[发明专利]同轴旋转腐蚀流动模拟系统

说明书

技术领域

本发明属于金属腐蚀与防护技术领域，具体涉及同轴旋转腐蚀流动模拟系统。

背景技术

腐蚀是现代工业和生活的重要破坏因素,据估计,腐蚀造成的直接经济损失约占国民生产总值的3％一4％。在流动体系中,腐蚀介质与金属表面间的相对运动会加剧金属腐蚀。流动腐蚀就是金属表面和腐蚀性流体之间由于高速相对运动引起的金属损坏现象,是机械性冲刷和电化学腐蚀交互作用的结果。它是引起石油、化工、水利水电等行业中各种泵、阀、管道等部件大量损坏的重要原因。流动腐蚀比静止介质中的腐蚀要严重得多,尤其是在高速流动条件下。早在上世纪30年代流动水系统中的钢的腐蚀就引起了人们的重视,到了80年代随着现代采油业的发展,迫切需要加强材料的流动腐蚀研究。通常将这种由于腐蚀介质和金属表面相对运动而引起的金属的加剧破坏或腐蚀定义为磨损腐蚀(Erosion Corrosion),或称之为流动腐蚀(Flow-Induced Corrosion)。

流动腐蚀与静态介质中的区别在于:除了受电化学因素的作用外,流体力学因素对流动腐蚀将产生严重的影响。介质的流动不但促使腐蚀加剧,而且也严重影响着流动腐蚀的机理。在一定的流速条件下,流道结构确定时,介质流型一定时,导致发生一种形态的腐蚀。随着腐蚀的发展,流道结构发生改变,可能引起流动腐蚀形态的变化,这种恶性循环发展的结果导致流动腐蚀加剧,因此, 流动腐蚀是一个复杂的过程,流速、流态对流动腐蚀具有十分重要的影响。流动腐蚀是石油化工行业中部件损坏的重要原因,必须对其展开深入研究。

目前，室内研究流动腐蚀主要有环道模拟法和反应釜内旋转模拟法。在环道模拟法中，由于模拟环道的管径一般要比现场实际管道管径小得多，在模拟中，满足了流速，而流态与实际管道中的流态差别甚远；而在反应釜内旋转模拟法中，通过试片固定在专门的支架上在腐蚀介质旋转，用此时的线速度来等效现场管道管壁的切向速度，可是，由于离心力的作用，在旋转运动的试片上还存在一定的法向速度，所以，在此模拟中，试片的流动腐蚀条件与现场管道管壁流动腐蚀条件差异也较大。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供同轴旋转腐蚀流动模拟系统，解决了以下技术问题：1)通过旋转的圆筒装置，将管道的直线流动转换成旋转流动，减少环道流动的工作量；2)通过将同轴外筒内径与现场管线管径相同，它的相似流动更能反映管中的流动；3)该系统可以通过改变同轴内筒的转速来模拟管线内介质的流速；具有结构简单、实验数据准确、实验结果与实际情况更接近的特点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：同轴旋转腐蚀流动模拟系统，包括有同轴内筒，同轴内筒1外设有同轴外筒；同轴内筒顶部通过旋转连杆与转速可调电机相连；所述的同轴外筒内壁上设有试片。

所述的试片尺寸为25mm×10mm×2mm，数量为3片。

所述的试片的下部设在同轴外壁上的试片嵌槽内，所述的试片嵌槽的尺寸为深3mm，水平方向宽度10.5mm，竖直方向宽度30mm。

所述的试片嵌槽、试片三等分分布在同轴外筒内壁上。

所述的试片只有径向轴线的一面裸露，其余5个面与腐蚀介质绝缘隔离。

所述的同轴内筒与同轴外筒之间的环形腔体内设有腐蚀介质。

所述的同轴内筒材质选用机械强度好的非金属绝缘材料。

所述的外筒的材质选用机械强度好的非金属绝缘材料；外筒壁厚≥5mm。

所述的同轴外筒内径与现场管道内径相等。

所述的同轴内筒外径根据现场管道的流动雷诺数范围和同轴内筒旋转转速范围确定，具体确定方法如下：

现场的管道流动中，圆管道的雷诺数：

式中：

Reg为实验介质的雷诺数；

v为流体流速，m/s；

d为管道直径，单位为m；

ν为流体的运动粘度，m²/s；

Q为管道内流体流量，m³/s；

根据实际数据计算出雷诺数的大小和范围来确定实验所需同轴内筒的内径，可调转速电机(搅拌器)的转速范围，进而确定同轴内筒的直径；

在内筒转动时，根据库特对牛顿流体的研究可用下列公式计算雷诺数：

式中：

Re——实验介质的雷诺数；

Ω——内筒的旋转角速度，rad/s；

R₂——转子的半径，单位为mm；

R₁——圆筒容器的内半径，单位为mm；