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壓力容器腐蝕監(jiān)測技術(shù)：擴散氫監(jiān)測

2022-03-24 13:37:55 作者：工業(yè)小南點來源：工業(yè)小南點分享至：

擴散氫監(jiān)測

1 原理

氫是許多腐蝕反應的一種產(chǎn)物，當陰極反應是析氫反應的時候，可以用這個現(xiàn)象來測量腐蝕速度。此外，陰極反應產(chǎn)生的氫本身能引起壓力容器的破壞。吸氫產(chǎn)生的問題包括氫脆、應力腐蝕破裂和氫鼓泡，在化工廠和煉油廠、油井和輸油管線以及某些化工過程裝置都會發(fā)生這種問題。總的說來，這3種破壞都是由于鋼構(gòu)件吸收了腐蝕產(chǎn)生的原子氫或在高溫下吸收了工藝介質(zhì)中的原子氫。氫監(jiān)測所測量的是生成氫的滲入傾向，從而表明結(jié)構(gòu)材料的危險趨勢。

氫探針有基于力學原理的壓力型和基于電學原理的真空型兩種。壓力型氫探針（圖8-11）由一根細長的薄壁鋼管和內(nèi)部環(huán)形疊片構(gòu)成。鋼管外壁因腐蝕而產(chǎn)生的氫原子擴散通過管殼（原1-2 mm）進入體積很小的環(huán)形空間，在此處結(jié)合形成氣態(tài)氫分子。擴散的氫量根據(jù)壓力增加來確定，壓力直接由壓力計指示出來。為了達到最高靈敏度，重要的是使環(huán)形空間、聯(lián)接管線和壓力表內(nèi)的體積盡可能小。壓力型氫探針對有利于形成新生態(tài)氫的條件是敏感的，它在監(jiān)測為防止鋼發(fā)生氫鼓泡和開裂而采取的措施的有效性時，是很有用的。

圖8-11 壓力型氫探針結(jié)構(gòu)示意圖

壓力型氫探針在低溫和溶液中應用相當方便。當鋼殼金屬被氫飽和，擴散過程達到穩(wěn)態(tài)時，可以開始有效地測量氫壓，自安裝完畢投入運行，可能需要6-48 h才能達到穩(wěn)態(tài)。

真空型氫探針也是由一根鋼管組成，其原理是，在外壁由析氫反應放出的氫原子，經(jīng)擴散通過鋼管殼后，在真空中離子化（H→H++e），直接測定其離子化的反應電流，即可計算出析氫腐蝕速度。這種真空型氫探針可用于酸性油田管道系統(tǒng)的腐蝕監(jiān)測。

電化學方法測定滲氫的探針，圖8-12是一種基于電化學原理的氫探針。在氫探針內(nèi)部裝滿0.1 M的NaOH溶液，用Ni/NiO電極（或其他可以提供穩(wěn)定點位的電極）控制鋼管內(nèi)壁面的電位，使之保持在氫原子很容易離子化的電位。在探針前端裝有一個由金屬片制的試片（也可以用壓力容器的器壁代替試片），試片內(nèi)表面與NaOH溶液接觸，外表面與腐蝕介質(zhì)接觸。試片外表面腐蝕生成的氫原子可以擴散通過試片而進入探針內(nèi)部。在鋼管內(nèi)壁表面與Ni/NiO電極組成的原電池內(nèi)，氫將在鋼表面被氧化成離子。測量該原電池電流，可以求得從探針外部擴散通過試片滲入的氫量，由此可監(jiān)測析氫腐蝕的強度。

圖8-12 基于電化學原理的氫探針

2 氫探針的應用

氫探針可用于監(jiān)測碳鋼或低合金鋼在某些介質(zhì)（主要是含有硫化氫或氰化物等的弱酸性水溶液，其它非級化性介質(zhì)或高溫氣體）中遭受到的氫損傷，即氫裂、氫脆或氫鼓泡。氫探針反映的是滲氫速率，實際上測定的是表征全面腐蝕的總腐蝕量，但不反映孔蝕型局部腐蝕。雖然它的測量是連續(xù)的，但對腐蝕變化的響應很慢。氫探針不能定量測定氫損傷，但它是確定氫損傷的相對嚴重程度以及評價生產(chǎn)過程變化可能引起的氫損傷影響的一種有效方法。

氫探針可配的填料蓋和密封閥使用，可在設備運行時裝取。氫探針絕對不允許出現(xiàn)任何泄漏，探針長度可由被監(jiān)測設備決定。氫探針在煉油廠中是一種監(jiān)視氫活性的有效手段，根據(jù)測量結(jié)果調(diào)整工藝參數(shù)和緩蝕劑的添加量，以防止產(chǎn)生氫損傷，防止碳鋼在H2S介質(zhì)中發(fā)生開裂。氫探針還被成功地用于監(jiān)測酸性油氣輸送管道、高壓油氣井及化工設備中的酸腐蝕。

使用氫探針時，如果發(fā)揮其最大優(yōu)點，最理想的是氫探針應該能定量測量氫的傳輸。為此，可求出擴散殼的面積和環(huán)形空間的體積，再利用氣體定律進行計算，以便將擴散氣體的體積與觀測到的壓力增加聯(lián)系起來，這種計算通常還需要進行溫度校正。

氫探針可以設計成各種結(jié)構(gòu)，包括固定式和可伸縮式。對于低壓應用，這些探氫針可以通過專用的法蘭或填料箱來裝設，而在高壓時，可通過出入接管，正像上述掛片試驗部分所敘述的那樣，這種結(jié)構(gòu)允許在壓力高達70MPa時進行插入和取出操作。

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