[發明專利]一種天然氣摻氫輸送管線鋼多因素耦合失效下的原位測試裝置

在審

• 申請號: 202210789502.1
• 申請日: 2022-07-06
• 公開（公告）號: CN115165566A
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發明（設計）人: 趙杰;張烘瑋;李敬法;宇波;宋啟明
• 申請（專利權）人: 北京石油化工學院
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N3/56;G01N17/02;G01N27/48
• 代理公司: 北京凱特來知識產權代理有限公司 11260
• 代理人: 鄭立明;陳亮

1.一種天然氣摻氫輸送管線鋼多因素耦合失效下的原位測試裝置，其特征在于，所述裝置包括施加載荷裝置、滲氫室兼腐蝕室、測氫室，其中：

所述施加載荷裝置位于中間，滲氫室兼腐蝕室和測氫室分布在兩側；

所述施加載荷裝置具體包括壓力表、螺母、墊片、上夾具、試樣、下夾具、底座、恒位移加載拉伸環、工作電極柱，其中：

壓力表與底座的上桿連接；螺母、墊片與上夾具螺紋連接；上夾具和下夾具均與恒位移加載拉伸環螺紋連接；恒位移加載拉伸環與底座螺紋連接；

所述滲氫室兼腐蝕室具體包括壓力表、螺栓、對電極、參比電極、進氣口、上層密封蓋、螺母、排氣口、進液口、長螺絲、排液口、濾紙液膜、雙層密封圈、下層滲氫兼腐蝕腔，其中：

壓力表與上層密封蓋連接；上層密封蓋與下層滲氫兼腐蝕腔螺栓連接；對電極和參比電極與上層密封蓋連接，且對電極和參比電極外接恒電流儀；濾紙液膜貼附于試樣上，位于下層滲氫兼腐蝕腔的小凸臺處；進氣口外接高壓氣態氫氣瓶；下層滲氫兼腐蝕腔內灌入腐蝕液，腐蝕液面低于濾紙液膜，通過濾紙液膜將腐蝕液滲入試樣的表面，以實現雜質引起的管線鋼電化學腐蝕；

所述測氫室具體包括壓力表、螺栓、對電極、參比電極、上層密封蓋、螺母、雙層密封圈、排液口、下層測氫腔、進液口，其中：

壓力表與上層密封蓋連接；上層密封蓋與下層測氫腔螺栓連接；通過進液口添加電解液；對電極和參比電極與上層密封蓋連接，且對電極和參比電極外接恒電位儀，以實現原位氫濃度測試。

2.根據權利要求1所述天然氣摻氫輸送管線鋼多因素耦合失效下的原位測試裝置，其特征在于，

所述滲氫室兼腐蝕室與測氫室通過長螺絲連接，將試樣夾在中間，用雙層密封圈密封，進行高壓氣相滲氫、電化學腐蝕、原位液相氫濃度測試；

所述施加載荷裝置將試樣夾在上夾具和下夾具中，通過擰動上夾具的螺母，用恒位移加載拉伸環進行原位施加外載荷，模擬高壓輸氣對材料產生的預應力，測試試樣的力學性能。

3.根據權利要求2所述天然氣摻氫輸送管線鋼多因素耦合失效下的原位測試裝置，其特征在于，

在測試試樣的力學性能時，首先將試樣安裝在所述施加載荷裝置上，用上夾具和下夾具夾緊，然后通過螺母對試樣施加不同載荷的預應力來模擬不同輸送壓力，測試材料腐蝕、氫脆、外載荷共同作用下的試樣服役性能參數；

在進行高壓氣相滲氫、電化學腐蝕、原位液相氫濃度測試時，將試樣夾緊在所述滲氫室兼腐蝕室和測氫室中間的小凸臺處，用雙層密封圈密封，在滲氫室兼腐蝕室的進氣口處充入不同壓力、不同摻氫比例的天然氣和氫氣的混合氣體，用于模擬不同摻氫比例下的管輸環境；

在進液口處添加不同比例的H₂S和CO₂雜質的腐蝕液，利用恒電流儀在滲氫室兼腐蝕室中進行動電位極化和電化學阻抗測試；

在試樣的表面覆蓋專用的濾紙液膜，利用紙質疏松透氣造成的毛細作用，將腐蝕液帶入到試樣表面，模擬電極表面均勻可控的微米級厚度液膜，從而模擬輸氣管內H₂S/CO₂雜質腐蝕與高壓H₂耦合的環境；

在測氫室的進液口處加入電解液，利用恒電位儀在測氫室施加恒電位對其電離，得到電離電流隨時間變化曲線，采用Fourier法獲得氫在材料中的擴散系數、溶解度、氫濃度參數，實現原位液相氫濃度測試。

4.根據權利要求2所述天然氣摻氫輸送管線鋼多因素耦合失效下的原位測試裝置，其特征在于，

所述原位施加外載荷、高壓氣相滲氫、電化學腐蝕、原位液相氫濃度測試是同時進行的。