專利名稱：模擬高流速的反向旋轉腐蝕測試掛片架的制作方法
技術領域：
本發明是關于石油化工領域金屬材料腐蝕防護的試驗裝置，尤其涉及一種模擬高 流速的反向旋轉腐蝕測試掛片架。
背景技術：
室內高溫高動態腐蝕模擬測試實驗是金屬腐蝕防護、油氣田油套管材料選擇的基 礎性實驗，若防腐防護方式做的不合理，會帶來經濟上的巨大損失。據世界工業發達國家腐 蝕調查統計，各國的年腐蝕損失約占國民經濟生產總值的1.5%-4. 2%左右，1998年美國 腐蝕損失2757億美元。據我國2002年發表的調查報告指出，年腐蝕支出的直接費用已經 達到2000億以上，如果計算間接損失，腐蝕費用的總和可達到5000億人民幣，約占國民經 濟總值的5%。對于石油與石化行業尤其嚴重，約占產值的6%左右。中國石油工業所耗費 的石油管材每年約100億元左右，其中大部分因腐蝕而報廢。腐蝕不僅會造成經濟上的巨 大損失，而且會引起裝置泄露、污染環境，甚至引起爆炸和人員傷亡。1994年10月，俄羅斯 北部多處地下輸油管道腐蝕破裂，原油大量泄漏，造成嚴重環境污染；1988年英國阿爾法 平臺因腐蝕破壞而發生爆炸，造成166人死亡，導致北海油田年減產12% ；1971年5月，四 川威成天然氣管線腐蝕破裂導致爆炸燃燒，造成M人傷亡，直接經濟損失7000萬元；1971 年5月 1986年2月，四川天然氣管網因腐蝕導致爆炸燃燒事故83次；1991年1月25日， 川東油田H2S腐蝕造成井噴，死亡2人，受傷7人。室內腐蝕模擬測試實驗是評價金屬材料在某特定腐蝕介質中的耐蝕性能的常用 方法，同時也是油氣田油套管和地面設備選材的常用實驗研究方法。模擬實驗中除了溫度 和腐蝕介質的含量影響到材料的腐蝕特性外，液體的流速會對金屬掛片表面產生一定的切 力，對腐蝕產物膜有一定的破壞作用，最終會影響材料在某特定腐蝕環境下的腐蝕特性。目前，現有的腐蝕模擬測試設備包括有管流循環模擬設備和旋轉模擬動態的高溫 高壓釜。管流循環模擬設備要求試樣加工成圓管或者半圓管模型，靠泵體來驅動液體在管 內循環，同時在管道上安裝測流裝置；該設備模擬的流速可以達到與現場一直的效果，但 是，該管流循環模擬設備造價非常高，是一臺普通高溫高壓釜的幾十倍，甚至上百倍，一般 科研單位無法承受；并且該設備占地面積大，操作復雜，耗能高。而旋轉模擬動態的高溫高 壓釜是利用電機帶動掛片夾具作圓周運動來模擬流體的流動，旋轉模擬動態釜模擬的流速 是根據轉軸的角速度和掛片夾具的半徑來計算；該類設備與管流循環模擬設備相比，具有 占地面積小，操作方便等優點。但是，旋轉模擬動態釜模擬的流速雖然數字上與現場要求流 速相等，實際上由于掛片支架攜帶掛片隨攪拌軸旋轉起來后，釜內的液體也沿相同的轉向 旋轉，真正的相對速度小于按照v = wR計算的結果(ν為現場實際流速，R為掛片架內環 半徑，w由實際速度和半徑計算得出)，掛片表面流體的切線速度遠小于實際情況，最終測 得的腐蝕速率偏小，得出的結果會高估材料的耐蝕性能，由此選擇的油套管材料達不到安 全要求。如何在旋轉高溫高壓釜內獲得更高的掛片表面切力，避免出現測試的腐蝕程度小于實際情況和高估材料的耐蝕性能的情況，以便為油氣田選擇安全、合理的油套管材料等， 是目前本領域急需解決的問題。有鑒于此，本發明人憑借多年的相關設計和制造經驗，提出 一種模擬高流速的反向旋轉腐蝕測試掛片架，以克服現有技術的缺陷。
發明內容
本發明的目的在于提供一種模擬高流速的反向旋轉腐蝕測試掛片架，通過轉動軸 及攪拌槳體與掛片支架的反向旋轉，實現掛片表面高流體切線速度，以得到掛片表面更高 的剪切力，使室內模擬實驗的模擬流速等于或者高于現場設計參數，避免實驗測試結果高 估金屬材料在某些腐蝕介質中的耐蝕性能，從而能夠達到為油氣田地面設備和井下油井管 選擇安全合理材質的目的。本發明的目的是這樣實現的，一種模擬高流速的反向旋轉腐蝕測試掛片架，所述 測試掛片架設置在一釜體內，該測試掛片架包括設置在釜體內軸向中心位置的轉動軸，轉 動軸上設有攪拌槳體；在釜體內圍繞所述轉動軸和攪拌槳體設有一環形旋轉底座，所述環 形旋轉底座的上端設有多個安裝測試掛片的掛片連接部；在所述轉動軸和環形旋轉底座之 間設有驅動環形旋轉底座形成與轉動軸呈反向旋轉的傳動裝置。在本發明的一較佳實施方式中，所述環形旋轉底座的內壁設為內齒輪，環形旋轉 底座的外緣軸向向上延伸設有凸環，所述掛片連接部均勻設置在該凸環的內壁上。在本發明的一較佳實施方式中，所述傳動裝置包括聯結在轉動軸上的主動齒輪， 所述主動齒輪與環形旋轉底座的內齒輪之間均布有兩個或兩個以上惰性齒輪，所述惰性齒 輪與主動齒輪為外嚙合，所述惰性齒輪與環形旋轉底座為內嚙合。在本發明的一較佳實施方式中，在所述釜體內底部設有一靜止底座，所述惰性齒 輪的輪軸設置在靜止底座上的相應軸孔中；所述環形旋轉底座設置在該靜止底座的上表 面；所述主動齒輪軸向聯結于轉動軸的底端并抵靠在所述靜止底座的上表面。 在本發明的一較佳實施方式中，所述主動齒輪的軸向中心設有一方形槽孔，所述 轉動軸底端設有方形柱體，所述轉動軸的方形柱體嵌設在主動齒輪的方形槽孔中。在本發明的一較佳實施方式中，所述各掛片連接部緊固安裝有測試掛片；在所述 多個測試掛片的頂端環固一上環體。在本發明的一較佳實施方式中，所述攪拌槳體為一橫向固定在轉動軸上的槳片。在本發明的一較佳實施方式中，所述釜體上部設有釜蓋，所述轉動軸通過軸承能 轉動地聯接在釜蓋的中心。在本發明的一較佳實施方式中，所述釜體的外側設有加熱套。由上所述，由本發明的模擬高流速的反向旋轉腐蝕測試掛片架構成的旋轉模擬動 態實驗裝置，可將現場要求的速度作為目標值，由線速度和旋轉半徑可以計算得出的轉動 軸的角速度，由于支架反向旋轉的存在，使測試掛片與流體(腐蝕模擬液體)的實際相對速 度高于現場要求速度，這樣測得的實驗結果會比實際情況更加可靠，避免了以往旋轉設備 測試結果出現高估材料耐蝕性能的問題，使實驗測試結果等于或者高于現場實際要求，防 腐設計更加安全。此外，旋轉模擬實驗儀器與管流模擬設備相比，其占地面積小，操作方便， 成本低廉，大大降低了科學研究的成本。
以下附圖僅旨在于對本發明做示意性說明和解釋，并不限定本發明的范圍。其 中圖1 為本發明模擬高流速的反向旋轉腐蝕測試掛片架設置在高溫高壓釜體內的 結構示意圖。圖2 為本發明模擬高流速的反向旋轉腐蝕測試掛片架的結構示意圖。圖3 為圖2的俯視結構示意圖。
具體實施例方式為了對本發明的技術特征、目的和效果有更加清楚的理解，現對照
本發 明的具體實施方式
。如圖1、圖2和圖3所示，本發明提出一種模擬高流速的反向旋轉腐蝕測試掛片架 100，所述測試掛片架100設置在一高溫高壓釜體內，該測試掛片架100包括設置在釜體91 內軸向中心位置的轉動軸1，轉動軸1上設有攪拌槳體2，在本實施方式中，所述攪拌槳體2 為一固定在轉動軸1上的槳片(當然，也可以是其它形狀的葉片等)；在釜體91內圍繞所 述轉動軸1和攪拌槳體2設有一環形旋轉底座3，所述環形旋轉底座3的上端設有多個安 裝測試掛片4的掛片連接部31 ；在所述轉動軸1和環形旋轉底座3之間設有驅動環形旋轉 底座3形成與轉動軸1呈反向旋轉的傳動裝置5。實驗時，釜體內裝入腐蝕模擬液體，轉動 軸1由電機驅動旋轉并通過攪拌槳體2攪動腐蝕模擬液體隨著轉動軸1的旋轉方向進行旋 轉；此時，傳動裝置5驅動環形旋轉底座3作與轉動軸1反向同軸旋轉，由此，使安裝在環形 旋轉底座3上的測試掛片4與旋轉的腐蝕液體的相對速度增大，得到掛片表面更高的剪切 力，以使室內模擬實驗的模擬流速等于或者高于現場設計參數。如圖1所示，在本實施方式中，所述釜體91上部設有釜蓋92，所述釜體91的外側 設有加熱套8。所述釜蓋92的中部設有一上凸的內腔，所述轉動軸1通過軸承93能轉動 地聯接在釜蓋92的中心，轉動軸1的上端延伸進入所述內腔中；內腔中設有一與轉動軸1 連接的磁環芯軸94，內腔外部套設一驅動磁環95，所述驅動磁環95由電機96帶動轉動，由 此，驅動所述轉動軸1旋轉。在本實施方式中，所述環形旋轉底座3的內壁設為內齒輪，環形旋轉底座3的外緣 軸向向上延伸設有凸環32，所述掛片連接部31均勻設置在該凸環32的內壁上，在本實施方 式中，掛片連接部31設置八個。所述各掛片連接部31緊固安裝有測試掛片4 ；在所述八個 測試掛片4的頂端環固一上環體6，以防止環形旋轉底座3轉動時，各測試掛片4由于慣性 作用向外側傾斜。在本實施方式中，所述傳動裝置5包括聯結在轉動軸1上的主動齒輪51，所述主動 齒輪51與環形旋轉底座3的內齒輪之間均布有兩個或兩個以上惰性齒輪52 (如圖3所示， 在本實施方式中均布有兩個惰性齒輪52)，所述惰性齒輪52與主動齒輪51為外嚙合，所述 惰性齒輪52與環形旋轉底座3為內嚙合。在本實施方式中，為了避免測試掛片架直接與釜體91接觸，在所述釜體91內底部 設有一靜止底座7，所述靜止底座7與釜體91內壁之間為間隙配合，靠熱張力實現與釜體 91內壁的固定。所述惰性齒輪52的輪軸設置在靜止底座7上的相應軸孔71中；所述環形旋轉底座3設置在該靜止底座7的上表面；所述主動齒輪51軸向聯結于轉動軸1的底端并 抵靠在所述靜止底座7的上表面。在本實施方式中，為了便于整體裝置的安裝和拆卸，所述主動齒輪51的軸向中心 設有一方形槽孔511，所述轉動軸1底端設有方形柱體11，所述轉動軸的方形柱體11嵌設 在主動齒輪的方形槽孔511中。本發明具有如下有益效果1.測試掛片表面相對流速高。在攪拌條件下，測試掛片沿與攪拌方向相反的方向 旋轉，增大了表面相對流速和切力；2.降低電機轉速。由于支架及掛片與攪拌槳體轉向相反，電機在低轉速下可以模 擬高流速的流體流動，可以避免電機在高轉速下運轉；同等電機轉速的情況下，可實現增大 掛片表面流體切力的目的；3.設備占地面積小。由于是通過旋轉來實現高流速，比管流模擬設備占地面積4.結構簡單、操作方便。本發明結構簡單，加工安裝方便；5.經濟可行。本發明的支架主體部分材質為聚四氟乙烯材料，材料價格低廉。總之，由本發明的模擬高流速的反向旋轉腐蝕測試掛片架構成的旋轉模擬動態實 驗裝置，可將現場要求的速度作為目標值，由線速度和旋轉半徑可以計算得出的轉動軸的 角速度，由于支架反向旋轉的存在，使測試掛片與流體(腐蝕模擬液體)的實際相對速度高 于現場要求速度，這樣測得的實驗結果會比實際情況更加可靠，避免了以往旋轉設備測試 結果出現高估材料耐蝕性能的問題，使實驗測試結果等于或者高于現場實際要求，防腐設 計更加安全。此外，旋轉模擬實驗儀器與管流模擬設備相比，其占地面積小，操作方便，成本 低廉，大大降低了科學研究的成本。以上所述僅為本發明示意性的具體實施方式
，并非用以限定本發明的范圍。任何 本領域的技術人員，在不脫離本發明的構思和原則的前提下所作出的等同變化與修改，均 應屬于本發明保護的范圍。
權利要求
1.一種模擬高流速的反向旋轉腐蝕測試掛片架，所述測試掛片架設置在一釜體內，其 特征在于該測試掛片架包括設置在釜體內軸向中心位置的轉動軸，轉動軸上設有攪拌槳 體；在釜體內圍繞所述轉動軸和攪拌槳體設有一環形旋轉底座，所述環形旋轉底座的上端 設有多個安裝測試掛片的掛片連接部；在所述轉動軸和環形旋轉底座之間設有驅動環形旋 轉底座形成與轉動軸呈反向旋轉的傳動裝置。
2.如權利要求1所述的模擬高流速的反向旋轉腐蝕測試掛片架，其特征在于所述環 形旋轉底座的內壁設為內齒輪，環形旋轉底座的外緣軸向向上延伸設有凸環，所述掛片連 接部均勻設置在該凸環的內壁上。
3.如權利要求2所述的模擬高流速的反向旋轉腐蝕測試掛片架，其特征在于所述傳 動裝置包括聯結在轉動軸上的主動齒輪，所述主動齒輪與環形旋轉底座的內齒輪之間均布 有兩個或兩個以上惰性齒輪，所述惰性齒輪與主動齒輪為外嚙合，所述惰性齒輪與環形旋 轉底座為內嚙合。
4.如權利要求3所述的模擬高流速的反向旋轉腐蝕測試掛片架，其特征在于在所述 釜體內底部設有一靜止底座，所述惰性齒輪的輪軸設置在靜止底座上的相應軸孔中；所述 環形旋轉底座設置在該靜止底座的上表面；所述主動齒輪軸向聯結于轉動軸的底端并抵靠 在所述靜止底座的上表面。
5.如權利要求4所述的模擬高流速的反向旋轉腐蝕測試掛片架，其特征在于所述主 動齒輪的軸向中心設有一方形槽孔，所述轉動軸底端設有方形柱體，所述轉動軸的方形柱 體嵌設在主動齒輪的方形槽孔中。
6.如權利要求2所述的模擬高流速的反向旋轉腐蝕測試掛片架，其特征在于所述各 掛片連接部緊固安裝有測試掛片；在所述多個測試掛片的頂端環固一上環體。
7.如權利要求1所述的模擬高流速的反向旋轉腐蝕測試掛片架，其特征在于所述攪 拌槳體為一固定在轉動軸上的槳片。
8.如權利要求1所述的模擬高流速的反向旋轉腐蝕測試掛片架，其特征在于所述釜 體上部設有釜蓋，所述轉動軸通過軸承能轉動地聯接在釜蓋的中心。
9.如權利要求1所述的模擬高流速的反向旋轉腐蝕測試掛片架，其特征在于所述釜 體的外側設有加熱套。
全文摘要
本發明為一種模擬高流速的反向旋轉腐蝕測試掛片架，該測試掛片架包括設置在釜體內軸向中心位置的轉動軸，轉動軸上設有攪拌槳體；在釜體內圍繞轉動軸設有環形旋轉底座，環形旋轉底座的上端設有多個安裝測試掛片的掛片連接部；在轉動軸和環形旋轉底座之間設有驅動環形旋轉底座形成與轉動軸呈反向旋轉的傳動裝置。本發明可將現場要求的速度作為目標值，由線速度和旋轉半徑可以計算得出的轉動軸的角速度，由于支架反向旋轉的存在，使測試掛片與流體的實際相對速度高于現場要求速度，這樣測得的實驗結果會比實際情況更加可靠，避免了以往旋轉設備測試結果出現高估材料耐蝕性能的問題，使實驗測試結果等于或者高于現場實際要求，防腐設計更加安全。
文檔編號G01N17/00GK102128783SQ201110062618
公開日2011年7月20日 申請日期2011年3月15日 優先權日2011年3月15日
發明者張春陽, 徐蕓, 李文良, 李曉榮, 李楊, 范白濤, 董星亮, 袁俊亮, 鄧金根, 閆偉 申請人:中國石油大學(北京)