电阻探针与试片失重法在监测试验中的应用对比分析

电阻探针与试片失重法在监测试验中的应用对比分析

本刊特约撰稿人 桑绍雷 李全民

介绍了腐蚀监测技术的两种主要形式(电阻探针法及试片失重法)在室内静态污水介质中的对比应用试验。在相同腐蚀介质的条件下，电阻探针监测腐蚀速率是腐蚀挂片腐蚀速率的4.89倍。当电阻探针测量元件发生严重局部腐蚀时，其测出的腐蚀速率会明显升高。

腐蚀监测 电阻探针 试片失重法

0 腐蚀监测技术概述

油气田的腐蚀问题越来越受到各级领导的重视，引起管道安全运行的主要因素之一就是介质造成的内腐蚀，表现为穿孔和爆管，造成重大的经济损失、人员伤亡、停工停产以及环境污染等问题。

腐蚀监测技术是测量各种工艺流体状态腐蚀性的一种测试工作。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。

腐蚀监测技术能够提供以下几种方式的帮助：

(1)对可能导致腐蚀失效的各种破坏性工况进行早期报警。

(2)观察过程参数的相关变化以及它们对系统腐蚀性的影响。

(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、流速等等。

(4)评估腐蚀控制和防腐技术的有效性，如化学缓蚀剂法，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。

1 腐蚀监测技术分类

目前工业常用的腐蚀监测技术有：试片失重法、电阻法、线性极化电阻法、电感阻抗法、氢探针、电化学噪声、FSM-全周向腐蚀监测技术等。在上述监测技术中试片法、电阻探针法及两者的联合应用是工业用腐蚀监测系统的核心。

1.1试片失重法监测技术

腐蚀试片失重法是工业上最常用的腐蚀监测技术。其基本的测量原理就是失重，在一定的暴露时间内发生的重量损失就是腐蚀速度。把一个试片放到工艺环境中，一定时间以后，取出试片进行分析。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。在典型监测项目中，试片的暴露时间为30～90天，然后取出进行实验室分析，进行周期性监测。每个腐蚀试片的重量损失产生在暴露时间内的平均腐蚀速度。

腐蚀试片法优点很多，包括以下六个方面：①可用于所有环境：气体、液体、固体/颗粒流体；②可以目检；③可以观察和分析腐蚀沉积物；④可以直接得到金属损失，并计算得到腐蚀速度；⑤可以识别和测量局部腐蚀；⑥可以评估抑制剂性能。然而如果在暴露时间内发生腐蚀波动，单独使用试片不能判断波动发生的时间，不能根据波动的峰值和时间段记录重量损失显著增加的时间。

1.2电阻探针(ER)腐蚀监测技术

与腐蚀试片法相比，电阻探针法(ER)是唯一的可用于所有类型腐蚀环境的实时在线、仪器测量技术。电阻探针ER被称为是“电子的”腐蚀试片，跟试片失重法一样，电阻探针测量的是金属损失。电阻探针法具有如下的优点：①可应用于所有的工作环境：气相、液相、固相、含颗粒流体；②可直接获得腐蚀速度；③在其使用寿命内，探针可一直置于管线内；④对于腐蚀变化响应迅速，可用于报警。

图1是典型的电阻探针监测系统的主要组件，在工业管道的安装中主要有安装座、空心旋塞、探针、延伸杆、数据记录仪及数据采集器。

2 两种监测方法的室内对比分析

图1 电阻探针监测系统主要组件

2.1试验目的

在腐蚀监测的工业应用中，电阻探针和腐蚀挂片法在同等腐蚀条件下的腐蚀速率一般有较大的差别，由于现场工业流体腐蚀变化因素较多，本实验的目的是在室内静态条件下对失重试片法与电阻探针法在相同环境中腐蚀速率进行比较分析，并通过中途投加缓蚀剂验证电阻探针是否能及时响应腐蚀速率的变化。

2.2试验设备及介质

(1)ER7100电阻探针：1支，探针代号为HR2250062537501，探针寿命为5mil，生产厂家为美国Metal Samples公司。

(2)数据记录仪(MS3500E)：1台，生产厂家为美国Metal Samples公司。

(3)腐蚀试片：材质20#钢，大小76×13×1.3mm，12片。

(4)腐蚀介质：油井产出水(中石化西北局塔河一厂联合站污水)50L。表1为腐蚀介质的水质分析结果。

(5)缓蚀剂：型号为TS-203水溶性缓蚀剂，甘肃泰升化工，1L。

2.3试验方案

2.3.1电阻探针的安装固定

将电阻探针安装固定在已装好腐蚀介质的试验桶上方并将其与数据记录仪连接，设置好相应的参数，每24小时读取数据一次。

2.3.2腐蚀试片的安装

将12片腐蚀试片清洗称重后分成A、B、C三组，每组4片。为了加速腐蚀过程的进行，使用盐酸调节腐蚀介质的pH值至3。然后先将A、B两组试片分别使用尼龙绳间隔悬挂放置，保证试片与探针有效部位的中部处于同一水平层。

试验过程中通过每天测量pH值并加入稀盐酸维持腐蚀介质的pH值至3。试验现场布置情况如图2所示。

表1 腐蚀介质水质分析表

图2 室内试验现场图

2.3.3投加缓蚀剂

试验10天后，取出B组试片并清洗称重，向腐蚀介质中投加缓蚀剂(浓度200ppm)并按要求挂入C组试片。

2.3.4数据处理

试验20天后，取出A组、C组试片以及电阻探针，及时清洗试片及探针，避免介质对其进一步腐蚀。从数据采集器中导出电阻探针数据并用相应软件进行数据处理工作，同时对清洗后的挂片称重并计算其腐蚀速率。

2.3.5试验结果

(1)腐蚀试片数据

表2为3组腐蚀试片的腐蚀速率数据表。从表中可以看出，腐蚀试片在投加缓蚀剂前后腐蚀速率变化不大，均为0.38mm/a左右。

表2 腐蚀试片数据表

(2)电阻探针腐蚀速率

图3是试验期间电阻探针腐蚀速率图，从图中可以看出，投加缓蚀剂前后探针的腐蚀速率有较大的变化，投加前探针腐蚀速率为0.2266mm/a(8.92mpy)，而在添加缓蚀剂后腐蚀速率降为0.1185mm/a(4.74mpy)，投加缓蚀剂后腐蚀速率约为投加前的一半值。由此可以看出电阻探针能及时响应试验阶段中因投加缓释剂而导致的介质腐蚀速率发生的变化。

表3 腐蚀试片与电阻探针法腐蚀速率对比表

图3 电阻探针腐蚀速率图

(3)腐蚀试片与电阻探针法腐蚀速率对比表

表3为腐蚀试片与电阻探针法腐蚀速率对比表。从表中不难看出，相同腐蚀条件的情况下，电阻探针法所得腐蚀速率约为试片失重法所得腐蚀速率的5倍。从两者的材质来看，探针试验材质为C1010，相当于国内10#钢，而试片材质为20#钢，两者材质相差不大，因而材质问题应不是造成腐蚀速度差异的主要原因。鉴于探针和试片均处于同一腐蚀介质中，造成测试数据差异的主要原因应是探针与腐蚀试片原理上的区别所致。

(4)腐蚀试片与电阻探针腐蚀后的表面形貌

图4为电阻探针与典型挂片腐蚀后表面形貌图。从图中可以看出探针表面出现了多处明显和点蚀坑，腐蚀试片表面也有蜂窝状的小腐蚀坑。

从电阻探针的监测原理来看，只有当腐蚀量累计到一定程度时，金属试片的电阻变化增大到了仪器测量的灵敏度，仪表或记录系统才会做出适当的响应。电阻探针实质上只适用于监控均匀腐蚀破坏，但是局部腐蚀却是工业中更常见的腐蚀形态。电阻探针不容易监测出局部腐蚀，但是当测量元件发生严重局部腐蚀时，其测出的腐蚀速率会明显升高。这也是本试验中电阻探针监测腐蚀速率远高于腐蚀试片的主要原因。

图4 电阻探针与典型挂片腐蚀后表面形貌图

3 结论及建议

(1)在实验室污水静态条件下，与腐蚀试片法监测数据相比，电阻探针法测得的介质腐蚀速率要明显高于腐蚀试片，试验监测周期内电阻探针腐蚀速率为0.1763mm/a(6.94mpy)，是腐蚀挂片腐蚀速率0.0393 mm/a的4.89倍。

(2)试验监测周期内，电阻探针监测数据能及时响应和反映出因腐蚀介质投加缓蚀剂前后腐蚀速率的差别。

(3)电阻探针更适用于监控均匀腐蚀破坏的腐蚀形态，当测量元件发生严重局部腐蚀时，其测出的腐蚀速率会明显升高。(作者单位：北京普斯维斯防腐科技有限公司)

[1] 李久青, 杜翠薇. 腐蚀试验方法与监测技术[M]. 北京, 中国石化出版社, 2007.

[2] 汤天遴, 高亚楠, 石伟等.腐蚀监测技术在中原油田的应用[J]. 腐蚀科学与防护技术, 2010, (15)1.

Comparative Analysis of Electrical Resistance and Corrosion Coupons for Corrosion Monitoring

Invited Writer SANG Shao-lei, LI Quan-min

This paper introduced two forms of Corrosion Monitoring techniques (Electrical Resistance and Corrosion Coupons) and compared the corrosion rate in lab. The corrosion rate of ER probe is 4.89 times more than that of Corrosion Coupons. When there was pitting corrosion on the surface of ER probe element, the corrosion rate increased significantly.

corrosion monitoring techniques; electrical resistance; corrosion coupons

TG174.41

A

10.13726/j.cnki.11-2706/tq.2014.08.046.04

桑绍雷 (1984－) ，男，湖北洪湖人，工程师，硕士，主要从事油田腐蚀与防护方向工作。