[发明专利]高温高压腐蚀氢渗透动力学测试装置及测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及高温高压腐蚀氢渗透测试技术领域，尤其是涉及一种可以测量腐蚀氢渗透和疲劳载荷耦合作用下材料的断裂形式，并可以在短时间内测试材料的临界疲劳载荷的高温高压氢渗透动力学测试装置及测试方法。

背景技术

随着经济的发展，人类对石油、天然气等资源的需求逐渐增大，近年来油价逐年上涨，巨大的需求，带动了石油产业的蓬勃发展，酸性油气田的开发数量逐年增加，在酸性油气田中含有硫化氢、二氧化碳气体，酸性物质会腐蚀开采集输设备，对油气田的安全开发产生巨大威胁。设备一旦被破坏，后果不堪设想。2003年12月23日，四川开县罗家寨16号井曾发生过特大高含硫化氢气田井喷事故，由于硫化氢本身具有毒性，事故造成200多人死亡，2.7w多人受伤，直接经济损失8200万元，间接经济损失无法估量。由此可见，硫化氢腐蚀对油气田的威胁巨大，硫化氢腐蚀与防护也已经成为酸性油气田开发的重中之重。

硫化氢对设备的腐蚀主要分为两种形式，一种是宏观腐蚀，指硫化氢作为酸性介质会对设备造成宏观腐蚀和局部腐蚀，造成设备的减薄、穿孔；另一种形式是氢致材料损伤，硫化氢是氢的毒化剂，其可以让腐蚀过程中产生的氢不结合成分子而以原子的形式存在，氢原子吸附在金属表面会渗透到金属内部，从而诱发多种形式的氢损伤，例如：氢原子在金属的缺陷处聚集，重新结合成为氢气，巨大的内压(有时超过1GPa)会使金属沿着夹杂物方向开裂；并且氢可以降低金属键的结合力，从而降低材料的强度，诱发金属发生低应力脆断。

关于硫化氢腐蚀方面，国内外已经进行了广泛的研究，技术成果也在酸性油气田开发中得到了广泛的应用；但是，我们仍然需要立足现在放眼未来做更深入的研究，近年来各类管道爆裂事故时有发生，主要是由于管道多年服役后发生的减薄和金属疲劳问题。而关于硫化氢环境中的腐蚀疲劳问题，由于涉及到宏观腐蚀，局部腐蚀，氢脆和疲劳裂纹几方面的耦合作用，则异常复杂。利用现有的设备很难原位分析研究这一复杂的破坏形式。

中国发明授权公开号：CN202693457U，授权公开日2013年1月23日，公开了一种高温高压硫化氢环境氢渗透检测装置，所述高温高压硫化氢环境氢渗透检测装置包含有：一高温高压阴极反应釜，其一侧的侧壁上沿径向设置有一密封套，所述密封套的一端位于所述高温高压阴极反应釜的反应腔处，而其另一端则凸伸出所述高温高压阴极反应釜的外侧壁，并与所述高温高压阴极反应釜的外侧壁之间形成密封连接；该发明的不足之处是，不能在给试样施加载荷的同时检测氢渗透量。

发明内容

本发明的发明目的是为了克服现有技术中的氢渗透检测装置不能在给试样施加载荷的同时检测氢渗透量的不足，提供了一种可以测量腐蚀氢渗透和疲劳载荷耦合作用下材料的断裂形式，并可以在短时间内测试材料的临界疲劳载荷的高温高压氢渗透动力学测试装置及测试方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种高温高压腐蚀氢渗透动力学测试装置，所述测试装置分别与电化学工作站、油浴控制器和疲劳试验机相连接，疲劳试验机上设有用于连接试样两端的上夹具和下夹具；包括硫化氢气罐、氮气罐、盛有碱性导电溶液的缓冲釜和设于疲劳试验机上的反应釜；所述反应釜包括上端开口的第一釜体和与第一釜体密封连接的第一釜盖，第一釜体内设有用于溶解硫化氢气体的溶解液；所述缓冲釜上包括上端开口的第二釜体和与第二釜体密封连接的第二釜盖；

第一釜体外周面上设有环绕第一釜体的加热腔，加热腔通过进油管和出油管与油浴控制器相连接；所述第一釜盖和第一釜体底部分别设有用于对竖向贯穿反应釜的中空棒状试样进行密封限位的上密封结构和下密封结构；

第一釜体上设有用于与硫化氢气罐或氮气罐连通的进气口和与尾气处理装置连通的出气口；反应釜上设有用于检测第一釜体内气体压力的第一压力表；试样的空腔与缓冲釜相连通，试样上端内设有伸入试样的空腔中的辅助阳极，试样下端内设有伸入试样的空腔中的参比电极，电化学工作站分别与浸入碱性导电溶液中的辅助阳极、参比电极和试样电连接；所述缓冲釜与氮气罐相连通，缓冲釜上设有用于检测缓冲釜内的氮气压力的第二压力表。

传统的硫化氢腐蚀环境力学系统中，只能表征外部环境硫化氢量与材料力学性能退化的间接关系，不能更深层次地表征氢的侵入量、腐蚀产物的保护性与载荷的交互作用与材料力学性能之间的内在联系，制约了高压硫化氢腐蚀环境中的材料力学性能退化的定量化研究。