腐蝕速率測量系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及構(gòu)件在各種環(huán)境中的腐蝕。更具體地，本實用新型涉及在該環(huán)境 條件下對腐蝕速率的測量。
【背景技術(shù)】
[0002] 腐蝕是依靠環(huán)境的化學反應或磨損對材料的逐漸破壞。腐蝕降低材料和結(jié)構(gòu)的有 用性質(zhì)，包括強度、外觀和對流體的滲透性。許多結(jié)構(gòu)合金僅在暴露給空氣中的濕氣的條件 下腐蝕。該過程可以通過暴露給某些物質(zhì)而被加速。腐蝕可以局部性集中以形成坑或裂縫， 或腐蝕可以延伸越過寬闊的面積，均勻地腐蝕表面。
[0003] 對腐蝕的測量、控制、和預防的技術(shù)領(lǐng)域較廣闊。腐蝕測量使用各種技術(shù)以確定環(huán) 境的腐蝕性如何并且材料損耗的速率是多少。一些腐蝕測量技術(shù)可以被在線使用，一直暴 露給腐蝕過程，而其他腐蝕測量技術(shù)提供離線測量，并且在實驗室分析中進行確定。一些技 術(shù)提供對材料損耗或腐蝕速率的直接測量，而其他技術(shù)用于推斷可能存在腐蝕環(huán)境。
[0004] 腐蝕的速率指示過程設(shè)備或構(gòu)件可以被有用地和安全地操作多長時間。對腐蝕的 測量和補救高腐蝕速率的動作允許在減少與操作相關(guān)的壽命周期成本的同時實現(xiàn)最有效 成本的設(shè)備操作。然而，由于它們的特性，許多腐蝕傳感器要求頻繁的維持和更換。進一步， 難以測量被認為是"麻點腐蝕"的一類局部腐蝕。 【實用新型內(nèi)容】
[0005] 一種腐蝕速率測量系統(tǒng)，包括被構(gòu)造成用于暴露給腐蝕性材料的犧牲探針。傳感 器被布置成用于檢測犧牲探針中由于腐蝕性材料對犧牲探針的腐蝕引起的物理變化。測量 電路連接到傳感器，并且提供指示犧牲探針暴露給腐蝕性材料的腐蝕速率的輸出。犧牲探 針具有導致犧牲探針以非線性速率腐蝕的物理特性。
[0006] 本【實用新型內(nèi)容】和摘要被提供以便以簡化形式介紹對在下文的【具體實施方式】中 進一步描述的概念的選擇。本【實用新型內(nèi)容】和摘要的意圖不是識別要求保護的主題的關(guān)鍵 特征或本質(zhì)特征，也不是用作確定要求保護的主題的保護范圍的輔助手段。
【附圖說明】
[0007] 圖1是包括犧牲探針的腐蝕測量系統(tǒng)的簡化方塊圖。
[0008] 圖2是圖1的犧牲探針的示例性實施例的透視圖。
[0009] 圖3是圖1的犧牲探針的示例性實施例的透視圖。
[0010] 圖4是圖1的被構(gòu)造成用于檢測局部的麻點腐蝕的犧牲探針的另一示例性實施例 的透視圖。
[0011] 圖5是示出連接到犧牲探針的壓力變送器的剖視圖。
【具體實施方式】
[0012] 提供了一種腐蝕速率測量系統(tǒng)，其中犧牲探針被構(gòu)造成用于在暴露給腐蝕性流體 時隨著時間的流逝以不同的速率腐蝕。例如，探針可以被構(gòu)造成用于在初期以相對較快的 速率腐蝕，以提供對腐蝕測量的較高敏感性。然而，在長時間使用之后，探針可以被構(gòu)造成 用于以不同的速率腐蝕，例如以更慢的速率腐蝕。這允許探針繼續(xù)操作，并且在沒有要求立 即更換的情況下提供有限的功能。還可以提供增加探針對向特定類型的腐蝕，諸如對麻點 腐蝕類型的腐蝕的敏感性的構(gòu)造。
[0013] 各種插入式方法和非插入式方法被用于監(jiān)控包括材料損耗的腐蝕、電氣化學測量 和分析測量。多種技術(shù)包括測量阻力、渦電流、電導率、超聲波和聲學。過程工業(yè)中最普遍 的技術(shù)是腐蝕試樣、電阻（ER)和線性極化電阻（LPR)。
[0014] 重量損耗技術(shù)是最知名和最簡單的腐蝕監(jiān)測技術(shù)。該方法涉及將材料的樣本（稱 為"試樣"）在規(guī)定的持續(xù)時間內(nèi)暴露給過程環(huán)境，然后移除樣本以分析。重量損耗是根據(jù) 腐蝕試樣確定的基本測量。腐蝕速率是重量損耗除以密度、試樣表面積和暴露的時間的乘 積所得的商值。試樣監(jiān)測在腐蝕速率在較長的時間周期內(nèi)不顯著改變的環(huán)境下最有用。然 而，它們可以提供與其它技術(shù)有效的相互關(guān)系。
[0015] ER探針可以被認為是"電子"腐蝕試樣。ER探針提供對金屬損耗的基本測量，并 且在探針位于原位置的任何時候可以測量金屬損耗的值。ER技術(shù)測量暴露給過程的腐蝕金 屬元件（探針）的電阻的改變。對探針的表面的腐蝕作用導致探針的橫截面積的減少和探 針的電阻的對應增加。
[0016] LPR技術(shù)基于電化學理論。較小的電壓施加到溶液中的電極（探針）。需要在探針 中保持特定的電壓變化（通常地10mV)的電流直接與在溶液中對電極的表面的腐蝕相關(guān)。 通過測量電流，可以得到腐蝕速率。LPR技術(shù)的優(yōu)點是即刻進行對腐蝕速率的測量，然而對 于試樣或ER而言，需要一段時間的暴露以確定腐蝕速率。LPR技術(shù)可以僅在潔凈水電解液 環(huán)境中被執(zhí)行，并且在氣體中將不工作。
[0017] 可以用于測量腐蝕速率的另一技術(shù)是監(jiān)控膜的形狀的改變。例如，對于規(guī)定的施 加壓力，較薄的膜將比較厚的膜偏離更大的程度。
[0018] 如上所述，腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)通常包括本文中被稱為"犧牲探針"的一些類型的犧牲元 件。該犧牲元件隨著時間的流逝而腐蝕，并且必須被替代。例如，一個典型的腐蝕監(jiān)測系統(tǒng) 具有僅六個月到九個月的有效壽命。關(guān)于ER類型探針的一個特定的問題是探針更換的較 高維護成本。一些系統(tǒng)使用可縮回的探針。然而，該構(gòu)造昂貴，并且僅減少了需要更換探針 的時間。
[0019] 圖1是示出連接到過程容器102的腐蝕速率測量系統(tǒng)100的簡化方塊圖。過程容 器102容納腐蝕性流體104。系統(tǒng)100包括暴露給過程流體104的犧牲探針106。下文更詳 細地討論對犧牲探針106的操作。傳感器110被布置成用于感測犧牲探針106的與腐蝕相 關(guān)的物理特性。示例性物理特性包括重量、厚度、剛度、密度、諸如電阻之類的電參數(shù)等。傳 感器110根據(jù)包括本文中具體地討論的那些技術(shù)的任何適當?shù)募夹g(shù)操作。傳感器110可以 直接電連接到和/或物理地連接到犧牲探針106,或可以遠程監(jiān)控犧牲探針106。在一個構(gòu) 造中，犧牲探針106被移除以不暴露給流體104并且然后由傳感器110測量。例如，犧牲探 針106可以被從過程移除并且使用重量測量天平稱重。還可以使用傳感器進行非插入式腐 蝕測量。例如，犧牲探針106可以被放置在腐蝕性材料內(nèi)并且被遠程測量。遠程測量技術(shù) 的一個示例利用基于超聲波的腐蝕測量。傳感器110連接到被構(gòu)造成用于測量傳感器110 的特性的測量電路120。示例性特性包括電阻、電容、電壓等?？刂破?22連接到測量電路 120,并且被構(gòu)造成用于根據(jù)存儲在存儲器124中的指令操作。然而，控制器可以是諸如簡 單的比較器的簡單電路，或可以包括諸如微處理器的更復雜的電路。基于來自測量電路120 的輸出，控制器可以通過I/O電路126進行通信，并且提供與如由犧牲探針106感測到的腐 蝕速率相關(guān)的輸出。
[0020] 圖2是犧牲探針106的一示例性構(gòu)造的透視圖。在圖2中，犧牲探針106被構(gòu)造 為由多層不同類型的材料組成的膜。具體地，圖2的構(gòu)造圖示了六個不同的層150A、150B、 150C、150D、150E和150F。在特定的構(gòu)造中，層150A直接暴露給腐蝕性材料104。逐個層至 150F提供了增加的耐腐性。例如，層150A可以包括碳鋼，其后是各種類型的材料，如304SS、 316SS、316LSS、lla l_U.、II oy*_C276和鈦。該構(gòu)造提供了一種配置，其中犧牲探針106對腐 蝕具有初始較高的敏感性，并且隨著各層被腐蝕所述敏感性降低。這增加了探針的壽命，并 且在更換探針之前允許探針在敏感性降低的情況下繼續(xù)操作。還可以使用其它構(gòu)造，并且 各層對腐蝕的敏感性根據(jù)需要增加或減少。除了在層之間使用不同的材料，還可以使用不 同的厚度和/或形狀。
[0021] 圖3示出犧牲探針106的另一示例性實施例。在圖3中，加固結(jié)構(gòu)160被提供以 增加犧牲探針106的強度并且減小犧牲探針106的彈性。由于結(jié)構(gòu)160相對于它們的體積 來說具有相對較大的表面積，因此與犧牲探針106和基部162的體積相比，結(jié)構(gòu)160將以 增加的速率腐蝕。該構(gòu)造在本文中通常地被稱為"外殼承載的結(jié)構(gòu)（exostructure)"。圖 3的構(gòu)造僅是加固結(jié)構(gòu)中的一個示例性實施例，其可以用于增加犧牲探針106的剛度。在 另一示例中，結(jié)構(gòu)160可以由具有不同于犧牲探針106的剩余部分162的電特性的材料形 成。例如，結(jié)構(gòu)160可以由具有高于犧牲探針106的基部162的電導率的材料形成?？梢?使用其它結(jié)構(gòu)，包括工形梁形狀、蜂窩圖案等。結(jié)構(gòu)160顯著增加了犧牲探針106的剛度。 如下所述，可以通過向犧牲探針106施加壓力并且監(jiān)測變形的程度來測量剛度。由于結(jié)構(gòu) 160提供了接觸腐蝕性材料的相對較大的表面積，并且結(jié)構(gòu)160相對較薄，因此結(jié)構(gòu)160將 傾向于以比犧牲探針106的剩余部分的更快的速率腐蝕。這提供了對于腐蝕的較高的初始 敏感性，因而具有較長的產(chǎn)品壽命。另一示例性構(gòu)造是在犧牲探針106的側(cè)面具有較大程 度開口的表面的結(jié)構(gòu)，該表面暴露給腐蝕性材料并且隨著深入到犧牲探針106逐漸變成實 心。其它的示例性變化包括使用不同的材料、結(jié)構(gòu)構(gòu)造和厚度。
[0022] 典型的腐蝕測量裝置在測量均勻性腐蝕