第八章 腐蚀监控.ppt

第八章 腐蚀监控主要主要内容内容掌握：腐蚀监控的定义及方法 监测点的选择原则1u 腐蚀监控的提出腐蚀监控的提出 由于化工生产连续的特点和装置大型化的发展趋势，要求尽量减少停车检修的时间和次数，延长设备连续运转的周期。生产实生产实际要求设备随时进行腐蚀监控际要求设备随时进行腐蚀监控。u 腐蚀监控的概念腐蚀监控的概念 对设备的腐蚀速度和某些与腐蚀速度有密切关系的参数进行连续或断续测量，同时根据这种测量结果对生产过程的有关条件进行自动控制的技术。2u 腐蚀监控的作用 改善设备运行状态，提高设备的可靠性 鉴定腐蚀原因 了解腐蚀过程与工艺参数之间的关系 判断防腐方法的效果3第一节 腐蚀监控方法的要求、分类及选择一、要求p 实用可靠，可长期进行测量，有适当的精度和测量 重现性，以便确切地判断腐蚀速度。p 应当是无损检测，测量无需停车。p 有足够的灵敏度和反应速度，测量过程要短，以满 足自动报警和自动控制要求。p 操作维护简单，不需要对操作人员进行复杂培训。4二、分类 直接监控法直接监控法和和间接监控法间接监控法。直直接接监监控控法法现场调查法现场调查法：用肉眼或使用光学设备用肉眼或使用光学设备物理方法物理方法：现场挂片、超声波法、声发射法、电阻法、涡现场挂片、超声波法、声发射法、电阻法、涡 流法、热图像法、射线照相流法、热图像法、射线照相机械法机械法：监测孔，测量式样机械性质变化监测孔，测量式样机械性质变化电化学法电化学法：线性极化法、电偶法线性极化法、电偶法间间接接监监控控法法介质条件测定介质条件测定：腐蚀性离子分析、溶解氧浓度测量、溶液腐蚀性离子分析、溶解氧浓度测量、溶液pHpH 值测量、测量溶液氧化还原电位值测量、测量溶液氧化还原电位缓蚀剂浓度测定缓蚀剂浓度测定金属腐蚀电位测定金属腐蚀电位测定氢渗透量测定氢渗透量测定：氢探针氢探针5三、监测方法的选择 总的原则是总的原则是：使用一种以上的方法。可通过实验室实验来确定哪些因素的影响较重要，以帮助选择监测方法范围。6四、监测点的选择 监测点的选择关系到能否正确得到设备真实腐蚀状态信息。正确选择监测点应基于对工艺条件、结构材料、系统几何形状等的详细了解。尤其重视以下部分：尤其重视以下部分：尤其重视以下部分：尤其重视以下部分：u 物料流动方向突然发生变化的地方，如：弯头、三 通及管子尺寸发生变化的部位。u 死角、缝隙、障碍物或其它导致腐蚀产物堆积而建 立腐蚀电池的地方。7u 会产生强烈电偶腐蚀的地方u 应力集中区，如：焊接接头、铆接区、温度或压力 循环变化的部位。u 由于进料、冷凝等原因而引起的环境变化区域。同时要考虑监测点应易于检查，并有足够空间来安装探针或探测元件。8第二节 腐蚀监测的方法一、一、现场调查法 最基本的腐蚀检查方法，一般作为检查的第一步。方法简单，但要求检查人员有丰富的经验，且需一定的停车时间。能提供设备的综合观察结果和局部腐蚀的定性评价。需借助工具：放大镜、内窥镜、卡钳、孔蚀深度计等。针对破坏现象：裂纹、蚀孔、鼓泡、锈斑及材料的损坏、变形、脱色、泄漏等。9二、挂片法二、挂片法 是把材料试样在腐蚀环境中暴露一定时间后，测量材料发生的变化。广泛应用于过程设备的检测中。l 优点优点可同时进行平行试验，定量测量腐蚀速可同时进行平行试验，定量测量腐蚀速 度，研究最普通的腐蚀型式。度，研究最普通的腐蚀型式。l 缺点缺点只能得到试验周期的平均腐蚀速度，无法只能得到试验周期的平均腐蚀速度，无法 指出腐蚀出现的时间。腐蚀重现性不好。指出腐蚀出现的时间。腐蚀重现性不好。10常见试验架的类型常见试验架的类型 鸟笼型试样架鸟笼型试样架优点：可保护试样不受意外机械损伤缺点：安装及取出试样要停车11 插入型试样架插入型试样架 当该接管还有其它用途时，可在圆盘上开孔或槽，以便物料流过，进行分析取样及安装液面计。12 Dutchman 型试样架型试样架大型管线专用13 滑入型试样架滑入型试样架排液阀排液阀法兰法兰挂片挂片隔离环隔离环阀门阀门手柄手柄14对 试 样 的 要 求l 加工状态、表面状态和组织状态应当尽量与设备加工状态、表面状态和组织状态应当尽量与设备 材料状态相同。材料状态相同。l 比表面积（即表面积和质量比）要大，以便得到比表面积（即表面积和质量比）要大，以便得到 较大的腐蚀失重。较大的腐蚀失重。l 厚度宜薄，以试验过程中不被腐蚀穿为宜。厚度宜薄，以试验过程中不被腐蚀穿为宜。l 便于安装。便于安装。l 质量不应大于质量不应大于200克，以便用天平称重。克，以便用天平称重。l 不能在试样上打记号，避免冷加工的影响。不能在试样上打记号，避免冷加工的影响。15试样的绝缘试样的绝缘 试样间以及试样与试样架间要保持电绝缘，可试样间以及试样与试样架间要保持电绝缘，可用管状塑料隔离环，材料可用氟塑料。用管状塑料隔离环，材料可用氟塑料。16试样的处理试样的处理 设备运行一定时间后，取出支架和试样。首先设备运行一定时间后，取出支架和试样。首先观察腐蚀产物状态，然后清洗，再进行表面观察，观察腐蚀产物状态，然后清洗，再进行表面观察，测定失重和分析腐蚀原因。测定失重和分析腐蚀原因。17三、电阻法三、电阻法1.1.原理原理 通过测量在生产过程腐蚀环境中受到腐蚀的测量通过测量在生产过程腐蚀环境中受到腐蚀的测量元件电阻的变化，来求得设备或管道壁厚的减小和材元件电阻的变化，来求得设备或管道壁厚的减小和材料的腐蚀速度。料的腐蚀速度。测量元件可以是线状的、管状的、条状的，称为测量元件可以是线状的、管状的、条状的，称为电阻探针电阻探针。腐蚀过程中，其截面减小，电阻增大。腐蚀过程中，其截面减小，电阻增大。2.2.探针设计探针设计 温度对电阻的影响很大，因此温度对电阻的影响很大，因此制作电阻探针的关制作电阻探针的关键是温度补偿键是温度补偿。该功能由温度补偿片完成。该功能由温度补偿片完成。18 温度补偿片被树脂或陶瓷保护不受腐蚀。选择测温度补偿片被树脂或陶瓷保护不受腐蚀。选择测试元件时需要综合考虑工作寿命和灵敏度。试元件时需要综合考虑工作寿命和灵敏度。探针的最高使用温度取决于测量元件与探针本体探针的最高使用温度取决于测量元件与探针本体间绝缘材料的种类。聚四氟乙烯和玻璃可用到间绝缘材料的种类。聚四氟乙烯和玻璃可用到260260，陶瓷可用到陶瓷可用到540540。19 高温电阻探针腐蚀监测仪高温电阻探针腐蚀监测仪针对石油化工企业在加工高针对石油化工企业在加工高硫原油中出现的高温腐蚀问题。使用温度为硫原油中出现的高温腐蚀问题。使用温度为350350400400的电阻探针可在线测量，随时监测高温部位腐蚀情况了解的电阻探针可在线测量，随时监测高温部位腐蚀情况了解腐蚀行为特征；并将测量结果传输到计算机进行数据处理、腐蚀行为特征；并将测量结果传输到计算机进行数据处理、比较、评估，建立原始腐蚀数据库。比较、评估，建立原始腐蚀数据库。20腐蚀监测探头21四、腐蚀电位监测法四、腐蚀电位监测法1.原理原理 基于金属或合金腐蚀电位与其腐蚀状态间的关系。基于金属或合金腐蚀电位与其腐蚀状态间的关系。p 具有活化具有活化钝化转变的金属可以用电位确定它们的钝化转变的金属可以用电位确定它们的腐蚀状态。孔蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀破裂及某些选腐蚀状态。孔蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀破裂及某些选择性腐蚀都存在各自的临界电位，可以用来作为是否择性腐蚀都存在各自的临界电位，可以用来作为是否产生这些类型腐蚀的判据。通过金属腐蚀电位的测量产生这些类型腐蚀的判据。通过金属腐蚀电位的测量可以了解导致设备腐蚀的工艺方面的原因。可以了解导致设备腐蚀的工艺方面的原因。p 能否采用金属腐蚀电位检测的另一个重要条件是这能否采用金属腐蚀电位检测的另一个重要条件是这些特征电位间的间隔要足够大，如些特征电位间的间隔要足够大，如100mv，以便正确，以便正确判断由于腐蚀状态发生变化产生的电位移动。判断由于腐蚀状态发生变化产生的电位移动。222.应用范围及优点应用范围及优点l 突出优点是可以直接利用设备本身突出优点是可以直接利用设备本身,而无需使用测量而无需使用测量元件的材料与设备材料有差异的探针，有时甚至可利元件的材料与设备材料有差异的探针，有时甚至可利用设备中的某些部件作为参比电极。用设备中的某些部件作为参比电极。如：一台处理硫酸和有机酸混合物的橡胶衬里的反应釜中，利用与设备绝缘的热电偶钽（tan）套管作为参比电极来测量蛇管的腐蚀电位，从而可以判断这个蛇管是处于钝化状态还是处于活化腐蚀状态。l 该法已应用于监测孔蚀和应力腐蚀破裂。该法已应用于监测孔蚀和应力腐蚀破裂。23阴极保护电位监测仪 24五、线性极化法（极化电阻法）1.原理原理 在腐蚀电位附近（在腐蚀电位附近（+10mv）电流的变化和电位的变）电流的变化和电位的变化之间成直线关系。其斜率与腐蚀速度成反比：化之间成直线关系。其斜率与腐蚀速度成反比：式中，式中，RF极化电阻；极化电阻；B常数，取决于材料和介质，通常现场监测常数，取决于材料和介质，通常现场监测 前已确定。前已确定。25l 线性极化法主要任务是测量线性极化法主要任务是测量RF。l 该法测量迅速，可测得瞬间速度，比较灵敏，可及该法测量迅速，可测得瞬间速度，比较灵敏，可及 时反映设备操作条件中的变化。时反映设备操作条件中的变化。l 基于电化学的测量原理决定只适用于电解质溶液，基于电化学的测量原理决定只适用于电解质溶液，并且溶液的电阻率应小于并且溶液的电阻率应小于10k m。l 当电极表面除了金属腐蚀反应外还伴有其他电化学当电极表面除了金属腐蚀反应外还伴有其他电化学 反应时，该法无法将它们区分开而导致误差，甚至反应时，该法无法将它们区分开而导致误差，甚至 得出错误的结果。得出错误的结果。262.RF的测量的测量l 测量的设备主要有测量的设备主要有极化电源和电极系统极化电源和电极系统两部分组成两部分组成l 电极系统一般作成探针的形式，有两电极和三电极电极系统一般作成探针的形式，有两电极和三电极两种。两种。l 两电极体系结构简单，经济，在电导较小的介质中两电极体系结构简单，经济，在电导较小的介质中可能产生显著的可能产生显著的IR降，适用于溶液电阻率小于降，适用于溶液电阻率小于1km的介质。的介质。l 三电极性体系较贵，可用于溶液电阻率更大的介质三电极性体系较贵，可用于溶液电阻率更大的介质（10 km）。）。l 测量的方法可采用恒电流或恒电位方法，将测得的测量的方法可采用恒电流或恒电位方法，将测得的E、i代入上面关系式即可得到代入上面关系式即可得到RF。27六、氢探针u 适用于腐蚀电池的阴极反应是析氢反应适用于腐蚀电池的阴极反应是析氢反应，利用氢气利用氢气 的析出量与金属腐蚀速度成正比的关系来测量腐蚀的析出量与金属腐蚀速度成正比的关系来测量腐蚀u 酸性条件下，腐蚀反应产生的氢以原子渗透扩散进酸性条件下，腐蚀反应产生的氢以原子渗透扩散进 入金属内部，氢探针测量的是渗透氢速率的连续变入金属内部，氢探针测量的是渗透氢速率的连续变 化，定性表征金属全面腐蚀的情况，可以确定氢损化，定性表征金属全面腐蚀的情况，可以确定氢损 伤的相对严重程度，可以有效评价生产工艺和环境伤的相对严重程度，可以有效评价生产工艺和环境 变化对设备材料氢损伤的影响。变化对设备材料氢损伤的影响。28七、监测孔法l 检测孔是在设备和管路的腐蚀敏感部位，在外壁上钻检测孔是在设备和管路的腐蚀敏感部位，在外壁上钻6.5mm的小孔，深度等于设备设计计算的厚度，使剩的小孔，深度等于设备设计计算的厚度，使剩余壁厚等于腐蚀余量。余壁厚等于腐蚀余量。l 当腐蚀余量被腐蚀掉以后就产生小的泄漏，此时要进当腐蚀余量被腐蚀掉以后就产生小的泄漏，此时要进行停车检修或不停车的修理，以防止设备产生更大的损行停车检修或不停车的修理，以防止设备产生更大的损坏。坏。l 检修前对泄漏部位的周围区域进行其他方法的无损检检修前对泄漏部位的周围区域进行其他方法的无损检验，以确定损坏的范围。验，以确定损坏的范围。l 检测孔内壁可以攻出螺纹，并装上接管，这样一旦能检测孔内壁可以攻出螺纹，并装上接管，这样一旦能产生泄漏，可很容易地被堵住。产生泄漏，可很容易地被堵住。l 缺点是物料易燃或有毒时，少量泄漏也可造成危险。缺点是物料易燃或有毒时，少量泄漏也可造成危险。29八、超声波法l 原理：利用压电换能器的高频声波穿过材料，测量利用压电换能器的高频声波穿过材料，测量回声返回探头的时间或记录产生共鸣时声波的振幅作回声返回探头的时间或记录产生共鸣时声波的振幅作为讯号，来检测缺陷或测量壁厚。一般采用示波器或为讯号，来检测缺陷或测量壁厚。一般采用示波器或曲线记录仪显示接收到的讯号，较先进的仪器可直接曲线记录仪显示接收到的讯号，较先进的仪器可直接显示缺陷或给出厚度的数值。显示缺陷或给出厚度的数值。l 超声波法广泛应用于检测化工设备内部的缺陷、腐超声波法广泛应用于检测化工设备内部的缺陷、腐蚀损伤以及测量设备和管道的壁厚。蚀损伤以及测量设备和管道的壁厚。l 优点优点是可进行单面探测，设备不受形状限制。对材是可进行单面探测，设备不受形状限制。对材料内部缺陷检测能力较强，探测速度快，操作安全；料内部缺陷检测能力较强，探测速度快，操作安全；缺点缺点是对操作人员的技术和经验要求高，易带主观因是对操作人员的技术和经验要求高，易带主观因素，探头与剧烈腐蚀的金属表面耦合不良。素，探头与剧烈腐蚀的金属表面耦合不良。30l 该法所使用的耦合剂的使用温度限制了它在高温条该法所使用的耦合剂的使用温度限制了它在高温条 件下的应用，超声波法可探测的金属表面最高温度件下的应用，超声波法可探测的金属表面最高温度 为为550。l 超声波法厚度测量精度为：超声波法厚度测量精度为：350时，精度为时，精度为0.5mm31九、声发射法l 原理原理：材料和结构在受力变形和破坏过程中，有声波材料和结构在受力变形和破坏过程中，有声波发出。声发射监测技术就是通过监听这种声波来检测材发出。声发射监测技术就是通过监听这种声波来检测材料和结构中缺陷的发生和发展，寻找缺陷的位置。料和结构中缺陷的发生和发展，寻找缺陷的位置。l 声发射技术可比较准确的确定裂纹开始产生的时间，声发射技术可比较准确的确定裂纹开始产生的时间，预测出具有滞后破坏特性的材料在应力下可能出现的破预测出具有滞后破坏特性的材料在应力下可能出现的破坏坏。将传感器置于检测对象的关键部位，一旦裂纹出现将传感器置于检测对象的关键部位，一旦裂纹出现或扩大就可能被测出。通过计算机处理后，可显示损伤或扩大就可能被测出。通过计算机处理后，可显示损伤部位的状态。常用于大型设备的监测。部位的状态。常用于大型设备的监测。l 声发射监测可在现场对设备或部件进行实时检测和监声发射监测可在现场对设备或部件进行实时检测和监视报警。不受设备尺寸和形状限制，只要物体中有声波视报警。不受设备尺寸和形状限制，只要物体中有声波发出。该法可进行较远距离的监测。发出。该法可进行较远距离的监测。32l 在腐蚀方面，声发射技术主要用于设备的应力腐蚀在腐蚀方面，声发射技术主要用于设备的应力腐蚀 破坏监测。该法较目前所用的超声波法、电磁法、破坏监测。该法较目前所用的超声波法、电磁法、着色探伤等要迅速和准确。也可用于检测腐蚀疲劳着色探伤等要迅速和准确。也可用于检测腐蚀疲劳 和泄漏。和泄漏。3334十、热图像法l 这是一种较新的无损检测和材料力学性能研究的技这是一种较新的无损检测和材料力学性能研究的技术，也叫红外图像法。术，也叫红外图像法。其原理基于任何物体在绝对零其原理基于任何物体在绝对零度以上都可以释放出一定量的红外线度以上都可以释放出一定量的红外线。l 材料在受力变形和破坏时，由于滑移、生成裂纹等材料在受力变形和破坏时，由于滑移、生成裂纹等能量释放过程，将引起材料表面温度和温度场的变化。能量释放过程，将引起材料表面温度和温度场的变化。与腐蚀有关的现象，如设备的泄漏、设备衬里的破坏、与腐蚀有关的现象，如设备的泄漏、设备衬里的破坏、传热设备的结垢等，都可以提供进行红外线测量的信传热设备的结垢等，都可以提供进行红外线测量的信息。息。l 使用合适的红外线探测系统测量材料表面的温度和使用合适的红外线探测系统测量材料表面的温度和温度场的变化，就可以了解引起这种变化的力学性能、温度场的变化，就可以了解引起这种变化的力学性能、材料缺陷和腐蚀的原因。材料缺陷和腐蚀的原因。35十一、介质分析法l 这是化学分析法在腐蚀检测领域的应用。包括工艺物这是化学分析法在腐蚀检测领域的应用。包括工艺物料中腐蚀性组分的分析、用于腐蚀进入溶液的金属离子料中腐蚀性组分的分析、用于腐蚀进入溶液的金属离子浓度的分析和缓蚀剂的浓度分析。浓度的分析和缓蚀剂的浓度分析。l 采用离子选择性电极可方便测出腐蚀性离子、氯离子、采用离子选择性电极可方便测出腐蚀性离子、氯离子、氰根离子、硫离子等的存在，从而可以比较容易地判断氰根离子、硫离子等的存在，从而可以比较容易地判断环境的腐蚀性。环境的腐蚀性。l 从物料中金属离子浓度的变化可以粗略估计设备的腐从物料中金属离子浓度的变化可以粗略估计设备的腐蚀深度。但该法无法判断局部腐蚀及表面膜的溶解。蚀深度。但该法无法判断局部腐蚀及表面膜的溶解。l 热图像法的优点是可以非接触地进行在线测量。其使用条件是是否存在自发的或诱发的温度场。36 第三节 计算机在腐蚀监测中的应用一、腐蚀监测与预测一、腐蚀监测与预测腐蚀探针测量仪器A/D转换器计算机监测结果预报预测控制机构D/A转换器生产设备微机腐蚀监控图37二、应用实例镇海炼化镇海炼化1000万吨常减压装置腐蚀在线监测万吨常减压装置腐蚀在线监测一）腐蚀监测系统的构成 l 现场腐蚀数据采集器现场腐蚀数据采集器l 腐蚀电阻探针腐蚀电阻探针l 数据远程传递系统（包括：数据转换接口、计算机数据远程传递系统（包括：数据转换接口、计算机 设备、软件系统）设备、软件系统）l pHpH值在线监测软件系统（与腐蚀监测软件系统合二值在线监测软件系统（与腐蚀监测软件系统合二 为一）为一）38二）腐蚀监测系统工作流程 探头安装在工艺管线上，安装形式为探头安装在工艺管线上，安装形式为240240以下以下带压可拆卸安装方式，带压可拆卸安装方式，240240以上法兰式连接。腐蚀以上法兰式连接。腐蚀数据采集器采集与腐蚀速度有关的原始模拟信号，放数据采集器采集与腐蚀速度有关的原始模拟信号，放大后转换成数字信号，并传送到监控室计算机。数据大后转换成数字信号，并传送到监控室计算机。数据到达计算机后处理、显示、建立数据库。通过多点实到达计算机后处理、显示、建立数据库。通过多点实时在线监测，获得生产过程中各流程腐蚀状况。数据时在线监测，获得生产过程中各流程腐蚀状况。数据汇总到生产车间，根据反馈数据调整生产工艺，如调汇总到生产车间，根据反馈数据调整生产工艺，如调整塔顶注水、注氨、注缓蚀剂的周期或注入量，选择整塔顶注水、注氨、注缓蚀剂的周期或注入量，选择减缓设备腐蚀的最佳工艺。此外也可根据积累的大量减缓设备腐蚀的最佳工艺。此外也可根据积累的大量数据评估设备的使用寿命。数据评估设备的使用寿命。39 DCSDistributed Control SystemDistributed Control System，分散控制系统，分散控制系统的简称的简称,国内一般习惯称之为集散控制系统国内一般习惯称之为集散控制系统 401.1.常顶换热器总入口常顶换热器总入口 135 135（安装方式：带压可拆卸连接）（安装方式：带压可拆卸连接）2.2.常顶换热器总出口常顶换热器总出口 90 90 （安装方式：带压可拆卸连接）（安装方式：带压可拆卸连接）3.3.常一线油泵入口常一线油泵入口 204 204（安装方式：法兰连接）（安装方式：法兰连接）4.4.常二线油泵入口常二线油泵入口 248 248（安装方式：法兰连接）（安装方式：法兰连接）5.5.常三线油泵入口常三线油泵入口 321 321（安装方式：法兰连接）（安装方式：法兰连接）41