電阻探針與試片失重法在監測試驗中的應用對比分析

電阻探針與試片失重法在監測試驗中的應用對比分析

本刊特約撰稿人 桑紹雷 李全民

介紹了腐蝕監測技術的兩種主要形式(電阻探針法及試片失重法)在室內靜態污水介質中的對比應用試驗。在相同腐蝕介質的條件下，電阻探針監測腐蝕速率是腐蝕掛片腐蝕速率的4.89倍。當電阻探針測量元件發生嚴重局部腐蝕時，其測出的腐蝕速率會明顯升高。

腐蝕監測 電阻探針 試片失重法

0 腐蝕監測技術概述

油氣田的腐蝕問題越來越受到各級領導的重視，引起管道安全運行的主要因素之一就是介質造成的內腐蝕，表現為穿孔和爆管，造成重大的經濟損失、人員傷亡、停工停產以及環境污染等問題。

腐蝕監測技術是測量各種工藝流體狀態腐蝕性的一種測試工作。對于油氣田的腐蝕監測就是測量油、氣、水及混輸狀態下介質的腐蝕性測試工作。

腐蝕監測技術能夠提供以下幾種方式的幫助：

(1)對可能導致腐蝕失效的各種破壞性工況進行早期報警。

(2)觀察過程參數的相關變化以及它們對系統腐蝕性的影響。

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

(4)評估腐蝕控制和防腐技術的有效性，如化學緩蝕劑法，并且找出這些技術的最佳應用條件。

(5)提供與當前設備運行情況和各種維護要求有關的管理信息。

1 腐蝕監測技術分類

目前工業常用的腐蝕監測技術有：試片失重法、電阻法、線性極化電阻法、電感阻抗法、氫探針、電化學噪聲、FSM-全周向腐蝕監測技術等。在上述監測技術中試片法、電阻探針法及兩者的聯合應用是工業用腐蝕監測系統的核心。

1.1試片失重法監測技術

腐蝕試片失重法是工業上最常用的腐蝕監測技術。其基本的測量原理就是失重，在一定的暴露時間內發生的重量損失就是腐蝕速度。把一個試片放到工藝環境中，一定時間以后，取出試片進行分析。根據時間周期、試件表面積、試件材質密度、失重量計算其腐蝕速度。在典型監測項目中，試片的暴露時間為30～90天，然后取出進行實驗室分析，進行周期性監測。每個腐蝕試片的重量損失產生在暴露時間內的平均腐蝕速度。

腐蝕試片法優點很多，包括以下六個方面：①可用于所有環境：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，并計算得到腐蝕速度；⑤可以識別和測量局部腐蝕；⑥可以評估抑制劑性能。然而如果在暴露時間內發生腐蝕波動，單獨使用試片不能判斷波動發生的時間，不能根據波動的峰值和時間段記錄重量損失顯著增加的時間。

1.2電阻探針(ER)腐蝕監測技術

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境的實時在線、儀器測量技術。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點：①可應用于所有的工作環境：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，探針可一直置于管線內；④對于腐蝕變化響應迅速，可用于報警。

圖1是典型的電阻探針監測系統的主要組件，在工業管道的安裝中主要有安裝座、空心旋塞、探針、延伸桿、數據記錄儀及數據采集器。

2 兩種監測方法的室內對比分析

圖1 電阻探針監測系統主要組件

2.1試驗目的

在腐蝕監測的工業應用中，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，由于現場工業流體腐蝕變化因素較多，本實驗的目的是在室內靜態條件下對失重試片法與電阻探針法在相同環境中腐蝕速率進行比較分析，并通過中途投加緩蝕劑驗證電阻探針是否能及時響應腐蝕速率的變化。

2.2試驗設備及介質

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

(2)數據記錄儀(MS3500E)：1臺，生產廠家為美國Metal Samples公司。

(3)腐蝕試片：材質20#鋼，大小76×13×1.3mm，12片。

(4)腐蝕介質：油井產出水(中石化西北局塔河一廠聯合站污水)50L。表1為腐蝕介質的水質分析結果。

(5)緩蝕劑：型號為TS-203水溶性緩蝕劑，甘肅泰升化工，1L。

2.3試驗方案

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的試驗桶上方并將其與數據記錄儀連接，設置好相應的參數，每24小時讀取數據一次。

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行，使用鹽酸調節腐蝕介質的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。

試驗過程中通過每天測量pH值并加入稀鹽酸維持腐蝕介質的pH值至3。試驗現場布置情況如圖2所示。

表1 腐蝕介質水質分析表

圖2 室內試驗現場圖

2.3.3投加緩蝕劑

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

2.3.4數據處理

試驗20天后，取出A組、C組試片以及電阻探針，及時清洗試片及探針，避免介質對其進一步腐蝕。從數據采集器中導出電阻探針數據并用相應軟件進行數據處理工作，同時對清洗后的掛片稱重并計算其腐蝕速率。

2.3.5試驗結果

(1)腐蝕試片數據

表2為3組腐蝕試片的腐蝕速率數據表。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 腐蝕試片數據表

(2)電阻探針腐蝕速率

圖3是試驗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響應試驗階段中因投加緩釋劑而導致的介質腐蝕速率發生的變化。

表3 腐蝕試片與電阻探針法腐蝕速率對比表

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比表

表3為腐蝕試片與電阻探針法腐蝕速率對比表。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。從兩者的材質來看，探針試驗材質為C1010，相當于國內10#鋼，而試片材質為20#鋼，兩者材質相差不大，因而材質問題應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中，造成測試數據差異的主要原因應是探針與腐蝕試片原理上的區別所致。

(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了多處明顯和點蝕坑，腐蝕試片表面也有蜂窩狀的小腐蝕坑。

從電阻探針的監測原理來看，只有當腐蝕量累計到一定程度時，金屬試片的電阻變化增大到了儀器測量的靈敏度，儀表或記錄系統才會做出適當的響應。電阻探針實質上只適用于監控均勻腐蝕破壞，但是局部腐蝕卻是工業中更常見的腐蝕形態。電阻探針不容易監測出局部腐蝕，但是當測量元件發生嚴重局部腐蝕時，其測出的腐蝕速率會明顯升高。這也是本試驗中電阻探針監測腐蝕速率遠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 結論及建議

(1)在實驗室污水靜態條件下，與腐蝕試片法監測數據相比，電阻探針法測得的介質腐蝕速率要明顯高于腐蝕試片，試驗監測周期內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)試驗監測周期內，電阻探針監測數據能及時響應和反映出因腐蝕介質投加緩蝕劑前后腐蝕速率的差別。

(3)電阻探針更適用于監控均勻腐蝕破壞的腐蝕形態，當測量元件發生嚴重局部腐蝕時，其測出的腐蝕速率會明顯升高。(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. 腐蝕試驗方法與監測技術[M]. 北京, 中國石化出版社, 2007.

[2] 湯天遴, 高亞楠, 石偉等.腐蝕監測技術在中原油田的應用[J]. 腐蝕科學與防護技術, 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方向工作。