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壓力容器腐蝕監測技術：擴散氫監測

2022-03-24 13:37:55 作者：工業小南點來源：工業小南點分享至：

擴散氫監測

1 原理

氫是許多腐蝕反應的一種產物，當陰極反應是析氫反應的時候，可以用這個現象來測量腐蝕速度。此外，陰極反應產生的氫本身能引起壓力容器的破壞。吸氫產生的問題包括氫脆、應力腐蝕破裂和氫鼓泡，在化工廠和煉油廠、油井和輸油管線以及某些化工過程裝置都會發生這種問題。總的說來，這3種破壞都是由于鋼構件吸收了腐蝕產生的原子氫或在高溫下吸收了工藝介質中的原子氫。氫監測所測量的是生成氫的滲入傾向，從而表明結構材料的危險趨勢。

氫探針有基于力學原理的壓力型和基于電學原理的真空型兩種。壓力型氫探針（圖8-11）由一根細長的薄壁鋼管和內部環形疊片構成。鋼管外壁因腐蝕而產生的氫原子擴散通過管殼（原1-2 mm）進入體積很小的環形空間，在此處結合形成氣態氫分子。擴散的氫量根據壓力增加來確定，壓力直接由壓力計指示出來。為了達到最高靈敏度，重要的是使環形空間、聯接管線和壓力表內的體積盡可能小。壓力型氫探針對有利于形成新生態氫的條件是敏感的，它在監測為防止鋼發生氫鼓泡和開裂而采取的措施的有效性時，是很有用的。

圖8-11 壓力型氫探針結構示意圖

壓力型氫探針在低溫和溶液中應用相當方便。當鋼殼金屬被氫飽和，擴散過程達到穩態時，可以開始有效地測量氫壓，自安裝完畢投入運行，可能需要6-48 h才能達到穩態。

真空型氫探針也是由一根鋼管組成，其原理是，在外壁由析氫反應放出的氫原子，經擴散通過鋼管殼后，在真空中離子化（H→H++e），直接測定其離子化的反應電流，即可計算出析氫腐蝕速度。這種真空型氫探針可用于酸性油田管道系統的腐蝕監測。

電化學方法測定滲氫的探針，圖8-12是一種基于電化學原理的氫探針。在氫探針內部裝滿0.1 M的NaOH溶液，用Ni/NiO電極（或其他可以提供穩定點位的電極）控制鋼管內壁面的電位，使之保持在氫原子很容易離子化的電位。在探針前端裝有一個由金屬片制的試片（也可以用壓力容器的器壁代替試片），試片內表面與NaOH溶液接觸，外表面與腐蝕介質接觸。試片外表面腐蝕生成的氫原子可以擴散通過試片而進入探針內部。在鋼管內壁表面與Ni/NiO電極組成的原電池內，氫將在鋼表面被氧化成離子。測量該原電池電流，可以求得從探針外部擴散通過試片滲入的氫量，由此可監測析氫腐蝕的強度。

圖8-12 基于電化學原理的氫探針

2 氫探針的應用

氫探針可用于監測碳鋼或低合金鋼在某些介質（主要是含有硫化氫或氰化物等的弱酸性水溶液，其它非級化性介質或高溫氣體）中遭受到的氫損傷，即氫裂、氫脆或氫鼓泡。氫探針反映的是滲氫速率，實際上測定的是表征全面腐蝕的總腐蝕量，但不反映孔蝕型局部腐蝕。雖然它的測量是連續的，但對腐蝕變化的響應很慢。氫探針不能定量測定氫損傷，但它是確定氫損傷的相對嚴重程度以及評價生產過程變化可能引起的氫損傷影響的一種有效方法。

氫探針可配的填料蓋和密封閥使用，可在設備運行時裝取。氫探針絕對不允許出現任何泄漏，探針長度可由被監測設備決定。氫探針在煉油廠中是一種監視氫活性的有效手段，根據測量結果調整工藝參數和緩蝕劑的添加量，以防止產生氫損傷，防止碳鋼在H2S介質中發生開裂。氫探針還被成功地用于監測酸性油氣輸送管道、高壓油氣井及化工設備中的酸腐蝕。

使用氫探針時，如果發揮其最大優點，最理想的是氫探針應該能定量測量氫的傳輸。為此，可求出擴散殼的面積和環形空間的體積，再利用氣體定律進行計算，以便將擴散氣體的體積與觀測到的壓力增加聯系起來，這種計算通常還需要進行溫度校正。

氫探針可以設計成各種結構，包括固定式和可伸縮式。對于低壓應用，這些探氫針可以通過專用的法蘭或填料箱來裝設，而在高壓時，可通過出入接管，正像上述掛片試驗部分所敘述的那樣，這種結構允許在壓力高達70MPa時進行插入和取出操作。

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