一种湿H2S环境的多相流冲刷腐蚀试验台

摘要

一种湿H2S环境的多相流冲刷腐蚀试验台，包括气体管路、液体管路、试验管路和安全附件管路，气体管路、液体管路通过混合器和试验段连接，试验段出口和旋风分离器连接，旋风分离器出气口和气体管路连接，旋风分离器出液口通过管道和液体管路连接，气体管路部件、液体管路部件和试验管路部件全布置安全房内，安全房内放置有H2S检测仪，安全房通过风机和燃烧器的入口管道连通，燃烧器出口通过管道连接到碱液喷淋器，试验台的控制方法包括安全控制、温度控制和流量控制，本发明将试验台与外界隔开，既增加的实验的安全性，又有效的处理了试验后的残余气体，具有安全、节省成本、易于操作等特点。

说明书

技术领域

本发明涉及腐蚀介质冲刷腐蚀试验台的技术领域，具体涉及一种湿H2S环境的多相流冲刷腐蚀试验台。 

背景技术

在石油和天然气的采集、加工行业里，湿H₂S介质的多相流冲刷腐蚀已成为影响管道或容器寿命的重要原因，研究湿H₂S介质的冲刷腐蚀机理及防护技术对于提高管道或容器的可靠性和寿命具有重要意义。H₂S气体是剧毒气体，模拟湿H₂S环境的腐蚀试验必须重视安全问题。相关专利检索如下： 

多功能环道式油气水多相流腐蚀模拟试验装置（CN201210067072.9）没有设置安全房及相应尾气处理部件，不能吸收H₂S尾气。 

管流式液固双相流冲刷腐蚀实验装置（CN00253528.9）没有设置安全房及相应尾气处理部件，不能吸收H₂S尾气。 

在交替氧化－硫化气氛中工程用钢的高温腐蚀模拟装置(CN01248009.6)没有气体、液体管路，没有设置安全房及相应尾气处理部件，不能吸收H₂S尾气。 

一种高温高流速冲蚀实验装置（CN01211291.7）没有设置安全房及相应尾气处理部件，不能吸收H₂S尾气。 

模拟石化管路冲刷腐蚀监检测实验装置（CN200920278231.3）没有设置安全房及相应尾气处理部件，不能吸收H₂S尾气。 

一种模拟天然气气相冲刷腐蚀的回路试验装置(CN201220726596.X)没有设置安全房及相应尾气处理部件，不能吸收H₂S尾气。 

一种多相流冲刷局部腐蚀测试系统（CN201310116589.7）没有设置安全房及相应尾气处理部件，不能吸收H₂S尾气。 

现有的类似试验系统的安全防护措施，或后处理方案都不足以满足湿H₂S环境的腐蚀试验的要求。 

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种湿H₂S环境的多相流冲刷腐蚀试验台，能够满足湿H₂S环境的腐蚀试验的要求，具有安全、节省成本、易于操作等特点。 

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为： 

一种湿H₂S环境的多相流冲刷腐蚀试验台，包括气体管路、液体管路、试验管路、安全附件管路。 

在气体管路中，气瓶1通过第一截止阀2连接至储气罐3的进口上，储气罐3的出口通过压缩机4和缓冲罐7的进气口连接，缓冲罐7的出气口依次通过第一冷却器9、第一压力传感器10、第一温度传感器11、第一流量计12和混合器13的进气口连接，第一电磁阀6通过管道一端连接到缓冲罐7上，另一端连接储气罐3上，第一控制器8和第一电磁阀6、第一压力传感器10、第一温度传感器11、第一流量计12、第一冷却器9连接； 

在液体管路中，储液罐22的出口和耐酸泵20的入口连接，耐酸泵20的出口依次通过第二冷却器19、第二压力传感器17、第二温度传感器16、第二流量计15和混合器13的进液口连接，第二电磁阀21通过管路分别连接到耐酸泵20的出口管线和储液罐22上，第二控制器18和第二电磁阀21、第二压力传感器17、第二温度传感器16、第二流量计15、第二冷却器19连接； 

在试验管路中，混合器13的出口和试验段14的入口连接，试验段14的出口和旋风分离器23的入口连接，旋风分离器23出气口通过第二截止阀29和储气罐3连接，旋风分离器23出液口通过管道和储液罐22连接。 

所述的气体管路部件、液体管路部件和试验管路部件全布置在安全房25内，安全房25内放置有H₂S检测仪24，安全房25通过风机26和燃烧器27的入口管道连通，燃烧器27出口通过管道连接到碱液喷淋器31。 

所述的安全附件管路包括第一安全阀5、第二安全阀30和第三电磁阀28，第一安全阀5通过管道一端连接到缓冲罐7上，另一端连接到燃烧器27的入口管道上；第二安全阀30通过管道一端连接到储气罐3上，另一端连接到燃烧器27的入口管道上；第三电磁阀28通过管道一端连接到储气罐3上，另一端连接到燃烧器27入口管道上，第三控制器32分别和H₂S检测仪24、第三电磁阀28相连、风机26相连。 

所述的湿H₂S环境的多相流冲刷腐蚀试验台的控制方法包括： 

安全控制：H₂S检测仪24监测安全房25内的H₂S浓度，数据传入第三控制器32中，若H₂S浓度超过报警阈值时，第三控制器32先控制风机26增大抽风流量，并开启第三电磁阀28，使试验台管内气体排出，通过燃烧器27和碱液喷淋器31进行无害处理，并发出安全警报，提示操作员切断压缩机4和耐酸泵20的电源，进行安全疏散或执行其他应急措施，在系统管路停止运转后，第三控制器32继续读取H₂S检测仪24的监测数据，当H₂S浓度在允许范围内时，才发出允许人员进入的信号，并提示操作员延后关闭风机26、燃烧器27和碱液喷淋器31； 

温度控制：系统运行过程中，温度会逐渐升高，对于气体管路，第一温度传感器11读取管路介质温度，数据传送到第一控制器8中，若气体管路温度低 于设定温度值，第一控制器8中进行低温报警，提示操作员降低第一冷却器9的流量，或升高第一冷却器9中冷却介质的入口温度；反之，若气体管路温度高于设定温度值，则提高第一冷却器9的流量或降低第一冷却器9介质的入口温度，同理，对与液体管路，第二温度传感器16读取管路介质温度，数据传送到第二控制器18中，若液体管路温度低于设定温度值，第二控制器18中进行低温报警，提示操作员降低第二冷却器19的流量，或升高第二冷却器19中冷却介质的入口温度；反之，若液体管路温度高于设定温度值，则提示提高第二冷却器19的流量或降低第二冷却器19介质的入口温度； 

流量控制：对于液体管路，第二流量计15读取管路介质的体积流量，数据传送到第二控制器18中并进行计算和输出，若液体流量低于设定值，第二控制器18控制第二电磁阀21关小阀门，使回流到储液罐22的流量减少，反之，若流量高于设定值，第二控制器18则控制第二电磁阀21开大阀门，使回流到储液罐22的流量增大，直至流量达到要求时停止；对于气体管路，第一流量计12读取管路介质的体积流量，数据传送到第一控制器8中并进行计算和输出，若液体流量低于设定值，第一控制器12控制第一电磁阀6关小阀门，使回流到储气罐3的流量减少，反之，若流量高于设定值，第二控制器12则控制第二电磁阀6开大阀门，使回流到储气罐3的流量增大，直至流量达到要求时停止，流量改变后，系统温度会发生波动，此时需要进行温度控制。 

本发明的有益效果为： 

1）本发明设计一个完全封闭的安全房，将试验台与外界隔开，通过风机抽吸防止毒性气体向安全房外泄漏，利用燃烧器和碱液喷淋对毒性气体进行无害处理，达到安全环保的目的。 

2）针对试验台，本发明设计了安全控制方法，当发现安全房内H2S气体浓 度超过安全阈值时，控制器发出安全警报，自动开启阀门进行排气，并加大风机抽吸流量，提示操作员切断压缩机和耐酸泵的电源，可以使系统在发生毒性气体泄漏后立即将毒性气体排出并无害处理，无需人工干预，增加了系统的安全性。 

3）系统在气体管路和液体管路设置冷却器，设计相应的温度控制方法，通过调节冷却器入口流量和入口温度来维持系统温度，解决了装置长期运行后温度会逐步升高的问题。 

附图说明

附图为本发明的结构示意图。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细描述。 

参照附图，一种湿H₂S环境的多相流冲刷腐蚀试验台，包括气体管路、液体管路、试验管路和安全附件管路， 

在气体管路中，气瓶1通过第一截止阀2连接至储气罐3的进口上，储气罐3的出口通过压缩机4和缓冲罐7的进气口连接，缓冲罐7的出气口依次通过第一冷却器9、第一压力传感器10、第一温度传感器11、第一流量计12和混合器13的进气口连接，第一电磁阀6通过管道一端连接到缓冲罐7上，另一端连接储气罐3上，第一控制器8和第一电磁阀6、第一压力传感器10、第一温度传感器11、第一流量计12、第一冷却器9连接； 

在液体管路中，储液罐22的出口和耐酸泵20的入口连接，耐酸泵20的出口依次通过第二冷却器19、第二压力传感器17、第二温度传感器16、第二流量计15和混合器13的进液口连接，第二电磁阀21通过管路分别连接到耐酸泵20 出口管线和储液罐22上，第二控制器18和第二电磁阀21、第二压力传感器17、第二温度传感器16、第二流量计15、第二冷却器19连接； 

在试验管路中，混合器13的出口和试验段14的入口连接，试验段14的出口和旋风分离器23的入口连接，旋风分离器23出气口通过第二截止阀29和储气罐3连接，旋风分离器23出液口通过管道和储液罐22连接。 

所述的气体管路部件、液体管路部件和试验管路部件全布置安全房25内，安全房25内放置有H₂S检测仪24，安全房25通过风机26和燃烧器27的入口管道连通，燃烧器27出口通过管道连接到碱液喷淋器31。 

所述的安全附件管路包括第一安全阀5、第二安全阀30和第三电磁阀28，第一安全阀5通过管道一端连接到缓冲罐7上，另一端连接到燃烧器27的入口管道上；第二安全阀30通过管道一端连接到储气罐3上，另一端连接到燃烧器27的入口管道上；第三电磁阀28通过管道一端连接到储气罐3上，另一端连接到燃烧器27入口管道上，第三控制器32分别和H₂S检测仪24、第三电磁阀28相连、风机26相连。 

本发明的工作原理为： 

实验开始时，先进行氮气吹扫，并在储液罐22和气瓶1中储存一定量的工作介质。进行升压时，打开第一截止阀2，关闭第二截止阀29，气瓶1中混合好的含H₂S气体进入储气罐3，启动压缩机4，将气体注入缓冲罐7和后续管路中，直至达到实验压力的一定倍数。然后，关闭第一截止阀2，缓慢打开第二截止阀29，使储气罐中充满高压气体，管路中的整体压力会下降至实验压力附近。若压力达不到试验压力，可以置换新的内充高压气体的气瓶1，并缓慢打开第一截止阀2，当压力仍升至设定值时再关闭。如果压力高于试验压力，可以缓慢打开第三电磁阀28，使管路气体排出，直至压力达到设定值时再关闭。 

然后，启动压缩机4和耐酸泵20，将气体和液体同时泵入混合器13，混合后的介质流过试验段14，并在分离器23中进行气液分离，气体流入储气罐3，液体流入储液罐22，使流体介质循环。试验过程中管路压力可能会逐渐降低，需要每隔一段时间，打开一次截止阀2，让气瓶1中的高压气体冲入管路，维持管道压力。 

气体管路的第一控制器8读取第一压力传感器10、第一温度传感器11和第一流量计12的数据，通过控制第一电磁阀6的开度来对管路流量进行调节，通过控制第一冷却器9的进口流量来对管路温度进行调节。 

同理，液体管路的第二控制器18读取第二压力传感器17、第二温度传感器16和第二流量计15的数据，通过控制第二电磁阀21的开度来对管路流量进行调节，通过控制第二冷却器19的进口流量来对管路温度进行调节。 

气体管路和液体管路的介质在混合器13内混合均匀，并流入试验段14，再进入分离器23进行气液分离。其中分离后的气体直接流入储气罐3，液体直接流入储液罐22。 

安全房25将整个实验设备罩起来，形成密闭空间，风机26抽吸安全房25内的空气，使房内形成负压环境，H₂S检测仪24实时检测安全房25内的H₂S含量，当含量超标时发出警报，提示操作员停止压缩机4和耐酸泵20，并进行安全疏散或执行其他应急措施。风机26抽吸出的空气通过管道流过燃烧器27，燃烧器27充分燃烧空气中的H₂S，生成SO₂，并通过碱液喷淋器31进行中和，最后气体排入大气，碱液喷淋器31内的碱液循环使用，并及时补充新鲜溶液。 

在试验过程中，H₂S检测仪24监测安全房25内的H₂S浓度，数据传入第三控制器32中。若H₂S浓度超过报警阈值时，第三控制器32先控制风机26增大抽风流量，并开启第三电磁阀28，使试验台管内气体缓慢排出，通过燃烧器27 和碱液喷淋器31进行无害处理。并发出安全警报，提示操作员切断压缩机4和耐酸泵20的电源，进行安全疏散或执行其他应急措施。 

试验结束后，第三控制器32缓慢打开第三电磁阀28，使系统内的气体逐步流出，经过燃烧器27燃烧后，再利用碱液喷淋器31进行吸收。第三控制器32继续读取H₂S检测仪24的监测数据，当H₂S浓度在允许范围内时，才发出允许人员进入的信号，并提示操作员延后关闭风机26、燃烧器27和碱液喷淋器31。 

第二安全阀30和第一安全阀5可以防止容器超压，超压后泄露出的气体通过管道流经燃烧器27燃烧，然后通过碱液喷淋器31。 

以上所述仅是本发明的较佳实施例，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。