专利名称：模拟高流速的反向旋转腐蚀测试挂片架的制作方法
技术领域：
本发明是关于石油化工领域金属材料腐蚀防护的试验装置，尤其涉及一种模拟高 流速的反向旋转腐蚀测试挂片架。
背景技术：
室内高温高动态腐蚀模拟测试实验是金属腐蚀防护、油气田油套管材料选择的基 础性实验，若防腐防护方式做的不合理，会带来经济上的巨大损失。据世界工业发达国家腐 蚀调查统计，各国的年腐蚀损失约占国民经济生产总值的1.5%-4. 2%左右，1998年美国 腐蚀损失2757亿美元。据我国2002年发表的调查报告指出，年腐蚀支出的直接费用已经 达到2000亿以上，如果计算间接损失，腐蚀费用的总和可达到5000亿人民币，约占国民经 济总值的5%。对于石油与石化行业尤其严重，约占产值的6%左右。中国石油工业所耗费 的石油管材每年约100亿元左右，其中大部分因腐蚀而报废。腐蚀不仅会造成经济上的巨 大损失，而且会引起装置泄露、污染环境，甚至引起爆炸和人员伤亡。1994年10月，俄罗斯 北部多处地下输油管道腐蚀破裂，原油大量泄漏，造成严重环境污染；1988年英国阿尔法 平台因腐蚀破坏而发生爆炸，造成166人死亡，导致北海油田年减产12% ；1971年5月，四 川威成天然气管线腐蚀破裂导致爆炸燃烧，造成M人伤亡，直接经济损失7000万元；1971 年5月 1986年2月，四川天然气管网因腐蚀导致爆炸燃烧事故83次；1991年1月25日， 川东油田H2S腐蚀造成井喷，死亡2人，受伤7人。室内腐蚀模拟测试实验是评价金属材料在某特定腐蚀介质中的耐蚀性能的常用 方法，同时也是油气田油套管和地面设备选材的常用实验研究方法。模拟实验中除了温度 和腐蚀介质的含量影响到材料的腐蚀特性外，液体的流速会对金属挂片表面产生一定的切 力，对腐蚀产物膜有一定的破坏作用，最终会影响材料在某特定腐蚀环境下的腐蚀特性。目前，现有的腐蚀模拟测试设备包括有管流循环模拟设备和旋转模拟动态的高温 高压釜。管流循环模拟设备要求试样加工成圆管或者半圆管模型，靠泵体来驱动液体在管 内循环，同时在管道上安装测流装置；该设备模拟的流速可以达到与现场一直的效果，但 是，该管流循环模拟设备造价非常高，是一台普通高温高压釜的几十倍，甚至上百倍，一般 科研单位无法承受；并且该设备占地面积大，操作复杂，耗能高。而旋转模拟动态的高温高 压釜是利用电机带动挂片夹具作圆周运动来模拟流体的流动，旋转模拟动态釜模拟的流速 是根据转轴的角速度和挂片夹具的半径来计算；该类设备与管流循环模拟设备相比，具有 占地面积小，操作方便等优点。但是，旋转模拟动态釜模拟的流速虽然数字上与现场要求流 速相等，实际上由于挂片支架携带挂片随搅拌轴旋转起来后，釜内的液体也沿相同的转向 旋转，真正的相对速度小于按照v = wR计算的结果(ν为现场实际流速，R为挂片架内环 半径，w由实际速度和半径计算得出)，挂片表面流体的切线速度远小于实际情况，最终测 得的腐蚀速率偏小，得出的结果会高估材料的耐蚀性能，由此选择的油套管材料达不到安 全要求。如何在旋转高温高压釜内获得更高的挂片表面切力，避免出现测试的腐蚀程度小于实际情况和高估材料的耐蚀性能的情况，以便为油气田选择安全、合理的油套管材料等， 是目前本领域急需解决的问题。有鉴于此，本发明人凭借多年的相关设计和制造经验，提出 一种模拟高流速的反向旋转腐蚀测试挂片架，以克服现有技术的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种模拟高流速的反向旋转腐蚀测试挂片架，通过转动轴 及搅拌桨体与挂片支架的反向旋转，实现挂片表面高流体切线速度，以得到挂片表面更高 的剪切力，使室内模拟实验的模拟流速等于或者高于现场设计参数，避免实验测试结果高 估金属材料在某些腐蚀介质中的耐蚀性能，从而能够达到为油气田地面设备和井下油井管 选择安全合理材质的目的。本发明的目的是这样实现的，一种模拟高流速的反向旋转腐蚀测试挂片架，所述 测试挂片架设置在一釜体内，该测试挂片架包括设置在釜体内轴向中心位置的转动轴，转 动轴上设有搅拌桨体；在釜体内围绕所述转动轴和搅拌桨体设有一环形旋转底座，所述环 形旋转底座的上端设有多个安装测试挂片的挂片连接部；在所述转动轴和环形旋转底座之 间设有驱动环形旋转底座形成与转动轴呈反向旋转的传动装置。在本发明的一较佳实施方式中，所述环形旋转底座的内壁设为内齿轮，环形旋转 底座的外缘轴向向上延伸设有凸环，所述挂片连接部均勻设置在该凸环的内壁上。在本发明的一较佳实施方式中，所述传动装置包括联结在转动轴上的主动齿轮， 所述主动齿轮与环形旋转底座的内齿轮之间均布有两个或两个以上惰性齿轮，所述惰性齿 轮与主动齿轮为外啮合，所述惰性齿轮与环形旋转底座为内啮合。在本发明的一较佳实施方式中，在所述釜体内底部设有一静止底座，所述惰性齿 轮的轮轴设置在静止底座上的相应轴孔中；所述环形旋转底座设置在该静止底座的上表 面；所述主动齿轮轴向联结于转动轴的底端并抵靠在所述静止底座的上表面。 在本发明的一较佳实施方式中，所述主动齿轮的轴向中心设有一方形槽孔，所述 转动轴底端设有方形柱体，所述转动轴的方形柱体嵌设在主动齿轮的方形槽孔中。在本发明的一较佳实施方式中，所述各挂片连接部紧固安装有测试挂片；在所述 多个测试挂片的顶端环固一上环体。在本发明的一较佳实施方式中，所述搅拌桨体为一横向固定在转动轴上的桨片。在本发明的一较佳实施方式中，所述釜体上部设有釜盖，所述转动轴通过轴承能 转动地联接在釜盖的中心。在本发明的一较佳实施方式中，所述釜体的外侧设有加热套。由上所述，由本发明的模拟高流速的反向旋转腐蚀测试挂片架构成的旋转模拟动 态实验装置，可将现场要求的速度作为目标值，由线速度和旋转半径可以计算得出的转动 轴的角速度，由于支架反向旋转的存在，使测试挂片与流体(腐蚀模拟液体)的实际相对速 度高于现场要求速度，这样测得的实验结果会比实际情况更加可靠，避免了以往旋转设备 测试结果出现高估材料耐蚀性能的问题，使实验测试结果等于或者高于现场实际要求，防 腐设计更加安全。此外，旋转模拟实验仪器与管流模拟设备相比，其占地面积小，操作方便， 成本低廉，大大降低了科学研究的成本。
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其 中图1 为本发明模拟高流速的反向旋转腐蚀测试挂片架设置在高温高压釜体内的 结构示意图。图2 为本发明模拟高流速的反向旋转腐蚀测试挂片架的结构示意图。图3 为图2的俯视结构示意图。
具体实施例方式为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照
本发 明的具体实施方式
。如图1、图2和图3所示，本发明提出一种模拟高流速的反向旋转腐蚀测试挂片架 100，所述测试挂片架100设置在一高温高压釜体内，该测试挂片架100包括设置在釜体91 内轴向中心位置的转动轴1，转动轴1上设有搅拌桨体2，在本实施方式中，所述搅拌桨体2 为一固定在转动轴1上的桨片(当然，也可以是其它形状的叶片等)；在釜体91内围绕所 述转动轴1和搅拌桨体2设有一环形旋转底座3，所述环形旋转底座3的上端设有多个安 装测试挂片4的挂片连接部31 ；在所述转动轴1和环形旋转底座3之间设有驱动环形旋转 底座3形成与转动轴1呈反向旋转的传动装置5。实验时，釜体内装入腐蚀模拟液体，转动 轴1由电机驱动旋转并通过搅拌桨体2搅动腐蚀模拟液体随着转动轴1的旋转方向进行旋 转；此时，传动装置5驱动环形旋转底座3作与转动轴1反向同轴旋转，由此，使安装在环形 旋转底座3上的测试挂片4与旋转的腐蚀液体的相对速度增大，得到挂片表面更高的剪切 力，以使室内模拟实验的模拟流速等于或者高于现场设计参数。如图1所示，在本实施方式中，所述釜体91上部设有釜盖92，所述釜体91的外侧 设有加热套8。所述釜盖92的中部设有一上凸的内腔，所述转动轴1通过轴承93能转动 地联接在釜盖92的中心，转动轴1的上端延伸进入所述内腔中；内腔中设有一与转动轴1 连接的磁环芯轴94，内腔外部套设一驱动磁环95，所述驱动磁环95由电机96带动转动，由 此，驱动所述转动轴1旋转。在本实施方式中，所述环形旋转底座3的内壁设为内齿轮，环形旋转底座3的外缘 轴向向上延伸设有凸环32，所述挂片连接部31均勻设置在该凸环32的内壁上，在本实施方 式中，挂片连接部31设置八个。所述各挂片连接部31紧固安装有测试挂片4 ；在所述八个 测试挂片4的顶端环固一上环体6，以防止环形旋转底座3转动时，各测试挂片4由于惯性 作用向外侧倾斜。在本实施方式中，所述传动装置5包括联结在转动轴1上的主动齿轮51，所述主动 齿轮51与环形旋转底座3的内齿轮之间均布有两个或两个以上惰性齿轮52 (如图3所示， 在本实施方式中均布有两个惰性齿轮52)，所述惰性齿轮52与主动齿轮51为外啮合，所述 惰性齿轮52与环形旋转底座3为内啮合。在本实施方式中，为了避免测试挂片架直接与釜体91接触，在所述釜体91内底部 设有一静止底座7，所述静止底座7与釜体91内壁之间为间隙配合，靠热张力实现与釜体 91内壁的固定。所述惰性齿轮52的轮轴设置在静止底座7上的相应轴孔71中；所述环形旋转底座3设置在该静止底座7的上表面；所述主动齿轮51轴向联结于转动轴1的底端并 抵靠在所述静止底座7的上表面。在本实施方式中，为了便于整体装置的安装和拆卸，所述主动齿轮51的轴向中心 设有一方形槽孔511，所述转动轴1底端设有方形柱体11，所述转动轴的方形柱体11嵌设 在主动齿轮的方形槽孔511中。本发明具有如下有益效果1.测试挂片表面相对流速高。在搅拌条件下，测试挂片沿与搅拌方向相反的方向 旋转，增大了表面相对流速和切力；2.降低电机转速。由于支架及挂片与搅拌桨体转向相反，电机在低转速下可以模 拟高流速的流体流动，可以避免电机在高转速下运转；同等电机转速的情况下，可实现增大 挂片表面流体切力的目的；3.设备占地面积小。由于是通过旋转来实现高流速，比管流模拟设备占地面积4.结构简单、操作方便。本发明结构简单，加工安装方便；5.经济可行。本发明的支架主体部分材质为聚四氟乙烯材料，材料价格低廉。总之，由本发明的模拟高流速的反向旋转腐蚀测试挂片架构成的旋转模拟动态实 验装置，可将现场要求的速度作为目标值，由线速度和旋转半径可以计算得出的转动轴的 角速度，由于支架反向旋转的存在，使测试挂片与流体(腐蚀模拟液体)的实际相对速度高 于现场要求速度，这样测得的实验结果会比实际情况更加可靠，避免了以往旋转设备测试 结果出现高估材料耐蚀性能的问题，使实验测试结果等于或者高于现场实际要求，防腐设 计更加安全。此外，旋转模拟实验仪器与管流模拟设备相比，其占地面积小，操作方便，成本 低廉，大大降低了科学研究的成本。以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式
，并非用以限定本发明的范围。任何 本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均 应属于本发明保护的范围。
权利要求
1.一种模拟高流速的反向旋转腐蚀测试挂片架，所述测试挂片架设置在一釜体内，其 特征在于该测试挂片架包括设置在釜体内轴向中心位置的转动轴，转动轴上设有搅拌桨 体；在釜体内围绕所述转动轴和搅拌桨体设有一环形旋转底座，所述环形旋转底座的上端 设有多个安装测试挂片的挂片连接部；在所述转动轴和环形旋转底座之间设有驱动环形旋 转底座形成与转动轴呈反向旋转的传动装置。
2.如权利要求1所述的模拟高流速的反向旋转腐蚀测试挂片架，其特征在于所述环 形旋转底座的内壁设为内齿轮，环形旋转底座的外缘轴向向上延伸设有凸环，所述挂片连 接部均勻设置在该凸环的内壁上。
3.如权利要求2所述的模拟高流速的反向旋转腐蚀测试挂片架，其特征在于所述传 动装置包括联结在转动轴上的主动齿轮，所述主动齿轮与环形旋转底座的内齿轮之间均布 有两个或两个以上惰性齿轮，所述惰性齿轮与主动齿轮为外啮合，所述惰性齿轮与环形旋 转底座为内啮合。
4.如权利要求3所述的模拟高流速的反向旋转腐蚀测试挂片架，其特征在于在所述 釜体内底部设有一静止底座，所述惰性齿轮的轮轴设置在静止底座上的相应轴孔中；所述 环形旋转底座设置在该静止底座的上表面；所述主动齿轮轴向联结于转动轴的底端并抵靠 在所述静止底座的上表面。
5.如权利要求4所述的模拟高流速的反向旋转腐蚀测试挂片架，其特征在于所述主 动齿轮的轴向中心设有一方形槽孔，所述转动轴底端设有方形柱体，所述转动轴的方形柱 体嵌设在主动齿轮的方形槽孔中。
6.如权利要求2所述的模拟高流速的反向旋转腐蚀测试挂片架，其特征在于所述各 挂片连接部紧固安装有测试挂片；在所述多个测试挂片的顶端环固一上环体。
7.如权利要求1所述的模拟高流速的反向旋转腐蚀测试挂片架，其特征在于所述搅 拌桨体为一固定在转动轴上的桨片。
8.如权利要求1所述的模拟高流速的反向旋转腐蚀测试挂片架，其特征在于所述釜 体上部设有釜盖，所述转动轴通过轴承能转动地联接在釜盖的中心。
9.如权利要求1所述的模拟高流速的反向旋转腐蚀测试挂片架，其特征在于所述釜 体的外侧设有加热套。
全文摘要
本发明为一种模拟高流速的反向旋转腐蚀测试挂片架，该测试挂片架包括设置在釜体内轴向中心位置的转动轴，转动轴上设有搅拌桨体；在釜体内围绕转动轴设有环形旋转底座，环形旋转底座的上端设有多个安装测试挂片的挂片连接部；在转动轴和环形旋转底座之间设有驱动环形旋转底座形成与转动轴呈反向旋转的传动装置。本发明可将现场要求的速度作为目标值，由线速度和旋转半径可以计算得出的转动轴的角速度，由于支架反向旋转的存在，使测试挂片与流体的实际相对速度高于现场要求速度，这样测得的实验结果会比实际情况更加可靠，避免了以往旋转设备测试结果出现高估材料耐蚀性能的问题，使实验测试结果等于或者高于现场实际要求，防腐设计更加安全。
文档编号G01N17/00GK102128783SQ201110062618
公开日2011年7月20日 申请日期2011年3月15日 优先权日2011年3月15日
发明者张春阳, 徐芸, 李文良, 李晓荣, 李杨, 范白涛, 董星亮, 袁俊亮, 邓金根, 闫伟 申请人:中国石油大学(北京)