龙星岑，姚宇昂，王郭雨薇，吴东容

1.西南石油大学(四川成都610500)

2.中国石油集团工程设计有限责任公司西南分公司(四川成都610041)

改进的沾滴法测量缓蚀剂预膜厚度

龙星岑1，姚宇昂2，王郭雨薇1，吴东容1

1.西南石油大学(四川成都610500)

2.中国石油集团工程设计有限责任公司西南分公司(四川成都610041)

分析了传统沾滴法测量预膜厚度存在的问题，对原有的方法进行了改进，使用自制实验装置采用改进后的沾滴评价法测试分析了不同材质、不同管径管件的平均预膜厚度。结果表明，不同材质的管材表面吸附能力不同，导致管件平均预膜厚度相差较大，其中铜管的平均预膜厚度最大(0.05mm左右)，碳钢管的平均预膜厚度最小(0.013mm左右);而管径对管件平均预膜厚度的影响很小。实验所得结果与同位素示踪法测定膜厚结果较吻合，从而说明改进后的沾滴评价法是一种室内评价管件平均预膜厚度的有效方法。

预膜厚度;评价方法;沾滴法;缓蚀剂

由于缓蚀剂预膜可有效预防管道顶部腐蚀［1-2］，且成膜均匀致密，因此，该技术越来越受到管道操作管理者的青睐。预膜厚度是评价缓蚀剂预膜质量的重要指标［3］，也是计算缓蚀剂加注量的关键参数［4］，因此，准确测量预膜厚度是非常有必要的。然而，鉴于缓蚀剂预膜厚度很薄、管道不透明且埋地铺设，直接测定预膜厚度有相当大的难度，常见的预膜厚度检测方法有同位素示踪法［5-6］、光学轮廓仪法［7-8-9］、沾滴法。其中，沾滴法因其操作方便应用较为广泛。Josef等人［10］采用沾滴法对缓蚀剂预膜厚度进行了室内研究，直接将管件放入缓蚀剂中预膜，一段时间后，取出管件称重计算预膜厚度，结果与同位素法测得结果相差1～2个数量级。这是因为试样的内外表面均沾有缓蚀剂，因此，所测得的膜厚应是整个试样表面积的平均膜厚，而实际管道缓蚀剂预膜只是在管道内壁成膜，两者存在一定的差异。因此，自制实验装置(图1)，采用测试短节作为实验试样，预膜时缓蚀剂加注于测试短节内，要求所加注缓蚀剂溶液的液面与测试短节上端口齐平;测试短节下端置于自带有密封底座的透明容器内，以保证测试短节内的缓蚀剂不泄漏;透明容器的侧面标有刻度，以便测量预膜后从测试短节内流出的缓蚀剂量。其余步骤则与传统沾滴评价方法相同。使用该装置缓蚀剂只在管道内壁预膜，克服了传统沾滴法的缺陷。采用此方法测试分析了不同材质、不同管径管件的平均预膜厚度。

图1 改进后的实验装置

1 实验

1.1 实验材料及装置

CPI-5型缓蚀剂(密度864kg/m3)，丙酮，无水乙醇，蒸馏水，测试短节(材质及尺寸见表1)，自主研制的沾滴实验装置(图1)，精密电子分析天平(精度为0.001mg)，游标卡尺(精度为0.02mm)，烧杯(250 mL)，夹持装置，秒表，烘箱(40℃)。

表1 测试短节的材质及尺寸参数

1.2 实验方法

测试短节经蒸馏水冲洗、丙酮除油、无水乙醇脱酯后，烘干称重为m0，将其竖直放入带有密封底座的透明容器内，从上端倒入事先盛装在烧杯中的缓蚀剂，当缓蚀剂液面与测试短节上端口齐平时，开始计时;20s后，取出测试短节，利用夹持装置将其固定在垂直方向，并使其下端口流出的缓蚀剂流入透明容器内;3min后，缓蚀剂不再滴下，取下测试短节，称重为m1;换不同材质、不同内径的测试短节重复以上实验步骤。

利用公式(1)计算测试短节内表面的平均预膜厚度:

式中:σ为平均膜厚度，mm;m0为预膜前测试短节的重量，g;m1为预膜后测试短节的重量，g;ρc为缓蚀剂的密度，取864kg/m3;d为测试短节内径，mm;L为测试短节长度，mm。

1.3 实验结果与分析

1.3.1 不同材质管件的平均预膜厚度

采用改进后的沾滴评价方法对不同材质管件进行平均预膜厚度的测量，其结果见表2。分析表中数据可知，对于不同材质的管件，其平均预膜厚度相差较大，其中铜管的平均预膜厚度最大，碳钢管的平均预膜厚度最小，不锈钢管与透明塑料管则介于两者之间，但不锈钢管与铜管的测量结果较为接近，透明塑料管与碳钢管的测量结果较为接近，铜管、不锈钢管、透明塑料管及碳钢管的平均预膜厚度分别为0.050mm、0.042mm、0.016mm、0.013 mm。分析此现象产生的原因，可能是由于管件材质的不同，造成管材表面吸附能力的不同，最终导致管件平均预膜厚度的不同。

表2 不同材质管件平均预膜厚度的测量结果

1.3.2 不同内径管件的平均预膜厚度

表3为管件内径为7.50mm、13.16mm、16.40mm、21.44mm的碳钢管平均预膜厚度的测量结果。从表3数据可以看出，在不同管径条件下，碳钢管的平均预膜厚度有微小变化，随着管件内径的增大，平均预膜厚度从0.013mm增大到0.016mm。由此可知，管径对管件平均预膜厚度的影响很小。

表3 不同内径碳钢管平均预膜厚度的测量结果

1.3.3 误差分析

Russ［6］采用同位素示踪法测得铜管平均预膜厚度为0.048mm，采用传统沾滴法测得铜管平均预膜厚度为0.004mm。用公式(2)计算传统沾滴法和改进后的沾滴法实验结果的相对误差:

式中:δ为相对误差;σ为沾滴法测得膜厚，mm; σ0为同位素法测得膜厚，mm。

计算得到传统沾滴法测量缓蚀剂预膜厚度的相对误差为-92%，与同位素法的结果差距很大，而改进后的方法测得结果相对误差为4%，在误差允许范围内。室内测量管件平均预膜厚度的值均集中在0.013～0.050 mm范围内，实验结果相对误差为4%，与同位素示踪法测量膜厚度的结果较吻合，说明改进后的沾滴评价方法是一种测量平均预膜厚度的有效方法，可用于室内测量管件的平均膜厚。

2 结论

1)运用改进后的沾滴法测量管件平均预膜厚度的值均集中在0.013～0.050 mm范围内，相对误差为4%，与同位素示踪法测量膜厚度的结论较吻合，说明这是一种有效的评价方法。

2)不同材质的管材表面吸附能力不同，导致管件平均预膜厚度相差较大。其中铜管的平均预膜厚度最大(0.05mm左右)，碳钢管的平均预膜厚度最小(0.013mm左右)。

3)管径对管件平均预膜厚度的影响很小。

［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.

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［8］陈慧芳，严惠民，施柏煊.白光干涉法测量金属箔厚度［J］.仪器仪表学报，2003，24(增刊2):19-20，24.

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［10］Josef，B.，Mike，M.，Harly，F.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

立岗

2014-07-0

龙星岑(1989-)，女，现主要从事油气集输工艺理论与技术研究。