專利名稱：消除介質電阻的在線式電化學腐蝕監(jiān)控儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種消除介質電阻的在線式電化學腐蝕監(jiān)控儀，主要用于煉油廠的煉油設備和管線，監(jiān)測其電化學腐蝕發(fā)生和發(fā)展特性以及腐蝕速率。具體的它可以用在蒸餾塔頂低溫設備和管線上，也可以用在換熱器冷卻水系統(tǒng)，評價設備和管線的腐蝕狀況、 監(jiān)測其腐蝕速率是否達到生產要求，為生產提供必要的腐蝕數據，以便設備管理部門采取相應防護措施，防止和減緩腐蝕，保證設備的可靠運行。該實用新型也可用于石油開采的污水回注系統(tǒng)。
背景技術：
煉油廠塔頂低溫設備的腐蝕主要是電化學腐蝕，在生產過程中通常要求塔頂低溫部位腐蝕速率低于0. 2mm/a、循環(huán)水冷卻設備腐蝕速率低于0. 125mm/a,當腐蝕速率超過這個指標時，就要調整防腐注劑，或者調整生產工藝，以維持腐蝕速率在較低的水平上，保證生產裝置的長、穩(wěn)、安運行。為此，準確地、實時地監(jiān)測其腐蝕速率是非常重要的。在以往的工作中曾采用過以下幾種方法和技術，一是掛片失重方法，它是在管線里安裝一些試片，尺寸大約為2(Tl00Cm2，定期取出掛片，處理和稱重，并計算腐蝕速率，掛片失重方法主要問題是試驗周期長，尤其從裝置或管線里取出試片時經常會發(fā)現試片不見了，或者是腐蝕消耗了，或者被快速流動的介質沖刷走了，所以這種監(jiān)測方法越來越少地被應用；另外有電阻探針和電感探針在線式監(jiān)測技術，這兩種方法在煉油廠應用較普遍，兩種方法都是采用金屬腐蝕損耗的方法，使探針接觸腐蝕介質，探針發(fā)生腐蝕減薄，根據探針腐蝕減薄量與探針原始厚度比值求出腐蝕速率，當腐蝕速率小于0.25mm/a，通常需要廣3天給出準確結果。電化學方法可以做到瞬時腐蝕監(jiān)測，它不需要腐蝕累積，而是采用測量腐蝕電流的方法進行腐蝕速率監(jiān)測，因此在測試速度上遠比電阻探針和電感探針方法快得多，在以電化學為主的低溫腐蝕環(huán)境下電化學測試方法有著自身的優(yōu)勢，而電阻探針和電感探針方法對于高溫部位的腐蝕監(jiān)測更具優(yōu)勢。在金屬腐蝕的實驗室研究中電化學方法被普遍應用，但是在煉油廠工況現場應用較少，本實用新型是要設計一臺用于煉油廠工況現場的可以實時監(jiān)測設備腐蝕速率的電化學測試儀，設計中主要解決小型化、智能化、消除介質電阻和減小理論誤差，以達到準確地、瞬時地、在線地測量煉油廠生產設備的腐蝕速率。

實用新型內容本實用新型的目的在于提供一種消除介質電阻的在線式電化學腐蝕監(jiān)控儀，應用背景是工況現場的實時在線監(jiān)測，與實驗室研究最大的不同是探針是被反復使用的，測量次數可以用千次、萬次來計算，在測量過程中探針將被電信號激勵，所以在設計中需要盡量減小激勵信號對探針產生的破壞，因此本設計以線性極化技術作為理論基礎，減小激勵信號對探針的破壞，延長探針的有效使用時間，如果單考慮激勵信號對探針的影響，采用線性極化技術相對于弱極化技術探針的有效壽命可以延長5倍以上。但是，線性極化技術在測取腐蝕速率時存在介質電阻誤差，這是因為要準確地計算腐蝕速率我們只需要極化電阻，但是線性極化技術測量出來的是極化電阻與介質電阻之和，當介質電阻相對于極化電阻與介質電阻之和不可忽略時，則誤差就是顯著的，而在大部分情況下介質電阻的影響是不可忽略的，因此本實用新型進行了專門設計，叫做高頻激勵法，通過設計的高頻激勵電路和高頻響應信號測取電路可以準確地測量出介質電阻，并從線性極化得出的極化電阻與介質電阻之和中去除，從而得到實際的極化電阻，并進一步計算出實際腐蝕速率。此外，本實用新型設計了工業(yè)在線監(jiān)測專用探針，如圖1所示是在線式探針實際圖片。采用的技術方案是一種消除介質電阻的在線式電化學腐蝕監(jiān)控儀，包括探針基座、探針桿，所述的探針基座的前端面上用玻璃陶瓷焊固有三個螺絲柱，每個螺絲柱上螺紋連接有電極柱，且螺絲柱與電極柱之間設置有0型膠圈，所述探針桿的前端與探針基座的后端焊固連接，探針桿的后端與一航空插座固定連接。探針桿為空腔，探針桿為空腔內穿設有三根導線，三根導線的一端分別于三個螺絲柱連接，三根導線的另一端與航空插座連接。上述三個螺絲柱之間大于或等于3mm，螺絲柱比探針基座高出5 10mm，螺絲柱比基座高出5 10mm，探針基座與探針桿成大小頭結構，兩部分采用氬弧焊聯接，探針基座直徑為觀讓 38讓，長度為20mnTl20mm，探針桿直徑為16 20mm，長度根據現場設備的尺寸決定， 探針基座和探針桿為相同的金屬材料。本實用新型與現有技術的最大不同是探針是被反復使用的，測量次數可以用千次、萬次來計算，在測量過程中探針將被電信號激勵，所以在設計中需要盡量減小激勵信號對探針產生的破壞，因此本設計以線性極化技術作為理論基礎，減小激勵信號對探針的破壞，延長探針的有效使用時間，如果單考慮激勵信號對探針的影響，采用線性極化技術相對于弱極化技術探針的有效壽命可以延長5倍以上?；驹砑昂汶娢豢刂齐娐啡姌O探針與腐蝕介質構成腐蝕體系，探針與監(jiān)控儀連接即可測量腐蝕體系的腐蝕速率。三個電極分別叫做被測電極或叫工作電極WE、參考電極RE、輔助電極CE。被測電極的材質通常與監(jiān)控的設備材質相同，參考電極和輔助電極可以與被測電極的材質相同， 也可以不同，如果采用不同的材質，則選擇比被測電極更穩(wěn)定更耐腐蝕的材質。監(jiān)控儀與通過一條長導線和遠程數據接口與控制室的終端相連，于是構成在線監(jiān)控儀系統(tǒng)。如圖3，在線監(jiān)控儀系統(tǒng)圖。在線監(jiān)控儀核心電路有單片機MSP430F147、A/D轉換電路AD7708、接口電路、激勵信號發(fā)生電路10mV/10kHz小幅度正弦波交流信號、5mV直流信號、腐蝕電位信號，以及恒電位主控電路、自腐蝕電位高阻取樣電路、零電阻電流測量電路。對被測電極施加10mV/10kHZ小幅度正弦波激勵信號和5mV直流激勵信號，測量在被測電極上發(fā)生的電流響應，測算出被測電極的腐蝕電流和腐蝕速率。A1是恒電位控制的核心器件，它是一個運算放大器，運算放大器A2是自腐蝕電位高阻取樣電路的核心器件，運算放大器A3是零電阻電流測量電路的核心器件。從圖3設計可以得到以下算式=U7=U1=UyU3=U4=OVAU5=U6=OVU^I2= I30 5mV 信號和 10mV/10kHz 小幅度正弦波信號是經過兩次激勵施加給被測電極的，因此統(tǒng)兩個激勵信號為Δ Ε。第一次激勵信號Δ E為5mV直流信號，首先S斷開，由A2測出參考電極和被測電極的腐蝕電位E。。 ，U7=-Ecorr,經過A/D轉換后由CPU讀取腐蝕電位，得到E。。 ，送至腐蝕電位信號發(fā)生電路，與激勵信號Δ E 一起施加到主控制電路A1的反相輸入端，這時將S閉合，由 Α1;Α2和腐蝕體系構成負反饋恒電位控制電路，可有(E。。rr- U5)/R+ (ΔΕ- U5VR= (U5-U7) /R，因U5=0V，所以 υ7=-(Ε。。 +ΔΕ)。SU2= U7，所以 υ2=-(Ε_+ΔΕ)，此時形成在腐蝕電位基礎上對被測電極施加了激勵信號Δ Ε，腐蝕體系產生極化電流14。根據電化學腐蝕原理， 有如圖3 (A)電化學等效電路，Rp和Rs分別是極化電阻和介質電阻，于是激勵信號被施加在極化電阻艮和介質電阻Rs上，因此有I4=- Δ E/ (Rp+Rs), I4進入以運算放大器A3為核心的零電阻電流測量電路，并由電流信號轉變成電壓信號，并有I4=I5和U8-U3=-I5XIif，&是由繼電器控制的自動更換量程電阻。又因U3=U4=OV,所以U8=-I4XI f，因此得 + = Δ E-Rf/ Ugo &是已知的，Δ E為5mV、U8可以通過A/D轉換器送到單片機自動計算獲得，所以I p+Rs 即可求得。介質電阻Rs被包含在測量結果里，本實用新型采用交流激勵將Rs消除。從圖3 (A)看到在上面有一個電容，這是實際腐蝕體系等效的介面電容，當施加高頻激勵信號時電容被短路，這時激勵信號都被施加到介質電阻民上，就直接可以獲得民值。但是交流激勵信號的幅度要很小，否則會對腐蝕體系產生破壞，所以對于工況現場在線式監(jiān)控儀其設計是獨特的。第二次激勵信號ΔΕ為10mV/10kHZ，按照第一次施加直流激勵時的模型分析， 可得到 Rs= Δ E-Rf / U8。由以上5mV直流信號激勵時測得的I p+Rs減去交流正弦波信號激勵時測得的Rs可求出實際的極化電阻值&。根據腐蝕電化學原理，腐蝕電流I。。 =BAp，B值是腐蝕體系的塔菲爾系數，一般為 20mV，可以輸入到在線監(jiān)控儀數據計算軟件，來獲得腐蝕電流1。。 。被測電極的腐蝕速率和腐蝕電流之間是可以換算的，石油化工企業(yè)一般使用年腐蝕深度(毫米/年mm/a)作單位，可以庫侖定律來換算。對碳鋼材質的被測電極，腐蝕電流和腐蝕速率的換算關系是lmm/a=0. 085mA/cm2。1、交流信號的產生及幅度控制本設計交流阻抗測量用激勵源由U25 (AD9833)輸出IOKHz正弦波連續(xù)信號。 AD9833時鐘源由14. 31818M有源晶體提供。IOKHz輸出頻率控制由微處理器Pl端口通過串行總線設定。AD9833輸出正弦信號的幅度隨供電電壓波動，為了保證測量精度，必須保證施加的信號是穩(wěn)定的。本設計正弦信號幅度由U14A (AD822)、U14B (AD822)、U15A (AD822)、 U15B (AD822)、U17B (AD822)、Ql (VCR7N)及外圍電阻、電容構成的反饋回路控制，使輸出幅度穩(wěn)定為350mV，經35倍衰減，獲得IOmV正弦信號，經恒電位電路施加于被測電極。2、交流響應信號的測量IOKHz正弦交流電壓激勵信號經恒電位電路作用于被測電極，受交流電壓信號的擾動，被測電極產生對應頻率的電流響應。由UlO (0P177)及外圍電阻、電容構成的零阻電流測量電路，將電流信號轉換成對應頻率的電壓，經儀表放大器U28 (AD620)放大，送檢波電路進行檢波處理。電流信號的取樣電阻采用繼電器切換，消除以往數字開關電路切換泄漏電流及導通電阻對測量造成的誤差。U16A (AD822)、U16B (AD822)及外圍電阻、電容、檢波二極管等構成的檢波電路和濾波電路將交流電壓信號轉換成直流電壓并進行濾波處理， 再送到模/數(A/D)轉換電路AD7708進行A/D轉換，最后通過單片機電路MSP430F147獲得測量結果。

圖1是本實用新型在線式探針結構圖。圖2是本實用新型的在線監(jiān)控儀系統(tǒng)圖。圖3是本實用新型電化學腐蝕等效電路圖。圖4是產生10KHZ低噪聲交流激勵信號電路。圖5是正弦波幅度控制調整電路。圖6是高精度信號測量電路。圖7是交流信號的檢波和濾波電路。
具體實施方式
一種消除介質電阻的在線式電化學腐蝕監(jiān)控儀，包括探針基座1、探針桿2，所述的探針基座1的前端面上用玻璃陶瓷3焊固有三個螺絲柱4，每個螺絲柱4上螺紋連接有電極柱5，且螺絲柱4與電極柱5之間設置有0型膠圈4，探針桿2的前端與探針基座1的后端焊固連接，探針桿2的后端與一航空插座7固定連接。探針桿2為空腔，探針桿2內穿設有三根導線，三根導線的一端分別于三個螺絲柱4連接，三根導線的另一端與航空插座連接。
權利要求1.一種消除介質電阻的在線式電化學腐蝕監(jiān)控儀，包括探針基座、探針桿，其特征在于所述的探針基座的前端面上用玻璃陶瓷焊固有三個螺絲柱，每個螺絲柱上螺紋連接有電極柱，且螺絲柱與電極柱之間設置有0型膠圈，所述探針桿的前端與探針基座的后端焊固連接，探針桿的后端與一航空插座固定連接，探針桿為空腔，探針桿為空腔內穿設有三根導線，三根導線的一端分別于三個螺絲柱連接，三根導線的另一端與航空插座連接。
2.根據權利要求1所述的一種消除介質電阻的在線式電化學腐蝕監(jiān)控儀，其特征在于所述的三個螺絲柱之間大于或等于3mm，螺絲柱比探針基座高出5-10mm，螺絲柱比基座高出5-10mm，探針基座與探針桿成大小頭結構，兩部分采用氬弧焊聯接，探針基座直徑為 ^mm-38mm，長度為20mm-120mm，探針桿直徑為16_20mm，探針基座和探針桿為相同的金屬材料。
專利摘要一種消除介質電阻的在線式電化學腐蝕監(jiān)控儀，包括探針基座、探針桿，所述的探針基座的前端面上用玻璃陶瓷焊固有三個螺絲柱，每個螺絲柱上螺紋連接有電極柱，且螺絲柱與電極柱之間設置有O型膠圈，所述探針桿的前端與探針基座的后端焊固連接，探針桿的后端與一航空插座固定連接。探針桿為空腔，探針桿為空腔內穿設有三根導線，三根導線的一端分別于三個螺絲柱連接，三根導線的另一端與航空插座連接。本實用新型與現有技術的最大不同是探針是被反復使用的，測量次數可以用千次、萬次來計算，在測量過程中探針將被電信號激勵，在設計中需要盡量減小激勵信號對探針產生的破壞，因此以線性極化技術作為理論基礎，減小激勵信號對探針的破壞。
文檔編號G01N17/02GK201984018SQ20102065440
公開日2011年9月21日 申請日期2010年12月13日 優(yōu)先權日2010年12月13日
發(fā)明者鄭麗群 申請人:鄭麗群