腐蝕速率測量的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及各種環(huán)境中的部件的腐蝕。更具體地，本發(fā)明涉及此種腐蝕的監(jiān)測。
【背景技術(shù)】
[0002] 腐蝕是材料被化學(xué)物質(zhì)或其他反應(yīng)物和其周圍環(huán)境逐漸毀壞。腐蝕降低材料和結(jié) 構(gòu)的有用特征，包括強度、外觀和流體的可滲透性。很多結(jié)構(gòu)合金僅在暴露向空氣中的水分 的時候才被腐蝕，但是該過程當(dāng)暴露向特定物質(zhì)時可被劇烈地影響。腐蝕可被局部集中以 形成凹點或裂縫，或者該腐蝕可在大面積上延伸以均一地腐蝕表面。
[0003] 腐蝕的測量、控制和防止領(lǐng)域是非常廣泛的。腐蝕測量采用各種技術(shù)以確定環(huán)境 的腐蝕程度如何以及正經(jīng)歷的金屬損耗速率是多少。一些腐蝕測量技術(shù)可以在在線的且一 直暴露向過程流的情況下被使用，然而其他的腐蝕測量技術(shù)提供在實驗室分析中被確定的 離線測量。一些技術(shù)直接給出金屬損耗或腐蝕的測量結(jié)果，然而一些技術(shù)用于推測可能存 在的腐蝕環(huán)境。
[0004] 腐蝕速率指示任何一個過程工廠可以被有用地且安全地操作多長時間。對腐蝕的 測量和對高速腐蝕速率的補救行動允許完成最經(jīng)濟有效的工廠操作，同時降低與操作有關(guān) 的生命周期成本。
[0005] 以下的列表詳述了被用在工業(yè)應(yīng)用中的最常用的腐蝕監(jiān)測技術(shù)。腐蝕試樣、電阻 (ER)和線性極化電阻（LPR)形成了工業(yè)腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)的核心并且在下文中將更加詳細地 說明。
[0006] ?腐蝕試樣（重量損失測量）
[0007] ?電阻（ER)
[0008] ?線性極化電阻（LPR)
[0009] ?電化學(xué) I 電勢（Galvanic (ZRA) I Potential)
[0010] ?氫滲透
[0011] 籲微生物
[0012] ?泥沙/腐蝕
[0013] 重量損失技術(shù)是最有名的且最簡單的腐蝕監(jiān)測技術(shù)。該方法包括將材料樣品（試 樣）向過程環(huán)境暴露給定時間段，然后取走樣品以進行分析。由腐蝕試樣所確定的基本測 量結(jié)果是重量損失。通過腐蝕重量除以材料密度、試樣表面積和暴露時間可以計算腐蝕速 率。試樣監(jiān)測在腐蝕速率長時間不顯著變化的環(huán)境中是最有用的。然而，它們可以提供與 其他技術(shù)相關(guān)的有用相關(guān)性。
[0014] ER探針可以被當(dāng)作"電子"腐蝕試樣。ER探針提供金屬損耗的基本測量結(jié)果，并 且金屬損耗的數(shù)值在探針處于現(xiàn)場時的任何時候都可以被測量。ER技術(shù)測量暴露向過程的 正被腐蝕的金屬元件的電阻的改變。元件的表面上的腐蝕行為導(dǎo)致了截面積的減小并且相 應(yīng)地導(dǎo)致了元件的電阻的增大。
[0015] LPR技術(shù)基于電化學(xué)理論。小電壓被施加到溶劑中的電極。維持特定的電壓偏移 (典型地是IOmV)而所需的電流直接與溶劑中的電極的表面上的腐蝕相關(guān)。通過測量電流， 可以推測腐蝕速率。LPR技術(shù)的優(yōu)點是瞬間地進行腐蝕速率的測量，然而對于試樣或ER而 言，需要一段時間的暴露以確定腐蝕速率。LPR技術(shù)可以只在清潔透明的電解環(huán)境中被執(zhí)行 并且不會在氣體中工作。
[0016] 在很多系統(tǒng)中，腐蝕是一種浪費。腐蝕的影響包括生產(chǎn)率的損失、系統(tǒng)中斷、系統(tǒng) 故障以及修復(fù)時間和花費。防止和監(jiān)測腐蝕是一種重要的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017] 腐蝕速率測量系統(tǒng)包括第一材料的第一膜，該第一膜被構(gòu)造為暴露向腐蝕材料并 且響應(yīng)于腐蝕而偏轉(zhuǎn)。第二膜被構(gòu)造為暴露向腐蝕材料并且響應(yīng)于腐蝕而偏轉(zhuǎn)。壓力傳感 器被可操作地聯(lián)接到第一和第二膜的至少一個并且被構(gòu)造為根據(jù)壓力和第一和第二膜的 至少一個的腐蝕量來測量第一和第二膜的至少一個的偏轉(zhuǎn)。
【附圖說明】
[0018] 圖1是用于測量腐蝕的包括犧牲涂層的壓力傳感器的側(cè)視圖。
[0019] 圖2是被聯(lián)接到遠程密封件以用于測量腐蝕的壓差變送器的簡化剖視圖。
[0020] 圖3是基于壓差傳感器的電容的放大剖視圖。
[0021] 圖4是被構(gòu)造為測量腐蝕的壓差變送器的側(cè)視剖視圖。
[0022] 圖5是被聯(lián)接到細長管的且被構(gòu)造為基于壓力的變化而測量腐蝕的壓力變送器 的側(cè)視剖視圖。
[0023] 圖6A、6B和6C分別是形成在傳感模塊中的腐蝕傳感系統(tǒng)的立體圖、側(cè)視剖視圖和 立體分解圖。
[0024] 圖6D是用在圖6A-6C的模塊中的傳感器的立體圖。
[0025] 圖7是用于測量腐蝕的環(huán)插入件的側(cè)視圖。
[0026] 圖8是圖7的環(huán)插入件的徑向剖視圖。、
【具體實施方式】
[0027] 精確地測量腐蝕率出于安全、可靠性和效率的考慮是重要的客戶需求。將描述多 個實施例。所有的實施例包括一些類型的壓力傳感器并且在多數(shù)情況下是壓差傳感器?；?本概念大部分利用壓差傳感器技術(shù)進行工作。典型地，油填充的壓差傳感器系統(tǒng)是被低背 壓下的油填充，例如幾 PSi (每平方英寸磅數(shù)）。本文描述的很多實施例使用壓差傳感器系 統(tǒng)，該壓差傳感器系統(tǒng)被填充有位于例如500至1000 psi的內(nèi)部高背壓下的油。高背壓油填 充的一個優(yōu)點是允許較大程度地獨立于過程壓力而進行腐蝕測量，甚至在〇過程壓力下。 另外，壓差傳感器的高側(cè)膜和低側(cè)膜在過程中總是被放置在相同的位置。因此，外部過程壓 差總是0。一些實施例基于在高背壓下被密封的油填充的容差傳感器。一側(cè)上的犧牲隔離 膜由于將改變其剛度的腐蝕將損失材料。在另一側(cè)的較厚的基準(zhǔn)隔離膜也將損失材料，但 是它的剛度改變很少。該傳感器系統(tǒng)通過將內(nèi)部壓力平衡到〇而做出反應(yīng)，繼而基于壓力 傳感器的而移動電容中心隔膜。測量傳感器電容改變有效地測量腐蝕速率。另一實施例使 用兩個絕對壓力傳感器或表壓力傳感器，各個傳感器監(jiān)測兩個獨立的隔離膜之后的背壓。 例如一個膜可以是犧牲膜，而另一個膜用作具有與犧牲膜不同的腐蝕特性的基準(zhǔn)膜。通過 跟蹤兩側(cè)之間的背壓改變，可以確定犧牲膜的腐蝕率。
[0028] 很多操作者現(xiàn)今以固定的或未計劃的間隔在計劃修復(fù)和維修期間檢查腐蝕。芯的 技術(shù)使得可以使用工廠控制和自動化系統(tǒng)實時地監(jiān)測腐蝕。這允許在短時間內(nèi)估測腐蝕， 從而能夠控制和減輕損壞率。
[0029] 通過將腐蝕測量包含到自動化系統(tǒng)職工，腐蝕監(jiān)測更加容易利用其他的過程變量 而執(zhí)行、自動化和觀察。該方法比傳統(tǒng)的單機系統(tǒng)更加經(jīng)濟有效，需要更少的手動勞動，提 供了與系統(tǒng)的更大程度的融合度以記錄、控制和優(yōu)化。
[0030] 工作操作員期望即使很小量的增大效率和生產(chǎn)率。然而，腐蝕成本是工作操作的 幾個領(lǐng)域中的一個，其中該腐蝕成本的大改進可能導(dǎo)致相關(guān)的成本降低。腐蝕測量可以被 認(rèn)為是初始變量，該變量受過程中的控制和優(yōu)化的限制。
[0031] 根據(jù)一個實施例，圖1是基于兩個純藍寶石電容壓力傳感器102U04的腐蝕測量 傳感器或系統(tǒng)100的側(cè)視圖。傳感器102被構(gòu)造為基準(zhǔn)傳感器。該傳感器被設(shè)計成基本上 不受感興趣的特定腐蝕劑的影響。該傳感器可以是無保護的藍寶石傳感器或帶涂層的傳感 器。傳感器104被構(gòu)造為犧牲傳感器。傳感器104自身不被腐蝕但是傳感器覆蓋有犧牲涂 層108,該犧牲涂層108易于受特定腐蝕劑的影響。傳感器102U04可以具有任何適當(dāng)構(gòu) 造。一個示例性構(gòu)造在由弗里克等人于2000年6月27日提出的US6, 079, 276專利中示出。
[0032] 涂層108用作膜并且是較硬的構(gòu)件。例如，如果過程壓力是500psi (每平方英寸 磅數(shù)），基準(zhǔn)傳感器102可以指示500psi，而犧牲涂層108可以只指示IOpsi。隨著犧牲涂 層108腐蝕并且變得較薄，犧牲傳感器104將指示增大的壓力。少油的系統(tǒng)100被示出，該 系統(tǒng)可使得所有材料經(jīng)受腐蝕過程，該材料包括用于將傳感器102U04安裝到殼體（在圖 1中未示出）的混合金屬釬焊。藍寶石是極度堅硬的，所以犧牲涂層108應(yīng)該非常厚。系 統(tǒng)100也可從基準(zhǔn)傳感器中提供過程壓力，但是感興趣的信號是兩個被測量壓力之間的作 為腐蝕的測量結(jié)果的差值。系統(tǒng)100需要過程壓力以產(chǎn)生信號。
[0033] 圖1也