一種抗硫化物應力開裂試驗用pH值自動控制裝置及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及材料腐蝕試驗測試領(lǐng)域，具體涉及一種抗硫化物應力開裂試驗用pH值自動控制裝置及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著高酸性油氣田的不斷開發(fā)，油田設備所面臨的硫化氫腐蝕問題日益嚴重。其中，硫化物應力開裂(SSC)因其可短時間內(nèi)使金屬材料在較低的工作應力下發(fā)生突然斷裂，釀成重大事故，所以危害最大。為避免油田設備在濕硫化氫環(huán)境服役過程中出現(xiàn)硫化物應力開裂(SSC)，需針對酸性環(huán)境進行合理選材及評價。
[0003]目前，常用的酸性環(huán)境選材標準為ISO 15156-2009《石油和天然氣工業(yè)在油氣生產(chǎn)中含H2S環(huán)境下使用的材料》。根據(jù)該標準所述評定碳鋼和低合金鋼抗SSC性能的實驗室試驗程序，需將加載應力的試樣放置于特定溶液環(huán)境中進行浸泡實驗。并規(guī)定了 2種溶液環(huán)境，I種為常用的NACE A溶液，另I種為5% (質(zhì)量分數(shù))NaCl+0.4% (質(zhì)量分數(shù))CH3COONa,用鹽酸或NaOH把pH值調(diào)到目標值，并保證試驗過程中pH值應低于或等于目標值。PH值可以控制在0.1個pH值單位范圍內(nèi)。NACE A溶液曾經(jīng)被廣泛應用于材料抗SSC性能評價當中，但此溶液只規(guī)定保證試驗有效的PH值范圍，無法模擬設備真實服役環(huán)境，可能造成實際選材不適，出現(xiàn)選材浪費或無合適材料可用的現(xiàn)象。而第2種方法基于FFP準則，針對油田設備實際服役環(huán)境，嚴格控制試驗時PH值，更利于選出適合現(xiàn)場所用的材料。
[0004]但標準中只規(guī)定了溶液2的配制方法，并未涉及具體的pH值控制方法及裝置。且該溶液雖然為緩沖溶液，但實驗時間長達720小時，使得pH值仍隨著浸泡時間的延長而升高。常規(guī)的方法為人工定期加鹽酸進行PH值調(diào)節(jié)，但此方法存在以下問題:(I)重復的開閉試驗容器，可能造成硫化氫的泄露，威脅實驗人員安全，或使氧氣進入容器，造成試驗失效。
(2)因無法進行攪拌，鹽酸不能迅速擴散至整個容器，造成pH值無法快速準確測定，出現(xiàn)調(diào)值不準。(3)因每次試驗所用溶液不同，鹽酸加量不固定，無法精確進行pH值控制。(4)試驗溶液為緩沖溶液，且試驗過程中一直通入硫化氫等酸性氣體，鹽酸加量不易控制。(5)需專人24小時值班，保證整個試驗過程中pH值穩(wěn)定。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]為解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本發(fā)明的目的在于一種抗硫化物應力開裂試驗用pH值自動控制裝置及其控制方法，可實現(xiàn)試驗過程中自動加入鹽酸，精確控制鹽酸加量，并在加鹽酸時開啟攪拌，使溶液PH值自動精確調(diào)節(jié)并快速達到穩(wěn)態(tài)。
[0006]為達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0007]一種抗硫化物應力開裂試驗用pH值自動控制裝置，包括控制單元PLC和用于連通鹽酸容器和試驗容器的管道，所述管道上設置有閥門和鹽酸計量泵，管道的一端伸入試驗容器內(nèi)部，且位于試驗容器內(nèi)部的管道端部設置有液體分散器；試驗容器內(nèi)還設置有攪拌系統(tǒng)和pH計，控制單元PLC分別與攪拌系統(tǒng)、pH計以及鹽酸計量泵相連接。
[0008]所述鹽酸計量泵設置在閥門與鹽酸容器之間。
[0009]所述閥門為單向閥。
[0010]所述pH計的精度為0.01。
[0011]所述鹽酸計量泵為微量泵。
[0012]所述攪拌系統(tǒng)為攪拌棒。
[0013]所述攪拌系統(tǒng)和液體分散器的材質(zhì)均為聚四氟乙烯。
[0014]一種如權(quán)利要求1所述的抗硫化物應力開裂試驗用pH值自動裝置的控制方法，包括以下步驟:
[0015]步驟一:設定目標pH值％、攪拌時間VS加酸時間間隔t Jtft1);測量試驗容器內(nèi)的溶液體積為VmL，鹽酸容器中的鹽酸溶液濃度為Cmol/L ；
[0016]步驟二:當實測pH值大于等于4+0.1時，控制單元PLC進行如下運算W1 =V (10^10+°+°1))/C，然后控制單元PLC開啟pH計量泵3，向試驗容器內(nèi)加入V1AmL鹽酸，同時，控制單元PLC開啟攪拌系統(tǒng)進行攪拌；
[0017]步驟三:達到加酸時間間隔^后，判斷此時實測pH值a肩否等于a^，若是實測pH值S1等于a 0,則完成pH值調(diào)節(jié)；若實測pH值S1大于a 0,則控制單元PLC進行如下運算:V2=V(10_a°-10_al)/C，然后控制單元PLC開啟pH計量泵，向試驗容器內(nèi)加入V2/2mL鹽酸，同時，控制單元PLC開啟攪拌系統(tǒng)進行攪拌；
[0018]步驟四:重復步驟三，直至實測pH值為目標pH值a。。
[0019]所述攪拌的速度為30?50轉(zhuǎn)/分。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果為:本發(fā)明通過設置連通鹽酸容器和試驗容器的管道，并在該管道上設置閥門和鹽酸計量泵，在試驗過程中，通過控制單元PLC的控制能夠向試驗容器中加入鹽酸，能夠自動、精確、快速將PH值控制在目標值，采用液體分散器及攪拌系統(tǒng)，使試驗容器內(nèi)的溶液體系PH值快速達到穩(wěn)態(tài)。將本裝置應用于材料抗硫化物應力開裂評價中，不用重復的開閉試驗容器，避免了硫化氫的泄露，并且操作安全，保證了試驗的有效性，同時能夠保證整個試驗過程中pH值穩(wěn)定。
[0021]進一步的，閥門為單向閥，避免試驗溶液內(nèi)的溶液倒灌回鹽酸容器中。
[0022]進一步的，pH計的精度為0.01，鹽酸計量泵為微量泵，從而能夠保證試驗容器中溶液PH值的精確性。
[0023]進一步的，攪拌系統(tǒng)、pH計分別單獨接入到試驗容器中，能夠保證試驗容器在進行硫化物應力開裂過程中的密封性。
[0024]本發(fā)明通過先設置通過目標pH值％、攪拌時間h及加酸時間間隔t ! (t0<t1)，然后試驗時，根據(jù)實測的pH值，通過控制單元PLC邏輯控制單元，采用逐次逼近的方法，不斷的向試驗容器中加入鹽酸，實現(xiàn)對試驗容器中緩沖且飽和酸性氣體溶液體系的pH值自動精確控制；并且本發(fā)明能夠保證鹽酸的自動按需加入到試驗容器中，并能夠迅速完成鹽酸擴散，均質(zhì)化，操作方便，利于實現(xiàn)，并且能夠準確的控制鹽酸的加入量，整個試驗過程中pH值穩(wěn)定，從而保證了試驗的準確性。
[0025]進一步的，攪拌速度為30?50轉(zhuǎn)/分，使得在加入鹽酸、通入硫化氫的同時，避免了沉淀的生成，保證硫化物應力開裂測試正常進行。
【附圖說明】
[0026]圖1是本發(fā)明的抗硫化物應力開裂試驗用pH值自動控制裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖2是本發(fā)明抗硫化物應力開裂試驗用pH值自動控制方法的流程示意圖；
[0028]圖中，1-試驗容器、2-pH計、3-鹽酸計量泵、4-控制單元PLC、5-攪拌系統(tǒng)、6-液體分散器、7-閥門、8-鹽酸容器。
【具體實施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細說明。
[0030]參見圖1，本發(fā)明的抗硫化物應力開裂試驗用pH值自動控制裝置包括:控制單元