腐蝕速率測(cè)量系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及構(gòu)件在各種環(huán)境中的腐蝕。更具體地，本實(shí)用新型涉及在該環(huán)境 條件下對(duì)腐蝕速率的測(cè)量。
【背景技術(shù)】
[0002] 腐蝕是依靠環(huán)境的化學(xué)反應(yīng)或磨損對(duì)材料的逐漸破壞。腐蝕降低材料和結(jié)構(gòu)的有 用性質(zhì)，包括強(qiáng)度、外觀和對(duì)流體的滲透性。許多結(jié)構(gòu)合金僅在暴露給空氣中的濕氣的條件 下腐蝕。該過(guò)程可以通過(guò)暴露給某些物質(zhì)而被加速。腐蝕可以局部性集中以形成坑或裂縫， 或腐蝕可以延伸越過(guò)寬闊的面積，均勻地腐蝕表面。
[0003] 對(duì)腐蝕的測(cè)量、控制、和預(yù)防的技術(shù)領(lǐng)域較廣闊。腐蝕測(cè)量使用各種技術(shù)以確定環(huán) 境的腐蝕性如何并且材料損耗的速率是多少。一些腐蝕測(cè)量技術(shù)可以被在線使用，一直暴 露給腐蝕過(guò)程，而其他腐蝕測(cè)量技術(shù)提供離線測(cè)量，并且在實(shí)驗(yàn)室分析中進(jìn)行確定。一些技 術(shù)提供對(duì)材料損耗或腐蝕速率的直接測(cè)量，而其他技術(shù)用于推斷可能存在腐蝕環(huán)境。
[0004] 腐蝕的速率指示過(guò)程設(shè)備或構(gòu)件可以被有用地和安全地操作多長(zhǎng)時(shí)間。對(duì)腐蝕的 測(cè)量和補(bǔ)救高腐蝕速率的動(dòng)作允許在減少與操作相關(guān)的壽命周期成本的同時(shí)實(shí)現(xiàn)最有效 成本的設(shè)備操作。然而，由于它們的特性，許多腐蝕傳感器要求頻繁的維持和更換。進(jìn)一步， 難以測(cè)量被認(rèn)為是"麻點(diǎn)腐蝕"的一類局部腐蝕。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005] 一種腐蝕速率測(cè)量系統(tǒng)，包括被構(gòu)造成用于暴露給腐蝕性材料的犧牲探針。傳感 器被布置成用于檢測(cè)犧牲探針中由于腐蝕性材料對(duì)犧牲探針的腐蝕引起的物理變化。測(cè)量 電路連接到傳感器，并且提供指示犧牲探針暴露給腐蝕性材料的腐蝕速率的輸出。犧牲探 針具有導(dǎo)致犧牲探針以非線性速率腐蝕的物理特性。
[0006] 本【實(shí)用新型內(nèi)容】和摘要被提供以便以簡(jiǎn)化形式介紹對(duì)在下文的【具體實(shí)施方式】中 進(jìn)一步描述的概念的選擇。本【實(shí)用新型內(nèi)容】和摘要的意圖不是識(shí)別要求保護(hù)的主題的關(guān)鍵 特征或本質(zhì)特征，也不是用作確定要求保護(hù)的主題的保護(hù)范圍的輔助手段。
【附圖說(shuō)明】
[0007] 圖1是包括犧牲探針的腐蝕測(cè)量系統(tǒng)的簡(jiǎn)化方塊圖。
[0008] 圖2是圖1的犧牲探針的示例性實(shí)施例的透視圖。
[0009] 圖3是圖1的犧牲探針的示例性實(shí)施例的透視圖。
[0010] 圖4是圖1的被構(gòu)造成用于檢測(cè)局部的麻點(diǎn)腐蝕的犧牲探針的另一示例性實(shí)施例 的透視圖。
[0011] 圖5是示出連接到犧牲探針的壓力變送器的剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012] 提供了一種腐蝕速率測(cè)量系統(tǒng)，其中犧牲探針被構(gòu)造成用于在暴露給腐蝕性流體 時(shí)隨著時(shí)間的流逝以不同的速率腐蝕。例如，探針可以被構(gòu)造成用于在初期以相對(duì)較快的 速率腐蝕，以提供對(duì)腐蝕測(cè)量的較高敏感性。然而，在長(zhǎng)時(shí)間使用之后，探針可以被構(gòu)造成 用于以不同的速率腐蝕，例如以更慢的速率腐蝕。這允許探針繼續(xù)操作，并且在沒有要求立 即更換的情況下提供有限的功能。還可以提供增加探針對(duì)向特定類型的腐蝕，諸如對(duì)麻點(diǎn) 腐蝕類型的腐蝕的敏感性的構(gòu)造。
[0013] 各種插入式方法和非插入式方法被用于監(jiān)控包括材料損耗的腐蝕、電氣化學(xué)測(cè)量 和分析測(cè)量。多種技術(shù)包括測(cè)量阻力、渦電流、電導(dǎo)率、超聲波和聲學(xué)。過(guò)程工業(yè)中最普遍 的技術(shù)是腐蝕試樣、電阻（ER)和線性極化電阻（LPR)。
[0014] 重量損耗技術(shù)是最知名和最簡(jiǎn)單的腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)。該方法涉及將材料的樣本（稱 為"試樣"）在規(guī)定的持續(xù)時(shí)間內(nèi)暴露給過(guò)程環(huán)境，然后移除樣本以分析。重量損耗是根據(jù) 腐蝕試樣確定的基本測(cè)量。腐蝕速率是重量損耗除以密度、試樣表面積和暴露的時(shí)間的乘 積所得的商值。試樣監(jiān)測(cè)在腐蝕速率在較長(zhǎng)的時(shí)間周期內(nèi)不顯著改變的環(huán)境下最有用。然 而，它們可以提供與其它技術(shù)有效的相互關(guān)系。
[0015] ER探針可以被認(rèn)為是"電子"腐蝕試樣。ER探針提供對(duì)金屬損耗的基本測(cè)量，并 且在探針位于原位置的任何時(shí)候可以測(cè)量金屬損耗的值。ER技術(shù)測(cè)量暴露給過(guò)程的腐蝕金 屬元件（探針）的電阻的改變。對(duì)探針的表面的腐蝕作用導(dǎo)致探針的橫截面積的減少和探 針的電阻的對(duì)應(yīng)增加。
[0016] LPR技術(shù)基于電化學(xué)理論。較小的電壓施加到溶液中的電極（探針）。需要在探針 中保持特定的電壓變化（通常地10mV)的電流直接與在溶液中對(duì)電極的表面的腐蝕相關(guān)。 通過(guò)測(cè)量電流，可以得到腐蝕速率。LPR技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是即刻進(jìn)行對(duì)腐蝕速率的測(cè)量，然而對(duì) 于試樣或ER而言，需要一段時(shí)間的暴露以確定腐蝕速率。LPR技術(shù)可以僅在潔凈水電解液 環(huán)境中被執(zhí)行，并且在氣體中將不工作。
[0017] 可以用于測(cè)量腐蝕速率的另一技術(shù)是監(jiān)控膜的形狀的改變。例如，對(duì)于規(guī)定的施 加壓力，較薄的膜將比較厚的膜偏離更大的程度。
[0018] 如上所述，腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通常包括本文中被稱為"犧牲探針"的一些類型的犧牲元 件。該犧牲元件隨著時(shí)間的流逝而腐蝕，并且必須被替代。例如，一個(gè)典型的腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 具有僅六個(gè)月到九個(gè)月的有效壽命。關(guān)于ER類型探針的一個(gè)特定的問題是探針更換的較 高維護(hù)成本。一些系統(tǒng)使用可縮回的探針。然而，該構(gòu)造昂貴，并且僅減少了需要更換探針 的時(shí)間。
[0019] 圖1是示出連接到過(guò)程容器102的腐蝕速率測(cè)量系統(tǒng)100的簡(jiǎn)化方塊圖。過(guò)程容 器102容納腐蝕性流體104。系統(tǒng)100包括暴露給過(guò)程流體104的犧牲探針106。下文更詳 細(xì)地討論對(duì)犧牲探針106的操作。傳感器110被布置成用于感測(cè)犧牲探針106的與腐蝕相 關(guān)的物理特性。示例性物理特性包括重量、厚度、剛度、密度、諸如電阻之類的電參數(shù)等。傳 感器110根據(jù)包括本文中具體地討論的那些技術(shù)的任何適當(dāng)?shù)募夹g(shù)操作。傳感器110可以 直接電連接到和/或物理地連接到犧牲探針106,或可以遠(yuǎn)程監(jiān)控犧牲探針106。在一個(gè)構(gòu) 造中，犧牲探針106被移除以不暴露給流體104并且然后由傳感器110測(cè)量。例如，犧牲探 針106可以被從過(guò)程移除并且使用重量測(cè)量天平稱重。還可以使用傳感器進(jìn)行非插入式腐 蝕測(cè)量。例如，犧牲探針106可以被放置在腐蝕性材料內(nèi)并且被遠(yuǎn)程測(cè)量。遠(yuǎn)程測(cè)量技術(shù) 的一個(gè)示例利用基于超聲波的腐蝕測(cè)量。傳感器110連接到被構(gòu)造成用于測(cè)量傳感器110 的特性的測(cè)量電路120。示例性特性包括電阻、電容、電壓等?？刂破?22連接到測(cè)量電路 120,并且被構(gòu)造成用于根據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器124中的指令操作。然而，控制器可以是諸如簡(jiǎn) 單的比較器的簡(jiǎn)單電路，或可以包括諸如微處理器的更復(fù)雜的電路。基于來(lái)自測(cè)量電路120 的輸出，控制器可以通過(guò)I/O電路126進(jìn)行通信，并且提供與如由犧牲探針106感測(cè)到的腐 蝕速率相關(guān)的輸出。
[0020] 圖2是犧牲探針106的一示例性構(gòu)造的透視圖。在圖2中，犧牲探針106被構(gòu)造 為由多層不同類型的材料組成的膜。具體地，圖2的構(gòu)造圖示了六個(gè)不同的層150A、150B、 150C、150D、150E和150F。在特定的構(gòu)造中，層150A直接暴露給腐蝕性材料104。逐個(gè)層至 150F提供了增加的耐腐性。例如，層150A可以包括碳鋼，其后是各種類型的材料，如304SS、 316SS、316LSS、lla l_U.、II oy*_C276和鈦。該構(gòu)造提供了一種配置，其中犧牲探針106對(duì)腐 蝕具有初始較高的敏感性，并且隨著各層被腐蝕所述敏感性降低。這增加了探針的壽命，并 且在更換探針之前允許探針在敏感性降低的情況下繼續(xù)操作。還可以使用其它構(gòu)造，并且 各層對(duì)腐蝕的敏感性根據(jù)需要增加或減少。除了在層之間使用不同的材料，還可以使用不 同的厚度和/或形狀。
[0021] 圖3示出犧牲探針106的另一示例性實(shí)施例。在圖3中，加固結(jié)構(gòu)160被提供以 增加犧牲探針106的強(qiáng)度并且減小犧牲探針106的彈性。由于結(jié)構(gòu)160相對(duì)于它們的體積 來(lái)說(shuō)具有相對(duì)較大的表面積，因此與犧牲探針106和基部162的體積相比，結(jié)構(gòu)160將以 增加的速率腐蝕。該構(gòu)造在本文中通常地被稱為"外殼承載的結(jié)構(gòu)（exostructure)"。圖 3的構(gòu)造僅是加固結(jié)構(gòu)中的一個(gè)示例性實(shí)施例，其可以用于增加犧牲探針106的剛度。在 另一示例中，結(jié)構(gòu)160可以由具有不同于犧牲探針106的剩余部分162的電特性的材料形 成。例如，結(jié)構(gòu)160可以由具有高于犧牲探針106的基部162的電導(dǎo)率的材料形成?？梢?使用其它結(jié)構(gòu)，包括工形梁形狀、蜂窩圖案等。結(jié)構(gòu)160顯著增加了犧牲探針106的剛度。 如下所述，可以通過(guò)向犧牲探針106施加壓力并且監(jiān)測(cè)變形的程度來(lái)測(cè)量剛度。由于結(jié)構(gòu) 160提供了接觸腐蝕性材料的相對(duì)較大的表面積，并且結(jié)構(gòu)160相對(duì)較薄，因此結(jié)構(gòu)160將 傾向于以比犧牲探針106的剩余部分的更快的速率腐蝕。這提供了對(duì)于腐蝕的較高的初始 敏感性，因而具有較長(zhǎng)的產(chǎn)品壽命。另一示例性構(gòu)造是在犧牲探針106的側(cè)面具有較大程 度開口的表面的結(jié)構(gòu)，該表面暴露給腐蝕性材料并且隨著深入到犧牲探針106逐漸變成實(shí) 心。其它的示例性變化包括使用不同的材料、結(jié)構(gòu)構(gòu)造和厚度。
[0022] 典型的腐蝕測(cè)量裝置在測(cè)量均勻性腐蝕