圖片來(lái)源：Olympus

便攜式X射線衍射裝置可對(duì)包括石油管道和

天然氣管道在內(nèi)的多種設(shè)施進(jìn)行腐蝕檢測(cè)分析

  根據(jù)相關(guān)行業(yè)內(nèi)的研發(fā)和市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)人員所說(shuō)，便攜式X射線（XRD）技術(shù)在近期所取得的進(jìn)展將使得一些偏遠(yuǎn)地區(qū)的行業(yè)用戶能夠進(jìn)一步降低腐蝕分析的成本，同時(shí)提高工作效率。

  對(duì)于一些遠(yuǎn)程采礦作業(yè)或者離岸能源生產(chǎn)設(shè)施，腐蝕試驗(yàn)的成本通常較高，因?yàn)槿藗冃枰獙⑺锌赡苁艿接绊懙脑O(shè)備運(yùn)送到專(zhuān)業(yè)的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行全面分析檢測(cè)。而且，即使在一些發(fā)達(dá)的大城市地區(qū)，大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室都需要花費(fèi)數(shù)周的時(shí)間來(lái)分析樣品。

  為了正確的檢查以及解決問(wèn)題，腐蝕工程師們和相關(guān)化學(xué)家們一般會(huì)查看所有的相關(guān)信息，以便準(zhǔn)確的識(shí)別出所有受腐蝕的產(chǎn)品以及所出現(xiàn)的問(wèn)題，并規(guī)劃出最合理的維修或者保養(yǎng)策略。從先前的維修歷史來(lái)看，這整個(gè)過(guò)程大概會(huì)持續(xù)數(shù)周左右，這樣一來(lái)，因設(shè)備停機(jī)時(shí)間所造成的損失同樣是巨大的。

  然而，現(xiàn)在人們可以采用一種便攜式現(xiàn)場(chǎng)分析裝置在受損設(shè)備的所在地進(jìn)行全面的原位檢查。據(jù)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)（NDT）方面的產(chǎn)品專(zhuān)家Dane Burkett介紹，現(xiàn)場(chǎng)分析裝置將允許資產(chǎn)所有者直接在石油平臺(tái)，遠(yuǎn)程工廠或者煉油廠內(nèi)分析其相關(guān)的腐蝕樣品，不再需要將樣品或設(shè)備運(yùn)輸?shù)綄?zhuān)業(yè)的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)。

  Burkett說(shuō)道:

  “這款分析裝置是一個(gè)獨(dú)立、由蓄電池驅(qū)動(dòng)的、能夠提供主要，次要和痕量組分全相鑒定的X射線衍射體系。該裝置將XRD和定性X射線熒光（XRF）分析技術(shù)結(jié)合在一個(gè)儀器中，可以無(wú)縫集成數(shù)據(jù)和結(jié)果。而且，樣品制備和儀器操作不需要太詳細(xì)的技術(shù)知識(shí)，所以現(xiàn)場(chǎng)任何人都可以運(yùn)行測(cè)試”。

  更深層次的研究

  Burkett表示，這款便攜式的X射線衍射裝置極大的改善了裝置的移動(dòng)便利性，此外，還由于信息的深度和質(zhì)量的提高，該XRD體系對(duì)一些設(shè)備分析者將會(huì)是極為有利的。

  Burkett解釋道

  “腐蝕產(chǎn)品的傳統(tǒng)分析大都是指示出腐蝕是否存在或者這些腐蝕的化學(xué)組成等信息，例如鐵銹腐蝕等。然而，XRD技術(shù)則可以通過(guò)表征這些材料的晶體結(jié)構(gòu)來(lái)識(shí)別和定量腐蝕以及結(jié)垢物，例如磁鐵礦或者黑曜石等。腐蝕和結(jié)垢物的晶體結(jié)構(gòu)是非常獨(dú)特的，就像人體指紋一樣具有特異性。XRD就被用于分析及定義這些特征結(jié)構(gòu)。其工作原理是使樣品經(jīng)受單色X射線束的輻照并測(cè)量X射線衍射的角度，衍射角的組合是特定腐蝕或者結(jié)垢物在給定階段的特異性特征”。

  “與識(shí)別化合物的一些其他方法不同，XRD可以識(shí)別和定量所有的結(jié)晶相。此外，XRD還可以區(qū)分具有類(lèi)似化學(xué)性質(zhì)的不同腐蝕產(chǎn)物和結(jié)垢物質(zhì)”。Burkett說(shuō)道：“例如，當(dāng)使用XRD對(duì)腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行分析時(shí)，鐵腐蝕產(chǎn)物，針鐵礦、纖鐵礦、六方纖鐵礦以及四方纖鐵礦都能夠被很好的識(shí)別并區(qū)分開(kāi)來(lái)，盡管它們都具有同樣的化學(xué)式FeO（OH）”。

  根據(jù)Burkett介紹，化合物的鑒別——而不是鑒別元素組成，對(duì)于理解整個(gè)腐蝕過(guò)程是至關(guān)重要的。

  Burkett說(shuō)道

  “在不同的條件和環(huán)境下，腐蝕會(huì)形成不同的腐蝕產(chǎn)物和結(jié)垢物質(zhì)，關(guān)于這些階段內(nèi)腐蝕產(chǎn)物的存在以及相關(guān)數(shù)量信息不僅有助于解釋腐蝕過(guò)程，而且有助于確定腐蝕發(fā)生的根本原因，進(jìn)而確定設(shè)施中的腐蝕起源，同時(shí)也可以提出一些相應(yīng)的可行性解決方案”。

  一旦你確定了腐蝕產(chǎn)物或結(jié)垢物質(zhì)，則可以進(jìn)一步確定其形成的溫度，壓力，流體化學(xué)和pH條件等信息。

  “如果你知道它是什么，那么你可以相應(yīng)的確定最好的處理方法，”Burkett說(shuō)：“也許你可以采用酸洗或在該過(guò)程中加入某些類(lèi)型的抑制劑等，其它一些處理方法，包括使用殺菌劑，替代或增強(qiáng)涂料，研磨機(jī)器內(nèi)部或更換設(shè)備等都可以根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇。此外，了解腐蝕產(chǎn)物是如何形成的還可以幫助工程師優(yōu)化工藝過(guò)程來(lái)阻止或減緩腐蝕的發(fā)生。例如，可以調(diào)節(jié)溫度或壓力等參數(shù)”。

技術(shù)細(xì)節(jié)

  該便攜式XRD裝置所采用的技術(shù)最開(kāi)始是被設(shè)計(jì)為對(duì)美國(guó)航空航天局火星科學(xué)實(shí)驗(yàn)室（MSL）的任務(wù)進(jìn)行化學(xué)和礦物學(xué)測(cè)試所用。該裝置使用了專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)的直接激發(fā)電荷耦合器件（CCD）相機(jī)，該器件能夠同時(shí)收集X射線衍射和X射線光譜數(shù)據(jù)，相機(jī)可以同時(shí)檢測(cè)到光子位置和光子能量。

  換句話說(shuō)，該裝置可以使用XRD來(lái)測(cè)量和量化腐蝕產(chǎn)物，同時(shí)使用XRF來(lái)檢驗(yàn)定性其化學(xué)性質(zhì)。調(diào)整能量分辨率為200 eV左右，XRF分析將與查看軟件顯示的圖譜一樣簡(jiǎn)單。

  該裝置還簡(jiǎn)化了XRD實(shí)驗(yàn)的樣品制備，樣品加載和去除步驟。據(jù)Burkett說(shuō)，只需要花極短的時(shí)間就可以對(duì)操作人員就樣品處理進(jìn)行良好的培訓(xùn)。

  為了確保晶體的隨機(jī)取向，內(nèi)置在裝置中的樣品振動(dòng)室摒棄了在將樣品壓成顆粒之前需將其精細(xì)研磨至小于10μm的通常要求。相反，現(xiàn)在僅僅只需要粒徑小于15微米的樣品15毫克，振動(dòng)室的對(duì)流過(guò)程使得儀器光學(xué)器件能夠獲取晶體結(jié)構(gòu)的多個(gè)取向。

  “因此，所得到的XRD分析譜圖基本上不會(huì)出現(xiàn)‘優(yōu)先取向效應(yīng)’現(xiàn)象”，Burkett說(shuō)道，“值得一提的是，使用基于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的XRD儀器則會(huì)經(jīng)常遇到這種情況”。

  粉末處理系統(tǒng)，用于測(cè)量衍射角度的非機(jī)械型角度計(jì)以及并不復(fù)雜的移動(dòng)部件使得該X射線衍射裝置具有極高的可攜帶性和易用性。據(jù)Burkett說(shuō)，這種設(shè)備可以在涉及到腐蝕分析和監(jiān)測(cè)的相關(guān)領(lǐng)域取得廣泛應(yīng)用，包括石油和天然氣，法醫(yī)和采礦等行業(yè)。