专利名称：一种监测有机涂层下金属腐蚀的装置及其监测方法
技术领域：
本发明涉及金属腐蚀的监测装置，具体地说是一种监测有机涂层 下金属腐蚀的装置及其监测方法。
背景技术：
对于金属材料腐蚀和环境腐蚀性的监测，世界各主要发达国家都 十分重视。英国北海油田在二十世纪八十年代就积极进行海洋腐蚀环 境测量，评价其腐蚀能力并绘制了腐蚀图谱。腐蚀监测在各国海洋石 油平台上得到了普遍应用。
随着我国石油、天然气产业几十年的不断发展，越来越多的石油、 天然气生产设施及输送管道被广泛的建设。这些管道的外腐蚀保护一 般由涂层及阴极保护组成的防护系统所承担。输送管道由于处在大 气、土壤、海水，海泥等恶劣的腐蚀环境中，特别是受工业生产带来
的H2S, S02， C02以及等物质的腐蚀，其表面保护涂层在长期使用 后会出现失效或局部的破损，导致管道基体暴露于腐蚀介质中，从而 造成管道及其他重要生产设施的严重腐蚀。例如，我国川西一些气田 所釆天然气中含有H2S， S02等腐蚀性气体较少，管道内腐蚀较轻， 但是输气管道由于埋在土壤中，长期处于恶劣的腐蚀环境中，导致管 道外部涂层失效、脱落及破损，形成了较严重的管道外部腐蚀。 一旦 管道受到腐蚀造成石油及天然气的泄漏，不仅会给油、气田带来巨大 损失，而且还会产生环境污染以及不利的社会影响，给人民生命财产 安全带来巨大的危害。我国一些油、气田的生产设施及输送管道经过 长期的生产及环境的腐蚀的作用，涂层的完整性已遭到破坏，部分外 部涂层保护作用已大大减弱，给生产带来了巨大的安全隐患，如果不 及时发现并釆取有效措施，将造成严重的生产事故。但是由于输送管 道数量的众多以及处在土壤、海水及海泥中等一些难于肉眼观察的地 区，造成了对涂层下钢铁腐蚀监测的困难。同时靠人工实时、实地检 查、监测既花费了大量时间及经费，又不能及时地发现问题。所以， 发明一种能对石油、天然气输送管道表面涂层下金属腐蚀进行长期、快速、连续监测的方法及装置会对石油天然产业的安全生产带来巨大 的经济及社会效益。
发明内容
为了弥补在不同腐蚀环境中对有机涂层下金属腐蚀情况监测的 不足，本发明的目的在于提供一种监测有机涂层下金属腐蚀的装置及 其监测方法，能够实现对涂层下金属腐蚀情况的长期、快速、连续地 监测。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的
本发明监测装置包括电解池帽、与被监测金属材料相同的桶、镍 棒及接插件，桶的内壁上镀有镍层、外表面设有涂层，桶内装有电解 液；镍棒的一端与桶内壁非接触地插入电解液中，另一端与电解池帽 相连接，电解池帽罩在桶上；镍棒与电解池帽连接端设有屏蔽导线， 其穿过电解池帽与接插件相连；桶上设有屏蔽导线，由电解池帽穿出 连接接插件。
其中所述屏蔽导线与桶、镍棒及电解池帽的连接处均密封连接； 电解池帽的下端设有凹槽，桶的顶端插入凹槽内，两者密封连接；所 述电解液为二次或多次蒸馏的蒸馏水配制的氢氧化钠溶液，浓度为
0. 1 ~ lmol/L。
本发明监测方法为将带有屏蔽导线的镍棒与电解池帽连接，屏 蔽导线由电解池帽引出；在桶内壁镀镍，外表面均匀涂抹涂层，然后 放入电解液，将镍棒插入桶中；桶上的屏蔽导线由电解池帽引出；引 出的屏蔽导线通过接插件连接恒电位仪，桶内部为腐蚀信号监测工作 电解池，桶内壁的镀镍面为信号检测工作面，桶外壁及其上的涂层面 为腐蚀反应发生面，恒电位仪信号输出端与数据釆信器和计算机相连 接、对监测装置信号进行釆集，实现对涂层下金属腐蚀程度及腐蚀速 度的监测。
其中镀镍液按每升计为250g硫酸镍[NiS04. 6H20]、 45g氯化镍 [NiCl"M、 40g硼酸[H3B03]混合而成;在桶镀镍前和镀镍后用无
水酒精、丙酮釆用超声波洗净后冷风吹干；监测装置的工作温度范围 在-5。C 60。C之间。
本发明的优点与积极效果为
1.本发明既可监测暴露在外的金属腐蚀程度及腐蚀速度，也可 监测外有涂层的金属腐蚀程度、速度及涂层破坏程度、速度，功能性强。
2. 本发明可实现对有机涂层下金属腐蚀程度及腐蚀速度的监测, 桶可根据现实生产中实际情况而选用被监测金属的材料制成，外部喷 涂的涂层可根据现实生产中实际情况而选用；由于本发明是根据腐蚀 反应产生扩散进入监测装置内部的氢来监测腐蚀反应速度，因此监测 装置工作的精确度不依赖于周围环境的湿度、腐蚀介质的种类及连续 性等，适应范围广。
3. 本发明在极薄的桶内壁镀有镍层，由于镀镍层的催化作用， 腐蚀过程中产生的原子氢能够完全被氧化，因此测到的氧化电流即监 测装置信号输出能够完全反映金属材料的腐蚀行为。
4. 本发明制作成本低，操作简单灵活，精度髙，较低的腐蚀速
度也可通过测量氢的氧化电流的变化反映出来。
5. 本发明釆用镀镍层，镀镍层同其它镀层相比具有钝化电流小
的特点，因而背景电流小。
6. 本发明监测的实现既可设计成专用监测仪器，也可利用现有 恒电位仪与数据记录器和计算机组成监测系统，根据情况有多种实现 方式，因而降低了监测成本。
图l为本发明传感器的结构示意图； 图2为本发明监测系统示意图3为实施例釆用35CrMo钢制圆桶在涂层完整情况下的实验结 果图4为实施例采用35CrMo钢制圆桶的涂层在已破裂情况下在海
水中的实验结果图5为实施例釆用35CrMo钢制圆桶的涂层在已破裂情况下在海
水干湿循环中的试验结果图6为实施例釆用35CrMo钢制圆桶的涂层在已破裂情况下在真
实海洋大气氛围中的试验结果图7为实施例釆用35CrMo钢制圆桶在海水中湿氢渗透量与腐蚀 失重之间的关系图8为实施例釆用35CrMo钢制圆桶在海水干湿循环下氢渗透量 与腐蚀失重之间的关系图9为实施例釆用35CrMo钢制圆桶在真实海洋大气氛围中氢渗透量与腐蚀失重之间的关系图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明作进一步详述。
如图1所示，本发明包括电解池帽l、与被监测金属材料相同的
桶2、镍棒4及接插件7，本实施例釆用35CrMo钢制薄壁圆桶，桶 壁厚度为0. 3 ~ 0. 5mm。圆桶2的内壁上镀有镍层、外表面设有涂层3, 本实施例的涂层为巿购产品，选购青岛迪恩特海洋防腐涂料有限公司 的EPONICSSHB (超厚膜环氧树脂涂料)，圆桶2内装有电解液5。电 解池帽1的下端设有凹槽，镍棒4的一端与插入圆桶2内的电解液5 中，但不与圆桶2内壁接触，另一端与电解池帽l相连接，电解池帽 l罩在圆桶2上，圆桶2的顶端插入凹槽内，并用密封胶密封。镍棒 4与电解池帽1连接端设有屏蔽导线6，其穿过电解池帽1与接插件 7相连。圆桶2上设有屏蔽导线6，由电解池帽1穿出连接接插件7。 屏蔽导线6与圆桶2、镍棒4及电解池帽1的连接处均用密封胶密封, 确保电极引线与圆桶2和镍棒4之间的连接点不与电解液接触。本实 施圆桶2内盛入的电解液5为二次或多次蒸馏的蒸馏水配制的氢氧化 钠溶液，浓度为0. l~lmol/L,本实施例的浓度为0.2 mol/L。 本发明监测装置的监测方法为
1. 将圆桶2内壁镀镍，镀镍液可釆用多种配方，本实施例釆用 按每升计250g硫酸镍[NiSO" 6H20]、 45g氯化镍[NiCl2. 6H20] 、 40g硼 酸[H3B0J的混合，实验证明工作性能良好。镀镍前和镀镍后均需用无 水酒精、丙酮釆用超声波清洗干净，冷风吹干。
2. 将镍棒4一端与屏蔽导线6焊接在一起，与事先加工好的电 解池帽1用密封胶连接在一起，其中屏蔽导线6要穿过电解池帽1。 电解池帽可用尼龙棒、Teflon (聚四氟乙烯)等绝缘材料制成，本实 施例为尼龙棒。密封胶也有多种选择，本实施例为环氧树脂密封胶。
3. 将涂层3均匀的喷涂在圆桶2四周及底部，等待干燥。
4. 待密封胶干燥后，在圆桶2内加入用二次或多次蒸馏的蒸馏 水配制的浓度为0.2 mol/L氢氧化钠溶液作为电解液5,将连接有电 解池帽1的镍棒4放入圆桶2内，镍棒4与圆桶2内壁不接触，圆桶 2 —端则与电解池帽l上加工好的圆形凹槽配合并用密封胶密封。圆 桶2上的屏蔽导线6要穿过电解池帽1。5.如图2所示将电极引线6通过接插件7与恒电位仪(可制成
专用监测仪，本实施例为恒电位仪)相连；圆桶2内部为腐蚀信号监
测工作电解池，圆桶2内壁的镀镍面为信号检测工作面，圆桶2外壁 及其上的涂层面为腐蚀反应发生面，恒电位仪信号输出端与数据采信 器和计算机相联对传感器信号进行釆集，实现对涂层下钢铁材料腐蚀 程度及腐蚀速度的监测。
其中以上步骤中提到的化学试剂宜用优级纯试剂与优质蒸馏水 配制。监测装置可在-5'C-6(TC下工作。
如图3所示，本实施例采用35CrMo钢制薄壁圆桶，在其外表面 涂层完整情况下的实验结果图，横坐标为时间，纵坐标为电流密度。
如图4所示，本实施例采用35CrMo钢制薄壁圆桶，其外表面涂 层在已破裂情况下在海水中的实验结果图，横坐标为时间，纵坐标为 电流密度。
如图5所示，本实施例釆用35CrMo钢制薄壁圆桶，其外表面的 涂层在已破裂情况下在海水干湿循环中的试验结果图，横坐标为时 间，纵坐标为电流密度。
如图6所示，本实施例釆用35CrMo钢制薄壁圆桶，其外表面涂 层在已破裂情况下在真实海洋大气氛围中的试验结果图，横坐标为时 间，纵坐标为电流密度。
如图7所示，本实施例釆用35CrMo钢制薄壁圆桶，其在海水中 湿氢渗透量与腐蚀失重之间的关系图，横坐标为氢渗透量，纵坐标为 腐蚀失重。
如图8所示，本实施例釆用35CrMo钢制薄壁圆桶，其在海水干 湿循环下氢渗透量与腐蚀失重之间的关系图，横坐标为氢渗透量，纵 坐标为腐蚀失重。
如图9所示，本实施例釆用35CrMo钢制薄壁圆桶，其在真实海 洋大气氛围中氢渗透量与腐蚀失重之间的关系图，横坐标为氢渗透 量，纵坐标为腐蚀失重。
本发明的管道涂层完整性现场监测装置能够实现对涂层下金属 腐蚀的长期、快速、连续监测,利用本发明的监测装置及其监测方法， 在腐蚀过程中可测得微弱的氢渗透电流，氢渗透量的大小与腐蚀失重 存在着线性关系，通过监测氢渗透电流即可监测涂层下金属的腐蚀情 况。图3~图6为钢制薄壁圆桶在不同腐蚀环境中得到的氢渗透电 流密度随时间的变化图。从图3中可以看出，当圆桶表面涂层完整置 于腐蚀环境中时，由于涂层的保护作用，没有监测到氢渗透电流的产
生。从图4-图6可以看出 一旦当表面涂层破损后，圆桶置于不同 腐蚀环境中，可以监测到氢渗透电流的产生。图7~图9为在不同腐 蚀环境中氢渗透量与腐蚀失重之间的关系图。从图中可以看出，在各 种腐蚀环境下，腐蚀失重与氢渗透量之间存在着明显的线性关系。从 这一线性关系可以通过监测氢渗透电流及计算氢渗透量的变化来监 测设备的腐蚀情况。
权利要求
1. 一种监测有机涂层下金属腐蚀的装置，其特征在于包括电解池帽(1)、与被监测金属材料相同的桶(2)、镍棒(4)及接插件(7)，桶(2)的内壁上镀有镍层、外表面设有涂层(3)，桶(2)内装有电解液(5)；镍棒(4)的一端与桶(2)内壁非接触地插入电解液(5)中，另一端与电解池帽(1)相连接，电解池帽(1)罩在桶(2)上；镍棒(4)与电解池帽(1)连接端设有屏蔽导线(6)，其穿过电解池帽(1)与接插件(7)相连；桶(2)上设有屏蔽导线(6)，由电解池帽(1)穿出连接接插件(7)。
2. 按权利要求1所述的监测有机涂层下金属腐蚀的装置，其特 征在于所述屏蔽导线(6 )与桶(2 )、镍棒(4 )及电解池帽(1 ) 的连接处均密封连接。
3. 按权利要求1所述的监测有机涂层下金属腐蚀的装置，其特 征在于所述电解池帽(1)的下端设有凹槽，桶(2)的顶端插入凹 槽内，两者密封连接。
4. 按权利要求1所述的监测有机涂层下金属腐蚀的装置，其特 征在于所述电解液(5)为二次或多次蒸馏的蒸馏水配制的氢氧化 钠溶液，浓度为0. 1 ~ lmol/L。
5. —种按权利要求1所述监测有机涂层下金属腐蚀装置的监测 方法，其特征在于将带有屏蔽导线(6 )的镍棒(4 )与电解池帽(1 ) 连接，屏蔽导线(6)由电解池帽(1)引出；在桶(2)内壁镀镍， 外表面均匀涂抹涂层(3)，然后放入电解液(5),将镍棒(4)插入 桶(2)中；桶(2)上的屏蔽导线(6)由电解池帽(1)引出；引出 的屏蔽导线(6)通过接插件(7)连接恒电位仪，桶(2)内部为腐 蚀信号监测工作电解池，桶(2)内壁的镀镍面为信号检测工作面， 桶(2)外壁及其上的涂层面为腐蚀反应发生面，恒电位仪信号输出 端与数据采信器和计算机相连接、对监测装置信号进行采集，实现对 涂层下金属腐蚀程度及腐蚀速度的监测。
6. 按权利要求5所述的监测方法，其特征在于镀镍液按每升 计为250g硫酸镍[NiS04. 6H20]、 45g氯化镍[NiCl2. 6H20] 、 40g硼酸[H:肌]混合而成。
7. 按权利要求5所述的监测方法，其特征在于在桶(2)镀镍前和镀镍后用无水酒精、丙酮釆用超声波洗净后冷风吹干。
8. 按权利要求5所述的监测方法，其特征在于监测装置的工 作温度范围在-5。C-60。C之间。
全文摘要
本发明涉及金属腐蚀的监测装置，具体地说是一种监测有机涂层下金属腐蚀的装置及其监测方法，装置包括电解池帽、与被监测金属材料相同的桶、镍棒及接插件，将带有屏蔽导线的镍棒与电解池帽连接；在桶内壁镀镍，外表面均匀涂抹涂层，然后放入电解液，将镍棒插入桶中；桶上及镍棒上的屏蔽导线由电解池帽引出；引出的屏蔽导线通过接插件连接恒电位仪，桶内部为腐蚀信号监测工作电解池，桶内壁的镀镍面为信号检测工作面，桶外壁及其上的涂层面为腐蚀反应发生面，恒电位仪信号输出端与数据采信器和计算机相连接、对监测装置信号进行采集，实现对涂层下金属腐蚀程度及腐蚀速度的监测。本发明能够实现对涂层下金属腐蚀情况的长期、快速、连续地监测。
文档编号G01N27/30GK101430271SQ20071011404
公开日2009年5月13日 申请日期2007年11月7日 优先权日2007年11月7日
发明者青 于, 郑传波, 黄彦良 申请人:中国科学院海洋研究所