CN212301259U - 一种管道内腐蚀在线无损时空分辨监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种管道内腐蚀在线无损时空分辨监测装置，所述监测装置至少包括夹具、电化学传感器和电化学工作站，所述电化学传感器与所述电化学工作站电性连接，且所述电化学传感器经所述夹具固定于待测试管道的外壁之上。本装置利用外接电化学工作站对金属材料腐蚀原位电化学信号进行检测，开展不同时间下不同区域的电位分布图、电流分布图以及空间电荷层厚度分布图测试，实现管道内腐蚀的时空分辨监测。

Description

一种管道内腐蚀在线无损时空分辨监测装置

技术领域

本实用新型属于油气田腐蚀与防护领域，尤其涉及高温高压高硫化氢环境下管道内腐蚀时空分辨监测方法及装置。

背景技术

随着油气田的开发，腐蚀环境越来越苛刻，更多的油气管处于高温高压高含H₂S的环境中。碳钢或低合金钢暴露于高温高压高含H₂S的环境介质中，除表面生成FeS膜外，因腐蚀而产生的氢侵入钢中，还会引起氢致开裂，在钢的表面可以看到氢鼓泡，在应力作用下还会发生硫化物应力腐蚀开裂。

现今，国内外普遍采用电化学测试方法对H₂S环境腐蚀规律进行研究，但是目前国内外常用三电极体系电化学测试装置均采用一体成型的合金或者玻璃容器。例如，中国实用新型授权公开号：CN104568726A，公开了一种高温高压腐蚀氢渗透动力学测试装置及测试方法，该实用新型提供一种在高温高压下腐蚀氢渗透和疲劳载荷耦合作用下的材料的断裂形式，可以在短时间内测试材料的疲劳载荷，该专利的不足之处是在高温高压下不能实现在空间和时间的在线监测。中国实用新型授权公开号：CN105699285A，公开了一种用于元素硫垢下腐蚀测试的电化学装置，该实用新型对传统一体成型的合金电化学测试装置进行改进，将工作电极插孔设置在下盖，工作电极从下向上穿过工作电极插孔，便于垢样在工作电极上的固定。该专利的缺陷是样品在元素硫垢下腐蚀后的状态，未能实时监测样品的腐蚀过程。

对于石油行业油气管道的在线腐蚀监测手段主要包括电化学交流阻抗探针、电阻探针和电感探针等。在使用时，它们均存在一定的局限性，均适用在常温常压的情况下，但在实际的工业腐蚀监测中，存在高温高压的环境中管道腐蚀监测存在弊端。比如：电化学交流阻抗探针，由于交流阻抗测试的频率范围较宽，测试过程中需要的时间较长，很难反映出实时的腐蚀状态；电阻探针受到温度等干扰因素的影响很大；电感探针其腐蚀监测的结果也受到温度的影响，主要由于温度对钢铁材料导磁性的影响；均不能实现时间和空间上对于管道内壁腐蚀的监测。

正是出于此种考虑，石油化工、金属加工及冶炼行业在进行在线腐蚀监测时，更加趋向于使用无损监测方法以规避可能存在的风险，因此，采用何种手段、通过何种装置来实现对高温高压高含H₂S管道的时间和空间上的腐蚀监测，是个亟待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，为克服现有技术缺陷，提供了一种管道内腐蚀在线无损时空分辨监测装置，本装置利用外接电化学工作站对金属材料腐蚀原位电化学信号进行检测，开展不同时间下不同区域的电位分布图、电流分布图以及空间电荷层厚度分布图测试，实现管道内腐蚀的时空分辨监测。

本实用新型目的通过下述技术方案来实现：

一种管道内腐蚀在线无损时空分辨监测装置，所述监测装置至少包括夹具、电化学传感器和电化学工作站，所述电化学传感器与所述电化学工作站电性连接，且所述电化学传感器经所述夹具固定于待测试管道的外壁之上；所述电化学传感器至少包括：三电极引线、毛细参比电极、毛细辅助电极、微管和铜棒，所述铜棒一端端部与作为工作电极的管道相连接，且铜棒内设有若干微管，所述毛细参比电极和毛细辅助电极设置于所述微管之内，且所述微管内充有电解质；所述电解质与待测试管道的外壁接触；所述三电极引线的一端分别与毛细参比电极、毛细辅助电极和铜棒相连，另一端与所述电化学工作站相连。

根据一个优选的实施方式，所述监测装置还包括计算处理单元，所述计算处理单元被配置为完成毛细参比电极、毛细辅助电极和工作电极的电化学信号数据的记录、分析处理和输出。

根据一个优选的实施方式，所述铜棒与管道连接端设有与所述管道外壁匹配的凹槽结构。

根据一个优选的实施方式，所述微管的轴线与所述铜棒的轴线平行设置；且所述毛细参比电极和毛细辅助电极沿所述微管的轴线方向设置。

根据一个优选的实施方式，所述铜棒的侧壁外侧设有电化学传感器壳体，所述铜棒的端部方向设置有电化学传感器前盖。

根据一个优选的实施方式，所述电化学传感器壳体为哈氏合金外壳；所述电化学传感器壳体与所述铜棒之间设置有绝缘填充材料。

根据一个优选的实施方式，所述三电极引线贯穿于所述电化学传感器前盖上的中心孔与电化学工作站相连。

根据一个优选的实施方式，所述夹具由绝缘材料制得。

前述本实用新型主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本实用新型可采用并要求保护的方案；且本实用新型，(各非冲突选择)选择之间以及和其他选择之间也可以自由组合。本领域技术人员在了解本实用新型方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合，均为本实用新型所要保护的技术方案，在此不做穷举。

本实用新型的有益效果：通过本实用新型装置及方法对金属材料腐蚀原位电化学信号进行检测，开展不同时间下不同区域的电位分布图，电流分布图以及空间电荷层厚度分布图测试，实现了管道内腐蚀的时空分辨监测。

附图说明

图1是本实用新型管道内腐蚀在线无损时空分辨监测装置的结构示意图；

图2是本实用新型管道内腐蚀在线无损时空分辨监测装置中电化学传感器的结构示意图；

图3是本实用新型管道内腐蚀在线无损时空分辨监测装置中电化学传感器的截面结构示意图；

图4是本实用新型管道内腐蚀在线无损时空分辨监测装置中的夹具结构示意图。

其中，1-三电极引线，2-电化学传感器前盖，3-毛细参比电极，4-毛细辅助电极，5-微管，6-铜棒，7-电化学传感器壳体，8-夹具，9-管道，10-螺栓，11-螺母。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

因此，以下对本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

另外，本实用新型要指出的是，本实用新型中，如未特别写出具体涉及的结构、连接关系、位置关系、动力来源关系等，则本实用新型涉及的结构、连接关系、位置关系、动力来源关系等均为本领域技术人员在现有技术的基础上，可以不经过创造性劳动可以得知的。

实施例1：

参考图1至图4所示，本实用新型公开了一种管道内腐蚀在线无损时空分辨监测装置。

优选地，所述监测装置至少包括夹具8、电化学传感器和电化学工作站。所述电化学传感器与所述电化学工作站电性连接，且所述电化学传感器经所述夹具8固定于待测试管道9的外壁之上。

优选地，所述夹具8位卡箍式结构。且所述夹具8采用螺栓9和螺母10进行紧固。经由夹具8将电化学传感器与待测试的管道9紧密结合。进一步地，所述夹具8由绝缘材料制得。

利用外接电化学工作站对金属材料腐蚀原位电化学信号进行检测，开展不同时间下不同区域的电位分布图、电流分布图以及空间电荷层厚度分布图测试，实现管道内腐蚀的时空分辨监测。

优选地，所述监测装置还包括计算处理单元，所述计算处理单元被配置为完成毛细参比电极3、毛细辅助电极4和工作电极的电化学信号数据的记录、分析处理和输出。所述计算处理单元包括但不限于计算机。

优选地，所述电化学传感器至少包括：三电极引线1、毛细参比电极3、毛细辅助电极4、微管5和铜棒6。

优选地，所述铜棒6一端端部与作为工作电极的管道9相连接，且铜棒6内设有若干微管5。所述铜棒6与管道9连接端设有与所述管道9外壁匹配的凹槽结构。

优选地，所述毛细参比电极3和毛细辅助电极4设置于所述微管5之内，且所述微管5内充有电解质。所述电解质与管道9的外壁接触。

优选地，所述微管5的轴线与所述铜棒6的轴线平行设置；且所述毛细参比电极3和毛细辅助电极4沿所述微管5的轴线方向设置。

进一步地，电化学传感器微管5与测试管道9结合部分有密封垫圈，可将管体内部的电解液与待测试的管道9紧切配合。工作电极面积即电解质与管道9外壁接触的面积。

优选地，三电极引线1的一端分别与毛细参比电极3、毛细辅助电极4和铜棒6相连，另一端与所述电化学工作站相连。

优选地，所述铜棒6的侧壁外侧设有电化学传感器壳体7，所述铜棒6的端部方向设置有电化学传感器前盖2。

进一步地，所述电化学传感器壳体7为哈氏合金外壳。所述电化学传感器壳体7与所述铜棒6之间设置有绝缘填充材料。

优选地，所述三电极引线1贯穿于所述电化学传感器前盖2上的中心孔与电化学工作站相连。

实施例2

在实施例1的基础上，本实用新型还公开了一种管道内腐蚀在线无损时空分辨监测方法。

所述方法包括如下步骤：

步骤一：完成对待测试管道9的外壁预先进行打磨、清洗处理；

步骤二：用夹具8将前述电化学传感器与管道9外壁紧密接触；

步骤三：将电化学传感器中三电极引线1与外部的电化学工作站连接，并接受信号，开始进行实验测试；

步骤四：将外设的计算处理单元与外接电化学工作站相连，用于对电化学工作站采集的数据进行记录、分析处理和输出；

步骤五：根据所需模拟现场工况条件,来设计实验腐蚀介质、温度、压力条件,开启原位电化学测试，从而获得不同时间下不同区域的电位分布图，电流分布图以及空间电荷层厚度分布图，实现管道9内腐蚀的时空分辨监测。

模拟工况条件下的试验管道9，其外壁和内部由于较长时间的存放都会生成较厚的锈蚀层，并且金属层内一般都有较大的由于金属加工过程中产生的“空洞”和深浅不一的点坑，且金属管道表面存在油渍，且采用管道进行腐蚀监测时，对被测部位的效果要求较高，必须从对管道的除油、酸洗和钝化方面进行改进，如果仅采用和实验条件下腐蚀实验用所工作电极相同的预处理方法，很大程度上会使得下一步的工作无法进行。

以上结合附图详细描述了本专利的优选实施方式，但是，本专利并不限于此。在本专利的技术构思范围内，可以对本专利的技术方案进行多种简单变型，例如：测试Mott-Schottky曲线用于研究金属管道表面钝化膜的半导体特征。

本实用新型通过实现高温高压高含H₂S环境下管道内腐蚀在线无损监测，可以获得时间和空间上的电位、电流以及空间电荷层厚度的变化情况，掌握高温高压高H₂S环境下管道内腐蚀行为和机理研究，操作方便有效。

前述本实用新型基本例及其各进一步选择例可以自由组合以形成多个实施例，均为本实用新型可采用并要求保护的实施例。本实用新型方案中，各选择例，与其他任何基本例和选择例都可以进行任意组合。本领域技术人员可知有众多组合。

Claims (8)

1.一种管道内腐蚀在线无损时空分辨监测装置，其特征在于，所述监测装置至少包括夹具、电化学传感器和电化学工作站，所述电化学传感器与所述电化学工作站电性连接，且所述电化学传感器经所述夹具固定于待测试管道的外壁之上；

所述电化学传感器至少包括：三电极引线、毛细参比电极、毛细辅助电极、微管和铜棒，

所述铜棒一端端部与作为工作电极的管道相连接，且铜棒内设有若干微管，所述毛细参比电极和毛细辅助电极设置于所述微管之内，且所述微管内充有电解质；所述电解质与待测试管道的外壁接触；

所述三电极引线的一端分别与毛细参比电极、毛细辅助电极和铜棒相连，另一端与所述电化学工作站相连。

2.如权利要求1所述的管道内腐蚀在线无损时空分辨监测装置，其特征在于，所述监测装置还包括计算处理单元，所述计算处理单元被配置为完成毛细参比电极、毛细辅助电极和工作电极的电化学信号数据的记录、分析处理和输出。

3.如权利要求1所述的管道内腐蚀在线无损时空分辨监测装置，其特征在于，所述铜棒与管道连接端设有与所述管道外壁匹配的凹槽结构。

4.如权利要求3所述的管道内腐蚀在线无损时空分辨监测装置，其特征在于，所述微管的轴线与所述铜棒的轴线平行设置；

且所述毛细参比电极和毛细辅助电极沿所述微管的轴线方向设置。

5.如权利要求4所述的管道内腐蚀在线无损时空分辨监测装置，其特征在于，所述铜棒的侧壁外侧设有电化学传感器壳体，所述铜棒的端部方向设置有电化学传感器前盖。

6.如权利要求5所述的管道内腐蚀在线无损时空分辨监测装置，其特征在于，所述电化学传感器壳体为哈氏合金外壳；

所述电化学传感器壳体与所述铜棒之间设置有绝缘填充材料。

7.如权利要求5所述的管道内腐蚀在线无损时空分辨监测装置，其特征在于，所述三电极引线贯穿于所述电化学传感器前盖上的中心孔与电化学工作站相连。

8.如权利要求1所述的管道内腐蚀在线无损时空分辨监测装置，其特征在于，所述夹具由绝缘材料制得。

Images