油田水處理系統(tǒng)中常用腐蝕監(jiān)測技術的比較

（中海油天津化工研究設計院有限公司，天津300131）

油田水處理系統(tǒng)中的腐蝕監(jiān)測技術主要有：電阻法，電感法，線性極化電阻法，失重試片法。本文分別就電阻法，電感法，線性極化電阻法，失重試片法進行比較論述。

1 電阻法

電阻法[1]是以電子監(jiān)測技術為基礎，可對氣相、液相、不導電介質腐蝕體系進行快速、連續(xù)監(jiān)測。電阻法可對特定部位的腐蝕速率進行連續(xù)測定，測量數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠。

在測試過程中，作為測量元件的探針被腐蝕后，長度不變、直徑減小。按照電阻值計算公式R=ρ×L/S可知探針的電阻會增大。電阻法就是根據(jù)電阻和探針直徑的關系，通過測試電阻的變化來反算出探針直徑減小值即腐蝕減薄量。以需要測量的設備材質作為探針材質，測試探針的腐蝕率可以近似表示設備的腐蝕率。

長度一定的試片在腐蝕后其截面積減小，電阻值增大，通過要測量電阻值的變化，即可算出腐蝕減薄量和腐蝕率。形狀不同的試片，其腐蝕減薄量H的計算公式也不同。

1）對于片狀試片

由（1）式推導腐蝕深度為：

式中：R0為腐蝕前電阻值；Rt為腐蝕后電阻值

腐蝕率計算公式：

式中，T2-T1：兩次測量時間差；H2-H1：兩次測量值的差值；8760：一年的小時數(shù)。

2）對于絲狀試片

式中：r0為絲狀試片原始半徑；R0為腐蝕前電阻值；Rt為腐蝕后電阻值。

腐蝕率計算公式：

由（4）式推導腐蝕深度H為：

式中，T2-T1：兩次測量時間間隔；H2-H1：兩次測量值的差值；8760：一年的小時數(shù)。

由于金屬材料電阻率會隨溫度變化而發(fā)生變化，為避免因介質溫度變化引起的測量誤差，我們在探頭內的電路中與測量元件串聯(lián)置入溫度補償元件來消除溫度變化對金屬材料探頭電阻率的影響。

電阻法主要的測量方式是跟蹤監(jiān)測金屬的腐蝕速率，適用于各種腐蝕介質；，響應的時間為一周以上；測量的結果是平均腐蝕速率；該方法的靈敏度較低；溫度影響較小；可應用于實驗室、現(xiàn)場和在線檢測。

例：電阻法在某油田現(xiàn)場監(jiān)測的數(shù)據(jù)（見圖1）。通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行處理可知：圖1所示的時間間隔內，在緩蝕劑正常注入時，該油田生產水對金屬的平均腐蝕率是5.6785mpy。

圖1 某油田電阻法監(jiān)測數(shù)據(jù)

2 電感法

電感法是建立在均勻腐蝕的基礎上，以金屬管狀探針在腐蝕前后的減薄引發(fā)的測量線圈電感量的變化來測量腐蝕速率。線圈通電時，周圍產生電磁場，置于其中的金屬試樣就會對電磁場強度以及測試線圈的等效電感及感抗產生影響。金屬試樣厚度及材質不同，對電磁場強度影響也不同，依此可以測量置于其中金屬試樣腐蝕前后線圈電感量的變化值ΔL和電感探針金屬試片的腐蝕減薄量，進一步推算出腐蝕率。

電感法適用于各種腐蝕介質，主要的測量方式是監(jiān)測金屬損失，響應的時間為1h以上，測量的結果是平均腐蝕速率。該方法的靈敏度較高，溫度影響較小，可應用于實驗室、現(xiàn)場和在線檢測。電感法腐蝕監(jiān)測儀的溫度補償試片與測試樣片處于介質中的同一層面，其測量結果幾乎不受溫度的影響。同時，與傳統(tǒng)的電阻法等監(jiān)測方法相比，電感法抗干擾能力強，腐蝕速率數(shù)值穩(wěn)定，是目前比較流行的新型在線腐蝕監(jiān)測方法。

圖2 某油田電感法監(jiān)測數(shù)據(jù)

例：電感法在某油田現(xiàn)場監(jiān)測的數(shù)據(jù)見圖2。通過對數(shù)據(jù)處理后可知：在上圖所示的時間間隔中，在緩蝕劑停止注入時，該油田生產水的平均腐蝕率是8.1253mpy。

3 線性極化電阻法

線性極化電阻法[2]是由電極極化理論發(fā)展起來的一種快速簡便的腐蝕測定方法。以該方法為基礎發(fā)展起來的在線快速、連續(xù)監(jiān)測設備腐蝕速率的儀器已得到廣泛的應用。

電流通過電極時引起電極電位移動的現(xiàn)象稱為電極的極化。根據(jù)Stern-Geary的理論，當實驗電極在其自然腐蝕電位±10mV范圍內被極化時，極化電位和極化電流成正比，其比值被定義為極化電阻（Rp）。

由線性極化基本方程可得到：

式中，Rp：極化電阻；△E：與腐蝕電位（Ec）的偏離值；△I：與△E 對應的電流；ic：腐蝕電流；ba、bc：Tafel常數(shù)

根據(jù)腐蝕電化學理論，對于雙電子反應，Tafel常數(shù)ba、bc可選取0.059V。通過測定△E—△I曲線，可求出Rp和ic；然后根據(jù)法拉第定律，可以計算出腐蝕速度。

電解池由三電極系統(tǒng)組成，即工作電極（由被測定的材料制成，W）、參比電極（甘汞電極或銀-氯化銀電極，R）和輔助電極（石墨或鉑制成，A），設定恒電位儀采用控制電位或控制電流的方式在自然腐蝕電位上下一定范圍內進行掃描操作，同時記錄相應的電位或電流，即可得到△E—△I曲線。

線性極化電阻法適用于連續(xù)電解質，主要的測量方式是監(jiān)測電化學反應，響應的時間為瞬時響應，測量的結果是瞬時腐蝕速率。該方法的靈敏度高；溫度影響大；可應用于實驗室和現(xiàn)場。使用線性極化電阻法測量腐蝕速率的優(yōu)點在于測試是在電位十分接近腐蝕電位而電流通常小于腐蝕電流的條件下進行的，因此，測試過程不會造成試樣表面的顯著變化；而且，該方法測定瞬時腐蝕速率，較其他方法更有效。

例：線性極化電阻法在某油田現(xiàn)場監(jiān)測的數(shù)據(jù)見圖3。對數(shù)據(jù)處理后可知：在上圖所示的時間間隔中，在緩蝕劑正常注入時，該油田生產水的平均腐蝕率小于2mpy。

圖3 某油田線性極化電阻法監(jiān)測數(shù)據(jù)

4 失重試片法

失重試片法是對已知重量和尺寸的試片在特定腐蝕體系中進行一定時間的曝露，對腐蝕前后重量進行比較，計算腐蝕失重，進而計算平均腐蝕速率。失重試片法可以借助電子顯微鏡觀察試片腐蝕形貌，利用X射線衍射儀分析腐蝕產物，分析試片的腐蝕行為，確定腐蝕類型。但是失重試片法得到的是一段時間內總的腐蝕失重和平均腐蝕速率，無法得到連續(xù)腐蝕數(shù)據(jù)，不能對腐蝕過程進行很好的監(jiān)測。

失重試片法適用于各種腐蝕介質，主要的測量方式是監(jiān)測金屬損失，響應的時間一般為三個月以上，測量的結果是平均腐蝕速率。該方法的靈敏度低；溫度影響小；可應用于實驗室、現(xiàn)場和在線監(jiān)測。失重試片法是一種最經典的監(jiān)測腐蝕速率的方法，它除用于研究和監(jiān)測一些普通的腐蝕形式外，現(xiàn)在主要是用于對各種材料在特定工況下的腐蝕過程進行綜合監(jiān)測。

例：采用失重試片法在某油田現(xiàn)場監(jiān)測的數(shù)據(jù)見圖4可見。時間間隔中，在緩蝕劑正常注入時，該油田生產水的平均腐蝕率是0.9256mpy。

5 四種腐蝕檢測方法比較

圖4 某油田失重試片法監(jiān)測數(shù)據(jù)

表1是油田水處理系統(tǒng)腐蝕監(jiān)測常用的四種方法在測量范圍、測量方式、響應時間、測量結果、靈敏度、溫度影響和應用場所幾個方面的直觀比較。其中電阻法、電感法和線性極化電阻法結果準確，但是溫度變化會造成的測量失真，雖然可以最大程度地進行補償，但是不能完全消除；線性極化電阻法可以測量瞬時的腐蝕速率，便于實時監(jiān)測，但是對試樣表面的腐蝕狀況不能直觀觀察，難以確定腐蝕類型；失重試片法可以比較直觀觀察腐蝕形貌，確定腐蝕類型，但是對于腐蝕速率的監(jiān)測響應時間較長，準確度較低。

表1 油田水處理系統(tǒng)腐蝕監(jiān)測方法的比較

6 結論

本文深入分析比較電阻法、電感法、線性極化電阻法和失重試片法這四種常用的腐蝕監(jiān)測技術，分別介紹每種方法的測量范圍、測量方法、響應時間、測量結果、靈敏度、溫度影響和應用場所，綜合對比在油田水處理系統(tǒng)中這四種腐蝕監(jiān)測技術存在的優(yōu)、缺點。在實際應用中，為了保證油田生產的穩(wěn)定和腐蝕監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確可靠，還需要各種腐蝕監(jiān)測技術結合使用，取長補短。