[发明专利]测量实时腐蚀的装置和方法

说明书

技术领域

本发明一般涉及一种用于检测同一传感器或试样(coupon)上的全面腐 蚀(general corrosion)和局部腐蚀的腐蚀检测器和方法。

技术领域

各种工业过程包括腐蚀性流体和工艺。这样的环境退化和侵蚀包括管 道、容器、热交换器等的工业设备，其由此增加生产成本、造成延期、增加 保养成本且危及安全操作。为了减轻这些问题，腐蚀监控是有价值的工具。

目前，利用各种传统技术来评估退化和腐蚀。在一个例子中，腐蚀试样 暴露于腐蚀性环境，以测量在例如流体容器的机器零件上的实际腐蚀。这样 的试样被周期性地检查和分析，典型地每个月一次。通过测量由于腐蚀造成 的试样的重量减轻，并归一化每单位时间的重量减轻，该技术量化了全面腐 蚀率。腐蚀的试样还在显微镜下检查，以确定任意蚀坑或“局部腐蚀”的深 度。该方法比较麻烦且很难提供把片段腐蚀(episodic corrosion)与实时扰 乱关联的方法。

另一传统技术是要测量导线或传感器的电阻的变化。腐蚀过程导致材料 的退化，且对于金属管道和容器，其转化为重量减轻。该材料的损失以限定 的方式影响电阻。

在另一已知为线性极化电阻(LPR)的传统技术中，腐蚀的电极的极化 电阻被测量，以确定腐蚀电流，其为腐蚀率的直接测量。量级为10-20mV 的低电势被施加跨越腐蚀传感元件，且得到的感生电流被测量。极化电阻基 于电势和电流而被计算，其被认为是均匀腐蚀率的倒数。线性极化电阻技术 没有直接测量管或容器壁的退化，且要求假定材料恒定以及环境温度恒定， 其把不确定性引入测量的腐蚀率和腐蚀量。

另一传统技术是电化学噪声测量，其典型地用在流体环境中以测量局部 腐蚀。该技术检测在腐蚀过程中发生的电流或电势的局部随机脉冲的变化。

这些传统技术没有提供对于全面腐蚀和局部腐蚀实时的可靠的监控。因 此，需要改进的技术。

发明内容

因此，本发明提供腐蚀传感器或试样，以及在单一传感器中测量全面腐 蚀和局部腐蚀的方法。

本发明还提供用于实时测量全面腐蚀和局部腐蚀的传感器和方法。如此 处使用的，“实时”包括连续地测量腐蚀和/或以预定的时间周期连续测量， 如每分钟、每第n分钟、每小时、每天等。

本发明的传感器适于测定全面腐蚀和局部腐蚀。该传感器包括至少一个 能导电的特征阻抗腐蚀元件，以及多个分布在腐蚀元件上的电极。在两个预 定的电极之间测量的腐蚀元件的段的阻抗与该段上的腐蚀相关，且这些段的 阻抗被比较，以区别全面腐蚀和局部腐蚀。

一个或多个腐蚀元件可以是线性的或非线性的，如蜿蜒的或螺旋的，且 可具有不同的横截面面积。腐蚀元件可嵌入电绝缘材料中。腐蚀元件具有至 少一个维度与预定冶金的点腐蚀尺寸特征相当。该传感器可设置在MEMs 芯片上，且现场中央单元可与每个芯片无线通讯。

特性阻抗可以是电阻或反应阻抗，其包括电容和电感。腐蚀元件还可以 是大致二维元件。

腐蚀元件的至少一个表面可具有大致类似于容器的内表面的粗糙度的 粗糙度，传感器部署在该容器内部。另一腐蚀元件可具有增加的表面粗糙度。 一个腐蚀元件或传感器可作为参考传感器而部署，其暴露到与测量传感器类 似的环境状况，但没有暴露到腐蚀性流体。

附图说明

参考附图阅读下面的说明，可更好地理解本发明的这些和其它特征、方 面和优点，在整个附图中类似的标号表示类似的零件，其中：

图1是作为传感器的表面的函数的阻抗的变化的示意图。图1A是本发 明的具有电阻、电容和电感的典型阻抗电路的示意图；

图2显示了根据本发明的实施例构造的用于检测全面腐蚀和局部腐蚀的 线性电阻腐蚀传感器的简化示意图。图2A是图2所示传感器的另一配置。 图2B是二维替换实施例；

图3显示了根据本发明的实施例构造的用于检测全面腐蚀和局部腐蚀的 蜿蜒形腐蚀传感器；

图4显示了根据本发明的实施例构造的用于检测全面腐蚀和局部腐蚀的 涡旋形腐蚀传感器；

图5A显示了图3的蜿蜒传感器的另一配置。图5B是从图5A分出的线 性电阻腐蚀传感器的一部分，显示了理想化的局部腐蚀。图5C是图5B的 侧视图。图5D是图5B和5C的传感器的等效电路的示意图。图5E是局部 腐蚀的深度和电阻的理想化图表；