腐蚀监测_检测技术

第21卷第5期2009年9月

腐蚀科学与防护技术

Vo.l21No.5Sep.2009

腐蚀监测/检测技术

张炜强,秦立高,李飞

中海油基地集团采技服湛江化学公司,湛江524057

摘要:主要从在线监测和离线检测两个方面介绍腐蚀监测/检测技术的方法和发展.除传统的腐蚀监测/检测手段以外,还介绍一些新兴的监测技术如:光纤传感技术、全息干涉法等.最后讨论腐蚀监测/检测技术的发展趋势.关键词:腐蚀监测;在线监测;离线检测

中图分类号:TG174 3 文献标识码:A 文章编号:1002 6495(2009)05 0477 03

TECHNIQUESFORCORROSIONINSPECTIONANDMONITORING

ZHANGWei qiang,QINLi gao,LIFei

CNOOCOil BaseOilfieldTechnologyServicesCo,ZhanjiangChemicalCompany,Zhanjiang524057

Abstract:Thispaperintroducesthedevelopmentofonlineandofflinetechniquesforcorrosionmonitoringandinspection.Thenewcorrosiontechniquessuchasfiberopticalsensetechnique,holograminterferencetechniqueandsoonhadbeenintroducedbesidestheconventionaltechniquesformonitoringandinspec tion,andthedevelopingdirectionofcorrosionmonitoringtechniqueswasalsodiscussed.Keywords:corrosionmonitoring/inspection;online;offline

腐蚀是材料与环境反应引起的材料破坏与变质,腐蚀是造成石油工业中金属设施破坏的主要原因之一.它加剧了设备及管道的损坏和人员伤亡,造成了石油生产中停工、停产,跑、冒、滴、漏等事故;且污染环境,危害了人民健康;产品流失,增加了石油生产的成本,有的已影响正常的石油生产.据统计,每年因腐蚀带来的经济损失占本国本年度国民经济总产值(GNP)的3%~5%;美国为4%,英国为3%~5%,日本为1%~2%,德国1968~1969年度损失170亿马克.在我国的管道事故中,腐蚀造成的破坏约占30%,仅1993年中原油田生产系统因腐蚀造成的经济损失达1 6亿元[1],我国石化工业(仅指原石化总公司所属企业)1989年因腐蚀造成的经济损失约20亿元.因此,重视腐蚀问题,防止或减缓腐蚀的危害,加强石油工业的防腐蚀工作,不断完善腐蚀监测/检测手段,对石油工业的发展至关重要.

腐蚀监测/检测[2].一般认为,腐蚀监测可以带来数十倍乃至上百倍的经济效益.

腐蚀监测/检测的目的主要是:1)使设备在接近最佳状态下运行,提高生产能力,改善产品质量,延长设备使用寿命;2)预报适时维修需要,减少投资费用,减少操作费用;3)保证设备的安全运行,保证操作人员的安全,有益于降低环境污染;4)有益于鉴定腐蚀原因,判断防腐蚀方法的效果;5)为管理决策提供情报.

2腐蚀监测/检测的方法

腐蚀监测/检测与腐蚀控制是运行中设备防腐的两个重要组成部分,可以分为两大类[3]:一是跟踪金属表面在真实环境中的腐蚀行为,检测因介质作用使设备发生的腐蚀速度是多少,获得的是设备腐蚀过程的有关信息,称作腐蚀的在线监测,简称监测;二是在设备运行一定时期后检测有无裂纹,有无局部腐蚀穿孔的危险,剩余壁厚是多少,获得的是腐蚀的结果,称作腐蚀的离线检测,简称检测.2 1在线监测方法

2 1 1腐蚀挂片失重法 把已知重量的金属试样放入腐蚀系统中,经过一定的暴露期后,取出清洗、称重,根据试样的质量变化测出平均腐蚀速率.

计算方法:CR=W 1000 365/A T D

其中:CR表示平均腐蚀速率(mm/a);W表示腐蚀失重(g);A表示试样暴露面积(mm2);T表示暴露天数(d);D表示金属试样的密度(g/cm2)[4].

2 1 2在线电阻探针法 常被称为可自动测量的挂片失.(解质),也能1腐蚀监测/检测的意义与目的

腐蚀监测/检测就是对设备的腐蚀状态,腐蚀速度以及某些与腐蚀有关的参数进行系统的测量,并通过监测的信息对生产过程有关的参数进行自动控制或报警.

现代工业生产的特点是连续性和大型化.这要求尽量减少停车检修的时间和次数延长设备连续运转的周期.然而,腐蚀的发展是不可避免的,控制腐蚀发展的速度则需要进行

收稿日期:2008 07 16初稿;2008 11 10修改稿

作者简介:张炜强(1985-),男,学士,助理工程师,从事海洋腐蚀防

护与检测.

TEz.

中测定.电阻探针法所测量的是金属元件的横截面积因腐蚀而减少所引起的电阻变化.电阻探针由暴露在腐蚀介质中的测量元件和不与腐蚀介质接触的参考元件组成.

2 1 3电化学法 由于腐蚀本身是个电化学反应的过程,因此在众多的腐蚀监测系统中,绝大多数依据的是电化学测试技术,可进行瞬时腐蚀速度的测量,反应灵敏,适于电解质介质.常用的电化学监测方法有:

电位法.金属或合金的腐蚀电位与他们的腐蚀状态之间存在对应关系.主要应用于:阴极保护电位监测、杨极保护电位监测和活化-钝化行为监测、探测腐蚀的初期过程以及探测局部腐蚀.

线性极化法.在电极的腐蚀电位附近进行极化,利用腐蚀电流与极化曲线在腐蚀电位附近的斜率成反比的关系求腐蚀速率.线性极化法对腐蚀情况变化响应快,能获得瞬间腐蚀速率,比较灵敏,着重于腐蚀状态的变化,所测物体是均匀腐蚀或全面腐蚀.但不适于在导电性差的介质中应用.

极化电阻(LPR)法.利用金属材料在腐蚀介质中的电化学极化行为,将电化学探头(三电极组装)安装在腐蚀环境中,然后进行电化学(电流或电位)极化,测量其电化学响应,计算出当时的极化电阻,再根据理论计算得到的换算系数,计算腐蚀电流(即腐蚀速度)实现快速腐蚀速度监测.

电化学阻抗谱法.即用理想元件(如电阻和电容等)来表示体系的法拉第过程、空间电荷以及电子和离子的传导过程,说明非均态物质的微观性质分布.电化学阻抗谱(EIS)优于其它暂态技术的一个特点是:只需对处于稳态的体系施加一个无限小的正弦波扰动,这对于研究电极上的薄膜,如修饰电极和电化学沉积膜的现场研究十分重要,因为这种测量不会导致膜结构发生大的变化.

电偶电流法(零电阻电流表法).根据异种金属偶合电极的电偶电流为阳极金属的腐蚀速度.用零阻电流表测量浸于同一环境的偶接金属之间流过的电偶电流.根据具体腐蚀的特性可以确定电偶电流与阳极性金属的溶解电流(腐蚀电流)之间的简单数学关系,从而可以得出电位较负的阳极性金属的腐蚀速度.可用于测定金属的腐蚀速度,评价介质组成,流速等环境因素的变化,测定冲刷腐蚀,定性指示氧含量,缓蚀剂,水质的变化.

场图像技术(FSM).FSM(场图像法)技术的原理是对监测设备所选择部分通以直流电,测量监测部分表面形成的很小的电位差,检测出电场分布.由于腐蚀的发生会导致电场分布发生变化,此变化反映了腐蚀缺陷的尺寸,形状及位置.电力线疏松区域保护良好,密集的区域腐蚀速度加快,电力线集中区域发生局部腐蚀.可用于连续监测工厂管线系统,压力容器系统等设备的腐蚀.

电化学噪声技术.电化学噪声是指发生腐蚀的电极表面所出现的一种电位或电流随机自发波动的现象.它的测量对被测体系没有扰动,可以反映材料腐蚀的真实情况.与其他方法相比:电化学噪声技术可以监测诸如均一腐蚀、孔蚀、裂蚀、应力腐蚀开裂多种类型的腐蚀[5]

恒电量充电曲线方法.将已知的小量电荷作为激励信号,在极短的时间内注入到电解池中,对所研究的金属体系进行扰动,同时记录电极电位随时间的衰减曲线并加以分析,求得多个电化学信息参数.

恒电量极化方程:E=Eoexp(-t/RpCd),可以确定体系的腐蚀状态监测.

恒电流充电曲线方法.对腐蚀体系进行小幅值恒电流极化,根据充电曲线方程解析极化电阻和界面电容及腐蚀速度等参数.

恒电流极化方程:E=I Rp[I=exp(-t/Rp Cd)]2 1 4化学分析法 化学分析法并不是直接对腐蚀状况进行监测,而是跟踪影响腐蚀的各种因素及腐蚀产物,辅以各种数据处理方法来间接监测腐蚀状况,并能积累数据找出腐蚀规律,作出预测.例如海洋环境下氧的含量对腐蚀起着决定性作用,其它与化学有关的因素(含氧浓度、金属离子浓度、缓蚀剂浓度、pH值等)也很重要,因此我们必须进行化学分析确定腐蚀随时间变化的规律[6].

渗氢检测就是一种典型的化学分析法.氢是去极化腐蚀的产物.在酸性介质中,由于钢构件吸收了腐蚀产生的氢原子或在高温下吸收了工艺介质中的原子氢从而产生氢脆、氢致开裂和氢鼓泡.通过对氢气量的测定可测得金属的腐蚀速度.氢气量的测定通常用探氢针来完成.其原理是吸收的氢通过1~2mm的钢,扩散至接通压力表的狭窄的环状空间,由测得的压力增加速度估算扩散到钢中的氢气量,进而估计钢的腐蚀程度.主要应用于石油化学工业,包括软钢在硫化物、氰化物和其他 毒剂 中的腐蚀.

电感法.其原理是将一金属薄片置于探头外表面,通过测量探头内线圈信号的变化推算腐蚀速度.测试敏感度高,适用于各种介质,寿命较短.

监测孔法.最早的监测手段,监测周期一年、二年或更长(直接在设备外壁上操作).

生物监测法.海水中的生物污损和各种菌类对腐蚀有不可忽视的影响,同化学分析法一样,用各种生物传感器及生物收集装置监测某被腐蚀物周围海域的生物和菌类对我们掌握腐蚀规律有极大的帮助.

其它在线监测技术.表面检查法、腐蚀余量法等都是腐蚀监测最基本的方法,这些方法对技术的要求不是很高,属于经典的腐蚀研究方法;另外还有警戒孔法,用在特殊的设备,特别是磨蚀能造成无规律减薄的管道弯头处.2 2离线检测方法

超声检测.超声测厚已是一种很成熟的工业无损探测技术,通过对超声波的反射变化,检测金属厚度和是否存在裂纹、空洞等,该方法用作金属厚度或裂纹显示的检查工具.必须注意的是海水中声速与大气不同,要校正参数才能使用.

涡流法.把金属物体置于交流馈电线圈电场内,其表面会产生涡流.在腐蚀裂纹或蚀坑处,涡流受到干扰,使激励线圈反电势改变,或在次级线圈内产生变化.该变化经检波、放大可转换为视觉显示.通常把线圈做成探头,在被测表面上移动进行测定.可以检测材料的表面缺陷和腐蚀.

.处的磁导率率,

,并且能够判断金属腐

外加磁场后,无缺陷的地方磁力线分布均匀;当钢内部有缺陷时,磁力线发生弯曲,并有一部分磁力线泄露出钢表面,可以通过监测逸出的漏磁通监测腐蚀状况.常用于检测表面裂纹和蚀孔,如果作为运行中设备的内腐蚀检测手段时,腐蚀缺陷要足够深.

热象显示技术(红外图像法).如果设备泄漏、开裂就会释放能量引起材料表面温度场变化,用局部表面温度或表面温度图像指示物体物理状态.主要用于耐火材料和绝热材料检查,炉管温度测量等.

射线照相技术.射线穿过构件后就在底片上产生图像,这些图像的密度可以反映受检材料的厚度和密度.射线照相技术可以用来检测局部腐蚀.

声发射技术.材料在腐蚀开裂过程中会释放声波,可以将这种声波转化成可监测的电信号来检测材料腐蚀损伤的发生和发展,并确定它们的位置.

辐射显示法.通过射线穿透作用和在膜上的探测,检查缺陷和裂纹.特别适用于探测焊缝缺陷.2 3迅速成长的腐蚀监测/检测方法

由于技术的进步,腐蚀监测/检测的手段不断的完善和发展.阳极激发技术、放射激活技术、薄层活化技术(TLA)、光纤传感技术、谐振频率测量法、激光法测定氧化膜厚度法、渗透探伤法、电位梯度法、全息干涉测量法、拉曼光谱法等新兴的腐蚀监测/检测的手段,从光、电、声等不同的方面对腐蚀情况进行监测和研究,为进行全面腐蚀监测提供有力的保障.以使我们能更好的了解和掌握腐蚀的机理和腐蚀形式,更好的控制腐蚀的发生和发展.

蚀防护提出了更高的要求.单一腐蚀参数的监测难以满足要求,需要腐蚀状态的全面监测.

腐蚀监测发展的方向是各种腐蚀监测/检测技术优势互补,共同推进腐蚀防护研究快速发展;腐蚀监测/检测技术和计算机技术的结合是目前研究腐蚀监测仪器的主要方向,美国腐蚀工程师协会曾专门召开过 计算机在腐蚀中的应用研讨会 ,并出版过论文集[6].1995年它所召集的腐蚀会议征文5项议题中有一项是关于腐蚀自动监测的.由于计算机技术的发展,现代化的腐蚀监测已经脱胎换骨,从原来的单一探针、单一仪器的裸机发展到以微处理器为核心的腐蚀监测系统.目前许多基于计算机技术的腐蚀监测仪已经相当成熟,实现了数据采集、处理、分析、预测、反馈命令一体化;腐蚀监测仪器的智能化是腐蚀防护发展的主流趋势.

参考文献:

[1]曹楚南.悄悄进行的破坏-金属腐蚀[M].北京:清华大学出版社,2000.1.

[2]刘国瑞刘桂彬.腐蚀与防护手册-腐蚀理论试验及监测

[M].北京:化学工业出版社,1995.5.

[3]郑立群,荀伟,文海涛.炼油设备的腐蚀监测与检测[J].腐蚀科学与防护技术,2001,13(5):308.

[4]Preparation,Installation,Analysis,andInterpretationofCorro

sionCouponsinOilfieldOperationsNACEStandardRP0775-2005ItemNo.21017.

[5]RobergePR,BeaudoinR,SastriVS.ElectrochemicalnoiseMeasurementsforfieldapplications[J].Corrosionscience,1989,29(10):1231.

[6]孙虎元,王在峰,黄彦良.海洋腐蚀监测的发展现状及趋势

[J].海湖盐与化工,2004,34(2):33.

3腐蚀监测/检测技术的发展趋势

随着工业设备的复杂程度提高,材料的余量降低,对腐