(jì)，回收池中接有壓力探頭三，用來調(diào)節(jié)回收池中的壓力。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于1.可通過氣體回路使噴出達(dá)試樣表面的氣體產(chǎn)生(T30m/s的流速，改變了以往沖刷回路低流速的缺陷，能夠模擬實(shí)際天然氣管道運(yùn)行過程中氣體的沖刷作用；2.能夠?qū)崿F(xiàn)對濕度和氣氛的控制，可以進(jìn)行不同濃度H2SXO2濕氣條件下的模擬測試， 濕度范圍可在309^100%范圍內(nèi)變化，能夠最大限度的模擬實(shí)際天然氣管線的運(yùn)行條件；3.能夠進(jìn)行原位電化學(xué)測試，克服了不能在氣體沖刷回路中實(shí)現(xiàn)原位電化學(xué)測試的困難，可結(jié)合電化學(xué)方法來研究沖刷腐蝕的規(guī)律和主要影響因素。
4.能夠通過旋轉(zhuǎn)樣品臺實(shí)現(xiàn)試樣沖蝕角度的180°旋轉(zhuǎn)，可以模擬實(shí)際天然氣管路中管壁、三通、彎頭和變徑等處的沖刷腐蝕情況。


圖I是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，H2S高壓氣瓶1，CO2高壓氣瓶2，N2高壓氣瓶 3，調(diào)節(jié)閥 4、7、10、13、15、16、37，高壓流量計(jì) 5、8、11、14、17、35，止回閥 6、9、12，高壓釜 23、 24、34，水20，電加熱器21，濕度探頭18，壓力探頭19、22、36，調(diào)節(jié)螺桿25，齒輪26，噴嘴27， 試樣28，輔助電極29，工作電極銅棒30，Ag/AgCl參比電極31，旋轉(zhuǎn)樣品臺32，試樣夾具33， 回收池38。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
如圖I所示，試驗(yàn)時(shí)，將試樣放入高壓釜34內(nèi)，調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)試樣臺使試樣和噴嘴成需要的角度。試驗(yàn)開始前確保所有的閥門處于關(guān)閉狀態(tài)，打開高壓氣瓶1、2、3的氣閥和調(diào)節(jié)閥4、7、10、15，并通過4、7、10來調(diào)節(jié)通入高壓釜24中的H2S, CO2, N2三種氣體比例和流量， 當(dāng)壓力探頭測試值達(dá)到一定壓力之后，關(guān)閉高壓氣瓶I和2，關(guān)閉調(diào)節(jié)閥15打開調(diào)節(jié)閥13， 將N2通入高壓釜23中，打開電加熱器21，當(dāng)溫度和壓力達(dá)到一定值時(shí)關(guān)閉高壓氣瓶2的閥門，打開調(diào)節(jié)閥15時(shí)高壓釜23中產(chǎn)生的蒸汽通入到高壓釜24中，當(dāng)高壓釜24中的壓力和濕度達(dá)到所需要的條件時(shí)關(guān)閉調(diào)節(jié)閥13和14，打開調(diào)節(jié)閥16，使氣體以一定的速度噴射到試樣表面，三電極系統(tǒng)外接電化學(xué)工作站可以進(jìn)行電化學(xué)測試。測試過程中打開調(diào)節(jié)閥37， 使尾氣排入到回收池中。該實(shí)驗(yàn)裝置可以有效的對天然氣管內(nèi)高流速濕氣沖刷腐蝕現(xiàn)象進(jìn)行模擬。
上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行了描述，但并非對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明技術(shù)方案基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種模擬天然氣氣相沖刷腐蝕的回路試驗(yàn)裝置，其特征在于包括控制系統(tǒng)、試驗(yàn)系統(tǒng)和回收系統(tǒng)三部分；其中，控制系統(tǒng)包括高壓氣瓶一(I)、高壓氣瓶二(2)、高壓氣瓶三(3)，高壓釜一(23)、高壓釜二(24)，高壓流量計(jì)一(5)、高壓流量計(jì)二(8)、高壓流量計(jì)三(11)、高壓流量計(jì)四(14)、高壓流量計(jì)五(17)，調(diào)節(jié)閥一(4)、調(diào)節(jié)閥二(7)、調(diào)節(jié)閥三(10)、調(diào)節(jié)閥四(13)、調(diào)節(jié)閥五(15)、調(diào)節(jié)閥六(16)，止回閥一(6)、止回閥二(9)、止回閥三(12)，電加熱器(21)，濕度探頭(18)，壓力探頭一(19)、壓力探頭二(22)和管路；試驗(yàn)系統(tǒng)包括高壓釜三(34)、調(diào)節(jié)螺桿(25)，齒輪(26)，噴嘴(27)，試樣(28)，輔助電極(29)，工作電極銅棒(30)，Ag/AgCl參比電極(31)，旋轉(zhuǎn)樣品臺(32)，試樣夾具(33);回收系統(tǒng)包括回收池(38)，調(diào)節(jié)閥七(37)，高壓流量計(jì)六(35)和壓力探頭三(36); 控制系統(tǒng)中高壓氣瓶一(I)、高壓氣瓶二(2)、高壓氣瓶三(3)的各導(dǎo)氣管、高壓釜一(23)的出氣管以及高壓釜二(24)的進(jìn)氣管交聯(lián)處通過螺紋進(jìn)行連接；在高壓氣瓶一(I)、高壓氣瓶二(2)、高壓氣瓶三(3)的導(dǎo)氣管上分別連接調(diào)節(jié)閥一(4)、調(diào)節(jié)閥二(7)、調(diào)節(jié)閥三(10)及高壓流量計(jì)一(5)、高壓流量計(jì)二(8)、高壓流量計(jì)三(11)和止回閥一(6)、止回閥二(9)、止回閥三(12);高壓釜一(23)、高壓釜二(24)的上蓋通過螺栓與高壓釜體進(jìn)行連接，并利用氟橡膠密封圈密封，高壓釜一(23)的出氣管和高壓釜二(24)的進(jìn)、出氣管分別與釜體的上蓋用螺栓進(jìn)行連接，中間放置密封墊片；電加熱器(21)和壓力探頭二(22)接高壓釜一(23)的上蓋，高壓釜一(23)的出氣管上連接調(diào)節(jié)閥四(13)和高壓流量計(jì)四(14)；高壓釜二(24)的進(jìn)氣管上連接調(diào)節(jié)閥五(15);濕度探頭(18)和壓力探頭一(19)接高壓釜二(24)的上蓋，出氣管上連接調(diào)節(jié)閥六(16)和高壓流量計(jì)五(17);高壓釜三(34)的進(jìn)氣管頂端連接上噴嘴(27)。
2.如權(quán)利要求I所述的模擬天然氣氣相沖刷腐蝕的回路試驗(yàn)裝置，其特征在于控制系統(tǒng)中通過高壓氣瓶一(I)、高壓氣瓶二(2)、高壓氣瓶三(3)的調(diào)節(jié)閥一(4)、調(diào)節(jié)閥二(7)、調(diào)節(jié)閥三(10)、調(diào)節(jié)閥五(15)調(diào)節(jié)通入高壓釜二(24)中的H2S、CO2, N2三種氣體比例和流量，通過壓力探頭一(19)測試高壓釜(24)中的壓力，通過調(diào)節(jié)閥四(13)和調(diào)節(jié)閥五(15)改變氣路方向，電加熱器(22)加熱到一定溫度使高壓釜一(23)中產(chǎn)生蒸汽，通過氣路中的調(diào)節(jié)閥及高壓釜二(24)中的壓力探頭一(19)和濕度探頭(18)達(dá)到所需條件；試驗(yàn)系統(tǒng)中通過調(diào)節(jié)螺桿調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)樣品臺使試樣和氣體噴射角度在0°到180°之間變化。
3.如權(quán)利要求I所述的模擬天然氣氣相沖刷腐蝕的回路試驗(yàn)裝置，其特征在于試驗(yàn)系統(tǒng)中輔助電極(29)，工作電極銅棒(30)、高溫高壓Ag/AgCl參比電極(31)通過螺紋連接至高壓釜三(34)的上蓋；試樣(28)放置在旋轉(zhuǎn)樣品臺(32)的夾具托盤(33)上，旋轉(zhuǎn)樣品臺的調(diào)節(jié)螺桿(25)與高壓釜三的左側(cè)經(jīng)螺栓(26)相連，中間放置密封墊片，高壓釜三左側(cè)壁厚要高于其他部位；輔助電極和高溫高壓Ag/AgCl參比電極與高壓釜上蓋利用螺紋連接，高壓釜三的進(jìn)氣管中通出的氣體由噴嘴噴射在試樣表面。
4.如權(quán)利要求I所述的模擬天然氣氣相沖刷腐蝕的回路試驗(yàn)裝置，其特征在于；回收系統(tǒng)中高壓釜三(34)的出氣管通入回收池(38)中，高壓釜三(34)的出氣管上連接調(diào)節(jié)閥七(37)和高壓流量計(jì)六(35)，回收池中接有壓力探頭三(36)，用來調(diào)節(jié)回收池中的壓力。
全文摘要
一種模擬天然氣氣相沖刷腐蝕的回路試驗(yàn)裝置，屬于模擬實(shí)驗(yàn)裝置技術(shù)領(lǐng)域。適用于對實(shí)際運(yùn)行過程中天然氣集輸管線的介質(zhì)組分、濕度和流速等條件進(jìn)行模擬，尤其適用于模擬天然氣管內(nèi)高速流的含有微量水分和腐蝕介質(zhì)的氣體流動(dòng)所導(dǎo)致的沖刷腐蝕情況并進(jìn)行電化學(xué)和腐蝕行為測試。該裝置由控制系統(tǒng)、試驗(yàn)系統(tǒng)和回收系統(tǒng)三部分構(gòu)成，其中，控制系統(tǒng)包括高壓氣瓶、高壓釜、高壓流量計(jì)、調(diào)節(jié)閥、止回閥、電加熱器、濕度探頭、壓力探頭和管路；試驗(yàn)系統(tǒng)包括高壓釜、三電極系統(tǒng)，旋轉(zhuǎn)工作臺、試樣夾具、壓力探頭；回收系統(tǒng)包括回收池、調(diào)節(jié)閥、高壓流量計(jì)和壓力探頭。該裝置可以很好的模擬天然氣管內(nèi)環(huán)境下高流速濕氣對管壁、彎頭、三通和變徑等部位的沖刷腐蝕情況，以及測試電化學(xué)信號，對天然氣管內(nèi)環(huán)境下沖刷腐蝕行為規(guī)律及其主要影響因素的研究有重要的意義。
文檔編號G01N17/02GK102980823SQ201210572629
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月25日
發(fā)明者劉智勇, 邢云穎, 杜翠薇, 李曉剛 申請人:北京科技大學(xué)