动态循环腐蚀速率测试装置及测试方法与流程

1.本发明涉及一种测试装置以及测试方法，具体涉及一种动态循环腐蚀速率测试装置及测试方法。


背景技术：

2.经过多年的开发，国内油田采出液大多含水率高、水相矿物质含量高，加之二次和三次采油技术的应用，采出液中往往还伴随有co2及聚合物等成分，集输管线内腐蚀严重，穿孔泄露事故频发。油田集输管道管径较小、流量低、不配备收发球等设施，智能内检测无法使用且成本较高。检测技术的缺失使得目前油田集输管线的完整性管理远远不能满足国家对安全生产和环境保护日益严格的要求。
3.内腐蚀直接评价技术（icda）是有效的管道完整性评价技术。美国腐蚀工程师协会（nace）从2006年至2016年相继颁布了4个关于icda的标准，适用于不同输送介质的管道。评价主要包括预评价、间接评价、直接检测及后评价四部分，其中间接评价和直接检测是icda的核心步骤。 2016年颁布的多相流管道内腐蚀直接评价技术适用于油田集输管线，但由于多相流管道内腐蚀影响因素复杂，该标准并未推荐具体的评价模型，且颁布时间较短，而国内油田集输管道相对国外管线具有含水量高等特点，因此如何借鉴相关标准用于指导我国油田集输管道内腐蚀直接评价亟需开展研究和探索，现有的评价模型无法在实验过程中对气相、液相介质成分进行指向性调整，使现有评价模型与实际使用过程中的参数存在差距，且现有测试装置不能在测试过程中对腐蚀速率进行测试，仅能在停机泄压后，才能对腐蚀腐蚀速率进行检测。


技术实现要素：

4.本发明的目的是在于：提供一种能够准确控制腐蚀实验时的气液比、测试压力、流速，能完全模拟多相流管道内腐蚀环境，且能在实验过程中对各阶段的腐蚀速率进行检测的动态循环腐蚀速率测试装置及测试方法。
5.本发明的技术方案是：一种动态循环腐蚀速率测试装置，包括测试罐、气体缓冲罐、气液分离罐、气体混合罐和液槽，其特征在于：气体混合罐通过气体增压泵和连通管与气体缓冲罐连通，气体缓冲罐通过连通管与测试罐连通；气体混合罐并通过干燥器和连通管与气液分离罐连通，气液分离罐和液槽分别通过连通管和背压阀与测试罐连通；液槽还通过变频增压泵和连通管与测试罐连通。
6.所述的测试罐的顶部安装有挂片取放装置；测试罐上包裹有电加热器。
7.所述的挂片取放装置由球阀连接座、球阀、泄压阀、起放连接套和起放连接杆构成，球阀连接座上方由下至上依次设置有球阀、泄压阀和起放连接套，起放连接套上插装有起放连接杆，起放连接杆的底部端头设置有封隔旋塞，封隔旋塞分别与球阀、泄压阀滑动密封连接；封隔旋塞的底部固装有挂片连接杆；所述的球阀连接座与测试罐密封连接。
8.所述的球阀连接座的底部中心设置有连接块，连接块穿过测试罐的外壁延伸至测试罐内，挂片连接杆的底部端头穿过连接块延伸至测试罐内。
9.所述的气体缓冲罐与测试罐之间的连通管上设置有气体流量控制器；气体流量控制器与气体缓冲罐之间的连通管上设置有调压阀。
10.所述的气体流量控制器与测试罐进口之间的连通管上设置有单向阀a，单向阀a的进口与气体流量控制器连通，单向阀a的出口与测试罐进口连通。
11.所述的气体缓冲罐的底部中心设置有放空阀，气体缓冲罐的顶部设置有安全阀和压力传感器a。
12.所述的干燥器与气液分离罐之间的连通管上设置有气动阀a，气动阀a与气液分离罐之间的连通管上通过支管安装有泄放阀。
13.所述的气液分离罐上设置有液位计；气液分离罐与背压阀之间的连通管上设置有气动阀b，气动阀b与气液分离罐之间的连通管上设置有压力传感器b。
14.所述的气体混合罐上设置有取样口和多个气源连接口；取样口上设置有取样阀；气源连接口上设置有气源控制阀。
15.所述的取样口一侧设置有二氧化碳浓度检测器，以测试由取样口流入空气的二氧化碳浓度。
16.所述的变频增压泵与测试罐之间的连通管上设置有液体流量计，液体流量计与测试罐之间的连通管上设置有单向阀b；单向阀b的进口与液体流量计连通，单向阀b的出口与测试罐进口连通。
17.所述的液槽与背压阀之间的连通管上设置有安全溢流阀；液槽还通过控制阀和连通管与气液分离罐的底部中心连接。
18.一种动态循环腐蚀速率测试方法，其特征在于：它包括如下步骤：1）将动态循环腐蚀速率测试装置的起放连接杆上拉使挂片连接杆运动至起放连接套内，挂片连接杆到位后，将测试管片挂放在挂片连接杆的底部端头，下压起放连接杆，将测试管片插入测试罐内；2）向液槽中注入液体介质，打开连接有气源的气源连接口的气源控制阀向气体混合罐中注入二氧化碳气体；3）启动气体增压泵和变频增压泵，气体增压泵启动后抽取气体混合罐中的二氧化碳气体依次通过气体缓冲罐、调压阀、气体流量控制器输入测试罐中；变频增压泵启动后汲取液槽中的液体介质输入测试罐中；4）进入测试罐中的二氧化碳气体溶于液体介质中，通过溶解有二氧化碳的液体介质和二氧化碳气体对测试管片冲蚀；5）冲蚀测试管片后的二氧化碳气体和液体介质由测试罐出口排出，液体介质通过安全溢流阀回流至液槽中，进行液体循环；二氧化碳气体回流至气液分离罐中，进入气液分离罐中的气体经气液分离后，经过干燥器干燥进入气体混合罐中与气体混合罐中的二氧化碳气体混合，进行气体循环；6）启动气体增压泵和变频增压泵后，按照测试要求调节调压阀的压力，从而调节测试罐中的气体压力；调节气体流量控制器的流量，从而调节测试罐中的气体流量；调节变频增压泵的运行电流和运行电压，从而调节测试罐中的液体介质的压力和流量；使测试罐
中的气体和液体形成要求的气液比、压力和流速；7）启动气体增压泵和变频增压泵后，启动测试罐上的电加热器，对测试罐内的气体和液体进行加热，使测试罐内的气体和液体温度达到测试要求，对测试管片进行腐蚀实验。
19.所述的测试周期为0.5~5h；在测试周期内通过检测方法多次对测试管片进行检测。
20.所述的检测方法为称重法，其具体过程为：将起放连接杆上拉使封隔旋塞运动至泄压阀上方，封隔旋塞到位后，关闭球阀，使球阀上部空间与测试罐隔开；球阀关闭后，打开泄压阀，泄放球阀与封隔旋塞之间的气体，避免取放测试管片时气体向外喷射伤人；气体泄放完毕后，继续上拉起放连接杆，使挂片连接杆底部端头的测试管片上行至起放连接套内，将测试管片由起放连接套内的挂片连接杆端头取下，对测试管片干燥后，进行称重，通过称重获得的测试管片重量计算腐蚀速率；称重完成后，将测试管片安装在起放连接套内的挂片连接杆端头，下压起放连接杆，使封隔旋塞插入泄压阀下方，封隔旋塞插入泄压阀下方后，打开球阀，打开球阀后再次下压起放连接杆，使挂片连接杆端头的测试管片依次穿过球阀、球阀连接座插入测试罐中，再次对测试管片进行腐蚀测试。
21.所述的检测方法为电阻率测定法，其具体过程为：进行步骤1）的过程中将测试管片连接在电阻率测试仪上，在进行步骤8）时通过电阻率测试仪在线监测测试管片的电阻率，通过测试管片的电阻率计算测试管片的腐蚀速率。
22.所述的测试管片为螺旋状，测试管片的一端连接电阻率测试仪的正极，测试管片的另一端连接电阻率测试仪的负极。
23.所述的测试罐内的气液比为10:1，以模拟气体的雾沫夹带现象对测试管片的腐蚀影响。
24.所述的测试罐内的压力为：0~40mpa。
25.所述的测试罐内的流速为：5~10m/s。
26.所述的测试罐内的温度为：室温~200℃。
27.本发明的有益效果在于：该动态循环腐蚀速率测试装置及测试方法通过气体循环能模拟气相流动，通过液体介质循环能模拟液相流动，通过多相流介质对测试管片进行冲刷腐蚀，且在实验过程中能准确控制腐蚀实验时的气液比、测试压力、流速，从而能完全模拟多相流管道内腐蚀环境，提高实验结果的准确性；能在带压情况下完成测试管片的取放，从而能通过称重法连续对测试管片进行腐蚀检测，或能对测试管片的腐蚀速率进行在线检测，大大增加实验科学性和可操作性，能在实验过程中对各阶段的腐蚀速率进行检测；解决了现有评价模型不准确，且不能对各阶段的腐蚀速率进行检测的问题。
附图说明
28.图1是本发明测试装置的结构示意图；图2是本发明挂片取放装置的结构示意图。
29.图中：1、测试罐，2、气体缓冲罐，3、气液分离罐，4、气体混合罐，5、液槽，6、气体增压泵，7、干燥器，8、背压阀，9、变频增压泵，10、电加热器，11、球阀连接座，12、球阀，13、泄压阀，14、起放连接套，15、起放连接杆，16、封隔旋塞，17、挂片连接杆，18、连接块，19、气体流量控制器，20、调压阀，21、单向阀a，22、放空阀，23、安全阀，24、压力传感器a，25、气动阀a，26、泄压阀，27、液位计，28、气动阀b，29、压力传感器b，30、取样阀，31、气源控制阀，32、二氧化碳浓度检测器，33、液体流量计，34、单向阀b，35、安全溢流阀，36、控制阀，37、测试管片。
具体实施方式
30.该动态循环腐蚀速率测试方法包括如下步骤：将动态循环腐蚀速率测试装置的起放连接杆15上拉使起放连接杆15通过封隔旋塞16带动挂片连接杆17上行，使挂片连接杆17运动至起放连接套14内，挂片连接杆17到位后，将测试管片37挂放在挂片连接杆17的底部端头，测试管片安装完成后，下压起放连接杆15，使起放连接杆15依次通过封隔旋塞16、挂片连接杆17带动测试管片37下行，将测试管片37插入测试罐1内，且封隔旋塞16在测试管片37插入测试罐1内时与球阀连接座11密封连接，从而对测试罐1进行密封，防止测试罐1内的气体泄漏。
31.该动态循环腐蚀速率测试装置包括测试罐1、气体缓冲罐2、气液分离罐3、气体混合罐4和液槽5，气体混合罐4通过气体增压泵6和连通管与气体缓冲罐2连通，气体缓冲罐2通过连通管与测试罐1连通；气体混合罐4并通过干燥器7（ahd100721-0a型干燥器）和连通管与气液分离罐3连通，气液分离罐3和液槽5分别通过连通管和背压阀8与测试罐1连通；液槽5还通过变频增压泵9和连通管与测试罐1连通；工作时气体混合罐4中的co2气体通过气体增压泵输送至测试罐1中，在测试罐1中形成气相环境，由测试罐1排出后进入气液分离罐3进行气液分离，分离的气体经过干燥器7干燥后进入气体混合罐4中，由此进行气相的闭环循环；液槽5中的液体介质通过变频增压泵9输送至测试罐1中，在测试罐1中形成液相环境，由测试罐1排出后，液体介质返回液槽5中，由此进行液相的闭环循环；气相和液相闭环循环时，在测试罐1中形成多相流流动，从而模拟多相流管道内腐蚀环境。
32.测试罐1的顶部安装有挂片取放装置，挂片取放装置由球阀连接座11、球阀12、泄压阀13、起放连接套14和起放连接杆15构成，球阀连接座11上方由下至上依次设置有球阀12、泄压阀13和起放连接套14，起放连接套14上插装有起放连接杆15，起放连接杆15的底部端头设置有封隔旋塞16，封隔旋塞16分别与球阀12、泄压阀13滑动密封连接；封隔旋塞16的底部固装有挂片连接杆17，起放连接套14的作用是对起放连接杆15进行扶正，防止起放连接杆15下压或上拉时发生歪斜，进而使起放连接杆15带动封隔旋塞16运动时封隔旋塞16不会发生歪斜，由此保证封隔旋塞16的密封性，同时在挂片连接杆17处于起放连接套14中时，通过起放连接套能便于与测试管片37由挂片连接杆17上拆卸和安装；球阀连接座11与测试罐1密封连接；球阀连接座11的底部中心设置有连接块18，连接块18穿过测试罐1的外壁延伸至测试罐1内，球阀连接座11的作用一方面是安装球阀12，同时配合封隔旋塞16对测试罐1顶部进行密封；挂片连接杆17的底部端头穿过连接块18延伸至测试罐1内，挂片连接杆17的作用是连接测试管片37，使测试管片37能通过挂片连接杆17插入测试罐1中；测试罐1上包裹有电加热器10，通过电加热器10能在工作时对测试罐1进行加热，从而对测试罐1内的气体和液体进行加热，以使多相流介质的温度与实际状况相符。
33.气体缓冲罐2与测试罐1之间的连通管上设置有气体流量控制器19（d07-9e型气体流量控制器），气体缓冲罐2的作用是在气相流动循环时，通过气体缓冲罐2对气体进行缓冲，减小气体压力和流量波动，使气相流动稳定；气体流量控制器19的作用是对气体流量进行控制，使气相流动时，气体流量与实际使用时状况相符，从而对气相流动进行模拟；气体流量控制器19与气体缓冲罐2之间的连通管上设置有调压阀20（k84系列调压阀），以通过调压阀20调整气相压力，使气相流动时，气体压力与实际使用时状况相符；气体流量控制器19与测试罐1进口之间的连通管上设置有单向阀a21，单向阀a21的进口与气体流量控制器19连通，单向阀a21的出口与测试罐1进口连通，以控制流向，使测试罐1中的多相流介质不会返流至气体增压泵6中，进而对气体增压泵6进行保护；气体缓冲罐2的底部中心设置有放空阀22，气体缓冲罐2的顶部设置有安全阀23和压力传感器a24，压力传感器a24的作用是监测气体流动时的压力，从而对气相压力进行反馈调节，保持气相压力始终处于要求范围内。
34.气液分离罐3上设置有液位计27；气液分离罐3与背压阀8之间的连通管上设置有气动阀b28，气动阀b28与气液分离罐3之间的连通管上设置有压力传感器b29，以监测气体回流时的压力，从而与压力传感器a24配合调节气体的流动压力；干燥器7与气液分离罐3之间的连通管上设置有气动阀a25，气动阀a25与气液分离罐3之间的连通管上通过支管安装有泄放阀26，泄放阀26的作用是在气相中co2气体浓度过低时，对由测试罐回流的气体进行泄放，直接通过气源中的co2气体对测试罐1中补充气体，使co2气体浓度维持在实验要求的范围内，同时通过泄放阀26能在停机时泄放气液分离罐3中的压力，从而降低整个测试装置的压力；气动阀a25的作用是在使用泄放阀26泄放气体时，将气体混合罐4封闭，避免气体混合罐4中的co2气体被泄放造成浪费；气液分离罐3的底部中心通过控制阀36和连通管与液槽5连接，液位计27的作用是便于监测气液分离罐3的液位，进而保持气液分离罐3的液位，使气液分离罐3的液位不会过高，进而不会使液体进入干燥器7中，保持干燥器7的干燥能力，且不会使气液分离罐3的液位过低，使气液分离罐3失去液封能力，使气液分离罐3中的气体不会由液槽5泄漏；气体混合罐4上设置有取样口和多个气源连接口，气源连接口与气源连接，设置多个气源连接口的目的是连接气体混合罐4的气源用完时，便于对气源进行切换，保持切换的及时性，保证气源对co2气体的连续供应；取样口上设置有取样阀30；取样口一侧设置有二氧化碳浓度检测器32（jh-tcq-x(c)型二氧化碳浓度检测器），以测试由取样口流入空气的二氧化碳浓度，从而对气相中的二氧化碳浓度进行检测；气源连接口上设置有气源控制阀31，以控制气源与气体混合罐4的连接，进而控制气源的切换。
35.变频增压泵9与测试罐1之间的连通管上设置有液体流量计33（ldg型液体流量计），以通过液体流量计33对液体介质的流量进行监测，进而便于对液体介质的流量进行反馈调节；液体流量计33与测试罐1之间的连通管上设置有单向阀b34；单向阀b34的进口与液体流量计33连通，单向阀b34的出口与测试罐1进口连通，单向阀b34的作用是避免气相向液槽5返流，进而避免气相由液槽5泄漏；液槽5与背压阀8之间的连通管上设置有安全溢流阀35（a41h型安全溢流阀），安全溢流阀35的作用是通过液体介质且不通过气体，进而保证仅能由多相流介质的液体通过安全溢流阀35进入液槽5中，使测试罐1中回流的气体不会进入液槽5中，进而保证气体不会由液槽5泄漏。
36.测试管片37插入测试罐1中后，向液槽5中注入液体介质；关闭控制阀36，使液槽5与气液分离罐3隔开，避免气相循环时由于气液分离罐3中未积存液体，导致co2气体由气液
分离罐3、控制阀36向液槽5中泄漏，进而避免气体泄漏；关闭控制阀36后，打开连接有气源的气源连接口的气源控制阀31向气体混合罐4中注入二氧化碳气体；启动气体增压泵6和变频增压泵9，气体增压泵6启动后抽取气体混合罐4中的二氧化碳气体依次通过气体缓冲罐2、调压阀20、气体流量控制器19输入测试罐1中；变频增压泵9启动后汲取液槽5中的液体介质输入测试罐1中；进入测试罐1中的二氧化碳气体溶于液体介质中，通过溶解有二氧化碳的液体介质和二氧化碳气体模拟多相流管道内腐蚀环境，通过溶解有二氧化碳的液体介质和二氧化碳气体对测试管片37冲蚀，从而通过对测试管片37的冲蚀模拟多相流管道内腐蚀环境对管道以及设备的腐蚀；冲蚀测试管片37后的二氧化碳气体和液体介质由测试罐1出口排出，液体介质通过安全溢流阀35回流至液槽5中，进行液体循环；二氧化碳气体回流至气液分离罐3中，进入气液分离罐3中的气体经气液分离后，经过干燥器7干燥进入气体混合罐4中与气体混合罐4中的二氧化碳气体混合，进行气体循环，在气相循环过程中，通过对气体混合罐4中的气体进行取样检测，监测气相中的co2气体浓度，对co2气体浓度进行调节；启动气体增压泵6和变频增压泵9后，按照测试要求调节调压阀20的压力，从而调节测试罐1中的气体压力；调节气体流量控制器19的流量，从而调节测试罐1中的气体流量；调节变频增压泵9的运行电流和运行电压，从而调节测试罐1中的液体介质的压力和流量；使测试罐1中的气体和液体形成要求的气液比、压力和流速，测试罐1内的气液比为10:1，以模拟气体的雾沫夹带现象对测试管片的腐蚀影响；测试罐1内的压力为：0~40mpa；测试罐1内的流速为：5~10m/s；测试罐1内的温度为：室温~200℃。
37.启动气体增压泵6和变频增压泵9后，启动测试罐1上的电加热器10，对测试罐1内的气体和液体进行加热，使测试罐1内的气体和液体温度达到测试要求，对测试管片37进行腐蚀实验。
38.测试周期为0.5~5h；在测试周期内通过检测方法多次对测试管片37进行检测。
39.检测方法为称重法，其具体过程为：将起放连接杆15上拉使封隔旋塞16运动至泄压阀13上方，封隔旋塞16到位后，关闭球阀12，使球阀12上部空间与测试罐1隔开；球阀12关闭后，打开泄压阀13，泄放球阀12与封隔旋塞16之间的气体，避免取放测试管片37时气体向外喷射伤人；气体泄放完毕后，继续上拉起放连接杆15，使挂片连接杆17底部端头的测试管片37上行至起放连接套14内，将测试管片37由起放连接套14内的挂片连接杆17端头取下，对测试管片37干燥后，进行称重，通过称重获得的测试管片37重量和以下公式计算腐蚀速率；腐蚀速率计算公式为：称重完成后，将测试管片37安装在起放连接套14内的挂片连接杆17端头，下压起放连接杆15，使封隔旋塞16插入泄压阀13下方，封隔旋塞16插入泄压阀13下方后，打开球阀12，打开球阀12后再次下压起放连接杆15，使挂片连接杆17端头的测试管片37依次穿过球阀12、球阀连接座11插入测试罐1中，再次对测试管片37进行腐蚀测试。
40.作为改进，所述的检测方法亦可以为电阻率测定法，其具体过程为：
在将测试管片37插入测试罐1的过程中将测试管片37连接在电阻率测试仪上，插入测试罐1的测试管片37为螺旋状，测试管片37的一端连接电阻率测试仪的正极，测试管片37的另一端连接电阻率测试仪的负极；在对测试管片37进行冲蚀，从而进行实验时通过电阻率测试仪在线监测测试管片37的电阻率，通过测试管片37的电阻率和以下公式计算测试管片的腐蚀速率；腐蚀速率计算公式为：。
41.该动态循环腐蚀速率测试装置及测试方法通过气体循环能模拟气相流动，通过液体介质循环能模拟液相流动，通过多相流介质对测试管片进行冲刷腐蚀，且在实验过程中能准确控制腐蚀实验时的气液比、测试压力、流速，从而能完全模拟多相流管道内腐蚀环境，提高实验结果的准确性；能在带压情况下完成测试管片的取放，从而能通过称重法连续对测试管片进行腐蚀检测，或能对测试管片的腐蚀速率进行在线检测，大大增加实验科学性和可操作性，能在实验过程中对各阶段的腐蚀速率进行检测；解决了现有评价模型不准确，且不能对各阶段的腐蚀速率进行检测的问题。