腐蚀监测技术培训(辽阳)0705

炼化装置设备管线腐蚀“监测”技术介绍（NACE3T199）陈阵2013年7月13日前言NACE出版物3T199《TechniquesforMonitoringCorrosionandRelatedParametersinFieldApplications》《现场用于监测腐蚀及相关参数的技术说明》前言NACE：美国腐蚀工程师协会ASNT：美国无损检测协会ASME：美国机械工程师协会API：美国石油组织ASTM：美国材料试验协会前言由于工业现场的工艺条件、流体形态等因素复杂而繁多，因此现场评估腐蚀状态十分困难。目前市场上有许多直接或间接的腐蚀测量技术，但每种技术都有它各自的优点与局限性，因此一些技术在某些特定的场合并不适用。一般来说，为测量腐蚀，都会采用超过一种以上的监测技术，利用不同技术的优势来相互弥补它们的缺点。换句话说，多种技术的组合应用具有互相促进的作用，比如在腐蚀失效检测的同时对现场的介质进行取样分析。前言本课程的目的，就是对多种腐蚀监测技术在工业现场应用条件下的优点及缺点进行分析讨论，使工程技术人员了解影响腐蚀的各项因素，同时为工程技术人员今后根据现场条件选择监测技术提供帮助。本课程同时针对初次接触腐蚀监测技术，以及有一定现场应用经验的工程技术人员。一方面，希望使初次接触的技术人员了解各类腐蚀监测技术的现场应用范围；另一方面，使有经验的技术人员了解一些不常用的技术，以及一些常用技术的特殊使用范围。腐蚀监测技术指现场用于监测设备腐蚀状况、腐蚀过程或与腐蚀相关的一些参数的技术。目前腐蚀监测技术有几种分类方法，在本课程当中，主要基于技术的应用特性，选择了以下的分类方法，将腐蚀监测技术分为两大类、四小类：直接监测技术侵入式技术非侵入式技术间接监测技术在线技术离线技术腐蚀监测技术分类直接监测技术测量的是因腐蚀或冲蚀而出现直接变化的参数；而间接监测技术测量的是那些影响腐蚀或冲蚀，或受腐蚀或冲蚀影响而出现变化的参数。侵入式技术是指需要穿过管线或容器外壁，直接接触到内部介质进行测量的技术。一般来说，侵入式技术需要特定形式的探针或测试试片。间接监测技术可以是在线或离线的。对于在线技术而言，不需要将设备从工艺过程中移除，而离线技术则需要从工艺过程中采集样品或试片进行分析。腐蚀监测技术分类腐蚀监测技术分类直接监测技术侵入式技术非侵入式技术物理技术失重挂片扩展分析挂片点蚀起源分析电阻技术目视检查电化学技术直流技术单电极探针耦合多电极探针线性极化技术电偶腐蚀交流技术电化学噪声动电位极化电化学阻抗谱谐波失真分析物理金属损失电磁-涡流检测电磁-远场技术超声测厚磁通泄漏物理裂纹检测表面活化-伽马射线测试射线照相声发射超声缺陷检测电场映射超声缺陷测量导波测试腐蚀监测技术分类间接监测技术在线技术腐蚀产物氢监测电导率溶解氧电化学腐蚀电位氧化还原电位pH值应变测量流速水分析温度露点工艺参数压力流体检测沉积检测结垢外部监测热成像流态腐蚀监测技术分类间接监测技术离线技术金属离子溶解固体气体分析碱度反应型缓蚀剂水分析总酸值总氮工艺采样分析硫含量残余缓蚀剂微生物分析成膜型缓蚀剂残余氧化物原油含盐1.物理监测技术腐蚀监测技术—直接、侵入式技术定义与范围指通过测量腐蚀后金属试片的几何变化来确定金属损失的技术。金属试片的许多特定性能都有可能因为腐蚀而发生变化，如：质量、电阻、磁通量、反射率、转动惯量、硬度、谐波频率等。在试片设计阶段就需考虑需要研究的变化特性。举例来说，一个用于研究开裂的试片和一个用于研究平均腐蚀的试片在结构上会有很大区别。当采用电子技术进行试片物理性能测量时，就可以保持试片位置不变并可以进行频繁测试；当需要将试片从工艺流程中取出，进行物理性能测试时，频繁的检测相对就不易实施。所有物理监测技术的准确性，都与腐蚀过程的电化学性质、或者是环境相态（气、液、固态）无关。1.物理监测技术技术特性(a)通过测量金属损失，根据时间计算金属损失率；(b)由于测试试片厚度的会出现减少，或是腐蚀区域的扩大，这类技术对于由腐蚀与冲蚀造成的金属损失十分敏感；(c)对于现场材料的直接测量，其灵敏度一般低于这种侵入式的试片。技术优点(a)这类技术几乎适用于所有工艺环境；(b)这类技术的准确性不受腐蚀反应电化学变化的影响；(c)可以用于测量电化学技术无法测量的纯冲蚀。局限性对于一些腐蚀机理的物理证据，只能通过侵入式设备获取。腐蚀监测技术—直接、侵入式技术1.1失重挂片定义与范围失重挂片是将小的金属挂片，暴露于特定的环境中一段时间，来确定金属在环境中的反应。测试结束后将挂片从环境中取出，表面的腐蚀产物采用物理或化学的方式清除。挂片可以直接安装在有代表性的工艺流程中。同时，也可以将挂片安装在特定旁路上，并在需要时，对旁路的流程或温度进行调整，使结果更具有代表性。试片的设计一般根据测试的目的进行，如扁平试片用于均匀腐蚀或点蚀，焊接试片用于焊缝局部腐蚀，应力试片用于应力腐蚀开裂。通过计算金属损失，可以确定试片在特定时间段内的平均腐蚀速率，也正因此，这种技术无法进行实施测量。腐蚀监测技术—直接、侵入式技术1.1失重挂片腐蚀速率计算公式腐蚀速率（mm/a）=（8.76*104）M/ADT其中：M=挂片质量损失（g）A=挂片表面积（cm2）D=材料密度（g/cm3）T=挂片时间（小时）腐蚀监测技术—直接、侵入式技术1.1失重挂片腐蚀挂片腐蚀监测技术—直接、侵入式技术1.1失重挂片技术特性(a)可以为进一步的分析实验提供良好的样品；(b)可以通过测量挂片表面腐蚀坑的深度（使用光学显微镜等）评估点蚀、缝隙腐蚀及其它非均匀腐蚀；(c)可以作为电化学腐蚀监测的良好补充；(d)挂片需直接暴露于工艺介质中，但须取出后才可进行分析；(e)一般来说，为保证一些局部腐蚀的发生，并可对工艺条件进行合理的评估，挂片时间越长越好。一般用于评估点蚀和缝隙腐蚀的挂片最短时间为3个月。(f)对于平均腐蚀而言，ASTMG313规定，挂片的最短时间（以小时计算）应为50除以预期腐蚀速率（mm/y）（或者2000除以预期腐蚀速率（mpy））。当然，这可以根据实验实在实验室这样控制良好的环境进行或是在现场进行作出调整。在实验室，由于腐蚀产物不会出现聚集，因此可以根据更小的质量损失数据获得良好的腐蚀速率。腐蚀监测技术—直接、侵入式技术1.1失重挂片技术优点(a)技术原则简单易懂；(b)可以在很小的空间对多种金属进行对比；(c)挂片本身成本较低局限性(a)所获得的腐蚀速率数据是挂片时间内的平均腐蚀速率，局部腐蚀需通过光学显微镜等技术进行测量；(b)挂片时间过短可能导致结果不具有代表性，一般来时候，由于腐蚀其实阶段腐蚀速率较高，那么可能挂片数据高出现场材料正常腐蚀速率；(c)在挂片期间，无法判断腐蚀失效的时间或程度；(d)腐蚀速率只能在挂片取出后进行计算；(e)挂片的清理和分析过程耗费附加成本和时间；(f)挂片的清理对于结果的计算影响很大（尤其是实验室测试）。腐蚀监测技术—直接、侵入式技术1.1失重挂片相关文献ASTMG4ASTMG31NACERP0497NACERP0775腐蚀监测技术—直接、侵入式技术1.2扩展分析挂片-点蚀分析扩展分析挂片的主要功能，相对于一般失重挂片而言，是为了确定腐蚀过程中点蚀的发生机理。具体的区别包括评估的目的、处理的专业程度、挂片的时间长度、以及开展的分析手段。一般情况下，挂片时间为15~90天，取出后应特别注意保持腐蚀表面完整，以进行进一步分析。主要分析设备包括扫描电镜（SEM）与能谱（EDS）等。可以使用普通失重挂片替代实验。腐蚀监测技术—直接、侵入式技术1.3电阻技术（ER）定义与范围电阻技术的基本原理就是被测金属的电阻值会因为其截面区域受腐蚀、冲蚀作用减小后而升高。在实际应用过程中，一般会使用一支温度补偿探头进行对比，弥补因温度造成的电阻变化。由于电阻值一般较小，因此测量时采用一些高灵敏电子元件。电阻技术可以使用在线或旁路安装，并提供实时测量数据。截面大电阻小截面小电阻大发生腐蚀腐蚀监测技术—直接、侵入式技术1.3电阻技术（ER）技术特点(a)电阻探针的分辨率一般为总厚度的千分之一，探针的厚度一般为0.05至0.64mm，而高分辨探头的分辨率一般可以达到探头厚度的262144分之一。(b)由于电阻的变化非常细微，同时温度、应力及电噪声都会对型号产生影响，迫使探针的硬件和软件继续过滤，延长了腐蚀速率计算时间。(c)使用一般探针计算腐蚀速率一般间隔为天，而使用高分辨探头可以达到小时级。(d)可用于测量腐蚀与冲蚀。(e)高分辨探头更容易受热噪声影响，因此使用范围受限。(f)如果用于冲蚀监测，受冲蚀探头表面与总体表面比例需进行校正；(g)如要测量露点腐蚀，可以采用冷凝旁路，或冷却探头本体。腐蚀监测技术—直接、侵入式技术1.3电阻技术（ER）技术优点(a)可进行持续监测，对于了解控制腐蚀过程作用较大；(b)几乎可用于任何环境；(c)相应快，可在较严重问题出现之前采取想控制措施；(d)不需从该系统中取出探头就可以进行测量；(e)对于监测缓蚀剂效果作用明显，可用于缓蚀剂优化；腐蚀监测技术—直接、侵入式技术1.3电阻技术（ER）腐蚀监测技术注剂调整过程周期腐蚀损耗腐蚀速率a-b84小时9.5μm0.99mm/ab-c124小时24.5μm1.73mm/ac-d104小时2.0μm0.17mm/aabcdμm1.3电阻技术（ER）腐蚀监测技术局限性(a)监测结果一般代表均匀腐蚀的腐蚀速率，对于局部腐蚀敏感性较差；(b)在电化学腐蚀环境中，相对于电化学技术，电阻探针确定腐蚀速率所需要的时间相对较长（几小时到几天）(c)在某些条件下，部分导电的腐蚀产物（如硫化铁）沉积在探头表面，可能导致腐蚀速率测量值降低。(d)当安装环境出现较大温度波动时，会引起测量腐蚀速率出现波动。1.3电阻技术（ER）腐蚀监测技术选点原则（炼化装置）(a)探针应安装在露点形成即腐蚀最严重的部位，一般为换热器或空冷器的出口段与空冷入口段及两者之间的工艺管线；(b)探针安装应保证探头与管线内部的腐蚀性介质充分接触；(c)腐蚀探针材质的选择应根据实际安装探针的目的进行；(d)若探针安装部位有注剂，则探针应安装在注剂位置之后并保持一段距离或隔有弯头之类，以确保探针所接触介质中注剂已均匀混合。参考文献ASTMG961.3电阻技术（ER）安装在空冷管箱上的电阻探针腐蚀监测技术—直接、侵入式技术1.3电阻技术（ER）腐蚀探针温度探头管箱介质总入口腐蚀监测技术—直接、侵入式技术1.3电阻技术（ER）腐蚀监测技术—直接、侵入式技术26,33.33%12,15.38%10,12.82%5,6.41%4,5.13%3,3.85%2,2.56%2,2.56%2,2.56%2,2.56%2,2.56%1,1.28%1,1.28%1,1.28%1,1.28%1,1.28%1,1.28%1,1.28%1,1.28%蒸馏加氢催化焦化硫磺乙烯苯乙烯溶剂再生酸性水乙二醇重整丁苯橡胶减粘糠醛双脱顺丁橡胶碳四PTA循环水1.3电阻技术（ER）腐蚀监测技术—直接、侵入式技术207,47.05%52,11.82%42,9.55%27,6.14%25,5.68%14,3.18%12,2.73%8,1.82%10,2.27%7,1.59%7,1.59%7,1.59%6,1.36%5,1.14%5,1.14%2,0.45%2,0.45%1,0.23%1,0.23%蒸馏加氢催化硫磺乙烯焦化重整乙二醇减粘循环水碳四溶剂再生酸性水顺丁橡胶苯乙烯丁苯橡胶PTA双脱糠醛1.4目视检测（腐蚀检查）定义与范围通过肉眼，或使用内窥镜、照相机、蚀坑深度计等设备，对腐蚀形貌进行观察以及测量。技术优点(a)可以快速检查大面积区域，并发现局部腐蚀；(b)可使用特定设备对实际蚀坑深度、点蚀率等进行测量。局限性(a)一般需要在系统停工的情况下进行；(b)若在不停工情况下使用内窥镜等设备，则对介质透明度要求较高。腐蚀监测技术—直接、侵入式技术1.4目视检测