油田水处理系统中常用腐蚀监测技术的比较

（中海油天津化工研究设计院有限公司，天津300131）

油田水处理系统中的腐蚀监测技术主要有：电阻法，电感法，线性极化电阻法，失重试片法。本文分别就电阻法，电感法，线性极化电阻法，失重试片法进行比较论述。

1 电阻法

电阻法[1]是以电子监测技术为基础，可对气相、液相、不导电介质腐蚀体系进行快速、连续监测。电阻法可对特定部位的腐蚀速率进行连续测定，测量数据稳定可靠。

在测试过程中，作为测量元件的探针被腐蚀后，长度不变、直径减小。按照电阻值计算公式R=ρ×L/S可知探针的电阻会增大。电阻法就是根据电阻和探针直径的关系，通过测试电阻的变化来反算出探针直径减小值即腐蚀减薄量。以需要测量的设备材质作为探针材质，测试探针的腐蚀率可以近似表示设备的腐蚀率。

长度一定的试片在腐蚀后其截面积减小，电阻值增大，通过要测量电阻值的变化，即可算出腐蚀减薄量和腐蚀率。形状不同的试片，其腐蚀减薄量H的计算公式也不同。

1）对于片状试片

由（1）式推导腐蚀深度为：

式中：R0为腐蚀前电阻值；Rt为腐蚀后电阻值

腐蚀率计算公式：

式中，T2-T1：两次测量时间差；H2-H1：两次测量值的差值；8760：一年的小时数。

2）对于丝状试片

式中：r0为丝状试片原始半径；R0为腐蚀前电阻值；Rt为腐蚀后电阻值。

腐蚀率计算公式：

由（4）式推导腐蚀深度H为：

式中，T2-T1：两次测量时间间隔；H2-H1：两次测量值的差值；8760：一年的小时数。

由于金属材料电阻率会随温度变化而发生变化，为避免因介质温度变化引起的测量误差，我们在探头内的电路中与测量元件串联置入温度补偿元件来消除温度变化对金属材料探头电阻率的影响。

电阻法主要的测量方式是跟踪监测金属的腐蚀速率，适用于各种腐蚀介质；，响应的时间为一周以上；测量的结果是平均腐蚀速率；该方法的灵敏度较低；温度影响较小；可应用于实验室、现场和在线检测。

例：电阻法在某油田现场监测的数据（见图1）。通过对监测数据进行处理可知：图1所示的时间间隔内，在缓蚀剂正常注入时，该油田生产水对金属的平均腐蚀率是5.6785mpy。

图1 某油田电阻法监测数据

2 电感法

电感法是建立在均匀腐蚀的基础上，以金属管状探针在腐蚀前后的减薄引发的测量线圈电感量的变化来测量腐蚀速率。线圈通电时，周围产生电磁场，置于其中的金属试样就会对电磁场强度以及测试线圈的等效电感及感抗产生影响。金属试样厚度及材质不同，对电磁场强度影响也不同，依此可以测量置于其中金属试样腐蚀前后线圈电感量的变化值ΔL和电感探针金属试片的腐蚀减薄量，进一步推算出腐蚀率。

电感法适用于各种腐蚀介质，主要的测量方式是监测金属损失，响应的时间为1h以上，测量的结果是平均腐蚀速率。该方法的灵敏度较高，温度影响较小，可应用于实验室、现场和在线检测。电感法腐蚀监测仪的温度补偿试片与测试样片处于介质中的同一层面，其测量结果几乎不受温度的影响。同时，与传统的电阻法等监测方法相比，电感法抗干扰能力强，腐蚀速率数值稳定，是目前比较流行的新型在线腐蚀监测方法。

图2 某油田电感法监测数据

例：电感法在某油田现场监测的数据见图2。通过对数据处理后可知：在上图所示的时间间隔中，在缓蚀剂停止注入时，该油田生产水的平均腐蚀率是8.1253mpy。

3 线性极化电阻法

线性极化电阻法[2]是由电极极化理论发展起来的一种快速简便的腐蚀测定方法。以该方法为基础发展起来的在线快速、连续监测设备腐蚀速率的仪器已得到广泛的应用。

电流通过电极时引起电极电位移动的现象称为电极的极化。根据Stern-Geary的理论，当实验电极在其自然腐蚀电位±10mV范围内被极化时，极化电位和极化电流成正比，其比值被定义为极化电阻（Rp）。

由线性极化基本方程可得到：

式中，Rp：极化电阻；△E：与腐蚀电位（Ec）的偏离值；△I：与△E 对应的电流；ic：腐蚀电流；ba、bc：Tafel常数

根据腐蚀电化学理论，对于双电子反应，Tafel常数ba、bc可选取0.059V。通过测定△E—△I曲线，可求出Rp和ic；然后根据法拉第定律，可以计算出腐蚀速度。

电解池由三电极系统组成，即工作电极（由被测定的材料制成，W）、参比电极（甘汞电极或银-氯化银电极，R）和辅助电极（石墨或铂制成，A），设定恒电位仪采用控制电位或控制电流的方式在自然腐蚀电位上下一定范围内进行扫描操作，同时记录相应的电位或电流，即可得到△E—△I曲线。

线性极化电阻法适用于连续电解质，主要的测量方式是监测电化学反应，响应的时间为瞬时响应，测量的结果是瞬时腐蚀速率。该方法的灵敏度高；温度影响大；可应用于实验室和现场。使用线性极化电阻法测量腐蚀速率的优点在于测试是在电位十分接近腐蚀电位而电流通常小于腐蚀电流的条件下进行的，因此，测试过程不会造成试样表面的显著变化；而且，该方法测定瞬时腐蚀速率，较其他方法更有效。

例：线性极化电阻法在某油田现场监测的数据见图3。对数据处理后可知：在上图所示的时间间隔中，在缓蚀剂正常注入时，该油田生产水的平均腐蚀率小于2mpy。

图3 某油田线性极化电阻法监测数据

4 失重试片法

失重试片法是对已知重量和尺寸的试片在特定腐蚀体系中进行一定时间的曝露，对腐蚀前后重量进行比较，计算腐蚀失重，进而计算平均腐蚀速率。失重试片法可以借助电子显微镜观察试片腐蚀形貌，利用X射线衍射仪分析腐蚀产物，分析试片的腐蚀行为，确定腐蚀类型。但是失重试片法得到的是一段时间内总的腐蚀失重和平均腐蚀速率，无法得到连续腐蚀数据，不能对腐蚀过程进行很好的监测。

失重试片法适用于各种腐蚀介质，主要的测量方式是监测金属损失，响应的时间一般为三个月以上，测量的结果是平均腐蚀速率。该方法的灵敏度低；温度影响小；可应用于实验室、现场和在线监测。失重试片法是一种最经典的监测腐蚀速率的方法，它除用于研究和监测一些普通的腐蚀形式外，现在主要是用于对各种材料在特定工况下的腐蚀过程进行综合监测。

例：采用失重试片法在某油田现场监测的数据见图4可见。时间间隔中，在缓蚀剂正常注入时，该油田生产水的平均腐蚀率是0.9256mpy。

5 四种腐蚀检测方法比较

图4 某油田失重试片法监测数据

表1是油田水处理系统腐蚀监测常用的四种方法在测量范围、测量方式、响应时间、测量结果、灵敏度、温度影响和应用场所几个方面的直观比较。其中电阻法、电感法和线性极化电阻法结果准确，但是温度变化会造成的测量失真，虽然可以最大程度地进行补偿，但是不能完全消除；线性极化电阻法可以测量瞬时的腐蚀速率，便于实时监测，但是对试样表面的腐蚀状况不能直观观察，难以确定腐蚀类型；失重试片法可以比较直观观察腐蚀形貌，确定腐蚀类型，但是对于腐蚀速率的监测响应时间较长，准确度较低。

表1 油田水处理系统腐蚀监测方法的比较

6 结论

本文深入分析比较电阻法、电感法、线性极化电阻法和失重试片法这四种常用的腐蚀监测技术，分别介绍每种方法的测量范围、测量方法、响应时间、测量结果、灵敏度、温度影响和应用场所，综合对比在油田水处理系统中这四种腐蚀监测技术存在的优、缺点。在实际应用中，为了保证油田生产的稳定和腐蚀监测数据的准确可靠，还需要各种腐蚀监测技术结合使用，取长补短。