一種現(xiàn)場原位測氫的裝置及其測量方法
【專利摘要】本發(fā)明 一種現(xiàn)場原位測氫的裝置及其測量方法 ，該裝置由電源、參比電極、輔助電極、固體電解質(zhì)和電流計組成。使用時先將電源、參比電極、輔助電極、固體電解質(zhì)和電流計組按裝置示意圖裝好，安裝在待測管道上。開啟電源后，待電流計讀數(shù)穩(wěn)定記下讀數(shù)即可。將電流計的讀數(shù)帶入測量方法中所提供的公式即可得到管道壁中氫的濃度，從而判斷其發(fā)生氫致斷裂的可能。本裝置可移動方便攜帶的，這樣就使現(xiàn)場原位測氫變成可能；采用的是直接用于完整的油氣管道，不需要破壞管道，故對于生產(chǎn)實踐具有極大的意義；裝置簡單、易于制造、操作簡便，適合在石油天然氣工業(yè)中運用；對油氣工業(yè)發(fā)展生產(chǎn)設施氫脆開裂危險性監(jiān)測技術和管道壽命預測有啟發(fā)意義。
【專利說明】一種現(xiàn)場原位測氫的裝置及其測量方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種可以在現(xiàn)場原位測量石油天然氣管道壁中氫含量的裝置裝置及 其測量方法。

【背景技術】
[0002]在我國石油工業(yè)中，許多重大的失效事故都是由于氫損傷和氫致滯后斷裂引起 的。例如，1965年，四川第一條輸氣管線連續(xù)發(fā)生爆破事故，經(jīng)失效分析及再現(xiàn)試驗，確認是 由于在濕ii2S條件下的焊縫應力腐蝕(氫脆機理）失效。1979年，某油田連續(xù)發(fā)生多起高 強度鉆桿脆性斷裂事故，曾使鉆井作業(yè)陷于困境。后經(jīng)失效分析確認，是由于鉆桿遇卡后注 入強酸（HC1)解卡造成的氫致應力腐蝕失效。在四川油田，從1965年至1990年，共發(fā)生因 S腐蝕引起的重大管道失效事故108起。更嚴重的，我國大多數(shù)油、氣田面臨著含水量提 高和腐蝕性氣體含量上升的情況，西部的油田也不例外，這樣在油氣采輸過程中所使用的 設備以及管道等將面臨著嚴重腐蝕問題。而為了減輕這些設施的腐蝕，大多都采用陰極保 護，在陰極保護的電位作用下，管道等設備則處于穩(wěn)定的充氫狀態(tài)，這樣使得氫更容易進入 油氣采輸設施中，使得這些設施更容易發(fā)生氫損傷和氫滯后斷裂事故 氫損傷和氫致滯后斷裂事故往往突然發(fā)生，往往會造成嚴重的經(jīng)濟損失和人員傷亡， 造成的社會影響巨大。因此，經(jīng)常性的檢測油氣采輸設施中氫的含量，分析其發(fā)生氫脆的程 度，這對在實踐中采取相應措施減少或避免災害性事故的發(fā)生著有著巨大工程意義，而且 還可以借此發(fā)展石油生產(chǎn)設施氫脆開裂危險性監(jiān)測和壽命預測技術。
[0003]目前，在實驗室條件下材料中氫含量可用多種方法測得，在實驗室中較多的采用 Devnathan-Stachurski (人名）雙電解池技術來測量腐蝕過程中氫的滲透量。它是由兩個 電解槽、參比電極、怕電極以及電化學工作站組成，但是它需要將樣品制成薄片，而且雙電 解池法只能測定金屬材料在特定的充氫條件下材料中氫的濃度。這在現(xiàn)場不可能實現(xiàn)，而 且在特定充氫條件下的氫濃度對實踐也沒有太大價值，因此在現(xiàn)場不可能用此種方法檢測 油氣管壁中的氫含量。而目前可以在現(xiàn)場原位測量濃度的裝置以及方法還沒有報道。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述問題，本發(fā)明的提供一種現(xiàn)場原位測量石油天然氣管道壁中氫含量 的裝置，可以方便快捷的在現(xiàn)場測量管道材料中氫的含量，從而分析管道發(fā)生氫致開裂的 危險性進而預測管道的剩余壽命的現(xiàn)場原位測氫的裝置及其測量方法。
[0005]本發(fā)明的技術方案是：一種現(xiàn)場原位測氫的裝置，該裝置包括電源、參比電極、輔 助電極、固體電解質(zhì)和電流計； 其中，所述固體電解質(zhì)中添加有用于氫的氧化過程中加速氫氧化的催化劑，催化劑的 添加量一般為固體電解質(zhì)量l_5wt%。
[0006] 其中，所述電源的正極通過導線與所述參比電極連接，所述電流計的一端通過導 線與所述輔助電極連接，所述參比電極與輔助電極設置所述固體電解質(zhì)上，所述固體電解 質(zhì)設置在待測管道的外壁上，所述電源的負極通過導線與所待測管道連接，所述電流計的 另一端與所述待測管道連接。
[0007] 進一步，所述電源的電壓為量級。
[0008] 本發(fā)明的另一目的是提供上述裝置的測試方法，具體包括以下步驟： 步驟1.先將電源、參比電極、輔助電極、固體電解質(zhì)和電流計組裝好，安裝在待測管道 上,備用； 步驟2.開啟電源，從管道外壁擴散出的氫，進入固體電解質(zhì)后在電源的作用下被電 離：H -H++e，產(chǎn)生陽極電流，產(chǎn)生陽極電流由油氣管道、固體電解質(zhì)、電流計和輔助電極 組成的回路流通，電流計得到電流值，根據(jù)以下公式（1)，即可得到氫濃度炫# :

【權(quán)利要求】
1. 一種現(xiàn)場原位測氫的裝置，其特征在于，該裝置包括電源、參比電極、輔助電極、固體 電解質(zhì)和電流計； 所述固體電解質(zhì)中添加有用于氫的氧化過程中加速氫氧化的催化劑，氫氧化的催化劑 的添加量為固體電解質(zhì)量l-5wt% ; 其中，所述電源的正極通過導線與所述參比電極連接，所述電流計的一端通過導線與 所述輔助電極連接，所述參比電極與輔助電極設置在所述固體電解質(zhì)上，所述固體電解質(zhì) 設置在待測管道的外壁上，所述電源的負極通過導線與所待測管道連接，所述電流計的另 一端與所述待測管道連接。
2. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述電源的電壓為MT^V量級。
3. -種如權(quán)利要求1所述的裝置的測量方法，其特征在于，該方法具體包括以下步驟： 步驟1.先將電源、參比電極、輔助電極、固體電解質(zhì)和電流計組裝好，安裝在待測管道 上，備用； 步驟2.開啟電源，從管道外壁擴散出的氫，進入固體電解質(zhì)后在電源的作用下被電 離
產(chǎn)生陽極電流，產(chǎn)生陽極電流由油氣管道、固體電解質(zhì)、電流計和輔助電極 組成的回路流通，電流計得到電流侑
.根據(jù)以下公式（1)，即可得到氫濃度^^ :
(1) 式中，^^為充氫端(油氣管內(nèi)壁）固溶在晶格中的氫濃度； L為油氣管的厚度，單位cm; Α為檢測所在部位的油氣管的面積，單位2 ; 為電 CM i〇c 流檢測到的電流值，單位為，D為油氣管氫的擴散系數(shù)，單位em2/s。
【文檔編號】G01N27/406GK104297317SQ201410586430
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月28日
【發(fā)明者】高克瑋, 夏勁, 龐曉露 申請人:北京科技大學