用丝束电极研究亚硝酸钠对低碳钢缝隙腐蚀的影响

在5％NaCl溶液和5％NaCl＋5％NaNO2溶液中,采用丝束电极技术测量了低砖、钢缝隙内、外的自腐蚀电位和电化学阻抗谱,研究了亚硝酸钠对低碳钢缝隙腐蚀的影响．结果表明,在5％NaCl溶液中,缝隙内的碳钢为阳极、缝隙外为阴极;随浸泡时间增加,腐蚀不均匀性增加．加入5％NaNO2后,缝隙内外的腐蚀电位都正移,电位差减小,碳钢的腐蚀速度显著降低．亚硝酸钠使碳钢表面形成致密氧化膜,有效抑制了碳钢的缝隙腐蚀．     

气主导体系集输管道水合物堵塞形成与沉积特性研究综述

为了保障天然气集输管道的安全平稳运行，避免水合物堵塞的形成及其诱发的局部憋压风险，本文分析了天然气水合物结构与性质、热力学与动力学模型和管道水合物沉积、堵塞机理研究进展,并对集输管道天然气水合物防治提出展望。研究表明,气主导体系管道水合物沉积机理主要有以下两种：一是由管壁上凝结液膜的水合物生长引起,其中自由水含量、气体速度、流型变化、气相持液率、过冷度以及管壁表面形貌等因素影响水合物沉积行为；二是气相液滴形成的水合物颗粒通过内聚作用聚集生长为水合物层,从水合物颗粒间粘附强度角度考虑水合物层的剥落和分离,为通过提高气体临界流速来去除水合物沉积层提供了新的思路。本文的研究可为管道水合物堵塞分类分级管理和高效防控研究提供参考。     

多相混输管道水合物生成及其浆液输送

根据经典的理论研究,依托良好的实验条件,对多相混输管道水合物生成及其浆液输送规律进行研究。结果表明:综合结晶本征动力学传热与传质所建立的水合物壳双向生长模型能有效预测油水乳状液下水合物生成过程中的气体消耗量;在高压水合物生成实验环道上,借助FBRM(颗粒粒度分析仪)和PVM(颗粒录影显微仪)设备可探究水合物生成过程中颗粒/液滴的分布规律;考虑到多相混输管道水合物浆液的输送安全性,流动须满足"最低安全流量"的要求;在高压水合物生成实验环道上,可直观研究不同含水率下天然气-水合物浆液的流型特点。     

二氧化碳气体水合物生成特性的实验研究

在小型高压水合物反应装置上研究了二氧化碳水合物的生成特性.实验结果表明,静态系统下,二氧化碳气体在纯水体系中的生成速率非常缓慢,只在气-液界面处有一薄层浆状水合物生成.通过添加适当的表面活性剂可以有效改善气-水体系的传质阻力,增加气-水接触面,显著提高水合物的生成速率.     

瓦斯水合物在煤-表面活性剂溶液体系中的生成

利用自制水合物实验装置研究了温度为15.3～25.4℃、压力为0.41～24.72 MPa条件下4组煤-表面活性剂溶液体系中瓦斯水合物的生成过程,得到水合物生成的热力学参数,运用气体水合物生成速率理论对实验数据进行了计算.结果表明:表面活性剂的加入促进了水合物的生长,水合物的生成速度与表面活性剂的种类、浓度有关,不同种类的表面活性剂溶液虽然其浓度相同,但诱导时间和生成速度均有很大差异.对煤-气界面水合物不规则生长的现象进行了分析,认为表面活性剂的存在使煤体表面产生了促进水合物生成的吸附层.     

用原子力显微镜研究温度和接触界面对THF水合物形貌的影响

天然气水合物的表面形貌和性质一直是水合物研究领域的基础科学问题,它不仅制约人工环境下油气管线内水合物颗粒间聚集以及颗粒与管壁接触并阻塞管道的程度,而且还影响自然环境下水合物与沉积物骨架颗粒间接触关系以及相应的内聚力和摩擦角.本文首次运用原子力显微镜(AFM)对不同温度和不同界面合成的四氢呋喃(THF)水合物进行了表征,分析了温度和接触界面对其表面特征的影响.结果表明:在气-液界面自由生长的多晶THF水合物,生长温度越低,晶粒尺寸越小并更容易出现不定形水合物.晶粒界面的横截面呈"V"字形,其宽度和深度随生长温度降低而减小.在固-液界面受限生长的多晶THF水合物,其表面形貌和粗糙度除了受生长温度影响外还与接触的固体介质有关.当生长温度较高时晶粒尺寸较大,晶粒界面清晰可见;但生长温度较低时接触介质表面性质会影响二者分离后水合物表面形貌,如会出现微孔洞等结构且粗糙度变大,观察不到晶粒界面.这一发现对解释水合物沉积物残余强度特征与机制具有重要启示意义.     

氯离子对碳钢在混凝土孔隙液中腐蚀行为的影响

采用重量法、线性伏安扫描法、弱极化法和SEM,研究C l-对碳钢在模拟混凝土孔隙液(饱和Ca(OH)2溶液)中的腐蚀行为的影响.结果表明,高pH值的混凝土孔隙液能减缓氯离子对碳钢的腐蚀;当pH≥13.6时,在NaC l浓度小于3%的混凝土孔隙液中,碳钢表面因生成钝化膜而不被腐蚀;当pH≤9时,混凝土孔隙液中无论是否存在C l-,碳钢均会被腐蚀;当pH=12.5时,混凝土孔隙液中NaC l浓度小于0.05%,碳钢则不被腐蚀;当混凝土孔隙液中的C l-浓度达到临界氯离子浓度时,碳钢表面的钝化膜开始损坏而被腐蚀,碳钢的腐蚀速度随着C l-浓度的增加而增大.     

在井下温度合成瓦斯水合物的实验

通过实验研究了利用模拟瓦斯气体在井下温度和中高压的条件下合成瓦斯水合物。采用以实验为主，理论分析和计算机模拟相结合的研究方法，目的在于找出压力、温度及表面活性剂对水合物生成过程的影响。在井下温度和中高压的条件下，采用合适的表面活性剂及一定配比成功合成了瓦斯水合物。得出的结论是：表面活性剂在溶液中形成胶束后很大程度上可增加瓦斯气体的溶解度；与压力相比。温度对水合物的影响更重要：在气一液界面先合成的水合物有利于剩余水合物的合成。     

气体水合物法开发高寒地区湖盐的相平衡预测

中国高寒地区年平均气温为气体水合物的生成提供了天然的温度条件,也为气体水合物法实现高寒地区湖盐的节能开发提供了可能.提出气体水合物法开发高寒地区湖盐的新方法,以van der Waals-Platteeuw模型为基础,结合杜亚和郭天民提出的计算Langmuir常数的三参数方程和计算电解质溶液中水的活度的Pitzer方程,预测饱和NaCl溶液中甲烷水合物、乙烷水合物和丙烷水合物的相平衡条件,对比饱和NaCl溶液凝固点,发现利用环境冷量实现气体水合物法开发湖盐具有实际可行性;与甲烷、乙烷气体相比,丙烷气更适合用于湖盐开发.     

油气混输管道水合物防治动态控制技术研究

水合物防治动态控制技术在保证管道安全运行的同时可利用水合物储气密度高的特点来增大管道输送量。但是,管道内水合物生成位置难以预测性,及水合物颗粒运动规律的复杂性制约了该技术的发展。为解决该问题,利用气液两相螺旋管流强化天然气水合物生成技术,促使水合物在管道泵站出站处生成;并建立了描述水合物颗粒运动规律的流动体系水合物颗粒宏观运动模型。研究表明,气液两相螺旋管流特有流型螺旋弥散流会促使水合物在管线特定位置生成;而水合物颗粒运动距离小于管道相邻泵站间距。最后,给出管道内水合物生成量须控制在一定范围,并在水合物颗粒运动终点采取干预措施的建议。     

环保型复合缓蚀剂的制备与性能

为了解决碳钢在含有NaCl溶液中的腐蚀问题,在硅酸钠溶液中复配其他缓蚀组分,制备环保型复合缓蚀剂.通过Tafel极化曲线,盐水浸泡实验,扫描电子显微镜(SEM)对缓蚀剂的性能进行表征.实验结果表明:在室温条件下含缓蚀剂的NaCl水溶液(质量分数5%)对碳钢的腐蚀速率明显降低,缓蚀率达到85.58%,SEM分析显示碳钢表面形成了一层致密的钝化膜;随着腐蚀体系的温度、搅拌速度升高以及碳钢浸泡时间的延长,缓蚀效率不断下降.     

表面活性剂对瓦斯水合物生成诱导时间影响

为了揭示表面活性剂在瓦斯水合物生成过程的促进作用规律,利用可视化水合物实验设备,研究了5组表面活性剂溶液体系(T40,1.0×10-3 mol·L-1;T80,1.0×10-3 mol·L-1;T40/T80,1.0×10-3 mol·L-1;SDS,10.0×10-3 mol·L-1;SDBS,2.0×10-3 mol·L-1)中瓦斯水合物的生成过程,运用直接观测法测定了水合物生长的广义诱导时间,结合建立的水合物诱导时间模型对实验数据进行了计算和分析.结果表明:表面活性剂的加入降低了溶液的表面张力,促进了烷烃类气体溶解,加快了晶核形成过程,缩短了水合物生成的诱导时间.该成果对运用水合物技术储运瓦斯具有一定理论价值.     

NaCl沉积和SO2污染对镁合金初期大气腐蚀行为的影响

借助扫描电镜(SEM/EDX)、X射线衍射(XRD)研究了NaCl单个因素对镁合金AZ91D初期腐蚀行为的影响,并对SO2和NaCl的协同作用进行了探讨.NaCl存在时初期破坏金属表面的保护膜,但后期微溶性腐蚀产物的生成导致腐蚀速率的降低.当NaCl和SO2同时存在时,反应生成的可溶性产物不具有阻碍的作用,同时他们会发生部分溶解生成自由移动的离子,大量难溶物在镁合金表面难以短时间形成,故NaCl和SO2同时存在引起的腐蚀远大于两者单独存在时引起的腐蚀加和.NaCl和SO2对镁合金的初期大气腐蚀具有明显的协同作用.     

表面活性剂对气体水合物界面张力的影响

表面活性剂能够减小液体的表面张力以及两相液体间的界面张力,界面张力的减小有利于促进气体水合物快速形成和提高水合物储气能力.为定量研究两相液体间界面张力对气体水合物形成的影响,用界面张力仪实测不同温度时蒸馏水、HCFC-141b的表面张力以及HCFC-141b/蒸馏水、HCFC-141b/十二烷基硫酸钠溶液(0.247%)、HCFC-141b/十二烷基磺酸钠溶液(0.245%)、HCFC-141b/十二烷基苯磺酸钠溶液(0.057 6%)的界面张力,测试结果表明,表面活性剂对降低两相液体间界面张力的作用十分明显,其中十二烷基苯磺酸钠溶液对降低界面张力最为突出,降到HCFC-141b/蒸馏水界面张力值的9%左右,为定量研究气体水合物等优选表面活性剂提供了科学的依据.     

压力对气-液水合反应驱动力的影响

为了得到气-液水合反应系统中气体水合物生成驱动力,给出气-液水合反应系统驱动力公式,分析气-液水合反应驱动力的求解过程,就压力对纯水中一元气体生成水合物驱动力的影响做定量研究.结果表明:等温条件下,随着压力的增大,气-液水合物系统摩尔吉布斯自由能变梯度由负值逐渐增大,丙烷水合物系统和硫化氢水合物系统的摩尔吉布斯自由能变梯度甚至由负变正,即水合反应存在"驱动力极大值".研究结果纠正了"压力越大,气体水合反应越快"的传统看法.     

蔗糖和凹凸棒石体系下抑制CO2水合物生成动力学研究

油气生产、储运及CO_2管道输送的过程中容易生成CO_2水合物,添加抑制剂是预防CO_2水合物生成的有效手段。采用蔗糖、凹凸棒石和蔗糖+凹凸棒石作为水合物抑制剂,利用可视化高压反应釜实验装置,在初始条件3 MPa和2℃下,研究其对CO_2水合物生成的气体消耗量、气体消耗速率、诱导时间和水合物生成量的影响。用压力变化法测定了CO_2水合物生成诱导时间,用动力学模型计算了气体消耗量和水合物生成量;并分析了蔗糖和凹凸棒石协同抑制CO_2水合物生成的微观机理。实验结果表明蔗糖有减少气体消耗量和水合物生成量的作用,凹凸棒石有延长水合物生成诱导时间和降低生成速率的作用,体系中同时存在蔗糖和凹凸棒石能展现出协同效应,抑制效果最佳的实验体系为30 g蔗糖+1 g凹凸棒石,较纯水体系的气体消耗量减少了18.8%,气体消耗速率峰值降低了60.9%,诱导时间延长了122.2%,水合物生成量减少了26.1%。以蔗糖+凹凸棒石作为水合物抑制剂效果良好,且经济环保。     

氯化钠和酪氨酸增强PVP抑制水合物的性能

油气输送管道在一定条件下会形成水合物,可能导致灾难性的后果,通过注入动力学抑制剂,可以延迟水合物的形成。在11.7 MPa和293.1 K条件下,向高压反应釜内注入混合气体(甲烷、乙烷和丙烷),实验研究NaCl和酪氨酸(L-tyrosine)对聚乙烯吡咯烷酮(PVP)抑制水合物性能的影响。通过测量水合物的成核温度、诱导时间和耗气量,评判NaCl和L-tyrosine对PVP抑制水合物的效果。实验结果表明:添加1%(质量分数,下同)的PVP后,水合物的成核温度为282.7 K,诱导时间为45 min,耗气量为5.96×10~(-2)mol;然而,添加0.25%NaCl、0.25%L-tyrosine与0.5%PVP组合抑制剂后,水合物的成核温度为281.7 K,诱导时间为65 min,耗气量为5.19×10~(-2)mol,比蒸馏水系统的气体消耗量减少了约27%。因此,NaCl和L-tyrosine能明显提高PVP抑制水合物的效果。     

水合物生成影响因素与实验研究

对影响水合物生成的反应条件进行了实验研究，利用高压水合物生成装置测定了纯水与添加剂溶液以及不同温度与压力条件下，水合物生成过程及其特性，通过实验数据与结果分析得出表面活性剂SDS不但可以加快水合物生成速度，同时还可以提高其含气量，而温度与压力对水合物生成具有制约性，低温高压虽利于反应进行，但会增加生产成本，应综合考虑两者的最佳值，这些因素的研究对解决实际生产问题具有直接的指导意义，将促进气体水合物储气应用技术的发展。     

咪唑离子液体抑制甲烷水合物生成实验研究

为了保证油气输送管道正常运行,必须采取相应措施防止水合物大量生成而造成管道及设备的堵塞。为了规避热力学抑制剂用量大、成本高,并且污染环境的缺点,低剂量抑制剂的研究与开发受到研究人员的高度重视。在体系温度4℃,初始压力8.5 MPa的条件下实验研究了质量浓度均为0.1%的1-乙基-3甲基咪唑氯盐(EMIM-Cl)、1-丁基-3甲基咪唑氯盐(BMIM-Cl)、1-己基-3甲基咪唑氯盐(HMIM-Cl)溶液对甲烷水合物生成的抑制作用。结果表明,上述3种离子液体都能够延长甲烷水合物的生成时间,并降低甲烷气体消耗量及水合物的生成体积,即上述3种离子液体都可抑制甲烷水合物的生成。此外,上述3种离子液体抑制甲烷水合物生成效果强弱顺序为:EMIM-ClHMIM-ClBMIM-Cl。     

水-气体系生成水合物的缩泡动力学模型

在对海下沉积层中水合物的生成机理、水合物的生成实验现象和已有模型分析的基础上,提出了一种水-气体系水合物生成的缩泡动力学模型,认为溶液中气体首先形成气泡,然后和水反应形成水合物.模型以水合物体积的变化来表示水合物的生成速率,避免了单纯以化学反应过程或结晶过程表达水合物生成速率的缺陷,因此能够准确地表达水合物的生成过程.研究结果表明,在不同初始条件下的计算结果与文献结论一致,不同气体和不同传质系数条件下的计算结果经实验验证正确,甲烷、乙烷及混合气在相同初始条件下,乙烷水合物的层厚度大于甲烷和混合气体水合物的层厚度.在传质系数较大时,水合物的层厚度增加速度也明显较大,因此符合表面活性剂能够加速水合物生成的机理.