高压釜腐蚀测试系统操作指南

第1页共32页高压釜腐蚀测试系统操作指南（用于高温高压HTHP的腐蚀测试）THERMOMONITORING&ANALYSISGROUP美国热电监测分析技术公司第2页共32页高压釜腐蚀测试指南目录1.范围2.参考文献3.试剂4.测试样品5.用于HTHP腐蚀测试的实验台（传感器）6.测试介质7.HTHP多相腐蚀测试的基础8.HTHP测试的特殊形式的例子8.1静态样品的暴露8.2搅动的暴露测试8.3电化学测试8.4系统的再次装满和再次循环的测试环路9.测试步骤9.1多相的静态暴露测试（气相—液相）9.2慢速率的延伸测试（S.S.R）/恒速率延伸测试（CERT）9.3测试报告10.在HTHP测试步骤中的实例记载10.1.3%NaCl盐水溶液/80℃/100PSI的CO210.2.19份的3%NaCl盐水溶液，1份的柴油/125℃/250PSI的CO210.3.3%NaCl盐水溶液/80℃/250PSI的CO2第3页共32页+10PSIH2S总压强=300PSI10.4.3%NaCl盐水溶液/125℃/250PSI的CO2+10PSIH2S总压强=300PSI10.5.3%NaCl盐水溶液/125℃/250PSI的CO2+50PSIH2S=3700PSICH4==总压强为4000PSI第4页共32页1.0范围1.1.当在高压（HP），高温（HT）或高温高压相组合的情况下进腐蚀测试时，本文件将提供有关实验步骤，测试设备，样本和装置等方面有用的信息资料。这些测试，有其特殊的要求，与在实验室玻璃器皿内进行的低压低温条件下进行的实验并不相同。因此，当进行HTHP实验时，本文件将着重明确在进行腐蚀测试时要优先考虑的问题。1.2.可适用于HTHP实验的操作步骤，包括有重量损失或局部腐蚀的测定，电化学测定或环境的评估，并促使破裂的出现。它适用于不受应力的试棒、受应力的样品和电化学电极。1.3.具有代表性的HTHP测试是将样品暴露于液体（含水的或不含水的），气体或多相的（两相或更多的相）介质环境中，此时介质应放在耐腐蚀，抗高温高压的测试容器中。1.4.HTHP测试的操作可能会涉及危险的状况和环境：例如，危险的和有毒的物质、溶液和气体、高温高压。本文件并无意图要列出有关HTHP测试中的所有有关安全的考虑因素。用户的责任是要考虑并建立起适当的安全和健康的实施环境，操作良好的技术装备，并在启动HTHP测试之前，要判断并确定管理规章范围的适用性。第5页共32页2.0参考文献2.1.用于实验室腐蚀测试的基本根据已由美国材料测试学会（ASTM费城赛州）G-1委员会（金属的腐蚀）所出版，在此领域中已出版了不少标准。建议用户在试图完成HTHP腐蚀测试之前，能找到这些文件（或相似的文件），以便了解腐蚀测试的基础。有关ASTM的文件列举如下：ASTMG-1：制备、清洗和评定腐蚀测试样品的实际操作。ASTMG-3：腐蚀测试中，常规应用于电化学测量的实际操作。ASTMG-5：用于静态电势和动态电势的阳极极化强度测量的参考测试方法。ASTMG-15：有关腐蚀测试的专门术语。ASTMG-31：金属实验室浸没式腐蚀测试的实际操作。第6页共32页3.0试剂3.1.腐蚀测试的昀重要目标之一，是能产生并保持具有重现性的化学介质，在此介质中，能使预定的暴露试验进行。如果测试介质是用混合实验室的化学试剂制成的，则应该注意试剂的纯度等级和已知其中含有的污染物（杂质）的含量。这是为了使得在模拟介质中进行的HTHP测试具有通用性。因为这种介质有时可能是从现场或从工厂源头取样并补充得到的。3.2.对腐蚀测试中所使用的各种介质，应该特别小心，要充分了解并懂得其特性，尤其对用于HTHP测试中的介质更应该小心。这些介质，可能会很灵敏的改变或污染以往做过的测试，它可以对测试结果产生很大的影响。当压强迅速升高时，它可能会敏感地产生我们并不期望的化学反应或爆炸。3.3.在很多情况下，用于HTHP测试的试验台的体积是有限的，因此要严格的，不时地分析测试介质的化学成分，当测试时发现：（1）当反应气体或液体组分已快耗尽时（2）溶液中的金属离子已浓缩为了得到一个有效的腐蚀测试结果，此时必须补充测试介质。第7页共32页4.0测试样品4.1.除了要有一个可重复性的化学介质之外，腐蚀测试的另一个重要目标，是要制备一个具备可重复的，并经过精确机械加工的测试样品。这种样品，通常可用专用机床或磨床来制造，在严格控制和非常精确的状态下，尽量减少由于冷加工的误差和样品表面的不规范性。在进行测试之前，样品必须先清洗并除去其表面的油脂。4.2.因为用于HTHP测试的试验台和夹具均由金属制成，注意，必须使样品保持处于绝缘状态，避免与这些金属设备发生联电现象。4.3.如前所述，HTHP测试台的内部体积，通常是受限制的。其特征是增加压强级别，减少其体积，因此放在试验台中的反映金属样品的表面积常常受限制，为此，如有可能，应保持溶液体积与样品表面之间的比值达到昀小值—30毫升/平方厘米。在这种情况下，综合腐蚀速率将会很低，如上所述，它可能是由于减少了体积/面积的比值之故。在较低的体积/面积比值的情况下，可能导致测试介质的物质消耗和溶液的污染，达到不理想的状态。4.4.受到自身应力和外部应力的样品，可以用来测试腐蚀和外加应力的综合效应，如关于腐蚀断裂应力（SCC），氢碎断裂（HEC）和液状金属碎裂（LME）。测试样品的拉伸应力、弯曲横梁、C形环、U形弯曲和机械断裂等的通用方法已列入ASTM和NACE标准中（国家腐蚀工程师协会；休斯顿，德克萨斯）。ASTMG-38用于制造和使用C-形环应力腐蚀测试样品的实际操作方第8页共32页法。ASTMG-39用于制造和使用弯曲横梁应力腐蚀样品的实际操作方法。ASTMG-49用于制造和使用直接拉伸应力腐蚀样品的实际操作方法。NACETM0177用于金属材料的硫化物断裂应力的评定测试方法。4.5.在HTHP测试时，当采用受多种应力的样品时，建议您采用标准尺寸中昀小的样品，可使样品的总体表面积减到昀小。4.6.当使用直接拉伸的样品或动态拉伸与HTHP腐蚀测试联动时（慢速拉伸测试），它可以将外部的装载夹具和框架正确地用于负载。要小心地利用合格的装置和夹具及馈入装置（引线）连接它们，它有较低的密封性及摩擦力。而且，如果不使用压力平衡装载系统，附加的压强应力会引入样品中。当测定样品上的真实负载时，这些摩擦力和压力必须被计算在内。4.7.对于HTHP电化学腐蚀测试，通常使用圆柱行的电极，此时只有电极的一小部分被暴露在测试介质的液相中，电联接放在外部。必须注意（1）保持电极与试验台之间的电绝缘性。（2）采用一种安全电极设计，当由于有内部压力时，不致使它从实验台中被挤出。4.8.任何一种电化学系统的决定性部位是设计和建立参比电极（基准电极）。通常利用外部参比电极，诸如Ag/AgCl稳定的参比电池，或其它的合适的电化学参考系统。在这些外部参考系统中，通常包括有一有压力的分离的部分，并用盐桥与试验台相连接。第9页共32页可以利用压力平衡装置，使进入参比电极部分的回流减小，并可以从测试电极来的各种化学物质对于参比电极的污染减至昀小。另外，在很多情况下，一种惰性的或浸蚀电极可以用来作一偏参比电极（Pseudo）。当进行腐蚀测试时，在使用它之前，应仔细测试这些系统的长期稳定性和参比电位的稳定性。第10页共32页5.0用于HTHP腐蚀测试的试验台5.1.对于HTHP测试，试验台是一个压力容器，它的建造和操作必须符合工业或政府规定的标准或规范，关于它的测试压力，昀大工作压力和温度极限都应符合规范，其制造的材料也必须是有效的，对打算测试的介质应是惰性的没有化学反应的。为减重损失，产生凹痕腐蚀和裂纹或由介质引起的断裂等均不应有显著的情况发生，周期性的液压测试和试验台的可以保证试验台有能力阻止我们所不希望的裂纹和破坏发生。5.2.试验台应该设计有必备的进口和出口，这是为了允许：（1）建立和/或再补足添满测试介质，处于可控的状态。（2）在HTHP测试之前和之后以及在进行时，可以对测试介质进行监控和取样。（3）可释放测试压力处于可控状态。（4）能处理过压和过温的情况（温度和压力都超过）。第11页共32页6.0测试介质6.1.在HTHP高温高压腐蚀的研究工作中，测试介质的选择必须具备以下两点：（1）选出一种能模拟实际的工作状态的介质（2）对抵抗腐蚀而言能提供材料可被遮盖，或在加速状态下进行比较和评估状态。6.2测试温度应该能正确地控制在所期望的程度，必须符合将来的应用。在一些情况下可以是±2℃其它情况可以是±10%。实验和测试设备的局限性往往是在确定必须的温度控制极限时的主要因素。6.3.为了模拟等温的状态，在试验台与介质（环境）之间的尽量减少温度梯度至极小值。在小型实验时，可在水相容器中，隔离试验台通常不会有问题，用一套温度监控装置已足够了。但是对大行实验台能显示出冷热不均的部位，所以需要多套的监控装置。6.4.在某些系统中，必须模拟热传导的状态，这些效应对腐蚀速率有较大的影响。可以采用浸没式加热器，但是必须控制和监测温度剃度和热负荷。6.5.试验台中的压力必须被连续监控，尤其是在测试刚启动，和压力计或传感器被加热时。这将有助于试验台超过压强的可能性减小至昀小。一旦系统已经达到测试的稳定状态时在整个测试过程中，对系统压力必须进行周期性的监控。所有的压力监控设备必须装在远离实验台的位置，并用抗腐蚀的材料来做成，以防止设备受到腐蚀的损害和第12页共32页介质的污染所可能造成的损坏。建议对所用的隔离阀和隔离密封圈，在极端恶劣的环境中的压力监控设备要尽可能把接触减至昀小。6.6.测试介质可以只靠自然的液体对流来提供溶液的搅动，也可以用试验台的搅动、转动、滚动等机械方法来拌和溶液。测试台的搅动对腐蚀测试的结果会有很大的差异，因为由于：（1）不同相的混合（液相和气相；水和油等等）（2）测试介质相对于样品表面的流动速度。6.7.气体可以加到测试介质中，以提供（1）溶液的通风（多孔性）。（2）溶液的脱氧。（3）可溶性反应气体的饱和。（4）非液压系统的增压。一种或多种气体可以顺序地加到测试台中，基于它们预期的分压（克分子系数乘以总的系统压力），也可以从商业来源购买已预先混合好的气体来加入。6.8.更可取的是使测试台可达到非液压系统增压，因为系统压力，没有液压增压设备造成的温度波动那么大的变化，因此，它们更易于控制。但是，在用“气相”在对测试台增压时储存的应力能量的数量，远大于液压所增压的量。因此当实验室人员和设备与增压设备分离时要小心。6.9.在HTHP腐蚀测试中，在室温时，装载液体和气体的组成物质进入测试台，当可能时，将测试台加热到所期望的测试温度。基于起始装载的状况，需要对状况进行评估。在瓶装气体的压力之上，在此压力和在室温或测试温度时，必须提供进入测试台气体的输送。要达到着一点，必须利用气体增压泵或增强器来增加气体压力。第13页共32页6.9.1.气体增压泵或增强器泵可以用来增加气体和气体混合物的输送压力。钢瓶（气缸）的输送压力一般为从100到2500PSI（磅/英寸2）单个增压泵可以有效地把气体增压到20000PSI。但是如果利用两个泵（低压和高压）可以更有效地完成增压。如果采用此种技术，必须设计有一个放在两泵之间的储气罐。来防止第二级，高压泵的停止运转。当增压的气体混合物中，如果含有低蒸汽压的组分，如硫化氢H2S或二氧化碳CO2，要小心不要使这些组分的分压超过它的蒸汽压，在这种情况下，会发生这些组分的液化。这种问题在7.5节中讨论。第14页共32页7.0HTHP多相腐蚀测试的基础7.1.当模拟情况牵涉到液体和气体时，必须完成一项实际的预测计划。其理由是必须预测到一定的正确度，在特定的测试温度下，昀后的测试压力是基于测试台开始时的负载（装载）情况。7.2.当估算测试压力时，至少有两种昀基本情况的考虑。（1）在测试台中液体的蒸汽压是温度的函数。（2）温度的效应（影响）会增加气体的压力。在液相中气体的溶解度必须要考虑。7.2.1.液体蒸汽压所有的液体都