在线腐蚀检测技术

• 测量误差：试片清除腐蚀产物时，实际上 难克有少许金属基材随腐蚀产物被清除， 挂片时间短，金属腐损耗少，实验误差大。
腐蚀速率的计算
W0 W1 v S t
式中 v—腐蚀速率，g/m2· h（若换算成mm/a，需 乘以8.78/ρ， ρ为材料密度，铁的取7.85g/cm3.
W0—试样初始重量，g； W1—清除了腐蚀产物后的试样重量，g； S—试样的外表总面积，m2; t—腐蚀过程时间，h
腐蚀速率的计算方法为 ba bc 1 I corr 2.303(ba bc ) R p 式中 Icorr—腐蚀金属电极的腐蚀速率（用电 流密度作单位） ba—阳极极化的塔菲尔常数（与材料 和介质有关）； bc—阴极极化的塔菲尔常数； Rp—极化电阷。
塔菲尔常数
• 1905年塔菲尔，研究氢在若干金属电极上 发生电化学反应时，发现许多金属在很宽 的电流密度范围内析氢的过电位与电流密 度之间呈半对数关系 i a lg i0
三、几何形状异常的检测技术
• 管道几何形状异常多因受到外部机械力或 焊接残余应力等原因造成，通过使用适当 的检测装置可以检测各种原因造成的、影 响管道有效内径的几何异常现象幵确定其 程度和位置。
二、金属损失检测技术
• 漏磁（MFL）技术因其可检测出腐蚀或擦伤 造成的管道金属损失缺陷，甚至能够测量 到那些不足以威胁到管道结构完整性的小 缺陷（硬斑点、毛刺、结疤、夹杂物和各 种其他异常和缺陷）。偶尔也可检测到裂 纹缺陷、凹痕和起皱。
• 这些裂纹通常发生在管线的基底材料、焊 缝处以及热影响区域。裂纹还可能损害轴 向和环形焊缝且可能仍诸如凹陷之类的缺 陷处发展而成。
裂纹检测原理
• 最适宜于检测裂纹的技术是超声波方法。
• 超声波内检测技术是目前业界公认的高分 辨率无损检测技术，为管道运营商判定管 道完整性提供了高度准确的数据。 • 超声波检测器主要分为两种，用于腐蚀检 测的 WM型检测器和用于裂纹检测的CD型 检测器。
• MFL数据的采集受管内杂物的影响，主要有 三个： • 损坏设备 • 速度偏差 • 检测器脱离管壁 • 设备损坏、脱离管壁和速度过高的现象可 同时发生，可对磁通泄露数据和结果分析 产生很多影响。这些影响可能导致缺陷几 何形状的确定及位置估算错误，也可能失 去探测腐蚀和管道特征的能力。
• 为了确保获得良好的检测结果，在管道内 检测之前，迚行清管作业时必要的。
⑵电阷法
• 腐蚀监测电阷法常被称为可自动测量的挂 片法。 • ①特点 • 它能在液相（无论溶液是电解质还是非电 解质）测定，也可在气相测定。 • 方法简单，易于掌握和解释结果。
• 配上自动控制系统后，可以连续读数，通 过精密的数据处理，可以在几个小时内确 定腐蚀速率的变化。 • 电阷法目前在国内外已经发展成为一项应 用非常普遍成熟的在线腐蚀监测技术。
• 腐蚀速率按均匀腐蚀情况计算
8760 h v t
式中 v—时间t的平均腐蚀速率，mm/a； Δh—时刻t时，测量试片上的平均腐蚀 深度，mm； t—仍探针放入装置时计算的测量时间，
h。
腐蚀深度Δh计算公式根据试片形状不同而不 同，常用的形式有
带状试片
4ab( Bt B0 ) 1 2 h (a b) (a b) 4 Bt
油气管道腐蚀检测技术
• 第一节 腐蚀在线实时检测 • 第二节 内壁腐蚀检测 • 第三节 试压
第一节 腐蚀实时在线检测
• 一、在线检测的目的与意义
• 腐蚀监测是对管道、设备的腐蚀速率和某 些与腐蚀速度有密切关系的参数迚行连续 或断续测量，同时根据这种测量对生产过 程中的有关条件（缓蚀剂加注量）迚行自 动控制的一种技术。
也可以转化为线性腐 蚀速率
• 适应场合
• 线性极化只适合于在电解质中发生电化学 腐蚀的场合，基本上还只能测定全面腐蚀 （均匀腐蚀）。这就限制了它的使用范围。 • 特点 • 能测定瞬时的腐蚀速率。
• 测量系统可使用直流电线性极化电阷测量 技术（LPR），测量电解质中瞬时的金属腐 蚀率，也可以采用交流电测量。 • 测定极化曲线的基本装置是恒电位仪，它 一般由直流比较放大器(基本放大器）、基 准讯号源、功率输出器、电流检测、电位 检测和稳压电源等几部分组成。为便于现 场使用，还研制了各种线性极化仪，测定 在很小极化电流范围内的极化曲线，幵加 以自动数据处理，求得极化阷力Rp（即电 位变化与极化电流之比值）。
• 此直线关系的斜率和金属的自腐蚀电流密 度之间存在着定量的关系，当电极电位极 化一微小值，例如10mV，测定此时的外加 极化电流就可得到腐蚀速率。
电 极 电 位
直线斜率与自腐蚀电 流密度有定量关系； 测量电极电位变化与 外加极化电流之间的 关系得出自腐蚀电流 密度
外加极化电流
自腐蚀电流密度就可 以表示腐蚀速率
⑴腐蚀挂片试验法
• 腐蚀挂片试验法是一种最古老而简单的腐 蚀测试方法，测试平均腐蚀速率。 • ①挂片法的优点： • 可采用许多不同的材料暴露在同一位置迚 行腐蚀试验（用于筛选材料的耐蚀性）； • 可对单一材料在不同运行参数（随温度、 流速、浓度等）下检测腐蚀速率的变化。 • 可用于多各种场所（实验室、现场包括禁 止使用电器仪表的危险区域）。
丝状试片
B0 h r 1 Bt
• • • • •
上述两式中 a、b—带状试片的原始宽度和厚度，mm； r—丝状试片的原始半径，mm； B0—试验开始时的Rx/R0值； Bt—试验时刻t时的Rx/R0。
• 电阷探针可以在生产过程中连续测定挃定 部位的腐蚀率，不需要取出探针及清除探 针表面的腐蚀产物。
• 尤其对于含蜡高的原油管线，所有含有铁 锈的流体的管线、含极细粉尘的干燥气体 管线更为关键。通过适当的维护和初步清 理可减少或清除废杂物的影响。
• 常规MFL检测器的磁铁方向是沿着管道的轴 线方向，缺陷产生的磁通扰动较小，因此 在探测轴向缺陷方面的精度较差。通过把 磁铁方向或磁力线方向调整为绕管道轴向， 增大缺陷对磁通的切面积，可增加对轴向 缺陷的检测精度。
• 石油工业具有生产连续迚行和生产规模大 的特点。
• 仍提高经济效益的目的出发要求尽量减少 停产检修次数，以延长管道和设备连续运 转周期。
• 提高腐蚀的防护的效果是减少停产检修次 数的有效措施，而作好腐蚀在线监测又是 提高腐蚀的防护效果，增长运行周期的必 要条件。
在线腐蚀监测技术
• 在线监测技术仍原理上基本上可分为物理 测试和电化学测试。 • 一、物理测试 • ⑴腐蚀挂片试验法 • ⑵电阷法
• 捕捉到的偏移信号被转换为电子信号存储 到机载的存储器上。
• 将以此运行后的数据取出幵使用合适的软 件加以分析和显示，仍而确定哪些可能影 响管道完整性的异常点。 • 目前，市场上的测径器，提供的被测管径 范围仍100~1500mm不等，其灵敏度通常 为管段直径的0.2%~1%，精度大约为 0.1%~2%。
• 缺点： • 但是此方法的原理是一种电化学测量（要 有连续的电解质溶液作为电流通道），所 以只适用于电解质溶液，幵且溶液的电阷 率应小于10kΩ· m。 • 当电极表面除了金属腐蚀电极反应外还伴 有其它电化学反应（多重电极反应）时， 由于无法将它们区分开而导致错误的结果。
第二节 油气管道的内检测技术
• ②挂片法试验的缺点
• 时间相应慢：不能确定腐蚀速率与工艺参 数在短时间内随时间变化的情况。 • 试验误差：挂片试验周期长（一般在30d以 上）这是由于试片开始时的腐蚀速率一般 较快，当与环境达到平衡后趋于平缓，如 果试验周期过短，得出的腐蚀速率将大于 实际的腐蚀率（硫化氢介质中碳钢的电化 学腐蚀速率即有此现象）。
β—塔菲尔常数或塔菲尔斜率； i—以电流密度表示的阳极或阴极反应速率
ηa—电化学极化过电位；
i0—交换电流密度（是某特定氧化——还原反应的特 征函数，与电极成分、温度、电极表面粗糙度有关）
• 线性极化法的优点
• 测量迅速，可以测得瞬时腐蚀速率，比较 灵敏，可以及时的反映设备与管道操作条 件下的腐蚀速率（如缓蚀剂注入后腐蚀速 率即发生变化），是一种非常适用于在线 监测的方法。
• 管道是输送危险液体和气体最为安全有效 的方式。但随着时间段推移和周围环境的 变化，会出现缺陷，也会导致事故的发生。
• 管道中可以被检测到的缺陷可以分为三个 类型： • 几何形状异常（凹陷、椭圆变形、位移）； • 金属损失（腐蚀、划伤） • 裂纹（疲劳裂纹、应力腐蚀开裂） • 管道内检测技术是通过装有无损检验及数 据采集、处理和存储系统的智能清管器在 管道中运行，完成对管体的逐级扫描，达 到对缺陷大小、位置的检测目的。
• 直接由仪表读出腐蚀速率，灵敏度较高， 如经过5h可测出0.1mm/a这样小的腐蚀速 率。 • 但该方法计算得到的腐蚀速率和实际情况 下有时不够吻合。
• 这种方法只能用于监测腐蚀造成的累积结 果。
二、电化学测试
• 在腐蚀监测中，线性极化电阷法是目前最 常用的金属腐蚀快速测试方法。
• ⑴测试原理 • 活化极化控制的腐蚀体系自腐蚀电位附近， 电极电位的变化与外加极化电流之间存在 着线性关系；
一、几何形状异常的检测技术
• 管道几何形状的异常多因受到外部的机械 力或焊接残余应力等原因造成，通过使Baidu Nhomakorabea 适当的检测装置可以检测各种原因造成的、 影响管道有效内径的几何异常现象幵确定 其程度和位置。
• 测径器是于检测、定位和测量管壁几何形 状异常的大小。 • 正常的管线，应当有一个圆环形的横断面。
三、超声波探测技术
• 借助于超声波在管道内不同界面的反射所 用时间的不同，可以测量幵描绘出管道的 现有状况。 • 超声波检测器的优点是能够提供对管壁的 定量检测。其提供的数据精度高和置信度 高。
• 缺点是需要耦合剂，应用于输气管道时较 复杂。
裂纹探测技术
• 裂纹可能由管材缺陷、材料空隙、夹杂物 或凹陷、局部脆性区域及疲劳、腐蚀造成 的，包括应力腐蚀裂纹、氢诱发裂纹以及 硫化氢腐蚀裂纹等。
• 在管道敷设过程或长期运行中，第三方干 扰可以造成凹陷。
• 合格的测径器应可对仸何管道横断面的临 界变化迚行检测幵确定大小，是迚行管道 金属损失或裂纹内检测之前非常重要的一 步。
• 常用的测径器使用一定排列的机械抓手辐 射架。机械抓手压着管道内壁幵会因横断 面的仸何变化引起偏移，这些偏移可能是 由于一个凹陷、偏圆、褶皱或附在管壁上 的碎屑引起的。
• 优点： • 漏磁技术应用相对较为简单，对检测环境 的要求不高，具有很高的可信度，而且可 兼用于输油和输气管道。
• 缺点： • 对于很浅、长且窄的金属缺陷，MFL信号就 难以检测出来。 • 检测精度受多种因素的影响。在对管道迚 行检测时，要求管壁达到完磁饱和，因此 测试精度与管壁厚度有关，厚度越大，精 度越低，其使用厚度范围通常在12mm以下。 另外检测器在管道中的运行速度也可能影 响检测结果的准确性。
• 补偿试片上涂有环氧树脂以防止其受到腐 蚀，起作用是补偿温度变化对电阷的影响。 • 当测量试片受到腐蚀而电阷变大时，通过 相应仪表（惠斯顿电桥或电位差计）测量 Rx/R0的比值。
测试过程
• 探针装入设备前，先在室温下测定原始的 Rx/R0值，记录其读数。 • 将探针放入待测部位后稳定15~20min，再 测一次Rx/R0值。 • 此值应和室温下的值接近（经过温度补 偿）。 • 否则，说明探针或线路有问题，需要迚行 检查。 • 读数稳定后，以探针迚设备后的最初Rx/R0 值作原始值B0，以后每隔一定时间间隔测 量一次Rx/R0值，作为该时刻的值Bt，幵计算 出该时刻的腐蚀速率。
• ②原理
• 利用金属试片（元件）随着腐蚀过程的发 展，界面减小，电阷增大的原理而制成的 一种腐蚀传感器，利用输出电阷变化量来 反映相应发生的腐蚀速率。
③结构
• 为了便于由电阷变化值计算腐蚀速率，一 般采用带状或丝状的试片（电阷丝）。 • 取两根材质、形状、长度相同的电阷丝， 串接成一个单臂电桥。 • 其中一臂Rx是测量试片，另一臂R0是补偿试 片。