一种含油相露点腐蚀测量实验方法

技术领域

本发明涉及了一种油相露点实验方法，尤其是涉及了一种模拟石油炼化设备中常减压装置低温部位含油相露点腐蚀速率测定实验方法。

背景技术

我国原油的需求量日益增加，为了满足我国对于石油的消费需要，低成本的劣质和重质原油加工逐渐成为市场发展的趋势。劣质和重质原油含有硫化合物、无机盐等腐蚀性物质含量远远高于优质原油，而这些物质会导致炼化设备管道的腐蚀问题更为严重。

在石油炼制过程中，HCl-H

公开号为CN102692438A的专利文件公布了一种能够实现电化学测试的露点腐蚀实验装置，该发明以HCl为腐蚀介质，模拟了HCl和水蒸气凝结而成的露点腐蚀并利用电化学方法进行了测试。但现实工况中的组分十分复杂，炼油设备主要生成物中油相组分的影响并未被考虑。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明是提供了一种含油相露点腐蚀速率测定实验方法，能够模拟含油相露点腐蚀实现电化学测试，从而得到含油相露点腐蚀速率，通过观察凝结露点的组分及水油分布情况，进一步分析冷凝后露点组分及水、油分布现象对腐蚀速率的影响。相比现有技术的露点模拟和测试方式，该方法的优势在于更好还原了常减压装置实际运行组分环境，更好地模拟了水油组分蒸发凝结的动态相变过程并进行了准确的电化学测量。

本发明为石油炼化设备常减压装置露点腐蚀机理提供了一种更加新颖便捷的实验室露点腐蚀实验模拟手段，更真实模拟了油相露点的腐蚀，准确有效测定了露点腐蚀速率。

本发明的目的是这样实现的：

本发明搭建包含多口蒸发瓶、直形冷凝管的含油相露点腐蚀测量装置，封装电极试样装在含油相露点腐蚀测量装置上，然后多口蒸发瓶内的液体混合液经搅拌器充分搅拌，通过加热多口蒸发瓶内的水、硅油使混合液体升温汽化产生蒸汽；蒸汽上升到直形冷凝管处后在直形冷凝管冷却水的作用下，蒸汽冷却凝结在封装电极试样表面形成含油相露点作为冷凝露点；

通过改变直形冷凝管冷凝水通道中流经的冷却水温度，调整含油相露点的温度以及含油相露点吸收的腐蚀性介质含量，进而模拟不同环境条件下含油相露点腐蚀的目的；

改变直形冷凝管冷凝水通道中流经的冷却水温度，直形冷凝管的冷凝能力发生变化。封装电极试件末端表面凝结成的含油相露点的温度以及含油相露点吸收的腐蚀性介质含量会改变，从而得到不同含油相露点的温度，不同腐蚀性介质浓度，不同pH值的环境参数，最终实现模拟不同环境条件下露点腐蚀的目的。

所述封装电极试件末端表面凝结成的温度、Cl

另外极少部分未被冷却的蒸汽可通过回气导管回到蒸发瓶内，实现循环反复利用；尾气导管接入装有氢氧化钠的尾气吸收瓶，避免实验气体污染空气。

在模拟过程中，实时由电化学工作站进行电化学测试数据采集实现腐蚀速率和腐蚀性介质浓度参数的测定。

具体实施中还辅助通过显微摄影仪拍摄含油相露点的图像可进一步进行分析处理。

所述方法中是通过电化学工作站测量封装电极试件中的Ag/AgCl参比电极的电位得到含油相露点的Cl

电化学工作站测量获得封装电极试件中的Ag/AgCl参比电极的电极电位E，然后利用以下公式处理获得直形冷凝管内冷却水中Cl

其中，E

将含油相露点中Cl

pH＝-lgC[H

其中，C[H

所述方法中是通过电化学工作站对封装电极试件进行极化曲线测量，利用Tafel拟合进行计算得到自腐蚀电流密度，进而获得腐蚀速率，具体为：

先根据电化学工作站采集的参数按照以下公式计算获得电流密度：

其中，i

然后将封装电极试件中工作电极底面面积S视为阳极面积，按照以下公式根据电流密度获得腐蚀电流：

I＝i

接着利用法拉第定律将电流与质量联系处理得到阳极析出金属质量：

/>

其中，Δm表示阳极金属析出质量，M表示金属的原子量，I表示电流强度，t表示通电时间，n表示电极反应过程中得失电子数，F为法拉第常数；

最后按照以下公式获得腐蚀速率：

式中，v表示腐蚀速率，Δm表示阳极金属析出质量，S表示封装电极试件的表面积，t表示通电时间。

所述包括油浴锅、多口蒸发瓶、直形冷凝管、电化学工作站、尾气吸收瓶、显微摄影仪、回气导管、尾气导管；直形冷凝管下端和多口蒸发瓶组装密封连接，多口蒸发瓶置于油浴锅内，所述多口蒸发瓶中装有水、油混合液的液体，直形冷凝管内部设有冷凝水通道，冷凝水通道流经冷却水；封装电极试件置于直形冷凝管上端，封装电极试样与电化学工作站相连接，利用电化学工作站进行电化学测试数据采集；直形冷凝管上端经带有限压阀的尾气导管和尾气吸收瓶连接，直形冷凝管上端经带有限压阀的回气导管和多口蒸发瓶连接；直形冷凝管侧面设有用于朝向并拍摄直形冷凝管内部的显微摄影仪。

所述的直形冷凝管上端设置有玻璃转接器，封装电极试件下端主体安装在玻璃转接器内，下端部分伸入在直形冷凝管的直形通道内；玻璃转接器分别经带有限压阀的尾气导管、带有限压阀的回气导管后和尾气吸收瓶、多口蒸发瓶连接。

所述的封装电极试样下端伸入到直形冷凝管的中间，显微摄影仪水平朝向封装电极试样下端拍摄。

所述多口蒸发瓶插装有搅拌器，用于充分搅拌多口蒸发瓶中的水油混合液；所述多口蒸发瓶插装有酒精温度计，测量多口蒸发瓶中水、油混合液的温度。

所述的直形冷凝管上端经带有限压阀的尾气导管和尾气吸收瓶连接，所述尾气导管下端位于多口蒸发瓶中的液面之下。

所述的尾气吸收瓶不止一个，多个尾气吸收瓶之间通过玻璃管连接，由尾气导管通入废气。

本发明可改变蒸发瓶内液体水、油组分比例实现露点组分控制，改变直形冷凝管中的冷却水的温度实现封装电极试件下端凝结露点温度、腐蚀性介质浓度、pH值的变量控制，实现含油相露点腐蚀速率的测定。利用显微摄影仪拍摄露点的油膜、水膜，分析冷凝后水膜和油膜与腐蚀速率间关系，为研究多组分露点腐蚀提供实验工具和方式。

本发明的优点在于：

一、本发明实现了露点腐蚀由气相蒸汽冷却凝结成液相露点的过程模拟模拟，

二、本发明实现了露点腐蚀电化学测试，测定了露点腐蚀速率；

三、本发明实现了含油相组分的露点腐蚀工况模拟，通过观察露点的油膜、水膜演化过程进行分析处理，得到冷凝后水膜和油膜与腐蚀速率的关系。

本发明实验方法易操作，安全性高，可应用范围广泛。

附图说明

图1为本发明方法所采用的含油相露点腐蚀模拟实验装置示意图。

图2为本发明封装电极试件的结构示意图。

图3为本发明封装电极试件的仰视示意图。

图中：油浴锅1、多口蒸发瓶2、直形冷凝管3、封装电极试件4、电化学工作站5、尾气吸收瓶6、显微摄影仪7、玻璃转接器8、限压阀9、回气导管10、尾气导管11、搅拌器12、酒精温度计13。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细的描述：

如图1所示，实验装置包括油浴锅1、多口蒸发瓶2、直形冷凝管3、封装电极试件4、电化学工作站5、尾气吸收瓶6、显微摄影仪7、回气导管10、尾气导管11、搅拌器12和酒精温度计13；直形冷凝管3下端和多口蒸发瓶2组装密封连接，多口蒸发瓶2底部置于油浴锅1内，直形冷凝管3内部设有冷凝水通道，冷凝水通道流经冷却水，油浴锅1内有硅油。封装电极试件4一端置于直形冷凝管3上端，封装电极试样4另一端与电化学工作站5相连接，利用电化学工作站5进行电化学测试数据采集；直形冷凝管3上端经带有限压阀9的尾气导管11和尾气吸收瓶6连接，直形冷凝管3上端经带有限压阀9的回气导管10和多口蒸发瓶2连接；多口蒸发瓶2上插装有用于搅拌的搅拌器12和用于检测温度的酒精温度计13，直形冷凝管3侧面设朝向并用于拍摄直形冷凝管3内部的显微摄影仪7。

直形冷凝管3上端设置有玻璃转接器8，玻璃转接器8和直形冷凝管3同轴连通，封装电极试件4下端主体安装在玻璃转接器8内，下端部分伸入在直形冷凝管3的直形通道内；玻璃转接器8分别经带有限压阀9的尾气导管11、带有限压阀9的回气导管1后和尾气吸收瓶6、多口蒸发瓶2连接。

具体实施中，直形冷凝管3上部伸出多口蒸发瓶2的部分通过铁架台支架固定，竖直放置。

封装电极试样4下端伸入到直形冷凝管3的中间，显微摄影仪7水平朝向封装电极试样4下端拍摄。直形冷凝管3采用透明材质，对进行拍摄的一侧玻璃做小面防水、防雾处理。

显微摄影仪7用于水平拍摄封装电极试件4下表面形成的露点油膜、水膜图像，进而可进一步分析处理获得冷凝后水膜和油膜厚度与腐蚀速率间关系。

显微摄影仪7水平朝向封装电极试样4下端拍摄下表面形成的露点图像。显微摄影仪7配置可随意互换的LED灯与卤素灯，根据不同液体在不同照明灯下反射出的颜色深浅不同观察露点的构成组分，观察封装电极试样4表面凝结的露点的水油分布情况，进而分析冷凝后露点组分及水、油分布现象对腐蚀速率的影响。

多口蒸发瓶2中装有水、油混合液的液体，液体汽化产生的蒸汽以及冷却凝结在直形冷凝管3上的露点均含油相。

多口蒸发瓶2插装有搅拌器12和酒精温度计13，搅拌器12用于充分搅拌多口蒸发瓶2中的水油混合液，酒精温度计13测量多口蒸发瓶2中水、油混合液的温度。

油浴锅1加热使水、油混合液汽化产生的蒸汽以及冷却凝结的露点均含油相。

直形冷凝管3上端经带有限压阀9的尾气导管11和尾气吸收瓶6连接，多口蒸发瓶2中安装的尾气导管11用于回收未在直形冷凝管中凝结的蒸汽以避免污染，尾气导管11下端位于多口蒸发瓶2中的液面之下。多口蒸发瓶2的接口中安装尾气导管11，导管末端没于液面之下，回收未在直形冷凝管中凝结的蒸汽，避免污染空气。

多口蒸发瓶2中安装的回气导管10，用于回收利用未在直形冷凝管中凝结的蒸汽。

尾气吸收瓶6可不止一个，多个尾气吸收瓶6之间通过玻璃管连接，由尾气导管11通入废气。

回气导管10、尾气导管11密封连接在玻璃转接器8两侧，由限压阀9控制流通闭合。

如图2和图3所示，封装电极试件4开设三个通孔，分别安装不同的电极。

封装电极试件4包括有Q345R碳钢工作电极14、碳棒辅助电极15、Ag/AgCl参比电极16，是由三种电极复合而成。且设置辅助电极15面积为工作电极13的3-5倍，能够减小辅助电极15的极化现象。

本发明的具体实施工作过程如下：

具体实施在实验进行之前需对装置进行气密性检测，打开安装在回气导管10上的限压阀，关闭尾气导管11上的限压阀，加热油浴锅1，位于多口蒸发瓶2中的液面之下的回气导管10下端冒出气泡；停止加热，冷却过程中回气导管10下端产生一段水柱则证明装置气密性良好。

具体地，在搅拌器12作用下，多口蒸发瓶2内的水、油混合液充分混合，利用酒精温度计13实时观察多口蒸发瓶2内的温度。通过加热油浴锅1内的硅油使多口蒸发瓶2内的搅拌均匀的混合液体升温汽化产生水、油蒸汽。在此过程中，控制油浴锅1内硅油在某一较高温度恒定加热，使蒸发瓶内的液体保持恒定蒸发。冷却水在恒定功率水泵作用下从直形冷凝管3下口流入，上口流出，使直形冷凝管3产生冷凝作用。含腐蚀性介质的水、油蒸汽进入直形冷凝管3，在冷却作用下从气相蒸汽凝结成液相露珠附着在设备表面。

改变封装电极试件4伸入直形冷凝管3部分的高度，封装电极试件4末端表面凝结成的露珠温度以及露珠吸收的腐蚀性介质含量会改变，从而得到不同露点温度，不同腐蚀性介质浓度，不同pH值的结露环境，最终实现模拟不同环境条件下露点腐蚀的目的。

通过改变直形冷凝管3冷凝水通道中流经的冷却水温度，调整含油相露点的温度以及含油相露点吸收的腐蚀性介质含量，进而模拟不同环境条件下含油相露点腐蚀的目的。

改变直形冷凝管3冷凝水通道中流经的冷却水温度，直形冷凝管3的冷凝能力发生变化。封装电极试件4末端表面凝结成的含油相露点的温度以及含油相露点吸收的腐蚀性介质含量会改变，从而得到不同含油相露点的温度，不同腐蚀性介质浓度，不同pH值的环境参数，最终实现模拟不同环境条件下露点腐蚀的目的。

封装电极试件4末端表面凝结成的温度、Cl

另外极少部分未被冷却的蒸汽可通过回气导管回到蒸发瓶内，实现循环反复利用；尾气导管接入装有氢氧化钠的尾气吸收瓶，避免实验气体污染空气。

在模拟过程中，实时由电化学工作站5进行电化学测试数据采集实现腐蚀速率和腐蚀性介质浓度参数的测定。具体实施中还辅助通过显微摄影仪拍摄含油相露点的图像可进一步进行分析处理。

一方面，是通过电化学工作站5测量封装电极试件4中的Ag/AgCl参比电极的电位得到含油相露点的Cl

电化学工作站5测量获得封装电极试件4中的Ag/AgCl参比电极的电极电位E，然后利用以下公式处理获得直形冷凝管3内冷却水中Cl

其中，E

将含油相露点中Cl

pH＝-lgC[H

其中，C[H

另一方面，通过电化学工作站5对封装电极试件4进行极化曲线测量，利用Tafel拟合进行计算得到自腐蚀电流密度，进而获得腐蚀速率，具体为：

先根据电化学工作站(5)采集的参数按照以下公式计算获得电流密度：

其中，i

然后将封装电极试件(4)中工作电极底面面积S视为阳极面积，按照以下公式根据电流密度获得腐蚀电流：

I＝i

接着利用法拉第定律将电流与质量联系处理得到阳极析出金属质量：

其中，Δm表示阳极金属析出质量，M表示金属的原子量，I表示电流强度，t表示通电时间，n表示电极反应过程中得失电子数，F为法拉第常数；

最后按照以下公式获得腐蚀速率：

式中，v表示腐蚀速率，Δm表示阳极金属析出质量，S表示封装电极试件(4)的表面积，t表示通电时间。其中，阳极金属析出质量Δm＝m

具体实施中，取腐蚀电流密度为μA/m

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具体实施封装复合电极4的结构如图2所示，以Q345R碳钢为工作电极14、以碳棒为辅助电极15、以Ag/AgCl为参比电极16，利用聚四氟乙烯将电极封装。封装电极试件4伸入直形冷凝管3通道进行电化学测量，同时封装电极试件4伸入直形冷凝管3通过导线与外界的电化学工作站连接，实现各种电化学测量。

图3所示封装电极试件的仰视示意图，D

以上对本发明的具体实施方式进行了详细说明，所述内容仅为本发明的一个实例,不能被认为用于限于本发明的实例范围，凡依本发明申请的范围进行的变化和改进均应属于本发明的涵盖范围之内。