2.3.3.1. Một số hệ thống đo flow loop trên thế giới
Phương pháp flow loop nhằm mô phỏng đánh giá ăn mòn kim loại xảy ra trong đường ống khi tốc độ dòng chảy trong đường ống thay đổi [31]. Mô hình
flow loop là hệ thống đường ống dẫn trong công nghiệp dầu khí được thu nhỏ. Hệ thống thiết bị flow loop cần có các bộ phận cơ bản sau:[40]
+ Đường ống chịu được áp suất và nhiệt độ đến 100oC. + Thiết bị điều khiển tốc độ dòng chảy.
+ Thiết bị ghi nhận kết quả đo ăn mòn (corrosion metter). + Bể chứa chất lỏng thử nghiệm: dầu thô, nước.
+ Bơm chịu ăn mòn.
Trên thế giới đã có nhiều công trình công bố về việc đánh giá quá trình ăn mòn trong điều kiện dòng chảy động bằng thiết bị flow loop dẫn ở hình hình 2.11, 2.12 và 2.13 [85]. Có phòng thí nghiệm triển khai thiết bị flow loop ở qui mô giống như điều kiện thực [42], nằm trong khuôn viên hàng nghìn mét vuông. Thiết bị dạng này có thể triển khai nghiên cứu tất cả các quá trình ăn mòn kim loại trong đường ống như: áp suất cao, nhiệt độ cao, ăn mòn trong môi trường khí CO2, SO2, ăn mòn ở các khớp nối.
Mô đun kiểm tra ăn mòn Mặt trên của thiết bị
Hình 2.11. Thiết bị flow loop ở qui mô lớn
Nhiều phòng thí nghiệm ăn mòn khác lại xây dựng các dạng thiết bị flow loop nhỏ gọn, nhằm đánh giá nhanh tốc độ ăn mòn kim loại, hiệu quả bảo vệ chống ăn mòn kim loại của các chất ức chế, các vấn đề lý thuyết điện hoá về ăn mòn xảy ra ở các tốc độ dòng chảy khác nhau. Thiết bị có ưu điểm thời gian chuẩn bị thí nghiệm ngắn, chi phí chuẩn bị mẫu, lượng chất thí nghiệm ít. Tuy
nhiên nhược điểm là khó thiết kế để có thể nghiên cứu được toàn bộ các quá trình ăn mòn có thể xảy ra bên trong đường ống dẫn.
Hình 2.12. Một số dạng thiết bị flow loop ở qui mô phòng thí nghiệm
Hình 2.13. Sơ đồ nguyên lý một hệ đo flow loop [86]
Khí, dầu, nước được bơm vào đường ống và chạy qua bộ phận đo ăn mòn, bộ phận đo ăn mòn có chứa các điện cực để đo tốc độ ăn mòn kim loại bằng phương pháp điện hoá và chuyển đến CPU - bộ phận ghi nhận số liệu và quá trình ăn mòn điện hoá diễn ra trên điện cực. Qua đó đánh giá được tốc độ ăn mòn kim loại trong điều kiện giống như điều kiện thực diễn ra trong đường ống khi
không có và có chất ức chế ăn mòn kim loại.
Hiện nay chưa có tiêu chuẩn chung để tiến hành các thí nghiệm khảo sát ăn mòn bằng thiết bị flow loop. Tại Việt Nam các thí nghiệm khảo sát ăn mòn trong điều kiện dòng chảy động còn rất hạn chế. Do vậy việc thiết kế, chế tạo thiết bị đo ăn mòn trong dòng chảy động là rất cần thiết, để từ đó các nhà khoa học có thể khảo sát được các quá trình ăn mòn sát với thực tế nhất đáp ứng kịp thời nhu cầu bảo vệ chống ăn mòn kim loại trong thời kỳ phát triển công nghiệp.
2.3.3.2. Chế tạo thiết bị flow loop
Từ các yêu cầu cần có của thiết bị flow loop đã nêu trong phần tổng quan cho thấy để tạo ra một thiết bị có thể mô tả các chế độ dòng chảy khác nhau trong đường ống, thiết bị mô phỏng quá trình dòng chảy động của nước bơm ép cần đáp ứng một số yêu cầu riêng sau:
- Có kích thước nhỏ, gọn, dễ dàng di chuyển tháo lắp khi cần thiết, phù hợp với qui mô phòng thí nghiệm.
- Chịu được áp lực gây ra bởi dòng chảy.
- Đo ăn mòn trong điều kiện dòng chảy 1 pha lỏng. - Đảm bảo đường ống luôn chứa đầy dung dịch.
- Có tính an toàn cao, có thể làm việc trong thời gian dài.
- Vật liệu chế tạo thiết bị flow loop phải có độ bền cao, không tạo ra các tạp chất gây sai số trong các phép đo.
- Điện cực so sánh và điện cực đối phải có cấu tạo đặc biệt để có thể làm việc được trong dòng chảy động.
- Cần có nhiều môđun làm việc cùng lúc để có thể khảo sát nhiều yếu tố ảnh hưởng khác nhau trong một lần tiến hành thí nghiệm, không phải ngừng thí nghiệm để thay thế điện cực làm việc, vệ sinh các điện cực, tốn thời gian và nhanh làm hỏng các thiết bị.
Hình 2.14. Sơ đồ khối hệ thống flow loop phòng thí nghiệm P RE CE WE Nhiệt kế FM F C Bể chứa - A : Bộ phận đo - B : Bộ phận an toàn - RE: Điện cực so sánh - CE: Điện cực đối - WE: Điện cực làm việc - FC: Van Điều khiển tốc độ dòng chảy - FM: Đồng hồđo tốc độ dòng chảy - P: Bơm ly tâm AUTOLAB 30 A B
Sơ đồ của thiết bị dẫn trên hình 2.14. Điện cực so sánh và điện cực làm việc được bố trí khoảng cách phù hợp giảm thiểu sự sụt dòng. Toàn bộ thiết bị đặt trên sàn thao tác chế tạo từ thép, dễ dàng di chuyển tháo lắp.
a b
c d
e
a. Toàn cảnh hệ thống
b. Phần Flow loop và thiết bị điện hóa Autolab
c. Thiết bị Flow loop nhìn từ trên xuống
d. Thiết bị đo tốc độ dòng chảy, dây đỏ nơi để điện cực làm việc, dây xanh điện cực so sánh
e. Phần đầu cắm nối màu đen là điện cực đối.
Nguyên vật liệu, thiết bị được lựa chọn chế tạo flow loop gồm: phần ống chính bằng nhựa PVC chịu hóa chất, nhiệt độ, bền cơ học và dễ gia công cơ khí, Φ100, dài 1m được gia công cơ khí gen xoắn trên bề mặt ống, tạo ra 7 vị trí đo trên dọc ống. Ống được đặt theo phương thẳng đứng, đảm bảo khi bơm chất lỏng vào trong ống thì sẽ điền đầy toàn bộ đoạn dài 1m của ống. Bơm chịu hóa chất, ăn mòn, tốc độ bơm từ 0 ÷ 5m3/giờ; Bình chứa dung dịch thử nghiệm bằng nhựa PP, chịu hóa chất, dung tích 10lít; Điện cực phụ từ thép không gỉ SUS 304, chạy dài theo ống. Điện cực so sánh Ag/AgCl, tạo gen xoắn để bắt dễ dàng vào đường ống. Các gioăng làm kín được chế tạo từ cao su chuyên dụng.