電阻探針與試片失重法在監(jiān)測試驗(yàn)中的應(yīng)用對(duì)比分析

本刊特約撰稿人 桑紹雷 李全民

介紹了腐蝕監(jiān)測技術(shù)的兩種主要形式(電阻探針法及試片失重法)在室內(nèi)靜態(tài)污水介質(zhì)中的對(duì)比應(yīng)用試驗(yàn)。在相同腐蝕介質(zhì)的條件下，電阻探針監(jiān)測腐蝕速率是腐蝕掛片腐蝕速率的4.89倍。當(dāng)電阻探針測量元件發(fā)生嚴(yán)重局部腐蝕時(shí)，其測出的腐蝕速率會(huì)明顯升高。

腐蝕監(jiān)測 電阻探針 試片失重法

0 腐蝕監(jiān)測技術(shù)概述

油氣田的腐蝕問題越來越受到各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)的重視，引起管道安全運(yùn)行的主要因素之一就是介質(zhì)造成的內(nèi)腐蝕，表現(xiàn)為穿孔和爆管，造成重大的經(jīng)濟(jì)損失、人員傷亡、停工停產(chǎn)以及環(huán)境污染等問題。

腐蝕監(jiān)測技術(shù)是測量各種工藝流體狀態(tài)腐蝕性的一種測試工作。對(duì)于油氣田的腐蝕監(jiān)測就是測量油、氣、水及混輸狀態(tài)下介質(zhì)的腐蝕性測試工作。

腐蝕監(jiān)測技術(shù)能夠提供以下幾種方式的幫助：

(1)對(duì)可能導(dǎo)致腐蝕失效的各種破壞性工況進(jìn)行早期報(bào)警。

(2)觀察過程參數(shù)的相關(guān)變化以及它們對(duì)系統(tǒng)腐蝕性的影響。

(3)診斷特殊的腐蝕問題，識(shí)別它們的起因和控制腐蝕速度的種種參數(shù)，如壓力、溫度、pH值、流速等等。

(4)評(píng)估腐蝕控制和防腐技術(shù)的有效性，如化學(xué)緩蝕劑法，并且找出這些技術(shù)的最佳應(yīng)用條件。

(5)提供與當(dāng)前設(shè)備運(yùn)行情況和各種維護(hù)要求有關(guān)的管理信息。

1 腐蝕監(jiān)測技術(shù)分類

目前工業(yè)常用的腐蝕監(jiān)測技術(shù)有：試片失重法、電阻法、線性極化電阻法、電感阻抗法、氫探針、電化學(xué)噪聲、FSM-全周向腐蝕監(jiān)測技術(shù)等。在上述監(jiān)測技術(shù)中試片法、電阻探針法及兩者的聯(lián)合應(yīng)用是工業(yè)用腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)的核心。

1.1試片失重法監(jiān)測技術(shù)

腐蝕試片失重法是工業(yè)上最常用的腐蝕監(jiān)測技術(shù)。其基本的測量原理就是失重，在一定的暴露時(shí)間內(nèi)發(fā)生的重量損失就是腐蝕速度。把一個(gè)試片放到工藝環(huán)境中，一定時(shí)間以后，取出試片進(jìn)行分析。根據(jù)時(shí)間周期、試件表面積、試件材質(zhì)密度、失重量計(jì)算其腐蝕速度。在典型監(jiān)測項(xiàng)目中，試片的暴露時(shí)間為30～90天，然后取出進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室分析，進(jìn)行周期性監(jiān)測。每個(gè)腐蝕試片的重量損失產(chǎn)生在暴露時(shí)間內(nèi)的平均腐蝕速度。

腐蝕試片法優(yōu)點(diǎn)很多，包括以下六個(gè)方面：①可用于所有環(huán)境：氣體、液體、固體/顆粒流體；②可以目檢；③可以觀察和分析腐蝕沉積物；④可以直接得到金屬損失，并計(jì)算得到腐蝕速度；⑤可以識(shí)別和測量局部腐蝕；⑥可以評(píng)估抑制劑性能。然而如果在暴露時(shí)間內(nèi)發(fā)生腐蝕波動(dòng)，單獨(dú)使用試片不能判斷波動(dòng)發(fā)生的時(shí)間，不能根據(jù)波動(dòng)的峰值和時(shí)間段記錄重量損失顯著增加的時(shí)間。

1.2電阻探針(ER)腐蝕監(jiān)測技術(shù)

與腐蝕試片法相比，電阻探針法(ER)是唯一的可用于所有類型腐蝕環(huán)境的實(shí)時(shí)在線、儀器測量技術(shù)。電阻探針ER被稱為是“電子的”腐蝕試片，跟試片失重法一樣，電阻探針測量的是金屬損失。電阻探針法具有如下的優(yōu)點(diǎn)：①可應(yīng)用于所有的工作環(huán)境：氣相、液相、固相、含顆粒流體；②可直接獲得腐蝕速度；③在其使用壽命內(nèi)，探針可一直置于管線內(nèi)；④對(duì)于腐蝕變化響應(yīng)迅速，可用于報(bào)警。

圖1是典型的電阻探針監(jiān)測系統(tǒng)的主要組件，在工業(yè)管道的安裝中主要有安裝座、空心旋塞、探針、延伸桿、數(shù)據(jù)記錄儀及數(shù)據(jù)采集器。

2 兩種監(jiān)測方法的室內(nèi)對(duì)比分析

圖1 電阻探針監(jiān)測系統(tǒng)主要組件

2.1試驗(yàn)?zāi)康?/p>

在腐蝕監(jiān)測的工業(yè)應(yīng)用中，電阻探針和腐蝕掛片法在同等腐蝕條件下的腐蝕速率一般有較大的差別，由于現(xiàn)場工業(yè)流體腐蝕變化因素較多，本實(shí)驗(yàn)的目的是在室內(nèi)靜態(tài)條件下對(duì)失重試片法與電阻探針法在相同環(huán)境中腐蝕速率進(jìn)行比較分析，并通過中途投加緩蝕劑驗(yàn)證電阻探針是否能及時(shí)響應(yīng)腐蝕速率的變化。

2.2試驗(yàn)設(shè)備及介質(zhì)

(1)ER7100電阻探針：1支，探針代號(hào)為HR2250062537501，探針壽命為5mil，生產(chǎn)廠家為美國Metal Samples公司。

(2)數(shù)據(jù)記錄儀(MS3500E)：1臺(tái)，生產(chǎn)廠家為美國Metal Samples公司。

(3)腐蝕試片：材質(zhì)20#鋼，大小76×13×1.3mm，12片。

(4)腐蝕介質(zhì)：油井產(chǎn)出水(中石化西北局塔河一廠聯(lián)合站污水)50L。表1為腐蝕介質(zhì)的水質(zhì)分析結(jié)果。

(5)緩蝕劑：型號(hào)為TS-203水溶性緩蝕劑，甘肅泰升化工，1L。

2.3試驗(yàn)方案

2.3.1電阻探針的安裝固定

將電阻探針安裝固定在已裝好腐蝕介質(zhì)的試驗(yàn)桶上方并將其與數(shù)據(jù)記錄儀連接，設(shè)置好相應(yīng)的參數(shù)，每24小時(shí)讀取數(shù)據(jù)一次。

2.3.2腐蝕試片的安裝

將12片腐蝕試片清洗稱重后分成A、B、C三組，每組4片。為了加速腐蝕過程的進(jìn)行，使用鹽酸調(diào)節(jié)腐蝕介質(zhì)的pH值至3。然后先將A、B兩組試片分別使用尼龍繩間隔懸掛放置，保證試片與探針有效部位的中部處于同一水平層。

試驗(yàn)過程中通過每天測量pH值并加入稀鹽酸維持腐蝕介質(zhì)的pH值至3。試驗(yàn)現(xiàn)場布置情況如圖2所示。

表1 腐蝕介質(zhì)水質(zhì)分析表

圖2 室內(nèi)試驗(yàn)現(xiàn)場圖

2.3.3投加緩蝕劑

試驗(yàn)10天后，取出B組試片并清洗稱重，向腐蝕介質(zhì)中投加緩蝕劑(濃度200ppm)并按要求掛入C組試片。

2.3.4數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)20天后，取出A組、C組試片以及電阻探針，及時(shí)清洗試片及探針，避免介質(zhì)對(duì)其進(jìn)一步腐蝕。從數(shù)據(jù)采集器中導(dǎo)出電阻探針數(shù)據(jù)并用相應(yīng)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理工作，同時(shí)對(duì)清洗后的掛片稱重并計(jì)算其腐蝕速率。

2.3.5試驗(yàn)結(jié)果

(1)腐蝕試片數(shù)據(jù)

表2為3組腐蝕試片的腐蝕速率數(shù)據(jù)表。從表中可以看出，腐蝕試片在投加緩蝕劑前后腐蝕速率變化不大，均為0.38mm/a左右。

表2 腐蝕試片數(shù)據(jù)表

(2)電阻探針腐蝕速率

圖3是試驗(yàn)期間電阻探針腐蝕速率圖，從圖中可以看出，投加緩蝕劑前后探針的腐蝕速率有較大的變化，投加前探針腐蝕速率為0.2266mm/a(8.92mpy)，而在添加緩蝕劑后腐蝕速率降為0.1185mm/a(4.74mpy)，投加緩蝕劑后腐蝕速率約為投加前的一半值。由此可以看出電阻探針能及時(shí)響應(yīng)試驗(yàn)階段中因投加緩釋劑而導(dǎo)致的介質(zhì)腐蝕速率發(fā)生的變化。

表3 腐蝕試片與電阻探針法腐蝕速率對(duì)比表

圖3 電阻探針腐蝕速率圖

(3)腐蝕試片與電阻探針法腐蝕速率對(duì)比表

表3為腐蝕試片與電阻探針法腐蝕速率對(duì)比表。從表中不難看出，相同腐蝕條件的情況下，電阻探針法所得腐蝕速率約為試片失重法所得腐蝕速率的5倍。從兩者的材質(zhì)來看，探針試驗(yàn)材質(zhì)為C1010，相當(dāng)于國內(nèi)10#鋼，而試片材質(zhì)為20#鋼，兩者材質(zhì)相差不大，因而材質(zhì)問題應(yīng)不是造成腐蝕速度差異的主要原因。鑒于探針和試片均處于同一腐蝕介質(zhì)中，造成測試數(shù)據(jù)差異的主要原因應(yīng)是探針與腐蝕試片原理上的區(qū)別所致。

(4)腐蝕試片與電阻探針腐蝕后的表面形貌

圖4為電阻探針與典型掛片腐蝕后表面形貌圖。從圖中可以看出探針表面出現(xiàn)了多處明顯和點(diǎn)蝕坑，腐蝕試片表面也有蜂窩狀的小腐蝕坑。

從電阻探針的監(jiān)測原理來看，只有當(dāng)腐蝕量累計(jì)到一定程度時(shí)，金屬試片的電阻變化增大到了儀器測量的靈敏度，儀表或記錄系統(tǒng)才會(huì)做出適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)。電阻探針實(shí)質(zhì)上只適用于監(jiān)控均勻腐蝕破壞，但是局部腐蝕卻是工業(yè)中更常見的腐蝕形態(tài)。電阻探針不容易監(jiān)測出局部腐蝕，但是當(dāng)測量元件發(fā)生嚴(yán)重局部腐蝕時(shí)，其測出的腐蝕速率會(huì)明顯升高。這也是本試驗(yàn)中電阻探針監(jiān)測腐蝕速率遠(yuǎn)高于腐蝕試片的主要原因。

圖4 電阻探針與典型掛片腐蝕后表面形貌圖

3 結(jié)論及建議

(1)在實(shí)驗(yàn)室污水靜態(tài)條件下，與腐蝕試片法監(jiān)測數(shù)據(jù)相比，電阻探針法測得的介質(zhì)腐蝕速率要明顯高于腐蝕試片，試驗(yàn)監(jiān)測周期內(nèi)電阻探針腐蝕速率為0.1763mm/a(6.94mpy)，是腐蝕掛片腐蝕速率0.0393 mm/a的4.89倍。

(2)試驗(yàn)監(jiān)測周期內(nèi)，電阻探針監(jiān)測數(shù)據(jù)能及時(shí)響應(yīng)和反映出因腐蝕介質(zhì)投加緩蝕劑前后腐蝕速率的差別。

(3)電阻探針更適用于監(jiān)控均勻腐蝕破壞的腐蝕形態(tài)，當(dāng)測量元件發(fā)生嚴(yán)重局部腐蝕時(shí)，其測出的腐蝕速率會(huì)明顯升高。(作者單位：北京普斯維斯防腐科技有限公司)

[1] 李久青, 杜翠薇. 腐蝕試驗(yàn)方法與監(jiān)測技術(shù)[M]. 北京, 中國石化出版社, 2007.

[2] 湯天遴, 高亞楠, 石偉等.腐蝕監(jiān)測技術(shù)在中原油田的應(yīng)用[J]. 腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù), 2010, (15)1.

Comparative Analysis of Electrical Resistance and Corrosion Coupons for Corrosion Monitoring

Invited Writer SANG Shao-lei, LI Quan-min

This paper introduced two forms of Corrosion Monitoring techniques (Electrical Resistance and Corrosion Coupons) and compared the corrosion rate in lab. The corrosion rate of ER probe is 4.89 times more than that of Corrosion Coupons. When there was pitting corrosion on the surface of ER probe element, the corrosion rate increased significantly.

corrosion monitoring techniques; electrical resistance; corrosion coupons

TG174.41

A

10.13726/j.cnki.11-2706/tq.2014.08.046.04

桑紹雷 (1984－) ，男，湖北洪湖人，工程師，碩士，主要從事油田腐蝕與防護(hù)方向工作。