专利名称：一种钢材抗二氧化碳腐蚀性能的对比模拟测试装置及其测试方法
技术领域：
本发明涉及材料腐蚀领域，具体地说是一种钢材抗CO2腐蚀性能的对比模拟测试装置及其测试方法。
背景技术：
近年来，国内外大力开展CO2驱油提高采收率技术的研发和应用。CO2驱油具有适用范围大、驱油成本低、采收率提高显著等优点。但是CO2腐蚀是困扰我国油气工业发展的 一个极为突出的问题。原油管道内的CO2腐蚀具体是高温高压多相流动介质中的CO2腐蚀，影响因素较多，不仅会发生大面积的全面腐蚀，而且往往会发生点状、台地状、涡旋状、蜂窝状和烧瓶状等局部腐蚀，危害大且预测难度较大。腐蚀速率是抗CO2腐蚀钢最重要的技术指标，根据腐蚀速率不仅可以客观科学地评价材料的CO2腐蚀性能，而且可以在类似条件下预测钢材的失效时间。现有的测量钢材的耐腐蚀性能的相关资料有
专利号为CN2491826，一种周期浸润腐蚀试验箱，可以实现干湿交替和光照的模拟腐蚀条件。通过使试样浸入或脱离下方的酸蚀溶液浸润槽实现周期性浸润；通过远红外灯照射试样表面模拟光照干燥。但是该设备无冷却设备，无法精确控制温度。申请号为20070016705. 2，一种腐蚀室内动态模拟试验装置，可以同时实现两个流速的腐蚀试验，并在线观测腐蚀介质的流动状态和腐蚀挂片的状态。主要构成为管道系统、温控系统、检测系统、循环系统等。申请号为02283947. X，一种油田集输系统三相流多速腐蚀模拟测试装置，可以在腐蚀系统内挂片，模拟油田集输系统油、气、水三相介质的流动状态。主要构成为混合系统、分离系统、腐蚀系统等。但无具体参数。专利号为CN102305761，酸性介质输送管道焊缝及母材腐蚀模拟试验装置及方法，可以模拟在管道输送条件下高酸性天然气中酸性介质对管道焊缝及母材的腐蚀状况。主要构成为储存系统、温控系统、压力系统、分离系统等。试验结果真实，但是规模大、费用高。上述专利都是与腐蚀测试相关的方法及装置，但是或者功能目的不同，或者无详细试验方法和手段，或者费用高不方便。没有适用于实验室用原油输送钢材抗CO2腐蚀性能的对比模拟测试方法及装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种钢材抗CO2腐蚀性能的对比模拟测试装置及其测试方法，该装置结构简单、性能稳定、控制精度高、操作简单，可以用于实验室内对钢材的抗CO2腐蚀性能的对比模拟测试。测试及方法可以提供不同温度、CO2分压及溶液成分，对比模拟不同条件下原油中CO2对管道的腐蚀情况；且可以同时满足不同材质、钢级及壁厚的钢材对比腐蚀测试。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的
一种钢材抗CO2腐蚀性能的对比模拟测试装置，其特征在于该装置包括反应釜、溶液池和压力调节装置，溶液池的出口通过液体控制阀与反应釜的上端连接，溶液池的进口通过液体控制阀和流体压力泵与反应釜的下端连接；在反应釜外壁上环绕设有加热棒，在加热棒外侧设有隔热材料，在反应釜内设有用来测量反应釜内溶液温度的热电偶，热电偶与温度调节器连接；在反应釜内设有样品夹具，样品夹具与伸出到反应釜外部的搅拌装置连接；所述压力调节装置包括CO2气罐和N2气罐，CO2气罐和N2气罐均通过气体控制阀和气体压力泵与反应釜的底部连接；在CO2气罐和N2气罐与反应 釜间均设有气体压力表和单向阀门；在反应釜上端设有排气管。本发明中，温度调节器的温度调节范围是30°C 150°C。在反应釜上端设有压力表。在样品夹具上设有一组样品镶嵌装置。一种钢材抗CO2腐蚀性能的对比模拟测试装置的测试方法，其特征在于该方法包括以下步骤
(I)将钢材加工成弧形试样，经过砂纸打磨后，将其浸入到盛有丙酮的烧杯中，放入超声波清洗仪中清洗，除掉试样表面的油污，酒精清洗冷风吹干；可以将钢材加工成为Φ 87mm的弧形试样，经过800#砂纸打磨，放入超声波清洗仪中清洗20分钟。(2)对弧形试样进行数据测量记录，然后将弧形试样镶嵌到测试装置的样品夹具上，放入反应釜内；可以将试样放置在精度O. Img的电子分析天平称量重量，用精度O. 02mm的游标卡尺测量尺寸，并计算试样腐蚀面的面积，记录测量的数据。(3)将实验溶液用CO2除氧之后通入溶液池和反应釜内；溶液成分中Cl—浓度600 150001mg/L ；
(4 )通过加热棒对反应溶液进行加热，并通过热电偶实时监测反应釜内溶液温度,使用温度调节器调节温度；温度调节范围是30°C ^150°C ；
(5)打开与CO2气罐和N2气罐连接的控制阀，并通过压力泵保持实验需要的CO2分压；CO2分压调节范围是O. 6MPa"2. 5Mpa ；
(6)打开溶液池与反应釜之间的液体控制阀、压力泵，保持一定的流速使反应溶液在反应釜和溶液池之间流动；
(7)通过搅拌装置带动样品夹具旋转，均匀反应釜内腐蚀气氛，保持上述反应状态7-8天后，取出被腐蚀试样，去污、吹干之后拍照、去除腐蚀产物膜、称重，得到测试结果。本发明具有以下优势
(I)提供模拟原油中CO2腐蚀条件下钢材的腐蚀情况，为钢材腐蚀规律、腐蚀机理等方面的基础研究提供手段。(2)可以提供不同温度、CO2分压及溶液成分，对比模拟不同条件下原油中CO2对管道的腐蚀情况。(3)试样制备成弧形符合管道钢材的实际情况，且可以同时满足不同材质、钢级及壁厚的钢材对比腐蚀测试。
(4)实验装置结构简单、性能稳定、控制精度高、操作简单，可以用于实验室内对钢材的抗CO2腐蚀性能的对比模拟测试。
图I为本发明的装置结构示意图。图2为试样加工示意图。
具体实施例方式以下用具体实施案例对本发明进行更详细的说明，以下实施案例仅仅是对本发明最佳实施方式的描述，并不对本发明的范围有所限制。一种钢材抗CO2腐蚀性能的对比模拟测试装置，见图1，该装置包括反应釜I、溶液 池2和压力调节装置3，溶液池2的出口通过液体控制阀21与反应釜I的上端连接，溶液池2的进口通过液体控制阀21和流体压力泵22与反应釜I的下端连接；在反应釜I外壁上环绕设有加热棒11，在加热棒11外侧设有隔热材料12，在反应釜I内设有用来测量反应釜内溶液温度的热电偶13，热电偶13与温度调节器14连接；温度调节器的温度调节范围是30°C 150°C。在反应釜I内设有样品夹具15，在样品夹具上设有一组样品镶嵌装置。样品夹具15与伸出到反应釜外部的搅拌装置16连接；压力调节装置3包括CO2气罐31和N2气罐32，CO2气罐和N2气罐均通过气体控制阀33和气体压力泵34与反应釜的底部连接；在CO2气罐和N2气罐与反应釜间均设有气体压力表35和单向阀门36 ;在反应釜上端设有排气管17。在反应釜上端设有压力表18。本装置各部分之间通过管道4连接。实验溶液的成分见表1，用以模拟油气田腐蚀介质环境。表I四种油气田采出液模拟成分(单位mg/L)
权利要求
1.一种钢材抗0)2腐蚀性能的对比模拟测试装置，其特征在于该装置包括反应釜(I)、溶液池(2)和压力调节装置(3)，溶液池(2)的出口通过液体控制阀(21)与反应釜(I)的上端连接，溶液池(2)的进口通过液体控制阀(21)和流体压力泵(22)与反应釜(I)的下端连接；在反应釜(I)外壁上环绕设有加热棒(11 )，在加热棒(11)外侧设有隔热材料(12)，在反应釜(I)内设有用来测量反应釜内溶液温度的热电偶(13)，热电偶(13)与温度调节器(14)连接；在反应釜(I)内设有样品夹具(15)，样品夹具(15)与伸出到反应釜(I)外部的搅拌装置(16)连接；所述压力调节装置(3)包括CO2气罐(31)和N2气罐(32)，CO2气罐(31)和N2气罐(32 )均通过气体控制阀(33 )和气体压力泵(34)与反应釜(I)的底部连接；在CO2气罐(31)和N2气罐(32)与反应釜(I)间均设有气体压力表(35)和单向阀门(36)；在反应釜(I)上端设有排气管(17)。
2.根据权利要求I所述的钢材抗0)2腐蚀性能的对比模拟测试装置，其特征在于温度调节器(14)的温度调节范围是30°C 150°C。
3.根据权利要求I所述的钢材抗0)2腐蚀性能的对比模拟测试装置，其特征在于在反应釜(I)上端设有压力表(18)。
4.根据权利要求I所述的钢材抗0)2腐蚀性能的对比模拟测试装置，其特征在于在样品夹具(15)上设有一组样品镶嵌装置。
5.一种权利要求I所述钢材抗CO2腐蚀性能的对比模拟测试装置的测试方法，其特征在于该方法包括以下步骤 (1)将钢材加工成弧形试样，经过砂纸打磨后，将其浸入到盛有丙酮的烧杯中，放入超声波清洗仪中清洗，除掉试样表面的油污，酒精清洗冷风吹干； (2)对弧形试样进行数据测量记录，然后将弧形试样镶嵌到测试装置的样品夹具上，放入反应爸内； (3)将实验溶液用CO2除氧之后通入溶液池和反应釜内； (4 )通过加热棒对反应溶液进行加热，并通过热电偶实时监测反应釜内溶液温度,使用温度调节器调节温度； (5)打开与CO2气罐和N2气罐连接的控制阀，并通过压力泵保持实验需要的CO2分压； (6)打开溶液池与反应釜之间的液体控制阀、压力泵，保持一定的流速使反应溶液在反应釜和溶液池之间流动； (7)通过搅拌装置带动样品夹具旋转，均匀反应釜内腐蚀气氛，保持上述反应状态7-8天后，取出被腐蚀试样，去污、吹干之后拍照、去除腐蚀产物膜、称重，得到测试结果。
6.根据权利要求5所述的测试方法，其特征在于溶液成分中Cl—浓度60(Tl50001mg/L0
7.根据权利要求5所述的测试方法，其特征在于温度调节范围是30°C 150°C。
8.根据权利要求5所述的测试方法，其特征在于C02分压调节范围是O.6MPa^2. 5MPa。
全文摘要
本发明公开了一种钢材抗二氧化碳腐蚀性能的对比模拟测试装置及其测试方法，该装置包括反应釜、溶液池和压力调节装置，溶液池通过液体控制阀与反应釜连接，在反应釜外壁上环绕设有加热棒和隔热材料，在反应釜内设有热电偶和温度调节器；在反应釜内设有与搅拌装置连接的样品夹具，压力调节装置包括与反应釜的底部连接的CO2气罐和N2气罐。该方法用于对比模拟原油中CO2对管道钢材的腐蚀情况，评价钢材在90℃~120℃、CO2分压在1MPa~2.4MPa溶液中的腐蚀速率。可以同时测试不同材质、钢级、厚度钢材的抗CO2腐蚀性能，测试方便简单，可以通过调节温度、分压、溶液成分进行各种油田的腐蚀模拟测试。
文档编号G01N1/32GK102854127SQ20121034873
公开日2013年1月2日 申请日期2012年9月19日 优先权日2012年9月19日
发明者尹雨群, 苑阳阳, 赵晋斌 申请人:南京钢铁股份有限公司