一种用于评价金属复合管耐腐蚀性能的装置及方法技术领域
本发明涉及一种用于评价金属复合管耐腐蚀性能的装置及方法。
背景技术
金属复合管是将不同性能的金属管嵌合在一起的新型复合管材。金属复合
管保留了不同材料的优点，弥补了单一材料的不足。目前国内外普遍采用金属
复合管来代替耐蚀合金管。对于地面集输用复合管线而言，需要通过焊接的方
法将金属复合管连接在一起。焊缝通常是腐蚀环境中最薄弱的环节。例如，天
然气中通常含有硫化氢、二氧化碳等腐蚀性成分，金属复合管尤其是其焊缝部
位在这样的环境中很容易被腐蚀。而一旦发生腐蚀，就会造成天然气泄漏，影
响天然气的输送，甚至会引发事故。因此对金属复合管及其焊缝的耐腐蚀性能
进行测试非常重要。
现有技术对于金属复合管及其焊缝的耐腐蚀性能的评价方法是在复合管上
取样，对试样进行失重、应力腐蚀等测试。但是试样只能基本上代表整个复合
管的耐蚀性能，不能完全代表整个复合管管段的耐腐蚀性能。而且复合管成型
后，内外层之间存在残余结合力，因此焊缝试样不能完全反映内层的力学状态，
不能反映复合管在符合状态下的耐腐蚀性能。此外，对普通规格的复合管焊缝
而言，要取得标准试样十分困难。
因此，现有技术存在的主要问题是：现有技术的测试方法中所测试的试样
的性能只能基本上代表整个复合管的耐蚀性能，不能完全代表整个复合管管段
的耐腐蚀性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于评价金属复合管耐腐蚀性
能的装置及方法，该装置能够容纳整段金属复合管，然后将整段金属复合管置
于实际腐蚀环境中直接检验其耐腐蚀性能，反映金属复合管在复合状态下的耐
腐蚀性能。
为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：
本发明的一方面提供一种用于评价金属复合管耐腐蚀性能的装置，所述金
属复合管是由两层以上金属管复合而成的金属复合管，在所述金属复合管的长
度方向上具有焊缝或者不具有焊缝，该装置包括：
主体外套和位于所述主体外套两端的连接件；
所述主体外套的内部空间用于放置待评价金属复合管；
所述位于所述主体外套两端的连接件用于与天然气管道或其他腐蚀介质所
在管道连通。
进一步地，所述主体外套的内部空间放置有所述金属复合管。
进一步地，在所述主体外套的内部空间设置有金属衬套，所述金属衬套位
于所述金属复合管的两端。
优选地，所述金属衬套抵靠在所述金属复合管的两端。
优选地，所述金属复合管的两端的厚度大于中间段的厚度。
优选地，所述金属复合管的两端的厚度大于中间段的厚度，所述金属复合
管的两端的厚度与所述金属衬套的厚度相同。
优选地，所述金属复合管与主体外套之间通过密封圈密封。
优选地，所述主体外套上有开口，用于安装压力表。
优选地，所述主体外套与天然气管道或其他腐蚀介质所在管道旁通装置连
通。
优选地，所述主体外套与天然气管道或其他腐蚀介质所在管道旁通装置通
过法兰连通。
本发明提供的装置可以在压力15MPa以下，温度90℃以下，硫化氢浓度
90g/m3以下，二氧化碳浓度50g/m3以下，氯离子含量30000mg/L以下的工况环
境中正常使用。任意金属复合以及任意复合方式的金属复合管都可以用本发明
提供的装置来评价耐腐蚀性能。
本发明的另一方面提供一种用于评价金属复合管耐腐蚀性能的方法，所述
金属复合管是由两层以上金属管复合而成的金属复合管，在所述金属复合管的
长度方向上具有焊缝或者不具有焊缝，包括以下步骤：
步骤a、所述金属复合管放置于本发明第一方面提供的用于评价金属复合管
耐腐蚀性能的装置的主体外套的内部空间；
步骤b、将本发明第一方面提供的用于评价金属复合管耐腐蚀性能的装置通
过该装置的连接件连接到天然气管道上或其他腐蚀介质所在管道上；
步骤c、经过预定时间段之后，将所述装置拆卸下来；
步骤d、取出所述装置中的所述金属复合管，测量所述金属复合管的主体以
及焊接连接处的力学性能和/或电化学性能。
具体地，在步骤d中，力学性能包括抗应力开裂性能。
具体地，在步骤d中，所述力学性能的测试方法为抗硫化氢应力开裂方法。
具体地，在步骤d中，所述抗硫化氢应力开裂方法为NAVETMO177-2005
标准C法。
具体地，在步骤d中，所述电化学性能为电化学腐蚀试验。
具体地，在步骤d中，所述电化学腐蚀试验方法为GB/T18590-2001。
本发明的有益效果是：提供了一种用于井站现场评价金属复合管耐腐蚀性
能的装置及方法。将整段金属复合管置于装置的主体外套内部，通过主体外套
连接到天然气管道或其他腐蚀介质所在管道上，使管道中的天然气或者其他腐
蚀介质进入金属复合管，对金属复合管在实际腐蚀环境中的耐腐蚀性能进行测
试，更加真实、准确地反映金属复合管及其焊缝在实际工况中的耐腐蚀性能，
为工程作业提供可靠、有效地数据。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所
需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明
的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，
还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例1提供的评价装置的结构示意图；
图2是本发明实施例1提供的评价装置中主体外套的结构示意图；
图3是本发明实施例1提供的评价装置中主体外套两端法兰的结构示意图；
图4是本发明实施例1提供的评价装置中金属密封环的结构示意图；
图5是本发明实施例1提供的评价装置中金属衬套的结构示意图。
图中标记分别表示：
1、主体外套；2、金属衬套；3、金属密封环；4、金属复合管；
5、O型密封圈；6、开口；7、焊缝；
d1、金属衬套厚度；d2、金属复合管两端厚度；
d3、金属复合管中间段两端厚度。
具体实施方式
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方
式作进一步地详细描述。
在本发明中，一方面提供一种评价金属复合管耐腐蚀性能的装置，包括：
主体外套和所述主体外套两端的连接件；
所述主体外套的内部空间用于放置待评价金属复合管；
所述主体外套两端的连接件用于与天然气管道或其他腐蚀介质所在管道连
通。
在上述的装置中，所述主体外套的内部空间放置有所述金属复合管，将金属
复合管通过主体外套连接到天然气管道或其他腐蚀介质所在管道上，使管道中的
天然气或其他腐蚀介质能够通过金属复合管，使金属复合管能够经历在实际工况
下的腐蚀测试，对金属复合管的耐腐蚀性能进行更准确地评价。
在上述的装置中，在所述主体外套的内部空间设置有金属衬套，所述金属衬
套抵靠在所述金属复合管的两端；金属衬套的作用是防止管道中的天然气或其他
腐蚀介质腐蚀主体外套。金属衬套材料优选316L、304L等耐腐蚀不锈钢。
在上述的装置中，所述金属复合管的两端的厚度大于中间段的厚度，这样可
以有效防止金属复合管与金属衬套直接接触，避免发生电偶腐蚀以及缝隙腐蚀，
影响最终实验效果。而且优选地，所述属复合管两端管段的厚度与金属衬套的厚
度相同。例如图1中，图1是本发明实施例1提供的评价装置的结构示意图，金
属复合管的两端的厚度d2大于中间段的厚度d3，并且与金属衬套厚度d1相同。
在上述的装置中，所述金属复合管两端有密封圈沟槽，与主体外套之间通过
密封圈密封，这样可以防止水、空气进入金属复合管与主体外套之间，保证实验
结果的准确性。本领域技术人员可以根据实际需要选择密封圈的类型，优选O型
密封圈，O型密封圈结构简单，可以承受较大的压力。
在上述的装置中，所述主体外套上有开口，用于安装压力表，通过压力表示
数来监控金属复合管内部的压力，监测实验进展情况。
在上述的装置中，所述主体外套与天然气管道或其他腐蚀介质所在管道的旁
通装置连通，这样可以在不影响正常工作的情况下完成实验。
在上述的装置中，本领域技术人员可以用任意方法将所述评价装置连接到旁
通装置上，但是优选法兰，并用金属密封环密封。法兰连接在工业管道中应用最
普遍，可以承受较大压力，连接拆卸方便。在主体外套两端设计有金属密封环沟
槽(如图1中的A部位)；金属密封环安装在上述金属密封环沟槽内。
在上述的装置中，所述主体外套的材料没有特别要求，但是优选金属，因为
金属材料强度大，加工简单，而且井站现场旁通装置也为金属材料，便于和井站
现场旁通装置进行连接。其中，金属材料优选钛合金，因为钛合金强度高、耐腐
蚀性能好，可以延长装置的使用寿命。
在上述的装置中，各个部分的尺寸是根据所述金属复合管尺寸以及井站现场
旁通装置参数确定的。这样设计得到的装置在同一井站现场条件下可以重复使
用，节约成本。在这里并没有严格的限制，只要能与井站现场旁通装置很好的配
合、使本发明的装置正常使用即可。本领域技术人员可以按照本领域的相关标准
及实际情况确定各个部分的尺寸。需要注意的是，金属复合管长度与其两端金属
衬套长度之和与主体外套长度相等。
本发明提供的装置可以在压力15MPa以下，温度90℃以下，硫化氢浓度
90g/m3以下，二氧化碳浓度50g/m3以下，氯离子含量30000mg/L以下的工况环
境中正常使用。任意金属复合以及任意复合方式的金属复合管都可以用本发明
提供的装置来评价耐腐蚀性能。
本发明的另一方面提供一种评价金属复合管耐腐蚀性能的方法，包括以下
步骤：
步骤a、所述金属复合管放置于本发明第一方面提供的装置的主体外套的内
部空间；
步骤b、将本发明第一方面提供的装置通过该装置的连接件连接到天然气管
道或其他腐蚀介质所在管道上；
步骤c、经过预定时间段之后，将所述装置拆卸下来；
步骤d、取出所述装置中的所述金属复合管，测量所述金属复合管的主体以
及焊接连接处的力学性能和/或电化学性能。
在上述方法的步骤c中，通过压力表观测金属复合管内部的压力数据，根
据压力数值判断实验进展情况，确保实验安全进行。如果压力明显变小，说明
金属复合管已经发生开裂，实验即可停止，节约时间。压力表与所述评价装置
的连接方式由本领域技术人员根据实际情况确定；如果压力表示数保持稳定，
则在经过预定时间后，将装置拆下并取出金属复合管，对金属复合管进行力学
性能和/或电化学性能。
在上述方法的步骤d中，力学性能包括抗应力开裂性能；测试方法由本领
域技术人员根据实际需要选择，例如按照NAVETMO177-2005标准C法进行抗
硫化氢应力开裂测试。
在上述方法的步骤d中，所述电化学性能为电化学腐蚀性能，测试方法也
由本领域技术人员根据实际需要选择，例如按照GB/T18590-2001进行。
对金属复合管耐腐蚀性能的评价不仅仅局限于上述方法，本领域技术人员
可以根据实际需要进行任何测试。
实施例1
本实施例提供一种在天东5-1现场评价金属复合管耐腐蚀性能的装置及方
法。
天东5-1现场管道中输送的是天然气。
天东5-1现场工况(试验期间)：压力10.1MPa，温度60-70℃，硫化氢
浓度87.4g/m3，二氧化碳浓度50.6g/m3，产水中氯离子含量24700mg/L，总硬
度1407mg/L，碳酸氢根离子3180mg/L。
所测试金属复合管为L245碳钢和825合金钢复合的金属复合管，该金属复
合管长度方向上有焊缝。
按照天东5-1井站现场旁通装置参数以及需要测试的金属复合管尺寸设计
制造主体外套1、金属衬套2以及金属密封环3。
主体外套1的结构如图2所示，主体外套1的外形为圆柱体，其两端为法
兰结构；在主体外套1的两端还有梯形的金属密封圈沟槽(图中A部位)，法兰
以及金属密封圈沟槽的结构如图3所示；主体外套的中间部位还有开口6；主体
外套用钛合金制造。
金属密封环3的结构如图4所示。
金属衬套2的结构如图5所示，金属衬套2的外形为圆柱体，其厚度d1与
金属复合管4两端的厚度d2相同，且大于金属复合管4中间段的厚度d3；金属
衬套2用304L不锈钢制造。
金属复合管4长度与两个金属衬套2长度之和与主体外套1长度相等。
在金属复合管4两端加工O型密封圈沟槽。
将主体外套1、金属衬套2、金属复合管4、O型密封圈5按照图1的结构
示意图组装好，即将O型密封圈5安装在具有焊缝7的金属复合管4的O型密
封沟槽内，然后将金属复合管4放置于主体外套1内，将金属衬套2抵靠在金
属复合管4两端。
将井站现场旁通上的一段管段换成需要测试的金属复合管；通过法兰将所
述评价装置与旁通装置连接，法兰与法兰之间用金属密封环3密封；将压力表
通过主体外套上的开口6连接到金属复合管4上。
打开旁通装置与天然气管线主管道连接处的开关，使天然气进入旁通装置，
进而进入金属复合管4。
通过外接的压力表观察实验情况：在实验进行1个月后，压力表示数仍然
保持稳定，说明该金属复合管没有发生明显的开裂。
将装置从旁通上拆下，将金属复合管4从装置中取出，对其进行力学及电
化学测试；用放大镜、显微镜观察是否有细小开裂；按照NAVETMO177-2005
标准C法进行抗硫化物应力(SSC)开裂实验；按照NACETMO177-2005标准
C法、GB10124-1988金属材料实验室均匀腐蚀全浸湿实验方法、GB/T18590-2001
金属盒合金的腐蚀、ISO15156-3进行电化学腐蚀实验。
本实施例表明，本发明的装置及方法可以对整段金属复合管的耐腐蚀性能
进行评价。
实施例2
本实施例提供一种在天东5-1现场评价金属复合管耐腐蚀性能的装置及方
法。
本实施例中，除了将金属复合管换为L360碳钢和825合金钢复合的金属复
合管外，与实施例1相同。
在实验进行15天后，压力表示数明显变小，说明该金属复合管已经发生了
开裂。不需要再对该金属复合管进行后续的测试。
本实施例同样表明，本发明的装置及方法可以对整段金属复合管的耐腐蚀
性能进行评价。
以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本发明的技术方案，并不用
以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、
改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。