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本科毕业设计（论文）外文翻译译文学生姓名： 杨宁宁 院 （系）： 化学化工学院 专业班级： 应用化学（专升本）1101 指导教师： 张群正 完成日期： 2012 年 3 月 1 日 多相流在高CO2分压下缓蚀性能研究作者：1.布鲁斯布朗,美国国家科学基金会工业/大学研究中心,俄亥俄州立大学化学工程学系多相系统中的腐蚀,雅典俄亥俄州 457012.威廉保罗杰普森,美国国家科学基金会工业/大学研究中心,俄亥俄州立大学化学工程学系多相系统中的腐蚀,雅典俄亥俄州 457013.丹W.汤利,雪佛龙公司石油技术,尔湾大道PMB 289 1100,塔斯廷CA92780-35344.斯特里克兰,雪佛龙公司研究与技术,邮政信箱4450,休斯敦，TX 77210摘要 当测试条件与化学品使用的操作条件相似时，实验室对化学物质的测试被认为是有效的。6种缓蚀剂在二氧化碳的分压为2.5兆帕下进行测试，三种不同的流动制度，和两个水/油/甲醇的组合物在40下显示其对腐蚀速率限制的有效性。当把甲醇溶液加入到系统中时段塞流条件下的湍流产生的腐蚀速率最高并且这种缓蚀剂效果较差。因此，建议管道缓蚀剂选择研究应在多相流条件下进行测试。简介为多相输油管道选择合适的缓蚀剂，是一项艰巨的任务，因为需要从各种信息来源选择一个最适合的总体状况。在高的CO2分压下多相流结合 2cp（分析纯）油将在不同的方面关注相对腐蚀速率。首先，随着增加二氧化碳的分压，像预期的那样腐蚀速率也会增加（Videm和Dugstad，1989）1。 其次，油/水馏分部分增加高达60，会产生腐蚀速率增加的效果（Vuppu，1994）2。并且第三，湍流的流量的增加，比如段塞流，与多相体系结合也将产生较高的腐蚀速率。帮助定义段塞流腐蚀的效果的两个重要参是段塞频率和弗鲁德数。 对于这个实验表观气体速度（Vsg）、表观液体速度（Vsl）和段塞流之间的关系，在图1中已经显示出来（蔡，1999年）3。Sun和杰普森（1992）4发表出来的弗劳德数给出了对湍流的一个衡量并且在段流前的混合区对相关壁的金属块进行了关联。 弗劳德数被定义为：在上面公式中： Vt : 平移速度 VLF: 平均流速的液体薄膜 g: 重力加速度 heff：有效高度的液体薄膜杰普森（1996）5，梅内塞斯和杰普森（1995）6尝试用直径10厘米的段塞流，水平流分别在0.27，0.45和0.79兆帕CO2分压下循环腐蚀速率上升，弗劳德数，二氧化碳的分压，和/或温度的增加。在升降机实验中，6种缓蚀剂在为2.5 MPa CO2分压和多相流条件下进行测试两个不同的流动制度，满管的油/水流和三相油/水/气体段塞流。 在此使用的用于研究的液体是0.5氯化钠溶液，实验室级的甲醇和石油。 在40下，油的密度为800公斤/立方米，粘度为2 CP，类似于光的凝析油。 油-水的混合物在50含水时用于液相。根据水相体积浓度在150ppm下所有缓蚀剂加入到系统。 这项工作的目标是在多相条件下具有高的 CO2分压下测量腐蚀速率，以比较在类似高的二氧化碳的分压条件下，6个不同的缓蚀剂的有效性和不同的多相流制度，并比较6缓蚀剂在研究中的乳液倾向。实验流回路的说明流回路是一个独特的18米长，直径10厘米，高压力，高温度，316不锈钢管系统，可以提高各级的倾斜。 在图2中示出该系统的示意图。 预定的油水的混合物被存储在1.4 m 3的平直的池中，作为一个储存罐和一个分离单元的多相气体液体混合物。 通过储存罐外套周围的坦克分发传热油时温度被控制。 油被加热愈合在一个单独的单元，使用四个15千瓦的加热器和温度控制的温度监测该系统的坦克。这个系统通过3-15千瓦的变频调速离心泵移动液体。 该数据流是被变速泵与循环流一起在0100立方米的范围内控制。 液体流量被联涡轮流量计率进行连续测量。在2 MPa压力的新鲜气体进料线下二氧化碳气体从20000公斤储罐供给。 使用这条线最初进行加压系统和用于校准当系统运行的“一次通过”气体。 对于压力超过2兆帕时，歧管连接的6个150-1B瓶（68公斤）的二氧化碳通过两个压力调节器提供恒定的CO2压力。 在正常操作中，气体被连续地循环通过系统由一个所希望的速度渐进式进入空腔泵，由变速电机驱动，通过减速齿轮系统。 使用累进腔泵泵送潮湿气体是一个新的应用程序。 从泵计算出的理想的一至百分之五的泵的体积流率，必须从系统中加入液体以提供润滑。 气体安装与连接到一个0至35千帕的压力抽头沿着试验段用皮托管测量速度重型差压变送器。 12位数据采集板配合使用这些传感器皮托管，测量压降。 换能器发送一个4到20毫安的电流的数据采集板相关的压降。 计算机数据采集，在用户规定的时间框架内采集500个数据值。 在30秒内收集这个报告里所有500个数据点。 所有存储的数据导入到电子表格程序，把气体流率就可以计算出来。 试验段的说明测试部分是一个2米长的滑阀块，与一个10.16厘米ID和一个0.95厘米的壁厚。 这部分的示意图在图3中给出。 在顶部和底部的两个双端口用于插入平齐安装电阻（ER）探头，测量腐蚀速率。 一种电气电阻探针监测系统是用来记录ER探头阻力位在一分钟的时间间隔。在这个部分的压力水龙头连接到两个传感器测量一个1.3米长的时间间隔和一个0.1米的间隔管的压降。在这期间从传感器收集的数据使用flowloop操作，以确定封闭的体系内的流态。程序测试 1。 OH /水混合物按指定的量被添加到系统中，在操作过程中的测试部分提供一个50/50的油和水的混合物。 用一种低压吹扫氧气与二氧化碳，直到溶氧水平下降到低于10 ppb的值。 当吹扫过程完成后，将ER探针用400砂纸湿打磨，然后用600目沙砾以确保清洁探头表面。 探头表面是用蒸馏水和用丙酮漂洗，并且在被插入到系统中之前，冷却干燥漂洗。 当时应小心确保探头表面是与管道底部齐平。 然后将体系的压力升高到350 spig（2.5兆帕）,液体和气体速度设定在团状流制度为基线,进行腐蚀试验。 温度是保持在40。这两种不同的多相流机制在此过程中所采用的是段塞流和满管流。 段塞流佛氏6号是在1米/秒的表观液体速度和2.5 m / s的表观气体速度的系统中实现的。 在这项工作中，全管都在1米/秒液体流速流量下开展的。 测试1的试验矩阵是表1。腐蚀的监控是以软件开始的，并且对ER探头采取每分钟记录一次。 基准测试确保了以前的测试系统具有无残留缓蚀剂并且也作为了预腐蚀步骤。由于 考虑系统的干净性，基线腐蚀速率必须高于200 MPY（5.08毫米/年）。 每个测试运行进行的足够长，以确保得到平衡的腐蚀速率。 每个实验的持续时间通常满管流为8至10小时和段塞流为3至4小时。图4显示了获得的ER探针数据和对于缓蚀剂2的腐蚀速率分析。在回头看以前的原始数据时，我们必须意识到在实验过程中为了确定稳态值，分析是一个持续的过程。开始测试时数据收集的第一个小时内的压力和温度是相当稳定的。 在基线2小时后的段塞流条件下，稳定状态下系统的腐蚀速率为5.08毫米/年。 在图中的点“a”，缓蚀剂缓慢地注入到系统中,同时察觉到系统腐蚀速率降低的斜率变化。经过3个小时的监测，在图4中测定点“a”和点“b”之间的的腐蚀速率时1.7毫米/年。 在段塞流实验结束时，该系统重新被设置为满管流动实验。 如图4所示，点“c”和点“d”之间腐蚀速率按0.5 毫米 /年的满管流进行计算。 伴随着前面所述实验中前一半实验的测试完成，系统压力下降至25 psig（0.27兆帕），此时去除探针。 将该系统关闭，并为了降低压力而在该系统中加入甲醇。 将腐蚀探针除去清洗，以便后续进行更多的测试，并将甲醇泵入储罐。 再次清除体系，直至所描述的氧气浓度水平下降到低于10 ppb。 清扫的同时，附加的缓蚀剂被添加到系统中，以使水相酶缓蚀剂浓度为150 ppm。 然后将ER探针重新插入前系统并加压到2.5兆帕。 液体和气体速度与以前设置的相同，并以段塞流和满管流流动重复整个过程。 在15甲醇的混合物中收集的母系缓蚀剂2在表2中已经给出。然后对于该系统进行清洗并且对各种缓蚀剂反复进行整个实验过程。由于缓蚀剂产品中通常含有表面活性剂，可能有油/水乳化剂，并且存在其中的乳化剂会影响腐蚀速率的效果。 对于所有阶段中完全分离的样品内的量所需要的时间是表示该乳液的缓蚀剂引起的倾向。 对于每个抑制性试验，乳液的倾向报告已被列于表3。 实验过程中必须遵守在200毫升的量筒中油/水界面的水平目视观察和时间记录。 对实验中时间和体积的测量进行比较，直到没有乳化层或阴天层存在于两相之间，并且系统中界面位置没有的明显的变化。 这被认为是100的分离和与所有以前的值相比成交量为各自百分值的分离值。 首先在表3中列出的那些倾向较少的缓蚀剂与乳液，但也对没有直接关系的腐蚀速率进行了观察。 测试2。 使用一个特定的缓蚀剂按三个不同的溶液浓度和两个不同的流动制度进行第二个测试。 测试两个定义的段塞流制度与不同的气体，使用1米/秒的表观液体速度时的腐蚀速率。 佛氏6的流动特性与以前定义的相同和佛氏4的流动特性使用1.5 m / s的表观气体速度。 在1米/秒的满管液体流使用满管流进行了测试。系统设置和进行的基准测试程序与以前所做的试验1具有类似的方式。 同缓蚀剂的增加和湍流程度的减少与测试1相比，对于要测试的每个条件中暴露的ER探针必须使获得的平衡腐蚀速率不能低于4小时。 在这次试验中还决定，更多的动荡弗劳德6测试将按照弗劳德4测试进行，使湍流的腐蚀速率效果可以被测量，而不是只考虑一次接触时缓蚀剂的效果。 流量调节和缓蚀剂注射时间都要保持在在15分钟内。 基准测试后，流动制度改变为弗劳德数为4的段塞流并且将缓蚀剂按200ppm的浓度注入到水相中。获得的腐蚀条件达到平衡后 条件调整为佛氏6，随后对系统继续监督。 当弗劳德数为6 时并且获得一个稳定的腐蚀速率后，更多的缓蚀剂以300 ppm的浓度注入而且实验继续在段塞流中进行。用调整气体流率，来产生弗劳德数为4和6的段塞流。 8小时后，再次将更多的浓度为400ppm缓蚀剂在两个相同的条件下重复注入。其结果列于表4。接下来，满管流在高浓度的缓蚀剂和较高的腐蚀速率条件下测试完成。 基准测试程序在稳定的腐蚀速率下重复进行，为了证明系统清洗的正确性。 基线实验后，流程减少到1米/秒的全液流并且缓蚀剂以200 ppm的浓度注入在该水相中。 8小时的曝光之后，保持了均衡腐蚀条件的到达。 溶液中加入设置的300 ppm浓度的附加缓蚀剂和测量稳定状态条件下保持超过16小时的时间跨度所产生的腐蚀速率。加入400 ppm浓度所需要的缓蚀剂后，平衡的腐蚀条件下，在一段21小时的时间段内测定腐蚀速率。 其结果示于表5结果与讨论试验1的腐蚀速率结果示于表2。对于第一组实验中，缓蚀剂1被用作一个参考缓蚀剂的缓蚀剂浓度，以确定可用于随后的实验中的缓蚀剂浓度。 可以看出，当浓度为150 ppm的缓蚀剂加入到0.5氯化钠水溶液的时候，缓蚀剂1的基线腐蚀速率从5.08毫米/年下降至1.09毫米/年。 在系统中加入甲醇并且吹扫系统后，不添加任何附加的缓蚀剂，在满管流中进行测试。这导致一个浓度为112 ppm新的缓蚀剂的在水相中所测定的腐蚀速率为1.04毫米/年。 为了要检查甲醇中在乳化状态下此缓蚀剂的浓度，该系统被设置为段塞流条件下和3.05毫米/年的条件下进行测定。 注意到腐蚀速率在无限制的增加时，加入缓蚀剂以增加其在水相中浓度为150ppm，并使其腐蚀速率下降至1.85尼姑/年。 保持在段塞流条件下进行试验，另外加入浓度为50 ppm的缓蚀剂1，并腐蚀速率只有轻微的下降到1.80毫米/年。 从这个就可以确定所有的缓蚀剂进行研究时，都是在带或不带甲醇都可以的情况下以150 ppm浓度的水相中进行的。此外缓蚀剂2在段塞流中的腐蚀速率从基线5.08毫米/年腐蚀率下降至1.73毫米/年腐蚀速率。 这使所有使用的缓蚀剂在弹状流中接近中位数的腐蚀速率。 对于满管流在1米/秒的流速下，腐蚀速率稳定的保持在0.46毫米/年。将甲醇加入到系统中后，腐蚀速率在段塞流条件下测试仍然为中度的0.30毫米/年，并在满管测试中小幅回落至0.25毫米/年。 总体而言，在每个实验中他们中值的腐蚀速率与其它测试的缓蚀剂相比都有所下降。第三缓蚀剂具有最好的综合性能，初始腐蚀速率下降至1.45毫米/年的腐蚀速率，低于其它缓蚀剂在团状流条件下的腐蚀速率平均值。 目前用15甲醇后，缓蚀剂3的腐蚀速率也降低了到了0.36毫米/年，这也是段塞流条件下缓蚀剂与甲醇的平均腐蚀率。 而在满管流测试中缓蚀剂3在无甲醇时，满管流腐蚀速率远低于中位数的腐蚀速率0.20毫米/年，有甲醇的腐蚀速率则为0.08毫米/年满管流。缓蚀剂4和其他缓蚀剂在段塞流时有类似的腐蚀速率，而比其他在满管流时腐蚀速率为0.25毫米/年的缓蚀剂相对提高了5。但是随着加入甲醇，这种缓蚀剂的腐蚀速率比其他缓蚀剂在段塞流（0.20毫米/年）和满管流（0.10毫米/年）有3的较低。 缓蚀剂4有第二个最佳的整体性能，由于所有缓蚀剂的腐蚀速率测量值低于中位数的腐蚀速率，但初始采用段塞流测试。从基准腐蚀速率下降17的缓蚀剂#5比在段塞流中腐蚀速率为1.17毫米/年的缓蚀剂要好，但整体表现也不是很满意。 对于#5缓蚀剂在没有用甲醇时全管流的腐蚀速率为0.58毫米/年，使用甲醇时段塞流的腐蚀速率为0.53毫米/年，并且两种腐蚀速率都比测量的其他缓蚀剂的速率都好。第六个缓蚀剂的腐蚀率从在段塞流中时的基准腐蚀速率下降至1.88毫米/年。 当流态改变到以1米/秒流速的满管流时，腐蚀速率稳定在0.48毫米/年。 甲醇通过程序被加入到系统后，被测量的腐蚀速率在段塞流中为一个稳定的速率0.38毫米/年并且在全管流中腐蚀速率为0.36毫米/年。 对于每一次试验中，缓蚀剂6的腐蚀速率可比所有用于进行测试缓蚀剂的测量值的中位数要高。 图5提供了6种缓蚀剂中3种缓蚀剂的腐蚀速率的比较。 正如预期的那样，当流态从一个动荡的段塞流条件改变为全管流时，缓蚀剂的腐蚀速率会减少。 随着甲醇添加到系统中，对于大部分缓蚀剂包，他们整体的腐蚀速率会降低。 图6示显示出了在系统中使用15的甲醇和在不同的流动性条件下的腐蚀速率的变化比较。对于每个缓蚀剂，在将来的测试时，被考虑的影响腐蚀速率的影响因素将不只以上所说的两个因素。在第二次测试中缓蚀剂#3比其他缓蚀剂腐蚀速率都好，因为缓蚀剂3在全管流中和没有甲醇的条件下的腐蚀速率最低。第二组实验中，一个全管流试验分别采用200，300，和400 ppm浓度的缓蚀剂3表现出较低的腐蚀速率分层流，这个分层流可用于所有缓蚀剂测试比较。 在浓度为200ppm抑制中，测量的腐蚀速率为0.20毫米/年。 随着加入更多300 ppm和400 ppm的浓度的缓蚀剂时，缓蚀剂的腐蚀速率降低，并且有一个较长的时间量这个时间足以确保测量金属损失一个ER探头。 通过观察数据波动，结果ER探针的腐蚀率被确定为0.05毫米/年。 测试2的腐蚀速率结果显示于表4和表5中。随着缓蚀剂浓度增加的影响，图7给出了降低系统的湍流对腐蚀速率的影响的目视检查，。 正如预期的那样，缓蚀剂浓度的增加降低了缓蚀剂的腐蚀速率。 也可以做这种假设，该图中当缓蚀剂浓度大于300ppm时效率降低，由于在300和400ppm浓度之间的斜率的下降幅度很大。结论由于一些选择在过程中必须存在，决定一种适当的缓蚀剂是一个必须对经济和反应器兼容考虑的选择。 对比性实验测试提供了对在管道条件下洞察哪个缓蚀剂将是最有效的。 这个实验被用于审查浓度为150 ppm的6种预期缓蚀剂在经济上产生的原因，并且扩大生产腐蚀速率最低的缓蚀剂，用来研究此种缓蚀剂在该领域的预期结果。 在该预期领域条件下将所有的决定因素整合在一起，这将使缓蚀剂的效果最佳。 通过使用适当的设备和测试参数，实验结果将会很大程度上接近实际情况。参考文献：1. Videm, K. and Dugstad A., Corrosion of Carbon Steel in an Aqueous Carbon Dioxide Environment, Part 1: Solution Effects, Environment Treatment and Control, (March 1989): pp63-67. 2. Vuppu, AK, and Jepson, WP, The Effect of Temperature in Sweet Corrosion of Horizontal Multiphase Carbon Steel Pipelines, paper no. 28809