(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201610536457.3
(22)申请日 2016.07.08
(71)申请人 西南石油大学
地址 610500 四川省成都市新都区新都大
道8号
(72)发明人 曾德智 张恩搏 喻智明 董宝军
施太和 张智 侯铎 钟显康
张乃艳
(74)专利代理机构 成都正华专利代理事务所
(普通合伙) 51229
代理人 李林合 李蕊
(51)Int.Cl.
G01N 17/02(2006.01)
(54)发明名称
(57)摘要
本发明公开了一种高温高压多相流动态可
视化环路腐蚀测试装置及方法，包括介质驱替单
元、进气阀、循环回路、驱动泵、1#端盖、2#端盖、
排气阀、H 2S吸收装置；所述实验参数测量单元、
腐蚀测试单元、1#端盖、2#端盖、排气阀、H 2S吸收
装置安装在循环回路上，介质驱替单元通过驱动
泵连接循环回路。本发明能真实模拟高温高压环
境下的亚临界、超临界流体，能对剪切力进行测
量，可定量分析多相流腐蚀介质对缓蚀剂膜、腐
蚀产物膜的冲刷破坏作用，能在线完成管线腐蚀
效果的测试并记录结果。权利要求书2页 说明书7页 附图2页CN 106248570 A 2016.12.21
C N 106248570
A
1.一种高温高压多相流动态可视化环路腐蚀测试装置，其特征在于，包括介质驱替单元、实验参数测量单元、可视化单元、腐蚀测试单元、进气阀、循环回路、驱动泵、1#端盖、2#端盖、排气阀、H2S吸收装置；
所述介质驱替单元由1#阀门、2#阀门、3#阀门、4#阀门、5#阀门、6#阀门、7#阀门、增压泵、1#高温高压釜体，气瓶组构成，所述1#高温高压釜体由1#高温高压釜盖、1#压力传感器、磁耦合搅拌器、1#温度传感器构成，所述气瓶组由H2S储气瓶、CO2储气瓶和N2储气瓶构成；H2S储气瓶连接1#阀门，CO2储气瓶连接2#阀门，N2储气瓶连接3#阀门，1#阀门、2#阀门、3#阀门后端并联到同一管线中，管线前方依次设置增压泵、4#阀门、5#阀门、1#高温高压釜体、7#阀门；1#高温高压釜体与7#阀门之间的管线设置一根支线，支线上设置6#阀门，4#阀门与5#阀门之间设置另一根支线，两根支线并联后与进气阀连接；
所述循环回路为U型结构管道，管道从上到下依次设有驱动泵、腐蚀测试单元、可视化单元、实验参数测量单元，两头分别设有1#端盖和2#端盖，2#端盖与实验参数测量单元之间管道侧面设有排气阀、排气阀另一端连接H2S吸收装置；循环回路通过安装于驱动泵和1#端盖之间管道侧面的进气阀和介质驱替单元连接；
所述实验参数测量单元由气相剪切力传感器、液相剪切力传感器、电磁流量计、2#压力传感器构成，气相剪切力传感器置于循环回路管道一侧的顶部，液相剪切力传感器置于循环回路管道一侧的底部；
所述可视化单元由2#高温高压釜体、2#高温高压釜盖、高倍电子显微镜、粒子追踪测速仪、2#温度传感器、蓝宝石可视窗口构成；
所述腐蚀测试单元由电化学信号检测装置、腐蚀试片测试装置构成；所述腐蚀试片测试装置由1#管壁、1#弧形试片、2#弧形试片、3#弧形试片、4#弧形试片、1#试片夹具、2#试片夹具、1#试片夹具压盖、2#试片夹具压盖、沉头螺栓、垫片、1#O型密封圈、绝缘隔片、2#O型密封圈构成；1#弧形试片与绝缘隔片安装在1#试片夹具中部；2#弧形试片、3#弧形试片、4#弧形试片均匀安装在2#试片夹具上；1#试片夹具和2#试片夹具通过1#试片夹具压盖和2#试片夹具压盖固定在1#管壁上，并通过设置1#O型密封圈实现密封；1#试片夹具压盖和2#试片夹具压盖通过沉头螺栓连接到1#管壁上、在沉头螺栓上设置垫片防止损坏1#试片夹具压盖和2#试片夹具压盖； 所述电化学信号检测装置由2#管壁、1#压盖、2#压盖、电感电阻探针、参比电极、工作电极、对电极、沉头螺栓、垫片、3#O型密封圈、4#O型密封圈构成；1#压盖中部安装有电感电阻探针，并设置3#O型密封圈实现密封；2#压盖中部从左到右并排安装参比电极、工作电极、对电极，并设置3#O型密封圈实现密封；1#压盖和2#压盖均通过沉头螺栓与2#管壁连接固定，并在沉头螺栓上设置垫片和4#O型密封圈；工作电极探针与3#弧形试片采用相同材质。
2.根据权利要求1所述的一种高温高压多相流动态可视化环路腐蚀测试装置，其特征在于，所述介质驱替单元、实验参数测量单元、可视化单元、腐蚀测试单元、进气阀、循环回路、驱动泵、1#端盖、2#端盖、排气阀均采用耐腐蚀的哈氏合金材料制造，气密封工作压力范围为0～70MPa，工作温度范围为0～200℃。
3.根据权利要求1所述的一种高温高压多相流动态可视化环路腐蚀测试装置，其特征在于，所述高倍电子显微镜、粒子追踪测速仪、实验参数测量单元、电化学信号检测装置通过接线连接计算机，同步采集和记录测试数据。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的一种高温高压多相流动态可视化环路腐蚀测试装置，其特征在于，本发明还提供一种高温高压多相流动态可视化环路腐蚀测试装置的使用方法，其操作步骤如下：
步骤1：安装1#弧形试片、2#弧形试片、3#弧形试片、4#弧形试片到腐蚀试片测试装置，电感电阻探针、参比电极、工作电极和对电极到电化学信号检测装置后，连接安装好介质驱替单元和循环回路上的各元件，并进行调试；
步骤2：打开3#阀门，对高温高压多相流动态可视化环路腐蚀测试装置进行通N2排空气，依次通过增压泵、4#阀门、5#阀门、1#高温高压釜体、6#阀门、7#阀门、进气阀、循环回路、排气阀，以此排出整个高温高压多相流动态可视化环路腐蚀测试装置内的空气，排气时间1h，然后关闭3#阀门；
步骤3：向2#高温高压釜体内注入液相腐蚀介质；
步骤4：启动计算机，打开实验参数测量单元，关闭7#阀门、排气阀，完成循环回路试压；
步骤5：向1#高温高压釜体加入实验所需硫颗粒，将1#高温高压釜体升温至实验温度，打开1#阀门，启动增压泵，打开4#阀门、5#阀门，将H2S注入1#高温高压釜体并升压至实验压力，打开磁耦合搅拌器，完成高含硫介质的准备；
步骤6：将循环回路、2#高温高压釜体升温至腐蚀测试温度；
步骤7：打开1#阀门，启动增压泵，打开4#阀门、5#阀门，打开6#阀门、进气阀，将H2S注入循环回路，2#压力传感器监测循环回路内H2S分压达到实验压力后停止注入，并关闭1#阀门；
步骤8：打开2#阀门，启动增压泵，打开4#阀门、进气阀，将CO2注入循环回路，2#压力传感器监测循环回路内CO2分压达到实验压力后停止注入；
步骤9：打开3#阀门，启动增压泵，打开4#阀门、进气阀，将N2注入循环回路，2#压力传感器监测循环回路内总压力值达到实验压力后停止注入；
步骤10：启动高倍电子显微镜，启动腐蚀测试单元；高倍电子显微镜用于配合蓝宝石可视窗口观察含硫酸性介质在不同温度、压力、流速条件下硫颗粒的溶解与析出，并记录瞬时图像；
步骤11：打开驱动泵并调整转速达到实验目标值，实现环路内介质的循环，在步骤4中已打开实验参数测量单元，步骤9已打开腐蚀测试单元，实验参数测量单元和腐蚀测试单元开始进行数据测量，并将数据进行记录和传输。
步骤12：实验结束后，关闭测量单元，关闭可视化单元，关闭腐蚀测试单元、关闭驱动泵以及关闭计算机，开启排气阀、3#阀门、4#阀门、进气阀，向循环回路内注入N2，向H2S吸收装置内排出酸性气体介质；
步骤13：取出1#弧形试片、2#弧形试片、3#弧形试片、4#弧形试片，清洗、干燥并称重，记录试片重量；
步骤14：整理、处理实验参数测量单元、腐蚀测试单元所得数据。
一种高温高压多相流动态可视化环路腐蚀测试装置及方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种高温高压多相流动态可视化环路腐蚀测试装置及方法，属于石油化工防腐技术领域。
背景技术
[0002]随着我国油气田的不断开发，越来越多的高含硫气藏相继在国内被发现。高含硫天然气与常规天然气的最大不同在于硫化氢气体的存在。高含硫气体在开发过程中，随着气体压力、温度、流速的变化，气体中会析出单质硫，当单质硫不断聚集变大，以至于无法被气体携带走，就会产生硫沉积现象。地面管线运行过程中，输送介质的不同组分和相态对地面管线与设施存在着不同程度的冲刷与腐蚀作用，这还与输送介质的多相态体系、异变流场和流通环境密切相关。
[0003]多相流酸性腐蚀介质在不同生产工况下对设备的冲刷破坏效果差异很大，这一类评价方法在学术与工程上具有重要的价值，国内外的学者对这一领域进行了一些研究并缺德了一定成果，如申请号为201410493957.4的《多相介质高温高压腐蚀速率测试装置》，申请号为201410160848.0的《一种动态循环腐蚀速率测试装置及测试方法》，申请号为201310312097.5的《多组介质动态腐蚀测试装置及其测试方法》，申请号为201310116589.7的《一种多相流冲刷局部腐蚀测试装置》，但是上述实验设备和实验方法依然存在有待改进的缺陷，其评价结果与工程实际结果存在较大差异。
[0004]当前，常用的腐蚀测试装置存在以下不足：
[0005](1)主要采用反应釜内搅拌的方式来模拟流动介质对试片的腐蚀作用，不能真实反映管道内多相流介质的复杂流动情况与冲刷效果；
[0006](2)不能真实模拟亚临界、超临界流体对试片的冲刷破坏效果；
[0007](3)缺乏可视化装置，对硫颗粒析出方式、析出条件和析出形态鲜有细致研究；[0008](4)缺乏剪切力测量装置，不能定量分析多相流腐蚀介质对缓蚀剂膜、腐蚀产物膜的冲刷破坏作用。
[0009](5)缺乏在线腐蚀检测手段，不能在线监测试片表面腐蚀发生和腐蚀过程；[0010](6)缺乏实验数据实时记录手段，不能实时收集相关实验数据并处理。
发明内容
[0011]针对上述问题，本发明的目的在于提供一种在线检测多相流介质在高温高压流动条件下对管线腐蚀效果的可视化装置，它能真实模拟高温高压环境下的亚临界、超临界流体，能对剪切力进行测量，可定量分析多相流腐蚀介质对缓蚀剂膜、腐蚀产物膜的冲刷破坏作用，在线完成管线腐蚀效果的测试并记录结果。
[0012]为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
[0013]一种高温高压多相流动态可视化环路腐蚀测试装置，包括介质驱替单元、实验参数测量单元、可视化单元、腐蚀测试单元、进气阀、循环回路、驱动泵、1#端盖、2#端盖、排气
阀、H2S吸收装置；
[0014]所述介质驱替单元由1#阀门、2#阀门、3#阀门、4#阀门、5#阀门、6#阀门、7#阀门、增压泵、1#高温高压釜体，气瓶组构成，所述1#高温高压釜体由1#高温高压釜盖、1#压力传感器、磁耦合搅拌器、1#温度传感器构成，所述气瓶组由H2S储气瓶、CO2储气瓶和N2储气瓶构成；H2S储气瓶连接1#阀门，CO2储气瓶连接2#阀门，N2储气瓶连接3#阀门，1#阀门、2#阀门、3#阀门后端并联到同一管线中，管线前方依次设置增压泵、4#阀门、5#阀门、1#高温高压釜体、7#阀门；1#高温高压釜体与7#阀门之间的管线设置一根支线，支线上设置6#阀门，4#阀门与5#阀门之间设置另一根支线，两根支线并联后与进气阀连接；
[0015]所述循环回路为U型结构管道，管道从上到下依次设有驱动泵、腐蚀测试单元、可视化单元、实验参数测量单元，两头分别设有1#端盖和2#端盖，2#端盖与实验参数测量单元之间管道侧面设有排气阀、排气阀另一端连接H2S吸收装置；循环回路通过安装于驱动泵16和1#端盖之间管道侧面的进气阀和介质驱替单元连接；
[0016]所述实验参数测量单元由气相剪切力传感器、液相剪切力传感器、电磁流量计、2#压力传感器构成，气相剪切力传感器置于循环回路管道一侧的顶部，液相剪切力传感器置于循环回路管道一侧的底部；
[0017]所述可视化单元由2#高温高压釜体、2#高温高压釜盖、高倍电子显微镜、粒子追踪测速仪、2#温度传感器、蓝宝石可视窗口构成；
[0018]所述腐蚀测试单元由电化学信号检测装置、腐蚀试片测试装置构成；所述腐蚀试片测试装置由1#管壁、1#弧形试片、2#弧形试片、3#弧形试片、4#弧形试片、1#试片夹具、2#试片夹具、1#试片夹具压盖、2#试片夹具压盖、沉头螺栓、垫片、1#O型密封圈、绝缘隔片、2#O 型密封圈构成；1#弧形试片与绝缘隔片安装在1#试片夹具中部；2#弧形试片、3#弧形试片、4#弧形试片均匀安装在2#试片夹具上；1#试片夹具和2#试片夹具通过1#试片夹具压盖和2#试片夹具压盖固定在1#管壁上，并通过设置1#O型密封圈实现密封；1#试片夹具压盖和2#试片夹具压盖通过沉头螺栓连接到1#管壁上、在沉头螺栓上设置垫片防止损坏1#试片夹具压盖和2#试片夹具压盖；
[0019]所述电化学信号检测装置由2#管壁、1#压盖、2#压盖、电感电阻探针、参比电极、工作电极、对电极、沉头螺栓、垫片、3#O型密封圈、4#O型密封圈构成；1#压盖中部安装有电感电阻探针，并设置3#O型密封圈实现密封；2#压盖中部从左到右并排安装参比电极、工作电极、对电极，并设置3#O型密封圈实现密封；1#压盖和2#压盖均通过沉头螺栓与2#管壁连接固定，并在沉头螺栓上设置垫片和4#O型密封圈；工作电极探针与3#弧形试片采用相同材质。
[0020]进一步的，介质驱替单元、实验参数测量单元、可视化单元、腐蚀测试单元、进气阀、循环回路、驱动泵、1#端盖、2#端盖、排气阀均采用耐腐蚀的哈氏合金材料制造，气密封工作压力范围为0～70MPa，工作温度范围为0～200℃。
[0021]进一步的，高倍电子显微镜、粒子追踪测速仪、实验参数测量单元、电化学信号检测装置通过接线连接计算机，同步采集和记录测试数据。
[0022]本发明还提供一种高温高压多相流动态可视化环路腐蚀测试装置的使用方法，其操作步骤如下：
[0023]步骤1：安装1#弧形试片、2#弧形试片、3#弧形试片、4#弧形试片到腐蚀试片测试装
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