用于定量实时监测模拟的酸性环境中的氢致开裂的集成系统技术方案

本公开涉及一种用于监测至少一个测试样品中的氢致开裂的方法和系统。所述方法包括以下步骤：用包含H2S的气体使测试溶液饱和，并将所述饱和测试溶液递送到测试单元，其中所述测试单元包含至少一个样品口和至少一个测试样品。所述样品口被配置用于接收所述测试样品。所述方法还包括将所述至少一个测试样品暴露于所述饱和测试溶液的步骤，其中每个样品仅仅一个表面暴露于所述饱和测试溶液；以及在两个或更多个时间点用超声传感器扫描所述测试样品的步骤，其中所述超声传感器可操作地连接到所述样品口并被配置成绕所述测试样品的对称轴完全旋转，以完成每次扫描。

Integrated system for quantitative real-time monitoring of hydrogen induced cracking in simulated acidic environments

The present disclosure relates to a method and system for monitoring hydrogen induced cracking in at least one test sample. The method comprises the following steps: saturating the test solution with a gas containing H2S, and delivering the saturated test solution to the test unit, wherein the test unit comprises at least one sample port and at least one test sample. The sample orifice is configured to receive the test sample. The method also includes a step of exposing at least one test sample to the saturated test solution, where only one surface of each sample is exposed to the saturated test solution, and a step of scanning the test sample with an ultrasonic sensor at two or more time points, wherein the ultrasonic sensor is operable. Connected to the sample port and configured to rotate completely around the symmetrical axis of the test sample to complete each scan.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于定量实时监测模拟的酸性环境中的氢致开裂的集成系统
本专利技术涉及一种用于定量监测钢中氢致开裂的开始和生长的系统和方法，且更具体地说，涉及酸性服务条件的实验室模拟以预测和追踪酸性服务设备中的HIC损坏的开始和生长。
技术介绍
氢致开裂(Hydrogen-inducedcracking，HIC)是管道和压力容器，特别是服务湿的酸性条件，即在湿的含有H2S的环境中操作的管道和压力容器的一个主要问题。一般说来，HIC是例如管道、管道系统和压力容器等金属结构(例如钢)中开裂的主要类型，其可能是因溶于金属中的原子氢而发生。具体地说，(1)由于在金属表面发生的H2S与铁之间的腐蚀反应或者(2)因阴极保护不够(过度保护)而产生的氢原子会通过金属中的间隙位置扩散，并在金属缺陷内重组形成高压氢气。然后金属缺陷内增加的氢气压力引起块体金属中形成开裂或气泡和生长，随后以逐步的方式彼此相连，且可能引起金属结构的结构破坏。酸性操作压力设备内的结构破坏会因酸气的可能渗漏而引起安全和环境危害。因而，预测和追踪酸性服务设备中HIC的开始和生长的能力是极为重要的。当前，酸性服务操作针对HIC的迹象定期地监测设备，并在发现HIC时，更频繁地检查受影响的位置，以便确定是否需要压力降额并最终确定需要更换设备的时间。举例来说，对于酸性服务系统来说，可以通过先进的超声波测试，以规则的时间间隔(例如每年)对具有线性HIC损坏的所有容器进行监测，而对显示逐步开裂损坏(HIC的更严重形式)的容器可以更频繁地监测(例如每半年)。但是，如此频繁的监测昂贵而耗时。对于给定的金属等级(例如钢的等级)，对HIC生长速率和其与操作条件(例如温度、压力、pH值、H2S百分比)的关系的认识将允许更有效地监测HIC损坏容器。具体地说，在对控制HIC生长速率的因素有更大程度的了解下，监测可以限于处于最高故障风险下的那些容器，而非在系统基础上监测所有HIC损坏设备。换句话说，监测程序可以从基于日程的检查(schedule-basedinspection，SBI)系统移到基于风险的检查(risk-basedinspection，RBI)系统。因而，需要可靠地预测在酸性服务环境下操作的金属结构中HIC损坏的开始并定量其生长速率，从而提高设备监测程序的效率的方法。
技术实现思路
本公开涉及一种用于定量监测至少一个测试样品中的氢致开裂的方法和系统。所述方法包括以下步骤：用包含H2S的气体使测试溶液饱和，并将所述饱和测试溶液递送到测试单元，其中所述测试单元包含至少一个样品口和至少一个测试样品。所述样品口被配置用于接收所述测试样品。所述方法还包括将所述至少一个测试样品暴露于所述饱和测试溶液的步骤，其中每个样品仅仅一个表面暴露于所述饱和测试溶液；以及在两个或更多个时间点用超声传感器扫描所述测试样品的步骤，其中所述超声传感器可操作地连接到所述样品口并被配置成绕所述测试样品的对称轴完全旋转，以完成每次扫描。用于监测实验室环境中的氢致开裂的系统包括酸气来源和测试溶液槽，所述测试溶液槽包含测试溶液且将所述酸气引入其中以使所述测试溶液由所述酸气饱和。提供一种测试单元且其界定半开流体容器，所述半开流体容器能够固定至少一个测试样品并且其中将发生酸性腐蚀反应。流体容器与所述测试溶液槽流体连通，以使得所述流体容器通过压差接收所述饱和测试溶液。测试单元固定器被配置成在三个不同位置使所述测试单元旋转，使得每个测试样品的一个表面暴露于所述饱和测试溶液。所述系统包括超声传感器，其可操作地连接到至少一个样品口且被配置成绕所述测试样品旋转以周期性地扫描大块材料中存在的HIC缺陷。附图说明在结合附图，回顾如下所述的本公开的多个实施方案的详细描述后，将更容易地理解本公开的其它方面，在附图中：图1是根据本申请的一个或多个实施方案，用于定量监测酸性环境中一个或多个测试样品中的HIC的系统的示意图；图2是根据本申请的一个或多个实施方案的测试单元和其组件的示意图；图3是示出根据本申请的一个或多个实施方案，在测试单元的底部部分上样品口的产生的测试单元的示意图；图4是示出根据本申请的一个或多个实施方案的测试样品的尺寸和测试样品表面上氢的吸收的图；图5是示出根据本申请的一个或多个实施方案，最大容许抽出表面半径与充入表面半径的比率(Rextmax/Rch)作为充氢表面半径与样品厚度的比率(Rch/L)的函数的图；图6是根据本申请的一个或多个实施方案的样品口和其组件的示意图；图7A-B是根据本申请的一个或多个实施方案，位于测试样品中的纵向块体HIC开裂的C扫描显示。图7A还显示结合轮式编码器的使用，传感器相对于样品轴的旋转。图7B显示探针在笛卡尔(x,y)方向上的常规移动。图8是根据本申请的一个或多个实施方案的超声传感器的第一和最后点火元件的声程的示意图；图9示出根据本申请的一个或多个实施方案，使用标准块，用于确定传感器的第一点火元件以防在r<0区域中重叠扫描的技术。图10是根据本申请的一个或多个实施方案的测试单元和其组件的替代实施方案的示意图；图11A-C是根据本申请的一个或多个实施方案的氢渗入样品夹和其组件的示意图；图12A-C是根据本申请的一个或多个实施方案的测试单元和测试样品的不同取向的示意图；图13是根据本申请的一个或多个实施方案，在实施例1的测试期期间测试样品的氢渗入速率的图；以及图14A-B是根据本申请的一个或多个实施方案，在实施例1的测试期结束时使用浸入式超声扫描仪(14A)和旋转式超声扫描仪(14B)对测试样品的扫描。具体实施方式本公开详述了用于定量监测模拟酸性服务环境的实验室环境等中的HIC的系统和方法。具体地说，本申请涉及如本文所述的系统，其随远离酸性服务环境，但模拟其条件。更具体地说，本申请的系统可以监测测试样品中的HIC损坏的开始和生长，从而模拟实际酸性服务管道操作中HIC损坏的开始和生长。所述系统可以准确地追踪给定的酸性环境中测试样品中的HIC的开始、生长(例如尺寸、形状、位置)并确定其生长速率(每单位时间的开裂尺寸单位)，这将允许现场操作人员更好地预测实际酸性服务资产(例如管道、工程容器、管道系统)的部分中主动HIC损坏的生长速率。所述系统还可以用于检测测试样品中逐步开裂(SWC)的存在。在本申请的方法中，测试样品由与所关注的酸性服务设备(例如管道、工厂容器)相同的材料制成并具有基本上类似的厚度，以便提供允许预测和追踪实际酸性服务设备中HIC的开始和生长的条件。测试样品可以包含容易氢脆变或HIC损坏的任何材料。举例来说，在一个或多个实施方案中，测试样品由例如钢等金属构成。一个或多个测试样品被固定在使其暴露于测试溶液的测试单元内的一个或多个样品口(每个样品口一个测试样品)中。测试溶液由水以及盐或有机酸构成以模拟油田中的采出水。测试溶液还可以含有额外的成分，包括但不限于油类、气体和酸。此外，用测试气体使测试溶液预先饱和，所述测试气体可以是纯H2S或H2S与其它气体的混合物(具有已知的在混合物中的H2S分压)。在操作期间，在某些压力和温度下，用于使测试溶液饱和的测试气体以固定流速连续地鼓泡到测试单元。在整个测试持续时间期间每个测试样品仅仅一个表面与饱和测试溶液接触，从而模拟实际野外设备暴露于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于监测至少一个测试样品中的氢致开裂的方法，其包括：用包含H2S的气体使测试溶液饱和；将所述饱和测试溶液递送到测试单元中，其中所述测试单元包含至少一个样品口和至少一个测试样品，所述样品口被配置用于接收所述测试样品；将所述至少一个测试样品暴露于所述饱和测试溶液，其中每个样品仅仅一个表面暴露于所述饱和测试溶液；以及在两个或更多个时间点用超声传感器扫描所述测试样品，其中所述超声传感器可操作地连接到所述样品口且被配置成绕所述测试样品的对称轴完全旋转以完成每次扫描。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.01.06 US 14/989,6301.一种用于监测至少一个测试样品中的氢致开裂的方法，其包括：用包含H2S的气体使测试溶液饱和；将所述饱和测试溶液递送到测试单元中，其中所述测试单元包含至少一个样品口和至少一个测试样品，所述样品口被配置用于接收所述测试样品；将所述至少一个测试样品暴露于所述饱和测试溶液，其中每个样品仅仅一个表面暴露于所述饱和测试溶液；以及在两个或更多个时间点用超声传感器扫描所述测试样品，其中所述超声传感器可操作地连接到所述样品口且被配置成绕所述测试样品的对称轴完全旋转以完成每次扫描。2.如权利要求1所述的方法，其中所述至少一个测试样品由容易氢致开裂的金属构成。3.如权利要求2所述的方法，其中所述至少一个测试样品由钢构成。4.如权利要求1所述的方法，其中所述将所述至少一个测试样品暴露于所述饱和测试溶液的步骤在环境压力下进行。5.如权利要求1所述的方法，其中所述将所述至少一个测试样品暴露于所述饱和测试溶液的步骤在高于环境压力的压力下进行。6.如权利要求1所述的方法，其进一步包括以下步骤：在将所述至少一个测试样品暴露于所述饱和测试溶液前，使所述测试单元在顺时针方向上相对于重力方向旋转约45度。7.如权利要求1所述的方法，其进一步包括以下步骤：在将所述至少一个测试样品暴露于所述饱和测试溶液前，使所述测试单元在逆时针方向上相对于重力方向旋转约45度。8.如权利要求1所述的方法，其进一步包括以下步骤：在将所述测试样品暴露于所述饱和测试溶液的同时加热所述测试单元。9.如权利要求8所述的方法，其中所述加热步骤包括在所述测试单元外部周围包裹电加热带。10.如权利要求1所述的方法，其进一步包括在扫描所述测试样品前校准所述超声传感器的步骤。11.如权利要求10所述的方法，其中所述校准所述超声传感器的步骤包括以下步骤：将校准块插入所述样品口中；在所述校准块上测试所述超声传感器的点火元件；以及停用所述超声传感器的一个或多个点火元件。12.一种用于监测实验室环境中的氢致开裂的系统，其包含：酸气来源；测试溶液槽，其包含测试溶液且将所述酸气引入其中以使所述测试溶液由所述酸气饱和；界定半开流体容器的测试单元，所述流体容器与所述测试溶液槽流体连通，以使得所述流体容器接收所述饱和测试溶液；测试单元固定器，其被配置成使所述测试单元旋转；至少一个样品口，其可操作地连接到所述流体容器且被配...

【专利技术属性】
技术研发人员：A特赖迪亚，A谢里克，A刘易斯，
申请(专利权)人：沙特阿拉伯石油公司，
类型：发明
国别省市：沙特阿拉伯,SA