專利名稱：一種高溫高壓環(huán)路噴射腐蝕模擬及電化學(xué)測試實(shí)驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電化學(xué)領(lǐng)域，涉及一種高溫高壓腐蝕介質(zhì)在高速噴射工況條件下金屬 材料的沖刷腐蝕行為、規(guī)律和機(jī)理研究用的實(shí)驗(yàn)裝置。適用于管道彎頭、三通等復(fù)雜部件 在高溫高壓流體介質(zhì)中沖刷腐蝕行為的研究，尤其用于模擬石油天然氣等采集和輸送管道 中的彎頭、三通等復(fù)雜部件所出現(xiàn)的沖刷腐蝕情況，進(jìn)行輸送高溫高壓多相流體管道部件 沖刷腐蝕的模擬實(shí)驗(yàn)，以及進(jìn)行沖刷條件下的高溫高壓流體沖刷腐蝕的原位電化學(xué)信號測 試ο
背景技術(shù)：
高溫高壓流體沖刷腐蝕是一種電化學(xué)腐蝕和機(jī)械沖刷相互作用而導(dǎo)致的材料失 效現(xiàn)象，例如油氣工業(yè)采集和輸送過程中管道的彎頭、三通等復(fù)雜部件多以高溫高壓流體 的沖刷腐蝕失效為主。在含有CO2等酸性氣體的油氣傳輸中，由于管道內(nèi)部壓力、溫度以及 介質(zhì)的流速較高，在彎頭、三通等復(fù)雜部件處易形成湍流，在管道內(nèi)壁產(chǎn)生很大的切應(yīng)力大 大加速了管件部位的損傷。進(jìn)行高溫高壓沖刷腐蝕實(shí)驗(yàn)是評定高速流動介質(zhì)條件下材料的 耐蝕性、沖蝕行為和機(jī)理的重要手段。因此，必須有可以模擬實(shí)際條件下的高溫高壓流體沖 刷腐蝕實(shí)驗(yàn)以及進(jìn)行原位電化學(xué)腐蝕實(shí)驗(yàn)的裝置。但由于高溫高壓以及高速流體的噴射條 件下，對管道連接部件、旋渦泵、流量計和控制閥門的承壓能力要求以及動態(tài)工作電極和參 比電極等結(jié)構(gòu)都有很高的要求，且不容易實(shí)現(xiàn)電化學(xué)信號的測量。通常，在常溫常壓條件中 進(jìn)行沖刷腐蝕實(shí)驗(yàn)，并進(jìn)行常溫常壓的原位電化學(xué)測試實(shí)驗(yàn)。因此，研究動態(tài)條件下的沖刷 腐蝕機(jī)理時，由于缺乏高溫高壓沖刷腐蝕實(shí)驗(yàn)裝置以及測量高溫高壓電化學(xué)信號的裝置而 影響對高溫高壓沖刷腐蝕行為、規(guī)律以及機(jī)理的深入研究。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明的目的在于提供高溫高壓流體沖刷腐蝕模擬實(shí)驗(yàn)以及原位 電化學(xué)測試實(shí)驗(yàn)裝置，為研究管道部件輸送高溫高壓流體而引起沖刷腐蝕的行為、規(guī)律、機(jī) 理和評定材料的耐蝕性能，提供一套模擬高溫高壓沖刷腐蝕實(shí)驗(yàn)及電化學(xué)測試實(shí)驗(yàn)裝置。 該實(shí)驗(yàn)裝置可以方便的模擬管道部件在輸送高溫高壓介質(zhì)流體過程中所引起的沖刷腐蝕 現(xiàn)象。一種高溫高壓環(huán)路噴射腐蝕模擬及電化學(xué)測試實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于該裝置包 括高壓釜31、加熱保溫系統(tǒng)、環(huán)路進(jìn)水口 5、三電極體系、管道轉(zhuǎn)接法蘭8、循環(huán)回路10、高溫 高壓液體流量計11、控制閥門、排液口 14、旋渦泵15、循環(huán)冷卻系統(tǒng)17、測溫系統(tǒng)、管道連接 法蘭20、環(huán)路出水口 22、噴頭25、試樣夾具33、控制箱、信號傳導(dǎo)通路、外接電化學(xué)工作站及 外接高壓氣瓶；高壓釜31由進(jìn)氣管1、高壓釜上蓋2、高壓釜體4、高壓釜下蓋6、氟橡膠密封 圈一 23、壓力傳感器沈、壓力表27、安全閥觀及出氣口 30構(gòu)成；加熱保溫系統(tǒng)由高壓釜加 熱保溫裝置3和循環(huán)回路加熱保溫裝置46構(gòu)成；三電極體系由輔助電極7、工作電極銅棒9 和高溫高壓Ag/AgCl參比電極21構(gòu)成；控制閥門包括流量計閥門12和旁路閥門13;循環(huán)冷卻系統(tǒng)17由循環(huán)冷卻系統(tǒng)出水口 16和循環(huán)冷卻系統(tǒng)進(jìn)水口 19構(gòu)成；測溫系統(tǒng)由循環(huán)回 路溫度傳感器18和高壓釜內(nèi)溫度傳感器四構(gòu)成；控制箱由釜內(nèi)溫度控制儀表、環(huán)路溫度控 制儀表、循環(huán)冷卻系統(tǒng)控制開關(guān)和旋渦泵控制開關(guān)構(gòu)成；信號傳導(dǎo)通路由電化學(xué)工作站與 三電極之間的導(dǎo)線構(gòu)成；外接高壓氣瓶的導(dǎo)氣管與高壓釜的進(jìn)氣管1通過螺紋連接。高壓 釜下蓋6通過螺栓與高壓釜體4連接，并利用氟橡膠密封圈一 23密封。循環(huán)回路10的進(jìn) 水口 22通過焊接與高壓釜下蓋6相連，并且下端使用管道連接法蘭20，方便環(huán)路與高壓釜 拆卸。循環(huán)冷卻系統(tǒng)17內(nèi)部通入一定溫度的循環(huán)冷卻水(制冷器循環(huán))，消除高溫高壓流 體介質(zhì)在噴頭25處產(chǎn)生的熱量，并結(jié)合環(huán)路加熱保溫系統(tǒng)(圖1循環(huán)回路10中不包含冷 卻系統(tǒng)的其他部位)和高壓釜加熱保溫系統(tǒng)3保持整個系統(tǒng)溫度的穩(wěn)定性，高壓釜31和循 環(huán)回路10內(nèi)部液體溫度分別通過高壓釜內(nèi)溫度傳感器四和循環(huán)回路溫度傳感器18進(jìn)行 測量。循環(huán)回路10的出水端通過管道轉(zhuǎn)接法蘭8改變管道直徑，便于與高壓釜31相連，出 水口 5通過卡套式連接件與高壓釜下蓋6連接，保證氣密性?？刂葡渫ㄟ^導(dǎo)線與高壓釜31、 環(huán)路加熱保溫系統(tǒng)、循環(huán)冷卻系統(tǒng)17以及旋渦泵15相連。裝置內(nèi)的流體介質(zhì)通過旋渦泵 15進(jìn)行循環(huán)，并利用流量計閥門12和旁路閥門13來調(diào)節(jié)噴頭25處介質(zhì)的流速，通過高溫 高壓液體流量計11顯示噴頭25處的流量。裝置內(nèi)部的壓力通過壓力傳感器23和壓力表 24顯示，當(dāng)整個裝置壓力超過預(yù)定值時，可通過出氣口 30進(jìn)行調(diào)節(jié)，一旦超過額定值，安全 閥27將自動開啟，保證整個系統(tǒng)的安全性。整個裝置內(nèi)的液體通過排液口 14排凈。電化學(xué)測試裝置由輔助電極7，工作電極銅棒9，高溫高壓Ag/AgCl參比電極21、信 號傳導(dǎo)通路以及外接電化學(xué)工作站構(gòu)成。輔助電極7和高溫高壓Ag/AgCl參比電極21與 高壓釜下蓋6利用螺紋連接。工作電極銅棒9的具體結(jié)構(gòu)如圖2所示，聚四氟螺栓32將鑲 有試樣M的聚四氟夾具33固定在夾具托盤34上，并利用聚四氟密封圈二 36密封，避免內(nèi) 部工作電極銅棒9與液體介質(zhì)接觸，夾具托盤34通過托盤支架38固定在托盤底座39上， 托盤支架38與托盤底座39利用螺紋連接，并利用托盤支架38將帶錐聚四氟套筒40與銅 棒9壓緊密封，托盤底座39與高壓釜下蓋6通過焊接相連，保證其同心度。試樣M通過銅 彈簧35與銅棒9接觸，保證兩者接觸良好。圓柱銅螺母37與銅棒9連接，保證銅棒在垂直 方向承受較高的壓力，并且圓柱銅螺母37利用聚四氟墊片二 45避免與夾具托盤34接觸。 銅棒9利用帶錐聚四氟套筒40和聚四氟圓錐41保證高壓釜下蓋6的密封性。聚四氟圓錐 41利用聚四氟墊片一 44和銅螺母一 42鎖緊，銅棒9利用銅螺母二 43與電化學(xué)工作站的工 作電極端相連，輔助電極7和高溫高壓差比電極21分別與電化學(xué)工作站的對應(yīng)接口相連。 高壓釜容積為8L，整個裝置容積為12L，最高工作溫度180°C，最大工作壓力為2MPa，最大噴 射流速為40m/s。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于可以模擬高溫高壓流體沖刷腐蝕實(shí)驗(yàn)，以及監(jiān)測工作電極在高 溫高壓流體噴射情況下的原位電化學(xué)信號(線性極化、極化曲線和電化學(xué)阻抗等)，并且能 夠提供沖刷腐蝕失重和形貌觀察試樣，可以用于進(jìn)行高溫高壓流體介質(zhì)的沖刷腐蝕行為、 規(guī)律以及機(jī)理的研究。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，1-進(jìn)氣管，2-高壓釜上蓋，3-高壓釜加熱保溫 裝置，4-高壓釜體，5-環(huán)路進(jìn)水口，6-高壓釜下蓋，7-輔助電極，8-管道轉(zhuǎn)接法蘭，9-工作電極銅棒，10-循環(huán)回路，11-高溫高壓液體流量計，12-流量計閥門，13-旁路閥門，14-排 液口，15-旋渦泵，16-循環(huán)冷卻系統(tǒng)出水口，17-循環(huán)冷卻系統(tǒng)，18-循環(huán)回路溫度傳感器， 19-循環(huán)冷卻系統(tǒng)進(jìn)水口，20-管道連接法蘭，21-高溫高壓參比電極，22-環(huán)路出水口， 23-氟橡膠密封圈，24-試樣，25-噴頭，26-壓力傳感器，27-壓力表，28-安全閥，29-高壓釜 內(nèi)溫度傳感器，30-出氣口，31-高壓釜，46-循環(huán)回路加熱保溫裝置；圖2是本發(fā)明圖1中A區(qū)的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，32-聚四氟螺栓，33-試樣夾具， 34-夾具托盤，35-銅彈簧，36-氟橡膠密封圈二，37-圓柱銅螺母，38-托盤支架，39-托盤底 座，40-帶錐聚四氟套筒，41-聚四氟圓錐，42-銅螺母一，43-銅螺母二，44-聚四氟墊片一， 45-聚四氟墊片二。
具體實(shí)施例方式參照圖1、2，這是按照上述技術(shù)方案提供的高溫高壓流體沖刷腐蝕模擬實(shí)驗(yàn)和電 化學(xué)測試實(shí)驗(yàn)裝置。打開高壓釜上蓋2拆下噴頭25，將所加工的試樣M固定在試樣夾具 33上，利用聚四氟螺栓32將試樣夾具33固定在夾具托盤34上，試樣M通過銅彈簧35與 銅棒9相連，構(gòu)成三電極體系中的工作電極，安裝噴頭25。向高壓釜31內(nèi)倒入一定體積的 電介質(zhì)溶液，同時打開循環(huán)回路10中的排液口 14，將裝置內(nèi)的氣體排凈，介質(zhì)溶液的液面 高度要高于試樣M的上表面，蓋上高壓釜上蓋2。從高壓釜進(jìn)氣口 1通入氣體隊(duì)除氧他 以上，后通入一定壓力的實(shí)驗(yàn)氣體(如CO2氣體)并加熱至設(shè)定溫度。打開控制箱中的旋渦 泵15的控制開關(guān)，使旋渦泵15運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行噴射實(shí)驗(yàn)，同時打開循環(huán)回路10的循環(huán)冷卻系統(tǒng) 17、加熱保溫系統(tǒng)，保證整個裝置處于穩(wěn)定狀態(tài)。調(diào)節(jié)流量計閥門12和旁路閥門13改變通 過高溫高壓液體流量計11的流量，從而改變噴頭25處流體的流速，達(dá)到預(yù)期的沖刷腐蝕模 擬實(shí)驗(yàn)效果。工作電極銅棒9利用銅螺母二 43與電化學(xué)工作站的工作電極端相連，輔助電 極7和高溫高壓Ag/AgCl參比電極21通過信號傳導(dǎo)通路分別與電化學(xué)工作站的對應(yīng)接口 相連。在控制箱上顯示高壓釜31內(nèi)的壓力、溫度以及循環(huán)回路10的溫度。
權(quán)利要求
1.一種高溫高壓環(huán)路噴射腐蝕模擬及電化學(xué)測試實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于包括高壓釜 (31)、加熱保溫系統(tǒng)、環(huán)路進(jìn)水口(5)、三電極體系、管道轉(zhuǎn)接法蘭(8)、循環(huán)回路(10)、高溫 高壓液體流量計(11)、控制閥門、排液口(14)、旋渦泵(15)、循環(huán)冷卻系統(tǒng)(17)、測溫系統(tǒng)、 管道連接法蘭(20)、環(huán)路出水口(22)、噴頭(25)、試樣夾具(33)、控制箱、信號傳導(dǎo)通路、外 接電化學(xué)工作站及外接高壓氣瓶；高壓釜(31)由進(jìn)氣管(1)、高壓釜上蓋O)、高壓釜體G)、高壓釜下蓋(6)、氟橡膠密 封圈一(23)、壓力傳感器(沈)、壓力表(27)、安全閥08)及出氣口(30)構(gòu)成；加熱保溫系 統(tǒng)由高壓釜加熱保溫裝置⑶和循環(huán)回路加熱保溫裝置G6)構(gòu)成；三電極體系由輔助電 極(7)、工作電極銅棒(9)和高溫高壓Ag/AgCl參比電極構(gòu)成；控制閥門包括流量計 閥門(12)和旁路閥門(13)；循環(huán)冷卻系統(tǒng)(17)由循環(huán)冷卻系統(tǒng)出水口 (16)和循環(huán)冷卻 系統(tǒng)進(jìn)水口(19)構(gòu)成；測溫系統(tǒng)由循環(huán)回路溫度傳感器(18)和高壓釜內(nèi)溫度傳感器09) 構(gòu)成；控制箱由釜內(nèi)溫度控制儀表、環(huán)路溫度控制儀表、循環(huán)冷卻系統(tǒng)控制開關(guān)和旋渦泵控 制開關(guān)構(gòu)成；信號傳導(dǎo)通路由電化學(xué)工作站與三電極之間的導(dǎo)線構(gòu)成；高壓氣瓶的導(dǎo)氣管與高壓釜的進(jìn)氣管(1)之間利用螺紋連接；控制箱通過導(dǎo)線與高壓 釜(31)、環(huán)路加熱保溫系統(tǒng)、循環(huán)冷卻系統(tǒng)(17)以及旋渦泵(1 相連；循環(huán)回路進(jìn)水口 (22)和出水口( 與高壓釜下蓋(6)分別通過焊接和螺栓卡套連接；循環(huán)回路(10)與高 壓釜(31)利用管道連接法蘭OO)和管道轉(zhuǎn)接法蘭(8)連接；循環(huán)回路的出水端通過管道 轉(zhuǎn)接法蘭(8)改變管路直徑；循環(huán)回路(10)管道外壁裝有循環(huán)冷卻系統(tǒng)(17)和加熱保溫 系統(tǒng)；循環(huán)冷卻系統(tǒng)(17)與循環(huán)回路(10)之間利用螺栓連接；噴頭05)處的流速通過流 量計閥門(12)和旁路閥門(13)調(diào)節(jié)；輔助電極(7)和高溫高壓參比電極與高壓釜下 蓋(6)為螺紋連接；試樣04)鑲嵌在試樣夾具(3 上，試樣夾具(3 與夾具托盤(34)利 用聚四氟螺栓(3 緊固，氟橡膠密封圈二(36)進(jìn)行密封；試樣04)與銅棒(9)之間利用 銅彈簧(3 相連，銅棒(9)通過圓柱狀銅螺母(37)與夾具托盤(34)緊固，并與高壓釜下 蓋(6)之間利用帶錐聚四氟套筒GO)和聚四氟圓錐Gl)進(jìn)行密封，銅螺母一 0 和聚四 氟墊片一 G4)緊固；高壓釜的壓力傳感器06)測量釜內(nèi)環(huán)境壓力，精度為0. OlMPa;高壓 釜內(nèi)溫度傳感器0 測量釜內(nèi)溶液溫度，循環(huán)回路溫度傳感器(1 測量環(huán)路溶液溫度，精 度為0. 1°C。
2.如權(quán)利要求1所述的一種高溫高壓環(huán)路噴射腐蝕模擬及電化學(xué)測試實(shí)驗(yàn)裝置，其 特征在于循環(huán)冷卻系統(tǒng)(17)利用制冷器消除噴頭位5)處產(chǎn)生的熱量，并結(jié)合循環(huán)回路 (10)的加熱保溫系統(tǒng)和高壓釜的加熱保溫系統(tǒng)( 保證整個裝置處于穩(wěn)定狀態(tài)；循環(huán)回路 (10)通過管道連接法蘭OO)和管道轉(zhuǎn)接法蘭(8)與高壓釜(31)連接，方便拆卸；試樣夾具 (33)與夾具托盤(34)之間利用聚四氟螺栓(3 緊固，并使用氟橡膠密封圈二(36)進(jìn)行密 封，保證銅棒(9)不與溶液介質(zhì)接觸；銅棒(9)與試樣04)通過銅彈簧(3 相連，保證銅 棒與試樣兩者接觸良好；銅棒(9)利用圓柱銅螺母(37)、銅螺母一(42)、托盤立柱(38)、帶 錐聚四氟套筒GO)以及聚四氟錐Gl)進(jìn)行緊固密封；噴頭0 通過螺紋與管道連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高溫高壓環(huán)路噴射腐蝕模擬及電化學(xué)測試實(shí)驗(yàn)裝置，屬于電化學(xué)領(lǐng)域。特別適用于模擬石油天然氣等采集和輸送管道中的彎頭、三通等復(fù)雜部件所出現(xiàn)的沖刷腐蝕情況，以進(jìn)行輸送高溫高壓多相流體管道部件沖刷腐蝕的模擬實(shí)驗(yàn)，以及進(jìn)行沖刷條件下的高溫高壓流體沖刷腐蝕的原位電化學(xué)信號測試。該裝置由高壓釜、加熱保溫系統(tǒng)、環(huán)路進(jìn)水口、三電極體系、管道轉(zhuǎn)接法蘭、循環(huán)回路、高溫高壓液體流量計、控制閥門、排液口、旋渦泵、循環(huán)冷卻系統(tǒng)、測溫系統(tǒng)、管道連接法蘭、環(huán)路出水口、噴頭、試樣夾具、控制箱、信號傳導(dǎo)通路、外接電化學(xué)工作站及外接高壓氣瓶構(gòu)成。該裝置能夠很好的模擬油氣管線中流體介質(zhì)的沖刷腐蝕情況，以及測試工作電極在高速噴射條件下的電化學(xué)信號，如極化曲線和交流阻抗等，對于進(jìn)行高溫高壓流體沖刷腐蝕行為、規(guī)律以及機(jī)理的研究具有重要的意義。
文檔編號G01N3/56GK102121896SQ20101062099
公開日2011年7月13日 申請日期2010年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月28日
發(fā)明者俞曼麗, 劉太元, 常煒, 李新仲, 柳偉, 樊學(xué)華, 王建豐, 王振國, 王春升, 蔡峰, 路民旭, 鄭利軍, 郭宏 申請人:中國海洋石油總公司, 中海石油研究中心, 北京安科管道工程科技有限公司, 北京科技大學(xué)