长输管道内腐蚀与防护综述(2)

2.2.4 O2腐蚀

在含有氧气的溶液中，电极表面将发生氧化还原反应，其反应机理十分复杂，通常有中间态粒子或氧化物形成，不同的溶液中其反应机理也不一样。

在酸性溶液中，氧化还原的总反应为：

O2+4H+ +4e →2H2O

其可能的反应机制由下列步骤组成：

O2+e →O2- O2-+H+→HO2 HO2+e→HO2-

在中性或碱性溶液中，氧还原的总反应为：

O2+2H2O+4e→40H- 其反应机制为： O2+e→O2- O2-+H2O+e→HO2-+OH- HO2-+H2O+2e→3OH-

以氧气的还原反应为阴极过程的腐蚀，叫做吸氧腐蚀。与氢原子还原反应相比，氧还原反应可以在正得多的电位下进行。大多数金属在中性或碱性溶液中，以及少数电位较正的金属在含氧气的弱酸中的腐蚀都属于吸氧腐蚀或氧去极化腐蚀[4]。

在油气管道中，氧的去极化腐蚀反应为：

在阳极：Fe→Fe2++2e 去极化：O2+2H2O+4e→40H-

Fe2++20H-→Fe(OH)2

腐蚀产物：4Fe(OH)2+ O2 +2H2O→4Fe(OH)3 总反应式：4Fe+3O2+ 6H2O→4Fe(OH)3

3、内腐蚀监测技术

腐蚀监测方法可以分为两大类，一是在设备运行一定时期后检测有无裂纹，有无局部腐蚀穿孔的危险，剩余壁厚是多少，它主要是为了控制和防止突发事故。主要方法有超声波法、漏磁法等；二是检测腐蚀速度，主要方法有挂片法、电阻探针法、电化学法、磁感法等。通常把前者称作腐蚀的离线检测，后者称作腐蚀的在线监测。

3.1离线监测

3.1.1涡流法

一种离线方法，监测物件表面裂纹和孔蚀，不作为运行中设备的内部腐蚀探测手段。

3.1.2漏磁法

漏磁法用于监测表面裂纹和孔蚀的离线监测，当作为运行中设备的内部腐蚀探测手段时，腐蚀缺陷要足够深。智能清管器是装有测量仪器并沿管线内部前进的运行工具。将一强磁场加到测量管线上，沿管线表面检查漏磁特性的各种异常情况。在具有均匀壁厚的管中，探测元件得不到任何响应，但碰到金属损失区域时，均匀的磁力线分布图形受到了干扰，同时测到了信号。利用智能清管器可检查管线内、外表面的疵病情况。

3.1.3超声波测厚法

也属于离线方法，这种方法利用压电换能器产生的高频声波穿过材料，测量回声返回探头的时间或记录产生共鸣时声波的振幅作为讯号，来监测缺陷或测量壁厚。一般采用示波器或曲线记录仪显示接受到的讯号，比较先进的仪器则可以直接显示缺陷，或给出厚度的数值。超声波法广泛地用于监测化工设备内部的缺陷、腐蚀损伤以及测量设备和管道的壁厚。超声波测厚法可以对运转中的设备反复进行测量，但是难以获得足够的灵敏度来跟踪记录腐蚀速度的变化。

3.1.4挂片法

挂片法也叫挂片失重法，它的出现，标志着腐蚀监测规范化的开始，挂片监测是腐蚀监测最基本的方法之一，具有操作简单，数据可靠性高等特点，可作为设备和管道选材的重要依据。它可以同时对几种材料进行试验，定量地测量出材料在工业介质环境中的腐蚀速度。它作为最原始的方法之一，其原理简单，被大多数现场人员接受。适用各种介质即电解质和非电解质，监测周期一般一个月以上，目前还不能实现在线监测。

3.1.5氢探头监测技术

在酸性环境中，腐蚀的产生往往伴随有原子氢，当阴极反应是析氢反应的时候，可以用这个现象来测量腐蚀速度。此外，阴极反应产生的氢本身能引起生产设备破坏。析氢产生的问题包括氢脆、应力破裂和氢鼓泡。这三种破坏都是由于吸收了腐蚀产生的原子氢或在高温下吸收了工艺介质中的氢原子。氢监测所测量的是生成氢的渗入倾向，从而表明结构材料的危险趋势。氢探针是一种中心钻有一小而深孔的金属棒，当它插人到腐蚀环境中后，氢原子渗过金属棒在孔内聚集，结合成氢分子，通过测量孔内氢压的变化情况可以监测腐蚀速率及材料对氢脆的敏感性，主要是用于含硫化氢的环境。虽然原理是对的，但实践经验表明这类系统也不是没有问题的。

3.1.6电化学阻抗谱

电化学阻抗谱(EIS)优于其它暂态技术的特点是只需对处于稳态的体系施加一个无限小的正弦波扰动，这对于研究电极上的薄膜，如修饰电极和电化学沉积膜的现场研究十分重要，因为这种测量不会导致膜结构发生大的变化。EIS 的应用频率范围广(102~105Hz)，可同时测量电极过程的动力学参数和传质参数，并可通过详细的理论模型或经验的等效电路，即用理想元件(如电阻和电容等)来表示体系的法拉第过程、空间电荷以及电子和离子的传导过程，说明非均态物质的微观性质分布，EIS已成为研究电化学体系和腐蚀体系的一种有效的方法。该技术对于高阻电解液及范围广泛的许多介质条件都具有较大可靠性，但由于在较宽的频率范围内测量交流阻抗需时很长，难做到实时监测腐蚀速率，不适合现场腐蚀监测。

3.1.7 光电化学方法技术

光电化学方法是一种原位研究方法，对于表征钝化膜的光学和电子性质、分析金属相合金表面层的组成和结构以及研究金属腐蚀过程均有很好的效果。作为一种在微米及纳米尺度范围内研究光电活性材料及光诱导局部光电化学的新技术，激光扫描光电化学显微技术的研究不仅丰富了人们从较微观的角度对金属氧化膜电极、半导体电极表面修饰及腐蚀过程等的认识，而且也促进了光电化学理论的发展与完善，预期今后该技术将在金属钝化膜的孔蚀及其破坏过程研究中有广阔的应用前景。

3.1.8 拉曼光谱

激光拉曼光谱在过去的近二十年中越来越广泛地在金属腐蚀研究领域被运用，主要包括用电化学调制的原位表面增强拉曼散射(SERS)对一些重要的缓蚀剂体系的研究和用电化学调制的 SERS、普通拉曼光谱以及其它的原位或准原位拉曼光谱应用形式对一些氧化或钝化膜进行表征和研究。近几年，拉曼光谱已被用于漆膜下金属腐蚀产物的研究，研究大气腐蚀、局部腐蚀以及测量氧化膜应力的工作也正在探索和进行中。这些多属于非电化学调制的原位

或准原位的应用形式。

3.2 在线监测方法

3.2.1监测孔法

监测孔法是最早的在线监测手段，直接在设备外壁上操作，监测周期为一年、二年或更长。

3.2.2电阻法

电阻法开始于五十年代，利用金属材料电阻与材料截面积得关系，应用电子技术使连续在线监测成为现实，该技术是挂片法的技术延伸和发展，适于各种介质，可实现在线监测。该法测定金属腐蚀速度，是根据金属试样由于腐蚀作用使横截面积减小导致电阻增大的原理。目前，已经研制出较多的电阻探针用于监测设备的腐蚀情况，是研究设备腐蚀的一种有效工具。运用该法可以在设备运行过程中对其腐蚀状况进行连续监测，能准确地反映出运行阶段的腐蚀率及变化，能适用于各种不同介质，不受介质导电率的影响，其使用温度仅受制作材料的限制；适合监控腐蚀速度较大的设备的腐蚀。

3.2.3 线性极化法

线性极化法对腐蚀情况变化响应快，能获得瞬间腐蚀速率，比较灵敏，可以及时地反映设备操作条件的变化，是一种非常适用于监测的方法。线性极化法不适于在导电性差的介质中应用，这是由于当设备表面有一层致密的氧化膜或钝化膜，甚至堆积有腐蚀产物时，将产生假电容而引起很大的误差，甚至无法测量。此外，由线性极化法得到腐蚀速率的技术基础是基于稳态条件，所测物体是均匀腐蚀或全面腐蚀，因此线性技术不能提供局部腐蚀信息，但可以在线实时监测腐蚀率。

3.2.4 电位法

作为一种腐蚀监测技术，电位监测有其明显优点：可以在不改变金属表面状态、不扰乱生产体系的条件下从生产装置本身得到快速响应，能测量插入生产装置的试样。电位法已在阴极保护系统监测中应用多年，并被用于确定局部腐蚀发生的条件，但它不能反映腐蚀速率。与所有电化学测量技术一样，它只适用于电解质体系，且要求溶液中腐蚀性物质有良好的分散能力，以探测到整体的全面电位状态。电位法主要适用于阴极保护和阳极保护、指示系统活化-钝化行为、探测腐蚀初期过程及探测局部腐蚀等领域。

3.2.5磁阻法

磁阻法即电感法，出现于九十年代，是通过监测电磁场强度的变化来测试金属试样腐蚀减薄，该技术是挂片法的技术延伸和发展，其特点是测试敏感度高，适用于各种介质，寿命较短，可以实现在线腐蚀监测。

3.2.6 电化学噪声技术

电化学噪声(Electrohemical noise,简称 ECN)是指电化学动力系统中,其电化学状态参量（如电极电位、外测电流密度等)的随机非平衡波动现象。这种噪声产生于电化学系统的本身，而不是来源于控制仪器的噪音或是其它的外来干扰。自从腐蚀金属电极的电位波动现象在 1968 年被得到首次记录以来，电化学噪声技术作为一门新兴的实验手段在腐蚀与防护科学领域得到了长足的发展。该技术是一种原位无损的监测技术，在测量过程中无须对被测电极施加可能改变腐蚀电极腐蚀过程的外界扰动；该技术无须预先建立被测体系的电极过程模型：另外，该技术无须满足阻纳的3个基本条件，而且可以实现远距离监测。电化学噪声技术可以监测诸如均匀腐蚀、孔蚀、裂蚀、应力腐蚀开裂多种类型的腐蚀，并且能够判断金属腐蚀的类型。

3.2.7薄层活化技术

薄层活化技术是对于难以接触到的被测表面或被测表面被重叠结构遮盖时，带电粒子活化或中子活化等核反应方法适用于监测磨损腐蚀的有力工具。薄层活化方法(TLA)是一种先进的磨损测量技术，在现代工业中的应用越来越广。 同常规的磨损测量方法相比，薄层活化法是非接触式无损远程监测磨损、腐蚀和冲蚀等材料表面的剥蚀，不需拆卸零件，可在线进行磨损测量：可以同时测量一台机器中几个零部件表面的磨损量。该法灵敏度高、活化面积小、放射性活度很低，在使用时低于国家规定安全值;同时比常规方法所耗的费用低，试验时间明显缩短，费效比更合理。

3.2.8场图像技术

场图像技术(FSM)也有译成“电指纹法”。通过在给定范围进行相应次数的电位测量，可对局部现象进行监测和定位。FSM 的独特之处在于将所有测量的电位同监测的初始值相比较，这些初始值代表了部件最初的几何形状，可以将它看成部件的“指纹”，电指纹法名称即得名于此。与传统的腐蚀监测方法(探针法)相比，FSM 在操作上没有元件暴露在腐蚀、磨蚀、高温和高压环境中，不存在监测部件损耗问题，在进行装配或发生误操作时没有泄漏的危硷。运用该法对腐蚀速度测量是在管道、罐或容器壁上进行，而不用小探针或试片测试。该技术敏感性和灵活性要比多数非破坏性试验(NDT)好，可以对不能触及部位进行监测，例如对具有辐射危害的核能发电厂设备危险区域裂纹的监测等。

3.2.9恒电量技术

恒电量技术作为一种研究和评价钢筋腐蚀的方法，在某些方面比传统的方法具有优势，它有着快速、扰动小、无损监测和结果定量等特点，而且可以实现实时在线测量，因此是一

百度搜索“77cn”或“免费范文网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，免费范文网，提供经典小说综合文库长输管道内腐蚀与防护综述(2)在线全文阅读。