龍星岑，姚宇昂，王郭雨薇，吳東容

1.西南石油大學(xué)(四川成都610500)

2.中國石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司西南分公司(四川成都610041)

改進(jìn)的沾滴法測量緩蝕劑預(yù)膜厚度

龍星岑1，姚宇昂2，王郭雨薇1，吳東容1

1.西南石油大學(xué)(四川成都610500)

2.中國石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司西南分公司(四川成都610041)

分析了傳統(tǒng)沾滴法測量預(yù)膜厚度存在的問題，對原有的方法進(jìn)行了改進(jìn)，使用自制實(shí)驗(yàn)裝置采用改進(jìn)后的沾滴評價(jià)法測試分析了不同材質(zhì)、不同管徑管件的平均預(yù)膜厚度。結(jié)果表明，不同材質(zhì)的管材表面吸附能力不同，導(dǎo)致管件平均預(yù)膜厚度相差較大，其中銅管的平均預(yù)膜厚度最大(0.05mm左右)，碳鋼管的平均預(yù)膜厚度最小(0.013mm左右);而管徑對管件平均預(yù)膜厚度的影響很小。實(shí)驗(yàn)所得結(jié)果與同位素示蹤法測定膜厚結(jié)果較吻合，從而說明改進(jìn)后的沾滴評價(jià)法是一種室內(nèi)評價(jià)管件平均預(yù)膜厚度的有效方法。

預(yù)膜厚度;評價(jià)方法;沾滴法;緩蝕劑

由于緩蝕劑預(yù)膜可有效預(yù)防管道頂部腐蝕［1-2］，且成膜均勻致密，因此，該技術(shù)越來越受到管道操作管理者的青睞。預(yù)膜厚度是評價(jià)緩蝕劑預(yù)膜質(zhì)量的重要指標(biāo)［3］，也是計(jì)算緩蝕劑加注量的關(guān)鍵參數(shù)［4］，因此，準(zhǔn)確測量預(yù)膜厚度是非常有必要的。然而，鑒于緩蝕劑預(yù)膜厚度很薄、管道不透明且埋地鋪設(shè)，直接測定預(yù)膜厚度有相當(dāng)大的難度，常見的預(yù)膜厚度檢測方法有同位素示蹤法［5-6］、光學(xué)輪廓儀法［7-8-9］、沾滴法。其中，沾滴法因其操作方便應(yīng)用較為廣泛。Josef等人［10］采用沾滴法對緩蝕劑預(yù)膜厚度進(jìn)行了室內(nèi)研究，直接將管件放入緩蝕劑中預(yù)膜，一段時(shí)間后，取出管件稱重計(jì)算預(yù)膜厚度，結(jié)果與同位素法測得結(jié)果相差1～2個(gè)數(shù)量級。這是因?yàn)樵嚇拥膬?nèi)外表面均沾有緩蝕劑，因此，所測得的膜厚應(yīng)是整個(gè)試樣表面積的平均膜厚，而實(shí)際管道緩蝕劑預(yù)膜只是在管道內(nèi)壁成膜，兩者存在一定的差異。因此，自制實(shí)驗(yàn)裝置(圖1)，采用測試短節(jié)作為實(shí)驗(yàn)試樣，預(yù)膜時(shí)緩蝕劑加注于測試短節(jié)內(nèi)，要求所加注緩蝕劑溶液的液面與測試短節(jié)上端口齊平;測試短節(jié)下端置于自帶有密封底座的透明容器內(nèi)，以保證測試短節(jié)內(nèi)的緩蝕劑不泄漏;透明容器的側(cè)面標(biāo)有刻度，以便測量預(yù)膜后從測試短節(jié)內(nèi)流出的緩蝕劑量。其余步驟則與傳統(tǒng)沾滴評價(jià)方法相同。使用該裝置緩蝕劑只在管道內(nèi)壁預(yù)膜，克服了傳統(tǒng)沾滴法的缺陷。采用此方法測試分析了不同材質(zhì)、不同管徑管件的平均預(yù)膜厚度。

圖1 改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料及裝置

CPI-5型緩蝕劑(密度864kg/m3)，丙酮，無水乙醇，蒸餾水，測試短節(jié)(材質(zhì)及尺寸見表1)，自主研制的沾滴實(shí)驗(yàn)裝置(圖1)，精密電子分析天平(精度為0.001mg)，游標(biāo)卡尺(精度為0.02mm)，燒杯(250 mL)，夾持裝置，秒表，烘箱(40℃)。

表1 測試短節(jié)的材質(zhì)及尺寸參數(shù)

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

測試短節(jié)經(jīng)蒸餾水沖洗、丙酮除油、無水乙醇脫酯后，烘干稱重為m0，將其豎直放入帶有密封底座的透明容器內(nèi)，從上端倒入事先盛裝在燒杯中的緩蝕劑，當(dāng)緩蝕劑液面與測試短節(jié)上端口齊平時(shí)，開始計(jì)時(shí);20s后，取出測試短節(jié)，利用夾持裝置將其固定在垂直方向，并使其下端口流出的緩蝕劑流入透明容器內(nèi);3min后，緩蝕劑不再滴下，取下測試短節(jié)，稱重為m1;換不同材質(zhì)、不同內(nèi)徑的測試短節(jié)重復(fù)以上實(shí)驗(yàn)步驟。

利用公式(1)計(jì)算測試短節(jié)內(nèi)表面的平均預(yù)膜厚度:

式中:σ為平均膜厚度，mm;m0為預(yù)膜前測試短節(jié)的重量，g;m1為預(yù)膜后測試短節(jié)的重量，g;ρc為緩蝕劑的密度，取864kg/m3;d為測試短節(jié)內(nèi)徑，mm;L為測試短節(jié)長度，mm。

1.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

1.3.1 不同材質(zhì)管件的平均預(yù)膜厚度

采用改進(jìn)后的沾滴評價(jià)方法對不同材質(zhì)管件進(jìn)行平均預(yù)膜厚度的測量，其結(jié)果見表2。分析表中數(shù)據(jù)可知，對于不同材質(zhì)的管件，其平均預(yù)膜厚度相差較大，其中銅管的平均預(yù)膜厚度最大，碳鋼管的平均預(yù)膜厚度最小，不銹鋼管與透明塑料管則介于兩者之間，但不銹鋼管與銅管的測量結(jié)果較為接近，透明塑料管與碳鋼管的測量結(jié)果較為接近，銅管、不銹鋼管、透明塑料管及碳鋼管的平均預(yù)膜厚度分別為0.050mm、0.042mm、0.016mm、0.013 mm。分析此現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，可能是由于管件材質(zhì)的不同，造成管材表面吸附能力的不同，最終導(dǎo)致管件平均預(yù)膜厚度的不同。

表2 不同材質(zhì)管件平均預(yù)膜厚度的測量結(jié)果

1.3.2 不同內(nèi)徑管件的平均預(yù)膜厚度

表3為管件內(nèi)徑為7.50mm、13.16mm、16.40mm、21.44mm的碳鋼管平均預(yù)膜厚度的測量結(jié)果。從表3數(shù)據(jù)可以看出，在不同管徑條件下，碳鋼管的平均預(yù)膜厚度有微小變化，隨著管件內(nèi)徑的增大，平均預(yù)膜厚度從0.013mm增大到0.016mm。由此可知，管徑對管件平均預(yù)膜厚度的影響很小。

表3 不同內(nèi)徑碳鋼管平均預(yù)膜厚度的測量結(jié)果

1.3.3 誤差分析

Russ［6］采用同位素示蹤法測得銅管平均預(yù)膜厚度為0.048mm，采用傳統(tǒng)沾滴法測得銅管平均預(yù)膜厚度為0.004mm。用公式(2)計(jì)算傳統(tǒng)沾滴法和改進(jìn)后的沾滴法實(shí)驗(yàn)結(jié)果的相對誤差:

式中:δ為相對誤差;σ為沾滴法測得膜厚，mm; σ0為同位素法測得膜厚，mm。

計(jì)算得到傳統(tǒng)沾滴法測量緩蝕劑預(yù)膜厚度的相對誤差為-92%，與同位素法的結(jié)果差距很大，而改進(jìn)后的方法測得結(jié)果相對誤差為4%，在誤差允許范圍內(nèi)。室內(nèi)測量管件平均預(yù)膜厚度的值均集中在0.013～0.050 mm范圍內(nèi)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果相對誤差為4%，與同位素示蹤法測量膜厚度的結(jié)果較吻合，說明改進(jìn)后的沾滴評價(jià)方法是一種測量平均預(yù)膜厚度的有效方法，可用于室內(nèi)測量管件的平均膜厚。

2 結(jié)論

1)運(yùn)用改進(jìn)后的沾滴法測量管件平均預(yù)膜厚度的值均集中在0.013～0.050 mm范圍內(nèi)，相對誤差為4%，與同位素示蹤法測量膜厚度的結(jié)論較吻合，說明這是一種有效的評價(jià)方法。

2)不同材質(zhì)的管材表面吸附能力不同，導(dǎo)致管件平均預(yù)膜厚度相差較大。其中銅管的平均預(yù)膜厚度最大(0.05mm左右)，碳鋼管的平均預(yù)膜厚度最小(0.013mm左右)。

3)管徑對管件平均預(yù)膜厚度的影響很小。

［1］Alyn J，Ian G.Development of a Top-of-Line Corrosion Inhibitor and a Top-of-Line Corrosion Test Method［J］.NACE International，Paper No.0001275，2012.

［2］Douglas J，Lomas C，Brian K，et al.Top of the Line Corrosion Control by Chemical Treatment［J］.NACE International，Paper No.09286，2009.

［3］張錫洲，王弘杰，閆志強(qiáng)，等.Fe3O4對緩蝕劑成膜的影響［J］.油氣田地面工程，2010，29(8):28-29.

［4］黃文氫，楊菁，張偉，等.預(yù)膜劑成膜厚度的研究［J］.電子顯微學(xué)報(bào)，2005，24(4):361.

［5］Michnick M J，Annand R R，F(xiàn)arguhar G B.Batch Treatment of Gas Wells with Corrosion Inhibitors:Tracer Experiments［J］.Materials Protection and Performance，Corrosion 71，August 41-45，1971，Chicago.

［6］Russ，P.R.Oilwell Batch Inhibition and Material Optimization［J］.SPE Asia Pacific Oil and Gas Conference，Paper No. 28810，Melbourne，Australia，1994.

［7］何永輝，蔣劍峰，趙萬生.基于掃描白光干涉法的表面三維輪廓儀［J］.光學(xué)技術(shù)，2001，27(2):150-152，155.

［8］陳慧芳，嚴(yán)惠民，施柏煊.白光干涉法測量金屬箔厚度［J］.儀器儀表學(xué)報(bào)，2003，24(增刊2):19-20，24.

［9］戴華，沈耀，周紅.不透明薄膜厚度的光干涉法測量以及臺階的影響［J］.真空，2007，44(5):8-12.

［10］Josef，B.，Mike，M.，Harly，F(xiàn).et al.Batch Inhibitor Film Distribution Studies:Correlation of Field Data with Laboratory Results［J］.NACE International，Paper No.01028，2001.

The problems existing in the measurement of pre-film thickness with traditional drop method are analyzed，and the drop method is modified.The mean pre-film thickness of the pipe fittings of different material and different diameter is measured using homemade experimental device and the modified drop method，and the result shows that the adsorption capacity of the pipe fitting surface of different material is different，which leads to there is great difference in the mean pre-film thickness of the pipe fittings. The mean pre-film thickness of copper pipes is the greatest(about 0.05mm)，and the mean pre-film thickness of carbon steel pipes is the smallest(about 0.013mm).The effect of pipe diameter on the mean pre-film thickness is little.The measured pre-film thickness is close to the thickness measured using isotope tracer method，which shows that the modified drop method is an effective method for measuring the mean pre-film thickness of the pipe fittings.

pre-film thickness;evaluation method;drop method;inhibitor

立崗

2014-07-0

龍星岑(1989-)，女，現(xiàn)主要從事油氣集輸工藝?yán)碚撆c技術(shù)研究。