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腐蚀监测技术 刘晋副教授 提纲 一 腐蚀监测的作用二 腐蚀监测技术原理 1 什么是腐蚀监测 腐蚀监测是测量各种工艺流体状态腐蚀性 主要是对设备的内腐蚀 的一种测试工作 对于油气田的腐蚀监测就是测量油 气 水及混输状态下介质的腐蚀性测试工作 这种测试是主要是通过把试件插入到工艺流体之中 并始终与流体保持接触来完成 腐蚀监测探头可以是机械的 电的 电化学的装置 腐蚀监测技术本身即可提供在工业处理系统中对金属损耗或腐蚀速度的直接和在线的监测结果 一 腐蚀监测的作用 2 腐蚀监测的目的义 1 测试介质的腐蚀性 提供金属的腐蚀速度 2 评价过程参数的相关变化对系统腐蚀性的影响 对可能导致腐蚀失效的各种破坏性工况报警 3 诊断特殊的腐蚀问题 识别它们的起因和控制腐蚀速度的种种参数 如压力 温度 pH值 流速 含水等等 4 评估腐蚀控制和防腐技术的有效性 如缓蚀剂 并且找出这些技术的最佳应用条件 5 提供与当前设备运行情况和各种维护要求有关的管理信息 一 腐蚀监测的作用 3 腐蚀监测点的选择依据 油气田腐蚀监测点的选择遵循 区域性 代表性 系统性 原则 区域性 是指某一个区块或某一个油气田 代表性 是指在生产系统中能达到以点代面的点 系统性 是指围绕和贯穿整个油气田生产系统的各个环节 腐蚀监测点设计在生产现场腐蚀环境最苛刻 可能产生严重腐蚀的部位 从单井井口 计量站外输 多个单井的汇管 处理站进站 长输管线的末端 及污水处理系统 在整个生产流程设计腐蚀监测点 满足系统监测要求 反映生产系统的腐蚀状况 腐蚀严重区域 起到预警作用 并可对投加缓蚀剂等防腐措施进行评价 一 腐蚀监测的作用 4 腐蚀监测评价执行标准国内油气田针对污水处理系统执行SY T5329 94 碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法 中对注水水质腐蚀速率的规定 腐蚀速率小于0 076mm a美国腐蚀工程师协会NACERP0775 2005 油 气田生产中腐蚀挂片的准备 安装 分析以及试验数据的解释 中对腐蚀程度的规定 一 腐蚀监测的作用 5 腐蚀监测过程是由三部分组成获取腐蚀数据结果分析与判定指导生产 缓蚀剂效果评价与防腐蚀措施建议等6 结果分析与判定指导思想 将腐蚀风险程度分三个等级低风险状态 挂片 探针或两者均为轻度腐蚀程度以下 需关注状态 挂片 探针或两者有多点在中度腐蚀程度以上 需重点防范状态 挂片 探针或两者有多点在严重腐蚀程度以上 一 腐蚀监测的作用 二 腐蚀监测的技术方法及原理 1 挂片法 试件失重法 与现场生产管线同材质试片插入管线内部 根据一段时间内 2个月左右 的失重质量计算试件的腐蚀速度 优点 a 测试结果准确性高 b 腐蚀产物及微生物可直接获取 c 可获取点试数据 缺点 获得数据时间较长 不能获得实时监测数据 二 腐蚀监测的技术方法及原理 二 腐蚀监测的技术方法及原理 首先将试件称重 记录原始数据 然后将试件挂入所需监测的介质内 通过一定时间后取出 清洗腐蚀产物后称重 根据时间周期 试件表面积 试件材质密度 失重量计算其腐蚀速度 优点 a 投资省 b 测试结果准确性高 c 腐蚀产物及微生物可直接获取 d 可获取点试数据 e 设备不宜损坏 缺点 获得数据时间较长 不能获得实时监测数据 1 挂片法 试件失重法 二 腐蚀监测的技术方法及原理 1 挂片法 试件失重法 二 腐蚀监测的技术方法及原理 油井管线下部试片腐蚀状况 油井地面管线底部腐蚀状况 集输管线腐蚀状况 1 挂片法 试件失重法 二 腐蚀监测的技术方法及原理 某油田地层产出水试片 点蚀数据的获得 点蚀 1 挂片法 试件失重法 二 腐蚀监测的技术方法及原理 1 挂片法 试件失重法 试棒5mm 二 腐蚀监测的技术方法及原理 1 挂片法 试件失重法 挂片法的优点 挂片法是各种腐蚀监测手段中最根本和有效的方法 能够最大程度的反映真实腐蚀情况 尽管现在先进的电子方法较多 但任何其它方法的使用 都会以挂片法作为参考 而进行配套使用 尤其是在材料和防腐方法选择方面具有不可替代性 2 电阻法 ER探针 二 腐蚀监测的技术方法及原理 电阻探针ER被称为是 电子的 腐蚀挂片 把探针插入管线与生产介质完全接触 探针电阻的变化量折算成金属的损失 金属失重即为发生腐蚀 原理 一个具有固定质量和形状的传感器的电阻 横截面积随腐蚀而变化 电阻读数将随之变化 这个变化量与一个未腐蚀的传感器元件的电阻相比较 当二者电阻读数表达为一个比率时 比率的变化就表示腐蚀速度的变化 优点 可广泛使用于任何发生腐蚀的系统 缺点 a 获取数据时间较长 b 当探针发生沉积时 会得到错误信息 c 对硫化物系统中测量结果受到较大影响 d 探针的灵敏度高 寿命短 反之亦然 2 电阻法 ER探针 原理 欧姆定律 金属或合金元件的电阻为 R r L A其中 L 元件长度 A 横截面积 R 电阻率 腐蚀元件横截面积减小 金属损失 导致元件电阻增加 测量探针电阻的仪表将探针跨度 有效寿命 分成1000份 每一份称为探头的一个寿命单元 仪器读数为探头壁厚损失的寿命单元 ML 金属损失 milsX 任意时刻的仪器读数X2 t2时刻的仪器读数X1 t1时刻的仪器读数t X1与X2读数之间的时间差 天 CR 腐蚀速率 mils 年 K PROBECONSTANT探针常数 二 腐蚀监测的技术方法及原理 2 电阻法 ER探针 二 腐蚀监测的技术方法及原理 2 电阻法 ER探针 二 腐蚀监测的技术方法及原理 电阻探针传感器类型 2 电阻法 ER探针 二 腐蚀监测的技术方法及原理 2 电阻法 ER探针 二 腐蚀监测的技术方法及原理 电阻探针 失重试片联合监测安装示意图 带旋塞的安装座 延伸接头 ER7100探针 数据采集器 二 腐蚀监测的技术方法及原理 电阻探针 失重试片联合监测实例 二 腐蚀监测的技术方法及原理 存储3100个数据 存储的探针文件数目150个最大存储个数 3000个 电阻探针 失重试片联合监测实例 二 腐蚀监测的技术方法及原理 3 氢探针 二 腐蚀监测的技术方法及原理 原理 氢探头最简单的也是最常用的一种是薄壁碳钢试管 中间插人一根实芯棒 使试管和棒之间形成环状空间 插人介质中 氢原子可以渗透薄管壁在环形空间内积聚 生成氢气 而氢气分子因比原子大而难以逸出 随着氢气的增多 压力不断提高 并显示于外面的压力表 贴片探头的原理大致相同 只是探头贴在容器外壁 收集穿过器壁的氢原子 目前还没有一种氢探头可用来直接表明腐蚀率 但可以监测工艺过程的变化 3 氢探针 二 腐蚀监测的技术方法及原理 3 氢探针 二 腐蚀监测的技术方法及原理 4 线性极化电阻 LPR 二 腐蚀监测的技术方法及原理 原理 测量腐蚀电流从而获得腐蚀速度 即将一个小电流施加到正在发生腐蚀的电极上 测量装置的阳极与阴极之间的电流而获得数据 优点 可随时获得读数 通常应用于时实监测 缺点 不能应用含有较高杂质 油类 或气体中 只要对电极造成污染的环境 所获得的数据可靠性差 4 线性极化电阻 LPR 二 腐蚀监测的技术方法及原理 5 电感阻抗法 二 腐蚀监测的技术方法及原理 原理 是电阻法转化的一项技术 是在传感器中埋设一个线圈 通过其感抗的变化来测定敏感元件厚度的减少 具有高磁导率强度的敏感元件强化了线圈周围磁场 因此敏感元件厚度的变化将影响线圈的感抗 优点 可广泛应用与各种系统 响应时间大大缩短 也可时实获得数据 缺点 电极需更换 价格较高 变送器 数据记录器 探头 6 FSM 全周向腐蚀监测技术 二 腐蚀监测的技术方法及原理 FSM技术是经过现场检验的 通过监测电流在金属结构上流动方向的细微变化 电压值与初始设定的测量值进行比较 来检测由于腐蚀引起的金属损失 脆裂和凹坑 传感针或电极呈矩阵式分布在被监测区域来检测电场方向的变化 测量电压与最初的参考电压进行比较 探针间距一般为壁厚的2 3倍 系统提供图解曲线表明凹坑和脆裂的位置和严重程度 计算实际腐蚀趋向和腐蚀速率 对在线系统 敏感性和重复性是剩余壁厚的0 1 二 腐蚀监测的技术方法及原理 穿过焊缝的原理 6 FSM 全周向腐蚀监测技术 4 线性极化电阻 LPR 二 腐蚀监测的技术方法及原理 6 FSM 全周向腐蚀监测技术 FSM应用于直管监测 4 线性极化电阻 LPR 二 腐蚀监测的技术方法及原理 6 FSM 全周向腐蚀监测技术 FSM应用于弯头监测 钉检测针 电阻焊 4 线性极化电阻 LPR 二 腐蚀监测的技术方法及原理 6 FSM 全周向腐蚀监测技术 FSM应用于三通监测 4 线性极化电阻 LPR 二 腐蚀监测的技术方法及原理 6 FSM 全周向腐蚀监测技术 焊缝及点蚀 局部腐蚀 4 线性极化电阻 LPR 二 腐蚀监测的技术方法及原理 6 FSM 全周向腐蚀监测技术 FSM IT 4 线性极化电阻 LPR 二 腐蚀监测的技术方法及原理 6 FSM 全周向腐蚀监测技术 FSMLog全周向腐蚀监测技术 4 线性极化电阻 LPR 二 腐蚀监测的技术方法及原理 6 FSM 全周向腐蚀监测技术 1 非插入式 不破坏管线 容器本体结构 没有泄漏的危险 提高在H2S环境中的安全性 适用于困难的位置 高温 高压 2 直接在管壁测量腐蚀 不需耗材 探针 挂片 不需取放工具 最现实的测量均匀腐蚀 局部腐蚀的方法 3 适用于H2S环境 安全 测量不受导电性FeS膜的影响 4 适用于无线 在线测量5 不影响通球 扫线作业 FieldData MultiTrend软件三维图 PostProcessedPlot MultiTrend软件三维图 Accessfitting高压系统带压取放技术 二 腐蚀监测的技术方法及原理 该技术可在不停产情况下进行挂片 探针的更换 挂片数据的采集 不影响油气田的正常生产 解决了因停产所带来的一切不良后果 该装置已有半个多世纪的使用经验 性能稳定 可以应用在高压 高温装置上 被世界各大腐蚀监测公