油水交替润湿腐蚀模拟装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型油气管道腐蚀风险评价领域，具体涉及一种油水交替润湿腐蚀模拟装 置。
【背景技术】
[0002] 油气输送管道腐蚀风险的评价对确保安全生产和稳定运行至关重要。为揭示其腐 蚀规律、实现腐蚀寿命预测，该领域已经建立了多种研究方法来模拟或重现油气管道现场 腐蚀工况环境。按照各类装置所实现的功能差异，主要总结如下：
[0003] (1)普通三电极电化学测试系统：该实验方法主要侧重于研究水溶液中各种离子 对碳钢管道腐蚀的影响，例如Cl、0) 2和H2S等浓度或分压，借助电化学测试技术快速响应 的特点，可以研究碳钢腐蚀的动力学过程，是揭示微观腐蚀机制的重要手段。该方法一般要 求溶液介质具有较高的电导率，因此在含原油介质中，其得到的测试数据有一定的离散性。 该方法广泛应用于模拟油田采出水溶液介质中材质的腐蚀行为，而难以模拟实际油水输送 介质特性及腐蚀规律。
[0004] (2)高温高压釜模拟实验系统：该实验系统为油田采出液腐蚀介质提供密闭环境， 对于研究高压和高温条件下的碳钢腐蚀行为具有明显优势，但对于模拟油水两相介质腐蚀 测试，该方法存在很大局限性。研究表明，利用高温高压釜可以研究油包水型乳状液腐蚀规 律，但其前提是在非常高的转速下易实现釜内介质的均匀化。另外，Nesic等采用特殊设计 的卧式釜体，可以使旋转样品实现油水两相交替润湿的腐蚀模拟，这些尝试拓展了高压釜 体在腐蚀研究中的适用范围。一般通过腐蚀挂片失重的方法获得腐蚀速率评价，同时也有 研究将高温高压电化学测试方法和腐蚀探针等技术引入高压釜体模拟测试中，全面反映特 殊极端环境中材料的腐蚀性能。
[0005] (3)小型环道式油水分散介质腐蚀测试系统：为理解油水两相介质中碳钢的腐蚀 规律，NACE建议了一种乳状液或油水分散相的腐蚀性评价方法。该方法依据于一套小型环 路装置，包括搅拌釜、栗和测试管路等几部分。该方法可以通过改变混合介质的含水率确定 乳状液的转相点；同时可借助测试探头确定管壁局部润湿特征等，例如可以分辨油润湿、水 润湿和油水交替润湿等三种情况，但不能实现对油水交替润湿行为的详细描述。该环路系 统中，腐蚀速率的测试一般需要借助于成熟的腐蚀监测探针技术。
[0006] (4)大型环道式多相流腐蚀模拟系统：一些知名研究机构和石油公司均建造了大 型油气水多相流腐蚀模拟实验环道装置，其主要目的是对现场油气生产环境腐蚀规律做出 直接评价，通常称为"内腐蚀直接评价技术"。该类装置的特点是最大程度仿真模拟现场管 道内的流型及油水润湿状态，同时监测特定位置腐蚀速率。根据国内外报道，在大型试验环 路上可以通过腐蚀探针、腐蚀挂片、Fe 2+离子检测等多种技术监测流动过程中腐蚀速率的变 化，还可以控制流体介质的含水率、气液比及流速等多种工艺参数，同时借助辅助测试手段 可获得润湿类型、流体流型、压差、近壁剪切应力等流体参量的测量。目前，这类技术对研究 油气集输管道腐蚀问题的重要意义已得到学界高度认同。为达到与现场实际情况的较高程 度吻合，试验环路规模较大，管道直径为2英寸至4英寸不等，直管段长度一般需要达到管 道直径的200倍以上，从而占据较大的实验室空间。单次试验所需要的原油、溶液介质、CO2 气等用量较大，功耗和人力需求较多。另外，在实验过程中也需要考虑废液处理等问题。
[0007] (5)油田集输系统缓蚀剂评价方法：实验室内验证一种缓蚀剂的效果经常依据于 两种测试方法，即电化学方法和腐蚀挂片失重法。一般来讲，电化学方法测试缓蚀剂在水溶 液中的缓蚀效果简洁快速；腐蚀失重法则可以模拟缓蚀剂在高温高压或是模拟现场环境中 的作用效果。然而，缓蚀剂的现场应用往往存在与实验室测试差异较大的情况。其中，油气 集输系统或是污水系统均含有一定量的原油，这将导致缓蚀剂效果的明显改变，长期困扰 着实验室内缓蚀效果的评价。当然，通过建造大型多相流腐蚀模拟环路装置，可以实现缓蚀 剂从实验室到现场的对接与规律摸索，但实验室内缓蚀剂评价仍然缺少一种简易、快速的 评估方法。
[0008] 从现有实验研究方法来看，对于油田现场油水两相混合输送的管道腐蚀模拟仍有 待改进。其中，最突出的问题是无法做到将油水交替润湿行为定量表征，并与腐蚀监测信号 实时对应。而这些信息或关联性对于全面理解油气输送管道的腐蚀规律与腐蚀风险预测具 有决定性的意义。因此，目前的技术主要存在以下不足：
[0009] (1)传统三电极电化学系统需要溶液介质具有较高导电性，因此在含油介质中难 以进行测试，限制了微观腐蚀机制的认识；
[0010] (2)腐蚀失重测试方法在油水交替润湿或油水分散介质中控制试片所处环境，且 只能获得最终腐蚀数据或形貌，缺少油水与试片接触润湿等必要的环境参数；
[0011] (3)腐蚀模拟环路装置可以实现油水两相流型或润湿特性与腐蚀关系研究，但对 油水两相润湿状态辨识过于宏观，特别是对于油水交替润湿状态难以实现定量研究，借助 腐蚀探针等技术对腐蚀信号的采集也难以与管道内壁交替润湿状态形成对照；
[0012] (4)大型油气水多相流腐蚀模拟装置的运行与维护难度大，耗费人力物力巨大，也 成为制约油水两相或油气水三相流腐蚀规律定量研究的原因之一。
[0013] 油田现场缓蚀剂效果评价亟需发展一种适用于含原油介质中腐蚀信号快速响应 与腐蚀速率评价技术。 【实用新型内容】
[0014] 本实用新型要解决的技术问题是：油田采出液管道内壁常处于油水交替润湿状 态，这也是导致管道不同部位非均匀腐蚀穿孔的主要原因之一。然而，目前尚缺乏对其腐蚀 规律的认识。主要难点在于（1)油水交替润湿状态的模拟；（2)含原油环境中瞬时腐蚀信 号的获取。为研究油水交替润湿过程，一般将润湿行为与腐蚀行为分别研究，缺少对应性和 相关性的理解，阻碍了腐蚀机理的澄清。
[0015] 本实用新型涉及油气生产过程中腐蚀仿真模拟测试装置，主要为定量表征管道内 壁在油水交替性作用条件下，腐蚀信号的快速响应与记录，从而提供一种原油润湿条件下 腐蚀评价方法。本装置将作为揭示原油缓蚀作用和腐蚀规律的基础实验装置，同时为原油 集输管道内缓蚀剂效果评价提供可靠、便捷的方法。
[0016] 本实用新型提供的油水交替润湿腐蚀模拟装置，包括：
[0017] 电化学信号处理系统，其为一可记录电流信号的电化学工作站，该电化学工作站 具有工作电极端子、参比电极端子和对电极端子；
[0018] 油水交替润湿模拟电解池，包括电解池外筒和套设于电解池外筒中电解池内筒， 电解池内筒与电解池外筒连通；电解池内筒内设置有与对电极端子电连接的铂对电极以及 与参比电极端子电连接的参比电极；
[0019] 旋转圆盘电极系统，包括圆盘电极和驱动圆盘电极旋转的旋转驱动装置，圆盘电 极伸入至电解池内筒中；铂对电极位于圆盘电极的下方，且该铂对电极与圆盘电极的底面 平行；参比电极的盐桥尖管的管尖放置于铂对电极与圆盘电极的底面之间；其中，所述圆 盘电极的底面是导电面作为工作电极，圆盘电极外表面的其余部分绝缘，工作电极与工作 电极端子电连接；或者，所述圆盘电极的侧面设一环形导电面作为工作电极，圆盘电极外表 面的其余部分绝缘，工作电极与工作电极端子电连接；