Вернуться на главную

Мониторинг скорости коррозии по методу электрического сопротивления ER

Введение

Мониторинг скорости коррозии по методу электрического сопротивления (ER) позволяет измерять скорость коррозии любого металлического оборудования или структуры. Метод ER позволяет оценить как электрохимическое воздействие так и механическое, такое как коррозионная эрозия или кавитация. Это метод применим практически ко всем типам агрессивных сред.

ER однозначно подходит для агрессивных сред сослабыми электролитами, таких как пары, газы, почвы, «влажные» углеводороды и неводные жидкости. Например:

• Системы сбора и подготовки нефти и газа
• Технологическиетрубопроводы нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств
• Внешние поверхности подземных трубопроводов
• Системы трубопроводов для питьевой воды
• Промышленные дымоходы
• Строительные конструкции

Система ER мониторинга состоит из прибора, подключенного к зонду. Прибор может быть постоянно установлен для обеспечения непрерывной информации, или может быть портативный для сбора данных из контролируемых точек. Зонд оснащен чувствительным элементом, имеющим химический состав идентичный составу контролируемого технологического оборудования.

Принципы работы

Электрическое сопротивление элемента металла или сплава определяется по формуле:

где:

L = длина элемента
A = площадь поперечного сечения
r = удельное сопротивление

Сокращение (потеря металла) в поперечном сечении элемента из-за коррозии будет сопровождаться пропорциональным увеличением электрического сопротивления элемента.

Практические измерения с помощью ER зонда достигаются с помощью элемента, который находится в агрессивной жидкости, а также изолированного «контрольного» элемента. Измерение сопротивления по отношению к «контрольному» элементу показано на рисунке 1.

Рисунок 1. Схема ER метода

Так как температура элемента сопротивления и контрольного элемента одинакова, то влияние температуры окружающей среды минимально. Таким образом, любое изменение отношения сопротивлений исключительно связано с потерей металла.

Все производимые компанией MetalSamples® ER зонды оснащены третьим элементом, называемым – «checkelement». Поскольку «checkelement» заключен корпус зонда, соотношение его сопротивления, как и контрольного элемента должно оставаться неизменным. Любое значительное изменение этого соотношения указывает на потерю целостности зонда.

Измерение скорости коррозии ER зондом может проводиться либо периодически, используя портативный прибор, либо на постоянной основе с применением стационарно установленного устройства. В любом случае прибор системы ER будет отображать линейный сигнал, пропорциональный потере металла чувствительного элемента. Скорость изменения выходного сигналарегистрируемого прибором является мерой скорости коррозии. Данные постоянного мониторинга, как правило, передаются на компьютер / регистратор данных и обрабатываются, чтобы оценить реальную скорость коррозии. Отображаемые графические методы, как правило, используются для оценки скорости коррозии при периодически полученных данных, как показано на рисунке 2.

Рисунок 2. График измерения скорости коррозии в зависимости от времени.

ER чувствительные элементы

Чувствительные элементы предлагаются в различных геометрических конфигурациях, толщинах и сплавах. Выпускаемые типы элементов показаны на рисунке 3.

Рисунок 3. ER чувствительные элементы

Wireloop- Проволочная петля является наиболее распространенным элементом. Имеет высокую чувствительность и низкую восприимчивость к шуму, что делает его пригодным для мониторинга коррозии большинства установок. Петля изолирована в торце и приварена к элементу. Стеклянный изолятор является химически инертным для большинства сред и стойкий к давлению и температуре. Возможно также исполнение изолятора из Тефлона®. Зонды с проволочной петлей оснащены дефлектором потока для защиты элемента от плавающего мусора в системе трубопроводов.

Tubeloop - Трубчатая петля рекомендуется там, где необходима высокая чувствительность для быстрого выявления низкой скорости коррозии. Чувствительным элементом является трубка малого диаметра из углеродистой стали. Зонды оснащены дефлектором потока для защиты элемента от плавающего мусора в системе трубопроводов.

Striploop - Ленточная петля аналогична предыдущим конфигурациям. Ленточные петли очень хрупкие и должны применяться только для медленного потока.

Cylindrical- Цилиндрический элемент изготавливается с помощью сварки контрольного элемента внутри трубки элемента сопротивления. Этот датчик идеально подходит для суровых условий, в том числе при высокой скорости потока и высокой температуре.

Spiralloop- Спиральная петля состоит из тонкой полоски металла формируемой на изолированной основе. Элемент очень чувствительный иособенно прочный, идеально подходит для трубопроводов высокого пропускного режима. Обладает высокой устойчивостью к шумам.

Flushmount- Элементы, предназначенные для установки заподлицо с стенкой трубопровода. Этот элемент является очень эффективным при моделировании истинного коррозионного процесса вдоль внутренней поверхности стенки трубопровода. Будучи установленным заподлицо, этот элемент не подвержен повреждениям в системах с высокой скоростью потока и может быть использован в трубопроводных системах, на которых применяются скребковые операции.

Surface strip elements (for atmospheric probes)- Элементы представляют собой тонкие прямоугольные полосы со сравнительно большой площадью поверхности, чтобы больше представлять результаты измерений в неоднородных агрессивных средах. Ленточные элементы широко используются в подземных зондах для контроля эффективности катодной защиты внешней поверхности заглубленных трубопроводов.

Расчет скорости коррозии

При измерении ER зондом, прибор производит линеаризованный сигнал (S), который пропорционален полной потере металла элемента (М). Истинное числовое значение является функцией толщины элемента и геометрии. При расчете потерь металла (М), эти геометрический и размерный факторы были включены в понятие "Жизнь зонда" (Р) (см. Таблицу 1). Потеря металла определяется по формуле:

Потеря металла условно выражается в миллидюймах (0,001 дюйма), как толщина элемента.

Скорость коррозии (С) получается путем:

T является промежуток времени в днях между измерениями S 1 и S 2 .

В таблице 1 перечислены типы элементов, толщины, жизни зондов, и идентификационные номера ID. Для температур и давлений см. соответствующие данные зонда. При выборе типа чувствительного элемента для данного исследования, основные параметры (кроме фундаментальных ограничений температуры и давления) для получения оптимальных результатов являются время отклика и требование жизни зонда. Толщина элемента, геометрия и прогнозируемая скорость коррозии определяется как время отклика и жизнь зонда. Время отклика, определяется как минимальное время, за которое происходит изменение элемента с которым может быть получен полезный результат измерения скорости коррозии. Жизнь зонда, или время, в течение которого обеспечивается необходимая эффективная толщина чувствительного элемента.

Таблица 1. Жизнь зонда и ID элемента

Так как жизнь зонда и время отклика прямо пропорциональны, существует компромисс между частотой замера данных ипериодичностью замены датчика. Графическая связь между скоростью коррозии, жизнью зонда и временем отклика для всех элементов показана на рисунке 4 .

* * Время отклика является минимальным временем, необходимым для 0,4% изменения (4 деления датчика).

Рисунок 4. График для выбора элемента

Особенности зондов

Metal Samples Corrosion Monitoring Systems изготавливает ER зонды различных конфигурацийподробно обсуждаемые в последующих страницах. Краткое резюме показанное здесь, дает лишь общее представление о конструкции зондов.

Стандартным материалом, из которого изготавливается все корпуса зондов является нержавеющая сталь AISI 316L, которая соответствует стандарту NACE MR-0175 для условий эксплуатации в кислотной среде. Для очень агрессивных средмогут быть доступны другие материалы.

Основным уплотнением для штока зонда является лубрикатор, конструкция которого меняется в зависимости от точной спецификации элемента. Все зонды оснащены надежным электрическим разъемом.

Простейшая из всех конфигураций зондов - фиксированная, показана на рисунке 5. Такой зонд оснащен трубной конической резьбой NPT или фланцевым соединением. Установка или извлечение зонда может быть выполнена только при отключении трубопровода.

Рисунок 5. Фиксированный зонд

Выдвижной зонд поставляются с 1-дюймовой уплотняющейся трубной резьбой (FNPT), позволяющей устанавливать и извлекать его через полнопроходной шаровой кран, в системах с давлением не более 1500 psi(102атм.) Для безопасности к корпусу лубрикатора присоединяется цепь, чтобы предотвратить выдавливание штока зонда в системах с высокой вибрацией. Metal Samples® рекомендует использовать специальный инструмент (ретрактор) для установки (извлечения) зонда в системах с давлением более 150 фунтов (10 атм.).

Выдвижные зонды находят широкое применение в нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности. Этот тип зонда показан на рисунке 6.

Рисунок 6. Выдвижной зонд

Извлекаемые зонды используются в технологических системах, работающих при давлении до 3600psi(253 атм.). Эти зонды должны использоваться в сочетании со специально разработанными фитингами, вспомогательными модулями и сервисными кранами, каждый из которых описаны в разделе Системы для трубопроводов высокого давления. Извлекаемый зонд применяются в нефтяной промышленности, например для систем поддержания пластового давления. Схема устройства извлекаемого зонда показана на рисунке 7.

Рисунок 7. Извлекаемый зонд

Teflon® является зарегистрированной торговой маркой компании Du Pont.