[发明专利]外置式硫化物应力腐蚀裂开/氢脆敏感性智能监测仪

说明书

本发明涉及金属硫化应力腐蚀裂开的监测装置。

在很多工业部门中，生产系统的钢铁装置的内壁常常处于含H₂S或酸性的强腐蚀性环境中，不可避免地造成钢铁内部的腐蚀，腐蚀过程产生的原子氢，会有一部分渗入到钢铁内部，一旦氢的浓度超过一临界值，就会导致金属强度降低，发生硫化物应力腐蚀裂开(SSCC)或氢脆(HE)，导致相应装置爆炸，造成人身伤亡和巨大的经济损失，还会造成环境的污染，多次严重的事故表明，SSCC/HE是工业中危害性最大的腐蚀破坏之一。

从本质上来说，装置的SSCC也是一种氢致腐蚀裂开(HIC)，由于H₂S和其电离的HS^-、S^2-在钢铁表面强的特性吸附，使腐蚀的阴极过程产生的原子氢吸附在钢铁表面，阻碍原子氢复合成氢分子的过程，结果钢铁表面和其内部之间产生了原子氢的浓度梯度，在这一浓度梯度作用下，表面的原子氢扩散到钢铁内部，渗入到缺陷高位错部位或空隙中，并累积在应力集中部位，导致钢铁的韧性下降，脆性增加，和在张应力作用下引起钢铁的滞后断裂。

目前，国内外还没有专门用于监测钢铁装置发生SSCC/HE危险性的专用仪器，虽然国际上有一些商品型的原子氢渗透速率探测仪，例如压力式氢探测仪，“补钉式”氢探测仪，“藤壶式”氢探测仪等，但它们最大的缺点在于，没有把这些仪器测得的渗氢电流值与所用的钢材(包括基材、焊缝及热影响区)在所在腐蚀介质中的强度/脆性和装置发生SSCC/HE危险性联系起来，因而仅凭这些测量值，无法直接评价和迅速判断装置发生SSCC/HE的危险程度。

为解决以上测试仪器的不足，本发明的目的提供一种外置式硫化物应力腐蚀裂开/氢脆敏感性智能监测仪，利用外置式传感器通过电子线路和计算机实现对金属硫化应力腐蚀裂开的监测。

本发明的技术方案是这样实现的：外置式硫化应力腐蚀裂开/氢脆敏感性智能监测仪的结构由外置式信号传感器及计算机两部分组成，其中信号传感器是以原子氢渗适速率测量传感器作为信号元件，研究确定了传感器在不同厚度的装置用钢材和不同浓度H₂S溶液中的信号输出水平，传感器的结构由图2所示，该传感器为圆柱体形，外面包有镍壳体，壳体内装有0.2M KOH电解液，电解液中心放有金属氧化物粉末电极，通过镍导线与计算机联接，镍壳体外面为冷却水系统，探测端装有固定夹，与端头间装有缓冲口，缓冲口外面为Pd₇₀Ag₃₀接触极，中间加有硅胶密封垫，传感器另一端为聚四氟乙烯堵头，中心为管道，中间加有“O”型密封圈与镍壳体联接，管道头固定有连接微机系统的双向插座，端头处为管道外壁。

计算机联接框图如图1所示，前面为传感器，传感器输出通过电流电压转换器与A/D转接器输入端联接，其输出直接联接80C31中央处理器，80C31与机内存贮器2764EPROM和内存6264RAM联接，80C31同时与外部设备打印机，键盘，显示片联接；具体电路是CPU是80C31(如图5所示)，地址总线输出直接联接EPROM2764、RAM6264、地址锁存器74HC373、双向多路开关74HC13B，双向多路开关输出联接显示片DMC162(如图4所示)，同时联接多路开关74HC273,74HC245,(U9,U15),A/D转换器ADC0882，其中多路开关74HC245(U15)输出联接打印机，传感器；输出通过二级放大器OP-07和LM35B后输入到A/D转换器，在转换器的输入端同时提供标准电压值，转换器输出联接计算机。由于计算机提供了系统软件，有效的实现了对测试数据的计算，计算时采用信号标定；研究确定了两种装置主要用钢(UNS G10190和UNSG11180及其带焊缝材料在H₂S介质中的强度/脆性，并以此对传感器信号进行标定，确定了传感器的信号与装置用钢发生硫化物应力腐蚀裂开/氢脆脆性断裂危险性之间的对应关系，从而标定了测得的信号。