RU2645441C1

RU2645441C1 - Corrosion hydrogen probe

Info

Publication number: RU2645441C1
Application number: RU2016150755A
Authority: RU
Inventors: Владимир Ильич Вигдорович; Александр Прокопьевич Макаров; Лариса Геннадьевна Князева; Людмила Евгеньевна Цыганкова; Наталья Владимировна Шель
Priority date: 2016-12-22
Filing date: 2016-12-22
Publication date: 2018-02-21

Abstract

FIELD: test equipment.

SUBSTANCE: invention relates to testing control technique, namely to corrosion hydrogen probes. Corrosion hydrogen probe contains a body, a hydrogen sensor, pistons, manometers, strain gauges and a recording device. Hydrogen sensor is made in the form of a tube, which comprises an inserted tubular liner with strain gauges, which are loaded with a tensile load from the pressure of the aggressive hydrogenation medium acting on the associated piston. Wherein the voltage level is regulated by changing the counterpressure of the compensating piston through the compressible organic-silicon fluid. Corrosion hydrogen probe can be used to control the corrosion rate of equipment used in an aggressive hydrogenation medium, in particular to determine the effectiveness and time of aftereffect of corrosion inhibitors, to control hydrogen permeability, which can also be used to determine the protective effectiveness of corrosion inhibitors and the time of their aftereffect, to determine the time till through pitting in the wall of the hydrogen sensor to fix the time till corrosion cracking of the sensor, hydrogen and to ensure safe operation conditions of the probe.

EFFECT: increased sensitivity of the probe and, as a result, higher safety of site operation.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к испытательной контролирующей технике, а именно к коррозионным водородным зондам.The invention relates to a testing control technique, namely to corrosive hydrogen probes.

Из всех существующих средств коррозионного контроля (за исключением образцов-свидетелей) водородные зонды давления являются самыми недорогостоящими и наименее сложными. При работе они очень быстро, как правило, в течение 24 ч. отражают изменения скорости коррозионных процессов в системе (Митрофанов А.В., Киченко А.Б., Гафаров Н.А. Контроль коррозии на объектах нефтегазодобычи с помощью водородных зондов // Обз. информ. Сер.: Защита от коррозии оборудования в газовой промышленности. - ООО "ИРЦ Газпром". - 2003-113 с.).Of all the existing corrosion control tools (with the exception of witness samples), hydrogen pressure probes are the most inexpensive and least complex. During operation, they very quickly, usually within 24 hours, reflect changes in the rate of corrosion processes in the system (Mitrofanov A.V., Kichenko A.B., Gafarov N.A. Corrosion control at oil and gas production facilities using hydrogen probes // Reviewed information Ser .: Protection against corrosion of equipment in the gas industry. - IRC Gazprom. - 2003-113 p.).

Водородные зонды давления представляют собой устройства, имитирующие несплошность в металле, где происходит выделение продиффундировавшего через стенку зонда водорода, образующегося в результате коррозионного процесса на противоположной ее стороне (Гутман Э.М., Гетманский М.А., Клапчук О.В., Кригман Е.А. Защита нефтепромыслового оборудования от коррозии. - М.: Недра. 1988. - 200 с.). Их общей характеристикой является наличие искусственно созданной несплошности в металле, куда благодаря своей высокой диффузионной подвижности проникает атомарный водород. В несплошности такой водород переходит в молекулярную форму (молизуется), способную развивать огромные давления, регистрируемые манометром (Митрофанов А.В., Киченко А.Б., Гафаров Н.А. Контроль коррозии на объектах нефтегазодобычи с помощью водородных зондов // Обз. информ. Сер.: Защита от коррозии оборудования в газовой промышленности. - ООО "ИРЦ Газпром". - 2003. - 113 с.), и создавать тем самым высокие внутренние напряжения в металлической фазе, обусловливая ее водородную хрупкость.Hydrogen pressure probes are devices that simulate a discontinuity in a metal, where there is a release of a hydrogen probe diffused through the wall that forms as a result of a corrosion process on its opposite side (Gutman E.M., Getmansky M.A., Klapchuk O.V., Krigman EA Protection of oilfield equipment from corrosion. - M .: Nedra. 1988. - 200 p.). Their common characteristic is the presence of artificially created discontinuities in the metal, where atomic hydrogen penetrates due to its high diffusion mobility. In discontinuity, such hydrogen transforms into a molecular form (is molded), which is capable of developing enormous pressures recorded by a manometer (Mitrofanov A.V., Kichenko AB, Gafarov N.A. Corrosion control at oil and gas production facilities using hydrogen probes // Review. inform. Ser .: Corrosion protection of equipment in the gas industry. - IRC Gazprom. - 2003. - 113 p.), and thereby create high internal stresses in the metal phase, causing its hydrogen brittleness.

Известен водородный зонд «труба в трубе» (Гутман Э.М., Гетманский М.А., Клапчук О.В., Кригман Е.А. Защита нефтепромыслового оборудования от коррозии. - М.: Недра. 1988. - 200 с.).Known hydrogen probe "pipe in pipe" (Gutman E.M., Getmansky M.A., Klapchuk O.V., Krigman E.A. Protection of oilfield equipment from corrosion. - M .: Nedra. 1988. - 200 p. )

Подобные зонды монтируются на трубопровод, по которому подается агрессивная среда, в результате взаимодействия которой с материалом конструкции выделяется атомарный водород, диффундирующий в металл. Недостатком таких водородных зондов давления (далее водородных зондов (ВЗ)) является низкая чувствительность в связи с неизбежным наличием стенок большой толщины и сложностью контроля состояния металла в зоне установки ВЗ. В силу этих причин подобные водородные зонды не получили распространения в промышленности.Such probes are mounted on a pipeline through which an aggressive medium is supplied, as a result of the interaction of which with atomic material, atomic hydrogen diffuses into the metal. The disadvantage of such hydrogen pressure probes (hereinafter referred to as hydrogen probes (VZ)) is the low sensitivity due to the inevitable presence of walls of large thickness and the difficulty of monitoring the state of the metal in the zone of the VZ installation. For these reasons, such hydrogen probes are not widely used in industry.

Известен накладной водородный зонд (Гутман Э.М., Гетманский М.Д., Клапчук О.В., Кригман Л.Е. Защита газопроводов нефтяных промыслов от сероводородной коррозии. - М.: Недра, 1988. - 200 с.). При очевидной простоте и надежности конструкции накладных зондов их большим недостатком является недостаточная чувствительность подобно водородным зондам типа «труба в трубе». Дополнительным серьезным недостатком является сложность, а подчас и невозможность осуществления надежного уплотнения между накладкой и контролируемой поверхностью конструкции. В результате эти зонды также мало используются.Known overhead hydrogen probe (Gutman EM, Getmansky MD, Klapchuk OV, Krigman LE Protection of gas pipelines of oil fields from hydrogen sulfide corrosion. - M .: Nedra, 1988. - 200 S.). With the obvious simplicity and reliability of the design of overhead probes, their biggest drawback is the lack of sensitivity, like tube-in-tube hydrogen probes. An additional serious drawback is the complexity, and sometimes the impossibility of making a reliable seal between the pad and the controllable surface of the structure. As a result, these probes are also of little use.

Известны пальчиковые водородные зонды (Гутман Э.М., Гетманский М.Д., Клапчук О.В., Кригман Л.Е. Защита газопроводов нефтяных промыслов от сероводородной коррозии. - М.: Недра, 1988. - 200 с.). Недостатком этих ВЗ является необходимость в наличии штуцера, имеющего фланцевое или резьбовое соединение, позволяющее установить зонд на трубопровод. В силу этих причин, несмотря на высокую чувствительность, такие зонды нашли ограниченное распространение в условиях магистральных нефтепроводов, по которым перекачивается агрессивная среда.Known finger hydrogen probes (Gutman EM, Getmansky MD, Klapchuk OV, Krigman LE Protection of gas pipelines of oil fields from hydrogen sulfide corrosion. - M .: Nedra, 1988. - 200 p.). The disadvantage of these VZ is the need for a fitting having a flange or threaded connection, allowing you to install the probe on the pipeline. For these reasons, despite their high sensitivity, such probes have found limited distribution in the conditions of oil trunk pipelines through which aggressive media are pumped.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому водородному зонду является водородный зонд типа «стакан» (АС СССР №1078285, кл. G 01 N17100, 13.12.82, опубл. 07.03.84. Бюл. №9. Коррозионный водородный зонд. Авторы: Э.М. Гутман, А.Ф. Светличкин, Н.В. Холзаков, Г.Ф. Райзман, В.П. Яковлев), в полости которого установлен и взаимодействует с дном подпружиненный поршень, вдоль оси которого имеется ступенчатый канал. В расширенной части канала установлен датчик количества продиффундировавшего через дно водорода, гибкая мембрана с тензометрическим датчиком. Кроме того, ВЗ снабжен предохранительным клапаном, расположенным в канале между дном зонда и мембраной.The closest technical solution to the proposed hydrogen probe is a glass-type hydrogen probe (USSR AS No. 1078285, class G 01 N17100, 12/13/82, published March 7, 84. Bull. No. 9. Corrosive hydrogen probe. Authors: E. M. Gutman, A.F. Svetlichkin, N.V. Kholzakov, G.F. Raizman, V.P. Yakovlev), in the cavity of which a spring-loaded piston is installed and interacts with the bottom, along the axis of which there is a stepped channel. In the expanded part of the channel there is a sensor for the amount of hydrogen diffused through the bottom, a flexible membrane with a strain gauge. In addition, the VZ is equipped with a safety valve located in the channel between the bottom of the probe and the membrane.

Недостаток указанного зонда - сложность монтажа, трудности в достижении уплотнения соединений. Кроме того, он характеризуется более низкой чувствительностью в силу малой площади поверхности, через которую диффундирует в них водород.The disadvantage of this probe is the complexity of installation, difficulties in achieving seal joints. In addition, it is characterized by lower sensitivity due to the small surface area through which hydrogen diffuses in them.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение чувствительности, тем самым обеспечивается надежность получения количественных показателей диффузии водорода внутри металла в условиях воздействия на него агрессивной наводороживающей среды, склонности материала конструкции к коррозионному растрескиванию и в итоге обеспечение безопасности эксплуатации объекта.The technical task of the invention is to increase the sensitivity, thereby ensuring the reliability of quantitative indicators of hydrogen diffusion inside the metal under the influence of an aggressive hydrogen-containing medium, the tendency of the structural material to corrosion crack and ultimately ensure the safe operation of the object.

Указанная техническая задача достигается тем, что коррозионный водородный зонд содержит корпус, датчик водорода, поршни, манометры, тензодатчики и регистрирующий прибор, согласно изобретению датчик водорода выполнен в виде трубки, в которую вставлен трубчатый вкладыш с тензодатчиками, которые нагружаются растягивающей нагрузкой от давления агрессивной наводороживающей среды, воздействующей на связанный с ними поршень. При этом уровень напряжения регулируют изменением величины противодавления компенсирующего поршня через сжимаемую кремнийорганическую жидкость.The specified technical problem is achieved in that the corrosive hydrogen probe contains a housing, a hydrogen sensor, pistons, pressure gauges, strain gauges and a recording device, according to the invention, the hydrogen sensor is made in the form of a tube into which a tubular insert with strain gauges is inserted, which are loaded with a tensile load from an aggressive hydrogenous pressure medium acting on the associated piston. In this case, the voltage level is controlled by changing the counter-pressure of the compensating piston through a compressible organosilicon liquid.

На чертеже представлена схема предлагаемого коррозионного водородного зонда. Зонд содержит корпус 1, установленный на контролируемом оборудовании 2. Датчик водорода 3 погружен в агрессивную наводороживающую среду 4. Датчик водорода 3 изготовлен из материала испытуемого оборудования и совместно с находящимся в нем трубчатым вкладышем 5 нагружен растягивающим напряжением, создаваемым давлением агрессивной наводороживающей среды 4, действующей на поршень 6. Поршень 6, установленный в корпусе 1, соединен с датчиком водорода 3 и трубчатым вкладышем 5. Величина напряжения в датчике водорода 3 контролируется тензодатчиками 7, установленными внутри трубчатого вкладыша 5. Тензодатчики 7 через токопровод 8 соединяются с регистрирующим прибором 9. Проникающий сквозь стенку датчика 3 атомарный диффузионно-подвижный водород в канале 10 образует молекулярную форму водорода (Н₂) и по каналу 11 поступает к крану 12. В зависимости от положения затвора 13 водород направляется к манометру 14 для контроля давления водорода или к манометру 15 для контроля давления агрессивной наводороживающей среды 4 и определения момента разрушения датчика водорода 3. Для установки заданного уровня напряжений в сечении датчика водорода 3 используется компенсирующий поршень 16, при перемещении которого в направлении поршня 6 путем вращения регулирующей гайки 17 в объеме, заполненном сжимаемой кремнийорганической жидкостью 18, создается давление, которое передается на поршень 6. При этом изменяется уровень напряжения в сечении датчика водорода 3, величина которого определяется показаниями регистрирующего прибора 9.The drawing shows a diagram of the proposed corrosive hydrogen probe. The probe contains a housing 1 mounted on the controlled equipment 2. The hydrogen sensor 3 is immersed in an aggressive hydrogen-containing medium 4. The hydrogen sensor 3 is made of the material of the tested equipment and together with the tubular insert 5 located therein is loaded with tensile stress created by the pressure of the aggressive hydrogen-generating medium 4 acting on the piston 6. The piston 6 installed in the housing 1 is connected to the hydrogen sensor 3 and the tubular insert 5. The voltage in the hydrogen sensor 3 is controlled by strain gauges 7 mounted inside the tubular insert 5. The load cells 7 are connected through a current lead 8 to a recording device 9. The atomic diffusion-mobile hydrogen penetrating through the wall of the sensor 3 forms a molecular form of hydrogen (Н ₂ ) in the channel 10 and enters the valve 12 through the channel 11. depending on the position of the shutter 13, hydrogen is sent to a manometer 14 to control the pressure of hydrogen or to a manometer 15 to control the pressure of the aggressive hydrogen-containing medium 4 and determine the moment of destruction of the hydrogen sensor 3. To set the the voltage level in the cross section of the hydrogen sensor 3 uses a compensating piston 16, when moving in the direction of the piston 6 by rotating the adjusting nut 17 in a volume filled with a compressible organosilicon fluid 18, pressure is created that is transmitted to the piston 6. This changes the voltage level in the cross section of the sensor hydrogen 3, the value of which is determined by the readings of the recording device 9.

Водородный зонд работает следующим образом. Первоначально определяется требуемый уровень напряжений в датчике водорода 3. Для этого рассчитывается распределение нагрузки между датчиком водорода 3 и трубчатым вкладышем 5 для установки соответствующих показаний регистрирующего прибора 9. После монтажа водородного зонда на контролируемое оборудование 2, до включения его в работу, путем закручивания гайки 17 перемещают компенсирующий поршень 16, передающий давление через сжимаемую кремнийорганическую жидкость 18 для перемещения поршня 6 в крайнее нижнее положение в корпусе 1 для того, чтобы датчик водорода 3 не находился под нагрузкой. После подачи в контролируемое оборудование 2 рабочего давления агрессивной наводороживающей среды 4 медленным вращением гайки 17 повышают уровень растягивающего напряжения в сечении датчика 3 до тех пор, пока на регистрирующем приборе 9 не будет достигнуто соответствующее показание, при котором датчик 3 будет нагружен до расчетного уровня напряжения. Во время выполнения этой операции кран 12 находится в положении, при котором канал 11 соединяется с манометром 15, рассчитанным на показание давления агрессивной наводороживающей среды 4. Затем затвор 13 крана 12 переводится в положение подключения канала 11 к манометру 14 для контроля давления водорода. Если при этом манометр 14 показывает избыточное давление, то его следует снизить, доведя до атмосферного давления. В процессе эксплуатации контролируемого оборудования 2 под давлением агрессивной наводороживающей среды 4 между установленными периодами измерения давления водорода затвор 13 крана 12 находится в положении, когда канал 11 соединен с манометром 15, что позволяет определить момент возможного разрушения датчика водорода 3. В процессе работы зонда необходимо периодически фиксировать показания регистрирующего прибора 9. Поскольку в результате коррозионных процессов уменьшается сечение датчика водорода 3, то при постоянной величине давления агрессивной наводороживающей среды 4 уровень растягивающего напряжения увеличивается. Регулировка величины напряжений в сечении датчика водорода 3 производится путем перемещения регулирующей гайки 17 до расчетной величины, определяемой по показанию регистрирующего прибора 9. В результате сопоставления изменений в показаниях регистрирующего прибора 9 вычисляется средняя скорость коррозии, а по анализу периодических показаний манометра 15 определяется изменение интенсивности наводороживания. Если в процессе воздействия агрессивной наводороживающей среды 4 произойдет разрыв механически нагруженного датчика 3, вся нагрузка воспримется вкладышем 5. В этом случае показания регистрирующего прибора 9 резко изменятся в направлении увеличения деформации. Также возможно, что манометр 15 покажет давление рабочей среды, но при этом показания регистрирующего прибора 9 изменятся незначительно, если в стенке датчика водорода 3 образуется минимальное сквозное отверстие, что, как правило, является следствием появления микропиттинга. Если при эксплуатации контролируемого оборудования 2 возникают импульсы давления, они гасятся за счет демпфирующего действия сжимаемой кремнийорганической жидкости 18. При отключении линии высокого давления от манометра 14 с помощью крана 12 и перед подключением этого манометра следует временно снижать уровень напряжения в сечении датчика водорода 3.A hydrogen probe works as follows. Initially, the required voltage level in the hydrogen sensor 3 is determined. For this, the load distribution between the hydrogen sensor 3 and the tubular insert 5 is calculated to set the corresponding readings of the recording device 9. After installing the hydrogen probe on the controlled equipment 2, before turning it on, by tightening the nut 17 move the compensating piston 16, transmitting pressure through the compressible silicone fluid 18 to move the piston 6 to its lowest position in the housing 1 in order To the hydrogen sensor 3 is not under load. After the aggressive pressure of the hydrogenating medium 4 is supplied to the controlled equipment 2 by slow rotation of the nut 17, the level of tensile stress in the cross section of the sensor 3 is increased until a corresponding reading is reached on the recording device 9, in which the sensor 3 is loaded to the calculated voltage level. During this operation, the valve 12 is in a position in which the channel 11 is connected to a pressure gauge 15, designed to indicate the pressure of the aggressive hydrogen-containing medium 4. Then, the shutter 13 of the crane 12 is moved to the connection position of the channel 11 to the pressure gauge 14 to control the hydrogen pressure. If at the same time the manometer 14 shows excessive pressure, then it should be reduced to bring to atmospheric pressure. During operation of the controlled equipment 2 under the pressure of an aggressive hydrogen-containing medium 4 between the established periods of measuring the hydrogen pressure, the valve 13 of the valve 12 is in the position when the channel 11 is connected to the pressure gauge 15, which allows determining the moment of possible destruction of the hydrogen sensor 3. During the operation of the probe, it is necessary to periodically record the readings of the recording device 9. Since, as a result of corrosion processes, the cross section of the hydrogen sensor 3 decreases, then at a constant pressure a ressivnoy hydrogen-charging medium 4 level of tensile stress increases. The voltage value in the cross section of the hydrogen sensor 3 is adjusted by moving the adjusting nut 17 to the calculated value determined by the reading of the recording device 9. As a result of comparing the changes in the readings of the recording device 9, the average corrosion rate is calculated, and the analysis of the periodic readings of the pressure gauge 15 determines the change in the hydrogenation intensity . If a mechanically loaded sensor 3 breaks during exposure to an aggressive hydrogen-containing medium 4, the entire load will be perceived by the insert 5. In this case, the readings of the recording device 9 will change sharply in the direction of increasing deformation. It is also possible that the pressure gauge 15 will show the pressure of the working medium, but the readings of the recording device 9 will change slightly if a minimum through hole is formed in the wall of the hydrogen sensor 3, which, as a rule, is the result of micropitting. If pressure pulses occur during operation of the controlled equipment 2, they are suppressed due to the damping effect of the compressible organosilicon liquid 18. When the high pressure line is disconnected from the pressure gauge 14 using a valve 12 and before connecting this pressure gauge, the voltage level in the cross section of the hydrogen sensor 3 should be temporarily reduced.

Таким образом, предлагаемый коррозионный водородный зонд может быть использован для контроля скорости коррозии оборудования, эксплуатируемого в агрессивной наводороживающей среде, в частности для определения эффективности и времени последействия ингибиторов коррозии, для контроля водородопроницаемости, что также может быть использовано для определения защитной эффективности ингибиторов коррозии и времени их последействия, для определения времени до сквозного питтингообразования в стенке датчика водорода, для фиксации времени до коррозионного растрескивания датчика водорода и обеспечения условий безопасной эксплуатации зонда.Thus, the proposed corrosive hydrogen probe can be used to control the corrosion rate of equipment operated in an aggressive hydrogen-containing environment, in particular to determine the effectiveness and aftereffect of corrosion inhibitors, to control hydrogen permeability, which can also be used to determine the protective effectiveness of corrosion inhibitors and time their aftereffect, to determine the time until through pitting in the wall of the hydrogen sensor, to fix the time to corrosion cracking of the hydrogen sensor and ensuring the safe operation of the probe.

Claims

A corrosive hydrogen probe containing a housing, a hydrogen sensor, pistons, pressure gauges, strain gauges and a recording device, characterized in that the hydrogen sensor is made in the form of a tube into which a tubular insert with strain gauges is inserted, which are loaded with a tensile load from the pressure of an aggressive hydrogenous medium acting on a piston associated with them, while the level of tensile stress is controlled by changing the counter-pressure of the compensating piston through a compressible organosilicon fluid.