NO834487L - Glatt elektrisk motstandskorrosjonssonde - Google Patents

Description

"Foreliggende oppfinnelse vedrører måling av et fluidums korrosjons-egenskaper og mer presist, en korrosjons-målesonde, som kan monteres i plan med innsiden av et fluidum-rør eller en fluidumbeholder.

En vanlig fremgangsmåte for kontinuerlig måling av et fluidums korros jons-egenskaper omfatter' motstandsmåling av er metallisk, korroderbart testelement for angivelse av den metallmengde som er gått tapt ved korrosjon over en tids-periode ved hjelp av motstands-endring. Et alminnelig brukt instrument for slik måling er kjent som en Corrosome-ter-sonde, fremstilt av Rohrback Corporation, som foreliggende ansøkning er overdratt til. En sonde av denne type er beskrevet i US-PS 4 338 563 for Corrosion Measurement With Secondary Temperature Compensation, utstedt til Rex V. Rhoades og James L. Geer. I en form omfatter sonden et langt, rørformet, metallisk testelement som bærer et innvendig referanse-element som er fremstilt av samme materiale som testelementet. Det indre av det rørformede testelement er fylt med en varméledende,.elektrisk ikke-ledende forbindelse. Vekselstrøm blir séndt gjennom elementene, og den elektriske motstand av hvert element blir målt mens eller etter at sonden har vært nedsenket i et miljø, hvis korroderende tendenser skal overvåkes. På grunn av at den elektriske motstand av metallet endres med den metallmengde som fore-ligger i test-elementet, gir målingen av test-elementets motstand en indikasjon på korrosjon. Fordi den elektriske motstand av metallet også endres med temperaturen, er det anordnet et referanse-element, som er fremstilt av samme materiale som test-elementet og som har samme temperaturmot-stands-egenskaper. Derfor vil endringer i test-elementets motstand som skyldes lang tids temperaturvariasjon bli eliminert ved en sammenligning av test-elementet og referanse-elementet.

Lange, rørformede sonder av den type som er vist i US-PS

! 4 338 563 benyttes normalt ved nedsenkning i det fluidum, i hvis korroderende tendenser man ønsker å registrere, og

I I

hele ytt erf laten av en del av den r ør f ormede sonde virker som testelement. En slik sonde er på langt nær like hensiktsmessig for måling av fluidum som strømmer i rør, og ved slike anordninger foretrekkes bruk av en sonde med et føle- eller testelement som er i det vesentlige i flukt med rørets innerflate. En slik sonde vil redusere forstyrrelse-ne av fluidumstrømningen som forårsakes av målingen til et minimum og vil gi mer pålitelig korrosjons-måling. En type av en slik sonde i flukt med rørets innerflate omfatter et sondelegeme som forløper gjennom rørets vegg og har en ende i flukt med rørets indre. Legemets ende er fylt med et ikke ledende, isolerende og forseglende glassmateriale, og et metallisk bånd av testmateriale er montert på glassenden og omfatter elektrisk ledende endepartier som forløper gjennom endeforseglingen av glass til sondelegemets indre. En slik sonde er bare nyttig med et ringe antall spesielle metaller dersom sonden må benyttes over en bred temperaturskala, slik det ofte er nødvendig. I rørledninger og kjemiske an-legg kan korrosife fluider ha temperaturer i størrelsesor-den 204,44-260°C. Ved slike temperaturer vil den store for-skjell i koeffisienten av lineær ekspansjon mellom metallet i teststrimmelen og. glasset i forseglingen ofte bryte forseglingen og dermed hindre lang levetid av en slik sonde. Sonder i flukt med rørveggen og med glass-forsegling er ik-ke pålitelige nok og heller ikke robuste nok, og i det minste delvis av denne grunn er slike sonder ikke så mye brukt som de kunne. Dersom det fantes mer pålitelige og robuste sonder i flukt med rørveggen,ville de bli betydelig mer brukt.

Det er følgelig en hensikt med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en korrosjons-motstandssonde som ligger i flukt med rørveggen, hvor de ovennevnte problemer er unn-gått eller eliminert.

Når prinsippene for foreliggende oppfinnelse blir gjennom-ført ifølge et foretrukket utførelseseksempel, omfatter en korrosjonssonde av den elektriske motstandstype, som er an ordnet i flukt med rørveggen og omfatter et langstrakt, rør-formet sonde-legeme og en elektrisk ledende korrosjons-test-membran som forløper over og avtetter legemets åpne ende. Membranen har en tykkelse som er betydelig mindre enn tykkelsen av sondelegemets vegg, og et referanse-element er montert i sondelegemet, som er fylt med et støttemateriale, som en varmeledende og elektrisk ikke-ledende størknet ce-ment. Ifølge et trekk ved oppfinnelsen, omfatter korrosjonstest-membranen en tynn, metallisk skive som rundt sin omkrets er kontinuerlig sveiset fast på enden av sondelegemet og er anordnet slik at det blir beliggende i flukt med et rørs innervegg. Test-elementets motstand måles mellom et punkt nær dets omkrets og et punkt nærmere dets sentrum. Ifølge et annet trekk ved oppfinnelsen er test-elementet og referanse-elementet utført i ett stykke, fremstilt av et enhetlig metallstykke.

I tegningen illustrerer

fig. 1 en korrosjons-målesonde som representerer prinsippene for foreliggende oppfinnelse, installert for korrosjons-måling av et fluidum som strømmer i et. rør,

fig. 2 et snitt i større målestokk av deler av sonden ifølge fig. 1, som viser detaljer ved sondens konstruksjon og rela-sjon til veggen av et rør, hvor den er installert, og

fig. 3 integrerte test- og referanse- elementer som kan benyttes i sonden ifølge fig. 2.

Som vist i fig. 1 er en sonde, generelt betegnet med 10, montert på en adapter 12, som bærer et flertall elektriske ledere 14, som er koblet via en transformator 16 og en strøm-begrensnings-sikkerhetsanordning 18 til en anordning for instrumentstyring og avlesning 20. Sonden 10 er montert på en kjent og hensiktsmessig måte i en åpning som er dannet i i veggen av et rør 22, gjennom hvilket det strømmer et fluidum, hvis korrosjonstendenser skal måles. En konvensjonell tet- ningsforbindelse mellom sondens 10 utside og åpningen i rø-rets 22 vegg er anordnet på kjent måte.

I fig. 2 er detaljer ved sondestrukturen illustrert. Her ses et sondelegeme 24 dannet av en rørformet sylinder av stål eller et lignende metall, med en veggtykkelse på ca. 1,270 mm. Forreste ende av sondelegemet 24 er montert i og forseglet til en åpning 26, som er dannet gjennom rørets 22 vegg, slik at forreste ende av sondelegemet befinner seg i det vesentlige i flukt med rørets innervegg. Forreste ende av sondelegemet er utformet med en innadvendt omkretsskulder 30,

på hvilken en metallmembran eller tynn testskive 32, som også er fremstilt av stål eller et lignende materiale, er anbrakt. Testskiven 32 er utført i en tykkelse som er betydelig mindre enn sondelegemets, f.eks. en tykkelse i stør-relsesorden 0,254 mm, slik at man får en passende følsom korrosjonsavlesning. Korrosjon indikeres av den elektriske motstand av skiven, som i sin tur er relatert til skivens tykkelse. Når testskiven korroderes av det miljø den utsettes for, avtar dens tykkelse, og den elektriske motstand av skiven øker og gir en indikasjon på korrosjonsgraden. Test-elementet må være ytterst tynt for å få økt følsomhet. Jo tynnere testskiven er, desto større er endringen i den økte elektriske motstand for en gitt korrosjonsgrad. Testskiven 32 danner ikke bare et stort areal av test-materiale som er

utsatt for det korroderende miljø, men avtetter i seg selv sondelegemets indre. Skiven er. sveiset kontinuerlig rundt sin omkrets til forreste ende av sondelegemet ved en kontinuerlig sveis, antydet ved 34, slik at det er opprettet en robust og pålitelig forsegling.

Et rørformet referanse-element 36, som er fremstilt av samme materiale som testskiven 32 og er åpent i begge ender, er i sin forreste ende, som antydet ved 40, sveiset fast på et sentralt parti av testskivens 32 innerflate. Referanseelementet kan være fremstilt av et tykkere materiale som er lettere å håndtere, da det ikke er blottlagt overfor det kor-r >. oderende miljø oq derfor ikke utsettes for korrosjon og i endii<->ringer i dets elektriske motstand. Elektriske ledere 42 og 44 er koblet til en indre ende av referanseelementet 36 hhv et indre parti av sondelegemet 24. Disse ledere er via lederne 14, transformatoren 16 og en strømbegrensende sikker-hets-anordning 18 koblet til en kraftkilde, som fører til at det flyter strøm både gjennom referanse-elementet og testskiven. Målinger av testskivens 32 motstand utføres av et par ledere 46, 48, av hvilke lederen 4 6 er koblet til forbindelsen mellom referanse-elementets forreste ende og testskiven i et punkt nær testskivens sentrum, mens lederen 48 er koblet til testskiven i et punkt nær dens ytre omkrets, hvor den er sveiset til forreste ende av sondelegemet.

Målinger av referanse-elementets 36 motstand utføres ved hjelp av lederen 46, som er koblet både til testskiven og forreste ende av referanse-elementet, og av ytterligere en leder 50 som er koblet til et innvendig parti av referanse-elementet .

'Indre eller bakre ende av sondelegemet 24 er fast forbundet med adapteren 12, som inneholder elektriske ledere og hen-siktsmessige forbindelser for forbindelse av lederne med instrumentets kontrollanordning.

Det indre av sondelegemet og det indre av referanse-elementet er fylt med varmeledende, elektrisk ikke-ledende, fast støttemateriale som har kontakt med hele innerflaten av den tynne testskive 3 2 og danner en fast, strukturell støtte for dette meget tynne testelement.

I den sondeutførelse som er vist i fig. 2, kan det oppstå problemer som følge av vanskeligheter med å oppnå en kontinuerlig, jevn sveis 40 rundt forbindelsen mellom referanse-elementet 36 og test-elementet 32. Vanskeligheten kan, iall-fall delvis, skyldes forskjellige størrelser eller tykkelser av materialet og, især vanskeligheten ved å sveise det yt- . terst tynne materiale av testskiven 32. Manglende jevnhet av j sveisen 40 mellom test-element og referanse-element kan fø-re til uønsket•manglende linearitet av målingen.

Det skal bemerkes at test-elementets 32 motstand blir målt ved hjelp- av en strøm som flyter i en i det vesentlige ra-dial bane mellom ytre perimeter av. testskiven og forbundel-sesstedet mellom testskiven og referanse-elementet. Dette forbindelsessted ved sveisen 40 fører følgelig den høyeste strøm, og presisjonsmåling av korrosjon krever samme motstand rundt hele omkretsen av referanse-elementet ved dets forbindelse med test-elementet. Dette har følgende årsaker: Selve test-elementet må. ikke korrodere jevnt over hele sin overflate, på grunn av forskjellige betingelser som kan fo-religge i det korrosjonsfremkallende miljøet. Det kan således forekomme grop-korrosjon av test-elementet, og måling av korrosjon på grunn av en grop i ett puhkt kan slå for-skjellig ut i forhold til måling av korrosjon som følge av en helt lik grop i et annet punkt, hvis den elektriske motstand av. sveisen 4 0 varierer i strømbanene som omfatter de områder hvor det forekommer gropkorrosjon. Korrosjonen kan også variere på grunn av strømnings-dynamikken. Forkanten av en testskive 3 2 (dvs oppstrøms ende av skiven) kan f. eks. bli utsatt for sterkere korrosjon enn nedstrøms parti av testskiven. En ujevn motstand rundt testelementets perimeter, dvs ved sveisen 40, kan således medføre forskjellige måleresultater for forskjellige korroderte områder av testskiven.

Anordningen ifølge fig. 3 vil i det vesentlige eliminere år-sakene til denne ulinearitet av målingen. I anordningen ifølge fig. 3 er test- og referanse-element utført i ett med hverandre. En kort lengde av stålstang-materiale med sirkulært tverrsnitt blir bearbeidet for dannelse av et mas-sivt eller hult referanse-element 52, som i en ende er for-synt med et tynt testskive-element 54 som forløper i ett med elementet 52. Stang-materialet som er benyttet for fremstil-ling av den enhetlige struktur av test- og referanse-element utformes f.eks. med et tverrsnitt på 19,05 mm og 38,1 mm i

lengde. Referanse-elementet 52 kan bearbeides til en diame-. iter på 6,3 5 mm, hvor skiveelementet 54 er forbundet med en i ! e1 nde av referanse-elementet med den opprinnelige 19,05 mim-

diameter, men med en tykkelse på ca. 0,254 mm.

Den del som utgjør referanse-elementet er fortrinnsvis gjort hul, f.eks. ved boring for fjernelse av midtpartiet av det massive element etter at utsiden av stavmaterialet er redu-sert i forhold til testskive-element-delen. Den hule form

reduserer varmeledningsevnen og sørger således for en korte-re overgangs-responstid og mindre varmeforsinkelse i nærvær av varmevariasjoner. Med mindre varmemasse i referanse-elementet, blir det mindre stabil tilstand-feil som følge av varmegradienten mellom miljøet som testes og referanse-elementet. Det hule referanse-elementet har videre større elektrisk motstand enn det massive elementet og er mindre "følsomt overfor beliggenheten. Den elektriske leder til referanse-elementet er koblet til dette element i et punkt som ligger nærmere testelementet og som dermed ytterligere reduserer varmeforsinkeIsen.

Denne konstruksjon gir overraskende og uventet en rekke bed-rede resultater. Den vanskelige operasjon for sveising av en separat testskive til et referanse-element er fullstendig eliminert, og jevn motstand i forbindelsesstedet mellom test-og referanse-element blir økt til et maksimum, slik at uli-neariteten i korrosjonsmålingen i forskjellige punkter av testskiven blir'redusert til et minimum. Enhetligheten og den integrerte utformning av test- og referanse-element vil også eliminere termokors som kan genereres ved bruk av ulike metaller for disse elementer eller som kan genereres i en viss grad selv ved bruk av forskjellige stykker av- samme metall. Videre oppnås den beste varmekompensasjon ved at man sikrer bruk av samme materiale for både test- og referanse-element. Ved denne anordning fins det ingen mulighet for at test- og referanse-element kan bli fremstilt av forskjellige materialer eller/forskjellige stykker av lignende materialer, slik det ellers kunne skje ved feiltagelser, feil-behandling eller svikt når det gjelder å identifisere flere deler som fremstilles individuelt.

i

i

Den kombinerte test- og referanse-elementstruktur ifølge fig. 3 blir montert i sondelegemet på samme måte som tilsva- • rende komponenter av sonden ifølge fig. 2. Det indre av sondelegemet og det indre av det hule referanse-element blir fylt med varmeledende, elektrisk ikke-ledende, fast støtte-materiale som kommer i kontakt med alle innerflater av den tynne test-skive for opprettelse av en solid strukturell støtte for denne. Videre blir lederne, som lederne 42, 46 og - 50 koblet til det ytre av det kompakte referanse-elementle-geme 52, men for øvrig er sonden konstruert og drives på samme måte som beskrevet i forbindelse med utførelseseksemp-let ifølge fig. 2.

Den omtalte sonde gir et merkbart større areal av blottlagt testelement enn kjente sonder som er montert i flukt med vegg. En slik sonde av bånd-typen for eksempel, hvor et metallbånd har ender som.forløper gjennom en glass-tetning, vil danne et metallisk testbånd som er 9,525 mm langt og 4,762 mm bredt, mens en typisk testskive som benyttes i sonden ifølge oppfinnelsen kan ha en diameter i størrelses-orden 10,05 mm. Arealet av testskiven som er blottlagt mot det korroderende fluidum mellom forbindelsene av motstands-målende ledere 46 og 48 er dermed betydelig forstørret. Et større areal øker nøyaktigheten av korrosjons-målingen.

Den omtalte sonde tillater montering av sondens ende i det vesentlige i flukt med innerflaten av en rør- eller behol-dervegg. Den danner et test-element med et hensiktsmessig stort areal og, hva som er viktig, eliminerer problemet ved. å forsegle og opprettholde en forsegling mellom ulike materialer over et stort spektrum av temperaturer. Utførelses-eksemplet i fig 3 gir merkbart bedret sondeytelse i flere hendseende, inklusive unngåelse av uønskede termo-kors, bedre varmekompensasjon og bedre linearitet av målingen.

Ovenstående detaljerte beskrivelse skal klart forstås som utelukkende en illustrasjon og et eksempel, mens oppfinnel-sens ide og ramme utelukkende begrenses av de etterfølgende krav.

Claims (10)

1. Elektrisk motstands-korrosjonssonde for montering i flukt med en vegg, karakterisert ved et langstrakt, rørformet sondelegeme med en yttervegg og en åpen forende, en elektrisk ledende korrosjonstest-membran som forløper over og tetter nevnte åpne ende, hvor testmembranen har en tykkelse som er betydelig mindre enn tykkelsen av sondelegemets vegg., et ref eranse-element montert innenfor sondelegemet, organer for måling av motstanden i test-membranen, omfattende.fø rste og andre elektriske ledere som er koblet til første og andre punkter på test-elementet, og et varmeledende og elektrisk ikke ledende stø ttemateriale i sondelegemet i avstøttende kontakt med test-membranen.

2. Sonde som angitt i krav 1, karakterisert ved at testmembranen omfatter en tynn me-tallskive som langs sin omkrets er sveiset fast til forreste ende av sondelegemets vegg.

3. Sonde som angitt i krav 2, karakterisert ved at lederne er koblet til pumkter i omkretsen og nær sentrum av skiven.

4. Sonde som angitt i krav 1, karakterisert ved at referanse-elementet og test-membranen er fremstilt som en enhetlig struktur av ett enkelt material-stykke.

5. Sonde som angitt i krav 1, karakterisert ved at referanse-elementet omfatter en metallsylinder og at test-membranen omfatter en tynn skive som forløper i ett stykke med en ende av referanse-elementets sylinder.

6. Sonde som angitt i krav 1, karakte risert ved at referanse-elementet omfatter en hul. I metallsylinder som forløper i ett stykke med test-membranen'.

7. Elektrisk motstands-korrosjons-sonde for montering i flukt med vegg, tilpasset for installasjon i et rør, gjennom hvilket et korrosivt fluidum strømmer og for å utsette et korrosjons-testelement mot fluidumet som forlø- per i flukt med rørets innside, karakterisert ved at sonden omfatter et rørformet sondelegeme med en forholdsvis tykk metallvegg, som er åpen i forreste ende, hvor legemet er tilpasset for innsetting gjennom en åpning i rørveggen med nevnte forreste ende i det vesentlige i flukt med rørets innside, en korrosjonstest-skive med sete på sondens forreste ende og sveiset til denne rundt skivens omkrets for avtetning av sondelegemets indre, hvor skiven har langt mindre tykkelse enn sondelegemets vegg, et referanse-element i sondelegemet og i en ende festet til testskiven i punkter med innbyrdes avstand fra sondelegemets .vegg, organer for å sende strøm gjennom testskiven og referanse-elementet, organer for måling av referanse-elementets motstand, organer for måling av den elektriske motstand av ..testskiven, omfattende en første leder som er koblet til skiven i et punkt nær skivens forbindelse med sondelegemet, og en andre leder forbundet med skiven i et punkt nær dens forbindelse med referanse-elementet og et varmeledende støttemedium i sondelegemet i kontakt med referanse-elementet og testskiven for opprettelse av strukturell støtte for skiven.

8. Sonde som angitt i krav 7, karakterisert ved at sondelegemets forreste ende er utformet med en innadvendt omkretsskulder, hvor testskiven har sete på denne skulder og er kontinuerlig sveiset fast og forseglet til denne for avtetning av sondelegemets indre.

9. Sonde som angitt i krav 7, karakterisert ved at referanse-elementet og testskiven er fremstilt som en enhetlig struktur av ett enkelt material-stykke. i i

10. Sonde som angitt i krav 1, karakteriser ;t ved at referanse-elementet omfatter en metallsylinder og at testskiven omfatter en tynn skive som forløper i ett stykke med en ende av referanse-elementets sylinder.