專利名稱：一種鋼材抗二氧化碳腐蝕性能的對比模擬測試裝置及其測試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及材料腐蝕領(lǐng)域，具體地說是一種鋼材抗CO2腐蝕性能的對比模擬測試裝置及其測試方法。
背景技術(shù)：
近年來，國內(nèi)外大力開展CO2驅(qū)油提高采收率技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用。CO2驅(qū)油具有適用范圍大、驅(qū)油成本低、采收率提高顯著等優(yōu)點(diǎn)。但是CO2腐蝕是困擾我國油氣工業(yè)發(fā)展的 一個(gè)極為突出的問題。原油管道內(nèi)的CO2腐蝕具體是高溫高壓多相流動(dòng)介質(zhì)中的CO2腐蝕，影響因素較多，不僅會發(fā)生大面積的全面腐蝕，而且往往會發(fā)生點(diǎn)狀、臺地狀、渦旋狀、蜂窩狀和燒瓶狀等局部腐蝕，危害大且預(yù)測難度較大。腐蝕速率是抗CO2腐蝕鋼最重要的技術(shù)指標(biāo)，根據(jù)腐蝕速率不僅可以客觀科學(xué)地評價(jià)材料的CO2腐蝕性能，而且可以在類似條件下預(yù)測鋼材的失效時(shí)間?，F(xiàn)有的測量鋼材的耐腐蝕性能的相關(guān)資料有
專利號為CN2491826，一種周期浸潤腐蝕試驗(yàn)箱，可以實(shí)現(xiàn)干濕交替和光照的模擬腐蝕條件。通過使試樣浸入或脫離下方的酸蝕溶液浸潤槽實(shí)現(xiàn)周期性浸潤；通過遠(yuǎn)紅外燈照射試樣表面模擬光照干燥。但是該設(shè)備無冷卻設(shè)備，無法精確控制溫度。申請?zhí)枮?0070016705. 2，一種腐蝕室內(nèi)動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)裝置，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)流速的腐蝕試驗(yàn)，并在線觀測腐蝕介質(zhì)的流動(dòng)狀態(tài)和腐蝕掛片的狀態(tài)。主要構(gòu)成為管道系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)等。申請?zhí)枮?2283947. X，一種油田集輸系統(tǒng)三相流多速腐蝕模擬測試裝置，可以在腐蝕系統(tǒng)內(nèi)掛片，模擬油田集輸系統(tǒng)油、氣、水三相介質(zhì)的流動(dòng)狀態(tài)。主要構(gòu)成為混合系統(tǒng)、分離系統(tǒng)、腐蝕系統(tǒng)等。但無具體參數(shù)。專利號為CN102305761，酸性介質(zhì)輸送管道焊縫及母材腐蝕模擬試驗(yàn)裝置及方法，可以模擬在管道輸送條件下高酸性天然氣中酸性介質(zhì)對管道焊縫及母材的腐蝕狀況。主要構(gòu)成為儲存系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、壓力系統(tǒng)、分離系統(tǒng)等。試驗(yàn)結(jié)果真實(shí)，但是規(guī)模大、費(fèi)用高。上述專利都是與腐蝕測試相關(guān)的方法及裝置，但是或者功能目的不同，或者無詳細(xì)試驗(yàn)方法和手段，或者費(fèi)用高不方便。沒有適用于實(shí)驗(yàn)室用原油輸送鋼材抗CO2腐蝕性能的對比模擬測試方法及裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種鋼材抗CO2腐蝕性能的對比模擬測試裝置及其測試方法，該裝置結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、控制精度高、操作簡單，可以用于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對鋼材的抗CO2腐蝕性能的對比模擬測試。測試及方法可以提供不同溫度、CO2分壓及溶液成分，對比模擬不同條件下原油中CO2對管道的腐蝕情況；且可以同時(shí)滿足不同材質(zhì)、鋼級及壁厚的鋼材對比腐蝕測試。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的
一種鋼材抗CO2腐蝕性能的對比模擬測試裝置，其特征在于該裝置包括反應(yīng)釜、溶液池和壓力調(diào)節(jié)裝置，溶液池的出口通過液體控制閥與反應(yīng)釜的上端連接，溶液池的進(jìn)口通過液體控制閥和流體壓力泵與反應(yīng)釜的下端連接；在反應(yīng)釜外壁上環(huán)繞設(shè)有加熱棒，在加熱棒外側(cè)設(shè)有隔熱材料，在反應(yīng)釜內(nèi)設(shè)有用來測量反應(yīng)釜內(nèi)溶液溫度的熱電偶，熱電偶與溫度調(diào)節(jié)器連接；在反應(yīng)釜內(nèi)設(shè)有樣品夾具，樣品夾具與伸出到反應(yīng)釜外部的攪拌裝置連接；所述壓力調(diào)節(jié)裝置包括CO2氣罐和N2氣罐，CO2氣罐和N2氣罐均通過氣體控制閥和氣體壓力泵與反應(yīng)釜的底部連接；在CO2氣罐和N2氣罐與反應(yīng) 釜間均設(shè)有氣體壓力表和單向閥門；在反應(yīng)釜上端設(shè)有排氣管。本發(fā)明中，溫度調(diào)節(jié)器的溫度調(diào)節(jié)范圍是30°C 150°C。在反應(yīng)釜上端設(shè)有壓力表。在樣品夾具上設(shè)有一組樣品鑲嵌裝置。一種鋼材抗CO2腐蝕性能的對比模擬測試裝置的測試方法，其特征在于該方法包括以下步驟
(I)將鋼材加工成弧形試樣，經(jīng)過砂紙打磨后，將其浸入到盛有丙酮的燒杯中，放入超聲波清洗儀中清洗，除掉試樣表面的油污，酒精清洗冷風(fēng)吹干；可以將鋼材加工成為Φ 87mm的弧形試樣，經(jīng)過800#砂紙打磨，放入超聲波清洗儀中清洗20分鐘。(2)對弧形試樣進(jìn)行數(shù)據(jù)測量記錄，然后將弧形試樣鑲嵌到測試裝置的樣品夾具上，放入反應(yīng)釜內(nèi)；可以將試樣放置在精度O. Img的電子分析天平稱量重量，用精度O. 02mm的游標(biāo)卡尺測量尺寸，并計(jì)算試樣腐蝕面的面積，記錄測量的數(shù)據(jù)。(3)將實(shí)驗(yàn)溶液用CO2除氧之后通入溶液池和反應(yīng)釜內(nèi)；溶液成分中Cl—濃度600 150001mg/L ；
(4 )通過加熱棒對反應(yīng)溶液進(jìn)行加熱，并通過熱電偶實(shí)時(shí)監(jiān)測反應(yīng)釜內(nèi)溶液溫度,使用溫度調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)溫度；溫度調(diào)節(jié)范圍是30°C ^150°C ；
(5)打開與CO2氣罐和N2氣罐連接的控制閥，并通過壓力泵保持實(shí)驗(yàn)需要的CO2分壓；CO2分壓調(diào)節(jié)范圍是O. 6MPa"2. 5Mpa ；
(6)打開溶液池與反應(yīng)釜之間的液體控制閥、壓力泵，保持一定的流速使反應(yīng)溶液在反應(yīng)釜和溶液池之間流動(dòng)；
(7)通過攪拌裝置帶動(dòng)樣品夾具旋轉(zhuǎn)，均勻反應(yīng)釜內(nèi)腐蝕氣氛，保持上述反應(yīng)狀態(tài)7-8天后，取出被腐蝕試樣，去污、吹干之后拍照、去除腐蝕產(chǎn)物膜、稱重，得到測試結(jié)果。本發(fā)明具有以下優(yōu)勢
(I)提供模擬原油中CO2腐蝕條件下鋼材的腐蝕情況，為鋼材腐蝕規(guī)律、腐蝕機(jī)理等方面的基礎(chǔ)研究提供手段。(2)可以提供不同溫度、CO2分壓及溶液成分，對比模擬不同條件下原油中CO2對管道的腐蝕情況。(3)試樣制備成弧形符合管道鋼材的實(shí)際情況，且可以同時(shí)滿足不同材質(zhì)、鋼級及壁厚的鋼材對比腐蝕測試。
(4)實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、控制精度高、操作簡單，可以用于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對鋼材的抗CO2腐蝕性能的對比模擬測試。


圖I為本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為試樣加工示意圖。
具體實(shí)施例方式以下用具體實(shí)施案例對本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的說明，以下實(shí)施案例僅僅是對本發(fā)明最佳實(shí)施方式的描述，并不對本發(fā)明的范圍有所限制。一種鋼材抗CO2腐蝕性能的對比模擬測試裝置，見圖1，該裝置包括反應(yīng)釜I、溶液 池2和壓力調(diào)節(jié)裝置3，溶液池2的出口通過液體控制閥21與反應(yīng)釜I的上端連接，溶液池2的進(jìn)口通過液體控制閥21和流體壓力泵22與反應(yīng)釜I的下端連接；在反應(yīng)釜I外壁上環(huán)繞設(shè)有加熱棒11，在加熱棒11外側(cè)設(shè)有隔熱材料12，在反應(yīng)釜I內(nèi)設(shè)有用來測量反應(yīng)釜內(nèi)溶液溫度的熱電偶13，熱電偶13與溫度調(diào)節(jié)器14連接；溫度調(diào)節(jié)器的溫度調(diào)節(jié)范圍是30°C 150°C。在反應(yīng)釜I內(nèi)設(shè)有樣品夾具15，在樣品夾具上設(shè)有一組樣品鑲嵌裝置。樣品夾具15與伸出到反應(yīng)釜外部的攪拌裝置16連接；壓力調(diào)節(jié)裝置3包括CO2氣罐31和N2氣罐32，CO2氣罐和N2氣罐均通過氣體控制閥33和氣體壓力泵34與反應(yīng)釜的底部連接；在CO2氣罐和N2氣罐與反應(yīng)釜間均設(shè)有氣體壓力表35和單向閥門36 ;在反應(yīng)釜上端設(shè)有排氣管17。在反應(yīng)釜上端設(shè)有壓力表18。本裝置各部分之間通過管道4連接。實(shí)驗(yàn)溶液的成分見表1，用以模擬油氣田腐蝕介質(zhì)環(huán)境。表I四種油氣田采出液模擬成分(單位mg/L)
權(quán)利要求
1.一種鋼材抗0)2腐蝕性能的對比模擬測試裝置，其特征在于該裝置包括反應(yīng)釜(I)、溶液池(2)和壓力調(diào)節(jié)裝置(3)，溶液池(2)的出口通過液體控制閥(21)與反應(yīng)釜(I)的上端連接，溶液池(2)的進(jìn)口通過液體控制閥(21)和流體壓力泵(22)與反應(yīng)釜(I)的下端連接；在反應(yīng)釜(I)外壁上環(huán)繞設(shè)有加熱棒(11 )，在加熱棒(11)外側(cè)設(shè)有隔熱材料(12)，在反應(yīng)釜(I)內(nèi)設(shè)有用來測量反應(yīng)釜內(nèi)溶液溫度的熱電偶(13)，熱電偶(13)與溫度調(diào)節(jié)器(14)連接；在反應(yīng)釜(I)內(nèi)設(shè)有樣品夾具(15)，樣品夾具(15)與伸出到反應(yīng)釜(I)外部的攪拌裝置(16)連接；所述壓力調(diào)節(jié)裝置(3)包括CO2氣罐(31)和N2氣罐(32)，CO2氣罐(31)和N2氣罐(32 )均通過氣體控制閥(33 )和氣體壓力泵(34)與反應(yīng)釜(I)的底部連接；在CO2氣罐(31)和N2氣罐(32)與反應(yīng)釜(I)間均設(shè)有氣體壓力表(35)和單向閥門(36)；在反應(yīng)釜(I)上端設(shè)有排氣管(17)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鋼材抗0)2腐蝕性能的對比模擬測試裝置，其特征在于溫度調(diào)節(jié)器(14)的溫度調(diào)節(jié)范圍是30°C 150°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鋼材抗0)2腐蝕性能的對比模擬測試裝置，其特征在于在反應(yīng)釜(I)上端設(shè)有壓力表(18)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鋼材抗0)2腐蝕性能的對比模擬測試裝置，其特征在于在樣品夾具(15)上設(shè)有一組樣品鑲嵌裝置。
5.一種權(quán)利要求I所述鋼材抗CO2腐蝕性能的對比模擬測試裝置的測試方法，其特征在于該方法包括以下步驟 (1)將鋼材加工成弧形試樣，經(jīng)過砂紙打磨后，將其浸入到盛有丙酮的燒杯中，放入超聲波清洗儀中清洗，除掉試樣表面的油污，酒精清洗冷風(fēng)吹干； (2)對弧形試樣進(jìn)行數(shù)據(jù)測量記錄，然后將弧形試樣鑲嵌到測試裝置的樣品夾具上，放入反應(yīng)爸內(nèi)； (3)將實(shí)驗(yàn)溶液用CO2除氧之后通入溶液池和反應(yīng)釜內(nèi)； (4 )通過加熱棒對反應(yīng)溶液進(jìn)行加熱，并通過熱電偶實(shí)時(shí)監(jiān)測反應(yīng)釜內(nèi)溶液溫度,使用溫度調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)溫度； (5)打開與CO2氣罐和N2氣罐連接的控制閥，并通過壓力泵保持實(shí)驗(yàn)需要的CO2分壓； (6)打開溶液池與反應(yīng)釜之間的液體控制閥、壓力泵，保持一定的流速使反應(yīng)溶液在反應(yīng)釜和溶液池之間流動(dòng)； (7)通過攪拌裝置帶動(dòng)樣品夾具旋轉(zhuǎn)，均勻反應(yīng)釜內(nèi)腐蝕氣氛，保持上述反應(yīng)狀態(tài)7-8天后，取出被腐蝕試樣，去污、吹干之后拍照、去除腐蝕產(chǎn)物膜、稱重，得到測試結(jié)果。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的測試方法，其特征在于溶液成分中Cl—濃度60(Tl50001mg/L0
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的測試方法，其特征在于溫度調(diào)節(jié)范圍是30°C 150°C。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的測試方法，其特征在于C02分壓調(diào)節(jié)范圍是O.6MPa^2. 5MPa。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鋼材抗二氧化碳腐蝕性能的對比模擬測試裝置及其測試方法，該裝置包括反應(yīng)釜、溶液池和壓力調(diào)節(jié)裝置，溶液池通過液體控制閥與反應(yīng)釜連接，在反應(yīng)釜外壁上環(huán)繞設(shè)有加熱棒和隔熱材料，在反應(yīng)釜內(nèi)設(shè)有熱電偶和溫度調(diào)節(jié)器；在反應(yīng)釜內(nèi)設(shè)有與攪拌裝置連接的樣品夾具，壓力調(diào)節(jié)裝置包括與反應(yīng)釜的底部連接的CO2氣罐和N2氣罐。該方法用于對比模擬原油中CO2對管道鋼材的腐蝕情況，評價(jià)鋼材在90℃~120℃、CO2分壓在1MPa~2.4MPa溶液中的腐蝕速率?？梢酝瑫r(shí)測試不同材質(zhì)、鋼級、厚度鋼材的抗CO2腐蝕性能，測試方便簡單，可以通過調(diào)節(jié)溫度、分壓、溶液成分進(jìn)行各種油田的腐蝕模擬測試。
文檔編號G01N1/32GK102854127SQ20121034873
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月19日
發(fā)明者尹雨群, 苑陽陽, 趙晉斌 申請人:南京鋼鐵股份有限公司