Оценка интенсивности коррозии в реальном времени

Применяемые экспертами методы измерения коррозийной активности подразумевают анализ контрольных образцов, помещаемых в трубопровод. Перед погружением в коррозийную среду, эти образцы тщательно взвешиваются, затем их исследуют на потери металла и другие дефекты. Пластинки служат основой для определения интенсивности общей и точечной коррозии (питтинг). Расположение нескольких образцов в разных местах увеличит набор информации для обработки и, следовательно, позволит получить более точное представление о коррозийности всей системы.

Существующие методы анализа позволяют экспертам получать очень точные данные об интенсивности коррозии, но эти данные понятны только специалистам, а не операторам установки или инженерам системы управления. Ситуацию меняет технология коррозионных датчиков.

Эти датчики используют уникальные патентованные алгоритмы и методы обработки данных, которые позволяют точно измерять интенсивность общей и точечной коррозии. Для увеличения эффективности используемого в промышленности метода поляризационного сопротивления (LPR, linear polarization resistance – в зарубежной терминологии) используется анализ гармонических искажений. Для большего увеличения эффективности датчик использует специальный коэффициент Штерна Гери (коэффициент В), который можно задать с учетом конкретного трубопровода и материала.

Дискретный контроль давления

Дискретный контроль интенсивности коррозии

Непрерывный контроль давления

Непрерывный контроль интенсивности коррозии

Реальные параметры процесса могут сильно отличаться от измеренных

Во время измерительного цикла, коррозионные датчики проводят уникальные измерения электрохимического шума (ECN — electrochemical noise). Эта информация в сочетании с данными об интенсивности общей коррозии позволяют оценить питтинг. По окончании каждого измерительного цикла рассчитанное значение интенсивности коррозии (или питтинга) выдается для дальнейшего использования в виде постоянного тока 4-20 мА.

Основанный на соотношении Штерна-Гери метод поляризационного сопротивления (LPR) долго оставался промышленным стандартом общего контроля коррозии. Этот коэффициент В соотносит потенциальное возбуждение и коррозионный ток, что необходимо при измерении поляризационного сопротивления. В дальнейшем это сопротивление используется при расчете общей степени коррозии. Данный метод требует знания точного значения коэффициента B, поэтому, вообще говоря, он не является самодостаточным. Анализ гармонических искажений является основой дальнейшего развития метода LPR. Промодулировав измерительный ток низкочастотной синусоидой, можно рассчитать сопротивление коррозийного раствора с помощью анализа гармонических искажений результирующего сигнала. Учитывая как поляризационное сопротивление, так и сопротивление раствора, значение интенсивности коррозии удается определить более точно.

Метод измерения электрохимического шума (ECN) позволяет оценить интенсивность точечной коррозии. Суть метода состоит в измерении спонтанных флуктуаций, возникающих в коррозийном слое между металлом и раствором. Эти измерения, позволяющие выявить точки коррозии, возможны только при наличии трех электродов.

Мониторинг коррозии в режиме реального времени

С помощью сигнала с током 4-20 мА оператор установки может следить за состоянием коррозии в режиме реального времени. Оператор может сравнить текущие показания с предыдущими и быстро определить изменения качества воды, ее состава, а также оценить эффективность работы ингибитора (антиокислителя). Все перечисленные факторы, влияющие на интенсивность коррозии трубопровода, можно контролировать и управлять ими более эффективно с помощью системы мониторинга коррозии. Более того, оператор, использующий такую систему, может планировать замену оборудования, вызывающего сомнения, в рамках упреждающего техобслуживания.

Традиционный метод контрольных пластин, основанный на оценке коррозийного эффекта за некоторый промежуток времени, не позволяет выделить связь коррозии с остальными процессами. Он не идет ни в какое сравнение с передовыми технологиями коррозийных датчиков, которые позволяют измерять интенсивность общей и точечной коррозии в реальном времени. Теперь интенсивность коррозии, как и любой параметр процесса (такой как давление, поток, уровень, температура и pH), может отслеживаться оператором установки или инженером системы управления с помощью пользовательского интерфейса.

Технология коррозийных датчиков позволяет обнаруживать питтинг даже при низком уровне общей коррозии. Это очень важно, так как точечная коррозия, не обнаруженная и не устраненная на ранней стадии, становится особенно опасной.

Для управления процессом критически важен непрерывный контроль параметров, таких как давление, температура и уровень (смотри рисунки: непрерывный и дискретный контроль давления и коррозии). Поэтому трудно переоценить необходимость непрерывного контроля степени коррозии, ведь последствия возможного затопления, выхода системы из-под контроля, даже просто проржавевшие трубы, могут привести к большим убыткам.

Подробнее о мониторинге коррозии.

Вследствие электрохимических процессов, металл или сплав, погруженный в проводящую жидкость, подвергается воздействию коррозии. На следующем примере видно, как металл (железо) реагирует с кислотным раствором:

Fe = Fe2+ + 2e-

2H+ + 2e- =H2

Когда ион железа Fe2+ переходит с поверхности ржавеющей трубы или резервуара в раствор, на ней образуется анодный участок. В результате этого процесса на металлической поверхности появляются избыточные электроны, которые затем перемещаются к ближайшему катодному участку, создавая коррозионный ток Icorr.

Окислители, присутствующие в растворе, поглощают избыточные электроны.

Анодные и катодные участки, распределенные по всей проводящей поверхности, постоянно меняют положения. Измерение Icorr становится невозможным из-за полной непредсказуемости структуры анодно-катодных участков. Технология коррозионных датчиков преодолевает это ограничение. Зонд, представляющий собой три измерительных электрода из одного материала, помещается в коррозийный раствор. На электроды подается небольшое напряжение и измеряется результирующий ток, появляющийся вследствие тех же коррозионных процессов.

При высокой интенсивности коррозии электродов, ионы металла (в нашем примере Fe2+ ) легко поступают в раствор, и невысокое напряжение на электродах вызывает сильный ток, пропорциональный Icorr. Если же интенсивность коррозии невысока, ионы поступают в раствор медленно, и то же напряжение вызывает слабый ток.

С помощью специальных методов обработки данных, коррозионные датчики преобразуют эту информацию в сигнал 4-20 мА.

Технические характеристики

Стандартные зонды, используемые для обнаружения коррозии, состоят их трех электродов: два измерительных и один опорный. Для достижения высокой точности измерений, электроды должны быть сделаны из того же материала, что и контролируемый трубопровод или резервуар. На электродах создается небольшое напряжение, после чего их помещают непосредственно в коррозийную среду. Датчик снимает и анализирует показания электродов с семиминутной периодичностью, предоставляя точные данные о процессе коррозии.

В наличии имеются различные типы механических зондов фиксированной и регулируемой длины, как для непосредственной, так и для удаленной установки. Температура коррозийной среды может достигать 125 °C, а сам датчик функционирует при температурах от -28 до +70 °C. Вещество внутри трубопровода или резервуара должно содержать, по крайней мере, 1% воды. Датчики коррозии подходят для любых промышленных задач: от очистки сточных вод до химической переработки нефти. Если датчики не установлены в зоне повышенной опасности (во взрывоопасных зонах), их можно подключить к аналоговым вводам системы сбора данных или программируемому логическому контроллеру согласно местным и общегосударственным нормам.

Для задач второй категории риска (Division 2 applications) маломощность датчиков допускает их непосредственную установку в зонах повышенной опасности, если вещество в трубопроводе не является легко воспламеняющимся. В этом случае контрольный сигнал (ток 4-20 мА) должен подключаться согласно нормам второй категории опасности государственного стандарта по установке электрооборудования.

Основные сведения о коррозии.

Что такое коррозия?

Коррозия – это процесс химического износа материала, обычно металла, вследствие реакции с окружающей средой.

Где возникает коррозия?

Как правило, коррозия возникает в системах:

  • водного охлаждения
  • очистки и распределения питьевой воды
  • очистки сточных вод
  • целлюлозно-бумажного производства
  • производства нефти с примесью воды.

Что такое анод?

Электрод, на котором происходит окисление (коррозия).

Что такое катод?

Это противоположный аноду электрод, на котором проходит реакция восстановления (и практически отсутствует коррозия).

Что такое точечная коррозия (питтинг)?

Сильно локализованная коррозия с большой глубиной разрушения в нескольких точках.

В чем состоит метод контрольных пластин?

Метод контрольных пластин – традиционная технология мониторинга интенсивности коррозии с использованием контрольных металлических пластинок. Эти пластинки взвешиваются, затем погружаются в коррозийную среду. Через некоторое время их вынимают, измеряют потерю веса и анализируют на тип коррозии. Таким образом, определяется интенсивность коррозии, а также необходимое количество ингибитора для ее уменьшения.

Специальные конструктивные решения допускают использование коррозионных датчиков в задачах первой категории риска. Между датчиком и устройством ввода/вывода устанавливается изоляционный барьер. Этот барьер ограничивает мощность в зоне первой категории опасности и полностью исключает скачки мощности, которые могут вызвать воспламенение.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *