1. 多相流腐蝕問題

    多相流的現象普遍存在于能源電力、石油化工、制冷、低溫、介質輸運、環境保護及航天技術等許多工業部門。多相流問題復雜，涉及流體力學、物理化學、傳熱傳質學、燃燒學等多個學科，在近幾十年里，由于油氣水多相流檢測技術的研究具有重要的理論和工程意義，迅速發展起來成為一門新興學科。我國在多相流的研究緊跟世界潮流，在近二十年來，由于生產實際的迫切需求，油氣水多相流腐蝕研究在我國得到了高度重視，國內已經有多家研究機構開展了相關領域的基礎理論和試驗研究，并成功得到了工程應用。

多相流腐蝕問題

    工業生產中的許多腐蝕問題是由多相介質流動所造成。例如，石油管道的多相流主要是氣相、液相（包括水相和烴相）和固相（固體沙粒）多相共存且流動的多相流，而且往往還處在高溫和高壓的流動狀態。與單相介質腐蝕相比，多相介質腐蝕情況更為復雜，腐蝕速率一般比單相流要高很多。為了對多相流腐蝕進行有效的監測，逐漸由以往簡單的腐蝕掛片定期測量失重的方法而發展出一批先進的在線監測技術。

    2. 多相流腐蝕在線監測技術

    隨著腐蝕監測技術的發展，越來越多先進的技術已經在多相流腐蝕監測領域得到了應用，由于多相流腐蝕涉及的流體介質和流型較為復雜，從而影響了腐蝕動力學過程，所以在線監測技術一般采用直接侵入管道內部來進行測量的方法來實時監測腐蝕速率的變化。

    侵入式在線監測方法一般又可以根據測量原理細分為物理方法和電化學方法。物理方法主要是從最早的離線式腐蝕掛片失重法發展而來，所反映的是試樣在腐蝕介質中的金屬損失情況，主流的實時在線監測方法包括電阻探針法和電感探針法。而電化學方法主要是測量試樣的腐蝕電流或電化學噪聲等，從而反映實時腐蝕速率變化，目前工程上最常見的是采用線性極化電阻法。

    多相流腐蝕在線監測系統一般由微機控制的自動現場腐蝕監測儀器和對應的腐蝕探針（包括電阻探針、電感探針、電化學探針等）組成。最常用的腐蝕探針有電阻探針、電感探針、線性極化電阻探針，一般可根據監測的介質環境和測量精度等要求進行選擇或者搭配使用。下面簡單介紹下這幾種適合于多相流腐蝕的在線監測技術。

    a） 電阻探針

    電阻探針測量金屬腐蝕速率的原理是根據金屬試樣由于腐蝕作用使橫截面積減小，從而導致電阻增大的原理。金屬材料在某一溫度下電阻值即：

    R=ρ×L/S

    其中，ρ為材料的電阻率、L為材料的長度、S為材料的截面積。

    在腐蝕性介質中，作為測量元件的金屬絲被腐蝕后，金屬絲長度不變、直徑減小，電阻增大，通過測試電阻的變化來換算出金屬絲的腐蝕減薄量。當所用金屬絲的材質與所測量的設備材質相同時，就可用金屬絲的腐蝕率近似地代表設備的腐蝕率。

    利用該原理己經研制出較多的電阻探針用于監測設備的腐蝕情況，能較準確地反映出設備運行各階段的腐蝕率及其變化，且能適用于各種不同的介質，不受介質導電率的影響，其使用溫度僅受制作材料的限制。與腐蝕掛片失重法相比，不需要從腐蝕介質中取出試樣，也不必除去腐蝕產物，測量速度快，靈敏方便，其測量精度可達到微米級別。

電阻探針的結構示意圖

    電阻探針腐蝕監測系統是由腐蝕電阻探針、緊固件、腐蝕數據采集器、連接電纜、數據轉換器、計算機和在線監測軟件系統組成。

電阻探針腐蝕監測系統

    b） 電感探針

    在上世紀九十年代，為了提高腐蝕監測精度，科研人員在電阻法技術的發展基礎上，根據電感法研發出現了電感探針。電感法也稱磁阻法，是通過檢測電磁場強度的變化來測試金屬試樣腐蝕減薄。當交流信號加至線圈兩端時，在線圈周圍就會產生電磁場。而置于其中的金屬導磁材料就會影響磁場強度，間接影響線圈電感量⊿L。金屬試樣厚度及材質不同，對磁場強度影響也不同，帶來的線圈電感量⊿L也不同。由于電感法相比電阻法，具有測試精度更高、對微小的腐蝕速率變化敏感，且適用于各種介質、響應快、抗干擾性強等特點，所以近些年發展較快。

    c） 線性極化電阻探針

    電化學探針一般采用線性極化法，對腐蝕情況變化響應快，通過測量腐蝕電流，獲得瞬間腐蝕速率。根據M·Stern等人的研究，如果在金屬的腐蝕電位附近（±10mV左右）通過外加微小電流使金屬極化，則△E／△I （即極化電阻Rp）和在被測系統中所發生的金屬腐蝕速度成如下關系：

    式中：Fp--腐蝕速度（mdd）；

    Cp--換算因數（mdd·Ω／cm2）；

    Rp--極化電阻（Ω／cm2）；

    線性極化電阻法一般采用三電極系統（探頭）測量極化電阻Rp。探頭的三個電極中，一個作參比電極，其余兩個分別為工作電極和輔助電極。

線性極化電阻原理

    由于線性極化法能及時地反映設備操作條件的變化，是一種非常適用于在多相流介質中進行在線監測的方法。但它不適于在導電性差的介質中應用，這是由于金屬表面如果有大量腐蝕產物堆積，將產生假電容而引起測量誤差，所以在一些特殊的條件下檢測金屬腐蝕速率通常需要與其它測試方法進行比較以確保其監測結果的準確性。

線性極化電阻探針

    d） 幾種多相流腐蝕在線監測技術的比較