一种高温高压多相流腐蚀试验装置

摘要

本发明涉及一种高温高压多相流腐蚀试验装置，该装置采用整体锻造耐蚀合金钢材料制造，最大工作气密封压力70MPa，最高工作温度200℃，具有耐酸、耐碱、耐氯气等腐蚀性介质以及显著的耐蚀性。在腐蚀装置装有的视窗，其密封、强度、耐蚀性、耐温及热疲劳寿命与高温高压釜体相当，可实时观测在不同温度压力条件下材料的流动腐蚀情况和腐蚀介质的相态。安装有磁耦合搅拌器，其转速采用计算机数控并实时显示记录，实现腐蚀介质在装置内循环流动。支架基座上安装有调整反应釜倾斜角度（0~45°）的转动轴和圆柱蜗杆，可满足不同倾斜角度下的多相流模拟需求。本发明适用于模拟石油和天然气的开发、集输及加工过程中苛刻环境下的材料腐蚀试验。

说明书

技术领域

本发明涉及一种高温高压多相流腐蚀试验装置，特别是用于评价高温高压多相流条件下材料在硫化氢、二氧化碳等腐蚀介质中的流动腐蚀情况，并可实时观测在不同温度、压力、水平或垂直及不同倾斜角度多相流条件下材料的流动腐蚀情况和腐蚀介质的相态。

背景技术

随着石油天然气勘探开发的不断深入，一些高温高压高产深井的相继投入开发，油气开采环境变得越来越恶劣，特别是高含二氧化碳、硫化氢及元素硫等含硫组分油气田的开发，使得开发和集输过程中的腐蚀问题越来越严重。由于石油管多处于油、气、水、固共存的多相流动腐蚀环境中，受到多相流冲刷腐蚀的作用。尤其当流体具有强腐蚀性且流体内含有固体颗粒的情况下，高流速将导致石油管的迅速破坏。多相流冲刷腐蚀是一个涉及面广且危害很大的腐蚀类型，近年来已逐渐成为腐蚀科学研究中的一个热点。

目前，在高温高压腐蚀装置方面，存在以下不足：

（1）现有的高温高压腐蚀装置中腐蚀介质水平流动为主，无法满足0~45°不同倾斜角度下的流型实验需求，这对于研究多相流腐蚀带来了诸多不便。

（2）现有的高温高压腐蚀装置中腐蚀介质水平流动，这种单一的流动方向和流型决定了腐蚀实验过程中腐蚀介质与试样的接触方式无法真实模拟实际工程中腐蚀介质多相流流动对试样产生的冲蚀、腐蚀行为。

发明内容

本发明为了解决现有高温高压腐蚀装置的不足，目的是提供一种模拟石油天然气生产过程中实际高温高压条件下材料在流动腐蚀介质中多相流腐蚀状况的装置，为评价高含硫高含二氧化碳酸性气田的开采安全性提供实验依据，同时也可为某些石油工业特殊环境中材料的腐蚀试验提供服务。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种高温高压多相流腐蚀试验装置，其特征在于它包括高温高压釜、视窗、磁耦合搅拌器、加热和保温装置、支座、电器与安全控制部分。电器和安全部分包括、压力传感器、温度传感器、压力数据采集系统、温度数据采集系统、压力数显装置、温度数显装置、过温过压保护系统、时间继电器、通信接口。支座部分包括转动轴、圆柱蜗杆、支架基座。

高温高压釜体、高温高压釜盖和两根支管采用耐腐蚀合金钢材料制造，具有耐酸、耐碱以及对氯气、次氯酸盐、二氧化氯溶液等各种浓度的酸溶液具有显著耐腐蚀性能，流动腐蚀装置釜体和支管工作气密封压力0～70MPa，工作温度0～200℃。

在高温高压釜的两根支管上各装有一个视窗，密封、强度、耐蚀性、耐温及热疲劳寿命与高温高压釜体相当，可实时观测在不同温度压力条件下材料的流动腐蚀情况和腐蚀介质的相态。

在高温高压釜外有一层以加热保温套，可实现对高温高压釜的工作温度（0～200℃）的控制。

在高温高压釜盖之上装有磁耦合搅拌器，使腐蚀介质在高温高压釜内循环流动，可实现转速0～1200rpm无级调速，转速控制、测量及转数采集计算机实时控制，并实时显示和记录。不同转速对应不同的循环流动速度，且循环流动速度可以采用非侵入式流量计测量。磁耦合搅拌器密封、强度、耐腐蚀、耐温及热疲劳寿命与高温高压釜体相当，无高温退磁，无磁涡流过热，在0～200℃工作环境中可长时间连续运行。

在高温高压釜下方装有与之匹配的支架基座，支架基座上的圆柱蜗杆可驱动釜体进行不同角度的倾斜，支架基座具有满足高温高压釜正常工作的良好机械性能。

数据采集与控制系统及其软件可实现磁耦合搅拌器的转速、测试温度、测试时间的数字采集和控制，温度、压力、转速可实现实时监测并记录数据。

本发明由于采取以上技术方案，具有以下优点：

（1）可模拟材料在油、气、水、固共存的多相流动腐蚀环境中不同腐蚀介质不同温度及压力条件下的腐蚀情况；

（2）通过圆柱蜗杆调整釜体的倾斜角度，灵活多样地实现实验室所需的不同倾斜角度下的多相流状态；

（3）视窗可实时观测在不同温度压力条件下材料的流动腐蚀情况和腐蚀介质的相态；

（4）磁耦合搅拌器使下部叶片旋转，实现硫化氢等腐蚀介质在高温高压釜中循环流动，从而得到材料在硫化氢等腐蚀介质流动下腐蚀状况；

（5）数据采集与控制系统及其软件可实现磁耦合搅拌器的转速、测试温度、测试时间的数字采集和控制，温度、压力、转速可实现实时监测并记录数据。

附图说明

图1是本发明高温高压多相流腐蚀试验装置的整体结构组成示意图。

图2是本发明高温高压多相流腐蚀试验装置叶片布置示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明进行详细的描述。

本发明为一种高温高压多相流腐蚀试验装置。如图1所示，它包括高温高压釜体1、高温高压釜盖2、磁耦合搅拌器3、支管9、支管密封装置4、视窗5、叶片6、限流盘7、搅拌杆8、压力传感器10、温度传感器11、加热和保温装置12。其中磁耦合搅拌器3下部连接搅拌杆8和叶片6，叶片之上有限流盘7，当高温高压流动腐蚀装置内存在流体时，磁耦合搅拌器3带动下部连接搅拌杆8和叶片6一起转动，由于限流盘7的作用，使流体只能流入下支管，从上支管流出回到高温高压釜体1内，从而建立流体在高温高压流动腐蚀装置内的循环，根据试验要求及相关标准就可以评价材料腐蚀情况。

如图1所示，压力传感器10位于高温高压釜体1靠近顶部的位置，可以实时测量高温高压流动腐蚀装置内的压力，温度传感器11位于高温高压釜体1内的底部，可以实时测量高温高压流动腐蚀装置内的温度，将数据实时数字显示，并可以在计算机上实时显示和记录。

如图1所示，高温高压多相流腐蚀试验装置的两个支管9上各有一个视窗5，通过视窗5可以实时观测到腐蚀介质的相态以及材料在高温高压流动腐蚀装置内不同温度和气密封压力下的腐蚀情况。在高温高压流动腐蚀装置的两个支管9的末端是两个支管密封装置4，可实现实验过程中腐蚀装置支管的密封。

如图1所示，高温高压釜釜体下方带有孔道，其正中挖出的部分与支架基座上突起的环恰好吻合，转动轴12进入孔道，从而达到连接高温高压釜釜体和支架基座的目的。

如图1所示，支架基座上圆柱蜗杆14，转动圆柱蜗杆的涡轮带动蜗杆部件运动（上升或下降），运动产生的位移驱动支架基座上的釜体围绕转动轴12旋转，测量出蜗杆运动的位移d₁以及圆柱蜗杆14的蜗杆部件与转动轴12之间的距离d₂，计算出d₁/d₂，查出该正切值对应的角度即为反应釜的倾斜角度，同时基于圆柱蜗杆可以实现自锁的特点，圆柱蜗杆14、15相互配合实现试验中所需不同倾斜角度下的多相流状态。

如图2所示，叶片6在高温高压釜中布置位置，支管9位于高温高压釜的切线方向。磁耦合搅拌器3下部连接搅拌杆8和叶片6，当高温高压流动腐蚀装置内存在流体时，磁耦合搅拌器3带动下部连接搅拌杆8和叶片6一起转动，使流体进入高温高压流动腐蚀装置内的下支管。