CN114441428A - 一种金属材料硫化氢腐蚀实验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种金属材料硫化氢腐蚀实验装置，具有反应釜，所述的反应釜内设有将反应釜的内腔分隔为实验腔和反应腔的环形隔板，实验腔内安装有试样支架，试样支架上通过挂臂悬挂有金属挂片；反应腔中放入硫化铁，通过加剂管加入稀硫酸，利用稀硫酸和硫化铁反应生成硫化氢，不仅可以在完全密闭状态生成硫化氢，而且可以通过控制加入的试剂量来控制反应釜内的硫化氢分压，再通过气瓶加入二氧化碳和氮气，可以模拟高温高压下条件下，硫化氢和二氧化碳对钢材的腐蚀，从而研究不同温度、不同压力、不同硫化氢和二氧化碳浓度下各种金属材质的腐蚀机理，预测管道的内腐蚀情况和腐蚀速率，提高室内进行硫化氢腐蚀实验的安全性和可靠性。

Description

一种金属材料硫化氢腐蚀实验装置
技术领域
本发明涉及腐蚀试验技术领域，尤其是一种金属材料硫化氢腐蚀实验装置。
背景技术
随着含大量H2S和CO2气体的气田开采，金属管道腐蚀问题越来越受到人们的关注。H2S的存在除了会引起严重的局部腐蚀外，还会引起管道和管道的氢致开裂(HIC)和硫化物应力腐蚀开裂(SSCC)，一旦管道因H2S/CO2腐蚀而失效，将造成灾难性事故和巨大的经济损失。因此，H2S/CO2环境下管道的腐蚀对油气开采的安全构成了极大的威胁。
目前对CO2/H2S共存环境下的腐蚀行为多有研究，然而，由于此类腐蚀的影响因素众多，腐蚀机理复杂，尚未得出一致的结论，未形成完善的理论体系。同时，因为硫化氢是剧毒气体，所以一般的实验室是禁止进行此种试验的，这不利于CO2/H2S共存环境下腐蚀理论的发展。现有的硫化氢腐蚀实验装置结构中，一般都是将外部的硫化氢气体导入盛有实验溶液的反应室中，直至在反应室中形成硫化氢饱和溶液，模拟一个湿硫化氢环境，使试验结果接近金属材料的实际作业环境，实验过程中通过改变反应釜中的实验溶液、通入硫化氢气体的浓度及控制反应釜中的温度，模拟不同外界环境条件下金属腐蚀的情况，保证实验结果的准确与有效。
但该结构的实验装置，由于硫化氢气体是从外部的气瓶中通过管道导入的，因此存在着硫化氢气体泄漏的风险，会造成环境的严重污染，同时在硫化氢分压较低时不容易控制注入的压力。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术中之不足，本发明提供一种安全可靠、无泄漏风险、方便控制气体压力的金属材料硫化氢腐蚀实验装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种金属材料硫化氢腐蚀实验装置，具有反应釜和密封安装在反应釜上端的釜盖，所述的反应釜内设有环形隔板，所述环形隔板将反应釜的内腔分隔为实验腔和反应腔。
所述实验腔：位于环形隔板内圈内用于金属材料的腐蚀实验，所述实验腔内安装有试样支架，试样支架上通过挂臂悬挂有金属挂片。
所述反应腔：位于环形隔板外圈用于化学反应生成硫化氢气体，反应釜侧壁安装有可向反应腔内通入稀硫酸与硫化铁反应生成硫化氢气体的加剂管。
所述实验腔所在的反应釜内底面设有加热反应釜内部温度的电阻加热器，反应釜管路连接有可向反应釜内充入二氧化碳气体的二氧化碳气瓶、充入氮气的氮气瓶。
为保持反应釜内部温度与实验要求相符合，所述的反应釜内设有保温层，保温层与反应釜内壁之间设有冷却水夹套，反应釜的侧壁上安装有向冷却水夹套内通入冷却水的进水管、排出冷却水夹套内冷却水的排水管。
优选地，所述的试样支架上设有三层挂臂，相邻的上下挂臂之间互相垂直，每层的挂臂上悬挂有四个金属挂片。
所述的试样支架底部设有磁力旋转盘，磁力旋转盘可调速，用于带动试样支架旋转，使金属挂片与气体充分接触。所述磁力旋转盘通过外部磁力驱动旋转，避免了转动轴动密封泄漏风险，同时转速可调，金属挂片随试样支架旋转时产生的切向速度可模拟不同气体流速。
所述的反应釜外设有与反应釜内腔管路连接且内置有碱液的吸收罐，实验结束后，反应釜内的硫化氢气体排至吸收罐内通过碱液吸收硫化氢气体后，再排入大气。
为便于实时监测反应釜内气体温度和压力变化，所述的反应釜侧壁上部分别连接有测定反应釜内温度的温度表、测定反应釜内压力的压力表。
本发明的有益效果是：本发明采用静态腐蚀试验方式，通过在反应釜内采用稀硫酸和硫化铁反应直接生成硫化氢气体进行金属材料的腐蚀实验，可以通过调节加入的试剂含量调整硫化氢分压，由于硫化氢气体不从外部管路通入反应釜，可降低泄漏风险，提高实验安全性和可靠性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的结构示意图。
图中：1.反应釜，2.釜盖，3.排污管，4.环形隔板，5.实验腔，6.反应腔，7.试样支架，8.挂臂，9.金属挂片，10.磁力旋转盘，11.加剂管，12.二氧化碳气瓶，13.氮气瓶，14.电阻加热器，15.保温层，16.冷却水夹套，17.进水管，18.排水管，19.温度表，20.压力表，21.吸收罐。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1所示的一种金属材料硫化氢腐蚀实验装置，具有反应釜1和安装在反应釜1上端的釜盖2，反应釜1的壳体内衬为聚四氟乙烯、外部为金属材质，釜盖2与反应釜1之间通过密封垫实现密封固接，反应釜1底部设有实验后排出实验废液的排污管3。
所述的反应釜1的内腔底面设有环形隔板4，所述环形隔板4将反应釜1的内腔分隔为实验腔5和反应腔6。
实验腔5：位于环形隔板4内圈范围内，用于进行金属材料的腐蚀实验，所述实验腔4内安装有试样支架7，试样支架7外衬采用聚四氟乙烯包覆；所述试样支架7中心的撑杆上设有三层水平放置的挂臂8，相邻的上下挂臂8之间互相垂直，每层的挂臂8上悬挂有四个作为实验试样的金属挂片9，所述金属挂片9可根据实验需求设计大小，但最大限制为长5cm,宽3cm。
位于试样支架7底部的反应釜1底面设有可驱动试样支架7旋转的磁力旋转盘10，磁力旋转盘10的外表面采用聚四氟乙烯包覆；所述磁力旋转盘10通过外部磁力驱动旋转，可避免传统的传动轴驱动造成的轴向密封泄漏现象，同时可实现磁力旋转盘10的转速可调，通过试样支架7旋转，使金属挂片9在转动过程中与气体充分接触，金属挂片9的切向速度可模拟不同气体流速。
反应腔6：位于环形隔板4外圈用于化学反应生成硫化氢气体，反应釜1侧壁安装有可向反应腔6内通入稀硫酸的加剂管11，通过稀硫酸与硫化铁反应在反应釜1内腔内生成实验所需的硫化氢气体；同时反应釜1管路连接有可向反应釜1内充入二氧化碳气体的二氧化碳气瓶12、充入氮气的氮气瓶13，充入的二氧化碳用于模拟管道内的二氧化碳腐蚀状况，氮气用于提高反应釜1内的实验压力。
所述实验腔5所在的反应釜1内底面设有加热反应釜内部温度的电阻加热器14；位于反应釜1内部设有环绕反应腔6的保温层15，可以减少反应釜1内部温度的流失；所述保温层15与反应釜1内壁之间设有冷却水夹套16，反应釜1的侧壁上安装有向冷却水夹套16内通入冷却水的进水管17、排出冷却水夹套16内冷却水的排水管18。
所述的反应釜1侧壁上部分别连接有测定反应釜1内温度的温度表19、测定反应釜1内压力的压力表20。
所述的反应釜1外设有与反应釜1内腔管路连接的吸收罐21，吸收罐21内置有碱液。
实验流程：首先，打开釜盖2，将处理好的金属挂片9安装到试样支架7的挂臂8上，之后在反应腔6内加入所需硫化氢分压的量的硫化铁，盖好釜盖2。打开氮气瓶13、吸收罐21与反应釜1之间的阀门，向反应釜1内注入氮气以排出反应釜1内的氧气。除氧完毕后关闭上述阀门。打开加剂管11上部的阀门，加入适量的稀硫酸，关闭加剂管11上部阀门，打开加剂管11下部阀门，待稀硫酸全部流入反应腔6内后关闭加剂管11下部阀门。
反应腔6内的稀硫酸与硫化铁产生化学反应，形成硫化氢气体，同时观察压力表20示数，待反应釜1内的硫化氢分压达到实验要求后，打开二氧化碳气瓶12的阀门，向反应釜1内注入二氧化碳气体，待二氧化碳分压达到所需压力后关闭二氧化碳气瓶12的阀门；打开氮气瓶13的阀门，向反应釜1注入氮气，使反应釜1内压力到达实验所需压力，达到后关闭阀门；通过电阻加热器14将反应釜1内温度加热至预定温度后，开始实验。通过磁力旋转盘10带动试样支架7旋转，使金属挂片9在转动过程中与反应釜1内的二氧化碳气体、硫化氢气体充分接触，模拟金属管道内的二氧化碳、硫化氢的腐蚀状况，实验过程中，通过冷却水夹套16、保温层15和电阻加热器14共同作用，将反应釜1内的温度维持在实验要求的范围内。
实验结束后，关闭电阻加热器14，通过冷却水夹套16将反应釜1内温度降低到较低温度后，打开吸收罐21管路上的阀门，将反应釜1内的硫化氢气体通入吸收罐21内，硫化氢与碱液反应而被吸收，待符合排放标准后排入大气。
等反应釜1内的压力降低到一定压力后，打开氮气瓶13，吹扫反应釜1一定时间，确保反应釜1内硫化氢气体排除干净后，关闭氮气瓶13，通过加剂管11加入碱液，中和反应腔6内的酸液，中和后从排污管3排出废料，并再次通过加剂管11加入去离子水清洗反应腔6，最后，打开釜盖2，取出金属挂片9进行分析处理。
本发明采用静态腐蚀试验方式，硫化氢气体直接在完全密闭的反应釜1内生成，泄漏的风险极低，同时实验结束后的硫化氢气体通过吸收罐21内的碱液吸收后排入大气，提高安全性。
采用稀硫酸和硫化铁在反应腔6内反应生成硫化氢，方便通过调节加入的试剂含量调整硫化氢分压，可以将硫化氢分压控制在极低的值，实现低含量硫化氢腐蚀试验。
磁力旋转盘10采用磁力驱动，避免常规的电机驱动旋转盘与反应釜1之间的密封问题，使得反应可以在完全密封的反应釜1内进行，降低了泄漏风险。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (6)

1.一种金属材料硫化氢腐蚀实验装置，具有反应釜和密封安装在反应釜上端的釜盖，其特征是：所述的反应釜内设有环形隔板，所述环形隔板将反应釜的内腔分隔为实验腔和反应腔；
实验腔：位于环形隔板内圈内用于金属材料的腐蚀实验，所述实验腔内安装有试样支架，试样支架上通过挂臂悬挂有金属挂片；
反应腔：位于环形隔板外圈用于化学反应生成硫化氢气体，反应釜侧壁安装有可向反应腔内通入稀硫酸与硫化铁反应生成硫化氢气体的加剂管；
所述实验腔所在的反应釜内底面设有加热反应釜内部温度的电阻加热器，反应釜管路连接有可向反应釜内充入二氧化碳气体的二氧化碳气瓶、充入氮气的氮气瓶。
2.如权利要求1所述的金属材料硫化氢腐蚀实验装置，其特征是：所述的反应釜内设有保温层，保温层与反应釜内壁之间设有冷却水夹套，反应釜的侧壁上安装有向冷却水夹套内通入冷却水的进水管、排出冷却水夹套内冷却水的排水管。
3.如权利要求1所述的金属材料硫化氢腐蚀实验装置，其特征是：所述的试样支架上设有三层挂臂，相邻的上下挂臂之间互相垂直，每层的挂臂上悬挂有四个金属挂片。
4.如权利要求3所述的金属材料硫化氢腐蚀实验装置，其特征是：所述的试样支架底部设有可驱动试样支架旋转的磁力旋转盘，所述磁力旋转盘通过外部磁力驱动旋转。
5.如权利要求1所述的金属材料硫化氢腐蚀实验装置，其特征是：所述的反应釜外设有与反应釜内腔管路连接且内置有碱液的吸收罐。
6.如权利要求1所述的金属材料硫化氢腐蚀实验装置，其特征是：所述的反应釜侧壁上部分别连接有测定反应釜内温度的温度表、测定反应釜内压力的压力表。
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