[發(fā)明專利]高溫高壓腐蝕氫滲透動力學(xué)測試裝置及測試方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410718265.5
• 申請日: 2014-12-02
• 公開（公告）號: CN104568726A
• 公開（公告）日: 2015-04-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張林;黃秋彥;周成雙
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01N17/02
• 分類號: G01N17/02;G01N3/08
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務(wù)所有限公司 33109
• 代理人: 尉偉敏

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及高溫高壓腐蝕氫滲透測試技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種可以測量腐蝕氫滲透和疲勞載荷耦合作用下材料的斷裂形式，并可以在短時(shí)間內(nèi)測試材料的臨界疲勞載荷的高溫高壓氫滲透動力學(xué)測試裝置及測試方法。

背景技術(shù)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類對石油、天然氣等資源的需求逐漸增大，近年來油價(jià)逐年上漲，巨大的需求，帶動了石油產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，酸性油氣田的開發(fā)數(shù)量逐年增加，在酸性油氣田中含有硫化氫、二氧化碳?xì)怏w，酸性物質(zhì)會腐蝕開采集輸設(shè)備，對油氣田的安全開發(fā)產(chǎn)生巨大威脅。設(shè)備一旦被破壞，后果不堪設(shè)想。2003年12月23日，四川開縣羅家寨16號井曾發(fā)生過特大高含硫化氫氣田井噴事故，由于硫化氫本身具有毒性，事故造成200多人死亡，2.7w多人受傷，直接經(jīng)濟(jì)損失8200萬元，間接經(jīng)濟(jì)損失無法估量。由此可見，硫化氫腐蝕對油氣田的威脅巨大，硫化氫腐蝕與防護(hù)也已經(jīng)成為酸性油氣田開發(fā)的重中之重。

硫化氫對設(shè)備的腐蝕主要分為兩種形式，一種是宏觀腐蝕，指硫化氫作為酸性介質(zhì)會對設(shè)備造成宏觀腐蝕和局部腐蝕，造成設(shè)備的減薄、穿孔；另一種形式是氫致材料損傷，硫化氫是氫的毒化劑，其可以讓腐蝕過程中產(chǎn)生的氫不結(jié)合成分子而以原子的形式存在，氫原子吸附在金屬表面會滲透到金屬內(nèi)部，從而誘發(fā)多種形式的氫損傷，例如：氫原子在金屬的缺陷處聚集，重新結(jié)合成為氫氣，巨大的內(nèi)壓(有時(shí)超過1GPa)會使金屬沿著夾雜物方向開裂；并且氫可以降低金屬鍵的結(jié)合力，從而降低材料的強(qiáng)度，誘發(fā)金屬發(fā)生低應(yīng)力脆斷。

關(guān)于硫化氫腐蝕方面，國內(nèi)外已經(jīng)進(jìn)行了廣泛的研究，技術(shù)成果也在酸性油氣田開發(fā)中得到了廣泛的應(yīng)用；但是，我們?nèi)匀恍枰⒆悻F(xiàn)在放眼未來做更深入的研究，近年來各類管道爆裂事故時(shí)有發(fā)生，主要是由于管道多年服役后發(fā)生的減薄和金屬疲勞問題。而關(guān)于硫化氫環(huán)境中的腐蝕疲勞問題，由于涉及到宏觀腐蝕，局部腐蝕，氫脆和疲勞裂紋幾方面的耦合作用，則異常復(fù)雜。利用現(xiàn)有的設(shè)備很難原位分析研究這一復(fù)雜的破壞形式。

中國發(fā)明授權(quán)公開號：CN202693457U，授權(quán)公開日2013年1月23日，公開了一種高溫高壓硫化氫環(huán)境氫滲透檢測裝置，所述高溫高壓硫化氫環(huán)境氫滲透檢測裝置包含有：一高溫高壓陰極反應(yīng)釜，其一側(cè)的側(cè)壁上沿徑向設(shè)置有一密封套，所述密封套的一端位于所述高溫高壓陰極反應(yīng)釜的反應(yīng)腔處，而其另一端則凸伸出所述高溫高壓陰極反應(yīng)釜的外側(cè)壁，并與所述高溫高壓陰極反應(yīng)釜的外側(cè)壁之間形成密封連接；該發(fā)明的不足之處是，不能在給試樣施加載荷的同時(shí)檢測氫滲透量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的發(fā)明目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的氫滲透檢測裝置不能在給試樣施加載荷的同時(shí)檢測氫滲透量的不足，提供了一種可以測量腐蝕氫滲透和疲勞載荷耦合作用下材料的斷裂形式，并可以在短時(shí)間內(nèi)測試材料的臨界疲勞載荷的高溫高壓氫滲透動力學(xué)測試裝置及測試方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種高溫高壓腐蝕氫滲透動力學(xué)測試裝置，所述測試裝置分別與電化學(xué)工作站、油浴控制器和疲勞試驗(yàn)機(jī)相連接，疲勞試驗(yàn)機(jī)上設(shè)有用于連接試樣兩端的上夾具和下夾具；包括硫化氫氣罐、氮?dú)夤蕖⑹⒂袎A性導(dǎo)電溶液的緩沖釜和設(shè)于疲勞試驗(yàn)機(jī)上的反應(yīng)釜；所述反應(yīng)釜包括上端開口的第一釜體和與第一釜體密封連接的第一釜蓋，第一釜體內(nèi)設(shè)有用于溶解硫化氫氣體的溶解液；所述緩沖釜上包括上端開口的第二釜體和與第二釜體密封連接的第二釜蓋；

第一釜體外周面上設(shè)有環(huán)繞第一釜體的加熱腔，加熱腔通過進(jìn)油管和出油管與油浴控制器相連接；所述第一釜蓋和第一釜體底部分別設(shè)有用于對豎向貫穿反應(yīng)釜的中空棒狀試樣進(jìn)行密封限位的上密封結(jié)構(gòu)和下密封結(jié)構(gòu)；

第一釜體上設(shè)有用于與硫化氫氣罐或氮?dú)夤捱B通的進(jìn)氣口和與尾氣處理裝置連通的出氣口；反應(yīng)釜上設(shè)有用于檢測第一釜體內(nèi)氣體壓力的第一壓力表；試樣的空腔與緩沖釜相連通，試樣上端內(nèi)設(shè)有伸入試樣的空腔中的輔助陽極，試樣下端內(nèi)設(shè)有伸入試樣的空腔中的參比電極，電化學(xué)工作站分別與浸入堿性導(dǎo)電溶液中的輔助陽極、參比電極和試樣電連接；所述緩沖釜與氮?dú)夤尴噙B通，緩沖釜上設(shè)有用于檢測緩沖釜內(nèi)的氮?dú)鈮毫Φ牡诙毫Ρ怼?!-- SIPO -->

傳統(tǒng)的硫化氫腐蝕環(huán)境力學(xué)系統(tǒng)中，只能表征外部環(huán)境硫化氫量與材料力學(xué)性能退化的間接關(guān)系，不能更深層次地表征氫的侵入量、腐蝕產(chǎn)物的保護(hù)性與載荷的交互作用與材料力學(xué)性能之間的內(nèi)在聯(lián)系，制約了高壓硫化氫腐蝕環(huán)境中的材料力學(xué)性能退化的定量化研究。