腐蝕速率測(cè)量的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及各種環(huán)境中的部件的腐蝕。更具體地，本發(fā)明涉及此種腐蝕的監(jiān)測(cè)。
【背景技術(shù)】
[0002] 腐蝕是材料被化學(xué)物質(zhì)或其他反應(yīng)物和其周圍環(huán)境逐漸毀壞。腐蝕降低材料和結(jié) 構(gòu)的有用特征，包括強(qiáng)度、外觀和流體的可滲透性。很多結(jié)構(gòu)合金僅在暴露向空氣中的水分 的時(shí)候才被腐蝕，但是該過(guò)程當(dāng)暴露向特定物質(zhì)時(shí)可被劇烈地影響。腐蝕可被局部集中以 形成凹點(diǎn)或裂縫，或者該腐蝕可在大面積上延伸以均一地腐蝕表面。
[0003] 腐蝕的測(cè)量、控制和防止領(lǐng)域是非常廣泛的。腐蝕測(cè)量采用各種技術(shù)以確定環(huán)境 的腐蝕程度如何以及正經(jīng)歷的金屬損耗速率是多少。一些腐蝕測(cè)量技術(shù)可以在在線的且一 直暴露向過(guò)程流的情況下被使用，然而其他的腐蝕測(cè)量技術(shù)提供在實(shí)驗(yàn)室分析中被確定的 離線測(cè)量。一些技術(shù)直接給出金屬損耗或腐蝕的測(cè)量結(jié)果，然而一些技術(shù)用于推測(cè)可能存 在的腐蝕環(huán)境。
[0004] 腐蝕速率指示任何一個(gè)過(guò)程工廠可以被有用地且安全地操作多長(zhǎng)時(shí)間。對(duì)腐蝕的 測(cè)量和對(duì)高速腐蝕速率的補(bǔ)救行動(dòng)允許完成最經(jīng)濟(jì)有效的工廠操作，同時(shí)降低與操作有關(guān) 的生命周期成本。
[0005] 以下的列表詳述了被用在工業(yè)應(yīng)用中的最常用的腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)。腐蝕試樣、電阻 (ER)和線性極化電阻（LPR)形成了工業(yè)腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心并且在下文中將更加詳細(xì)地 說(shuō)明。
[0006] ?腐蝕試樣（重量損失測(cè)量）
[0007] ?電阻（ER)
[0008] ?線性極化電阻（LPR)
[0009] ?電化學(xué) I 電勢(shì)（Galvanic (ZRA) I Potential)
[0010] ?氫滲透
[0011] 籲微生物
[0012] ?泥沙/腐蝕
[0013] 重量損失技術(shù)是最有名的且最簡(jiǎn)單的腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)。該方法包括將材料樣品（試 樣）向過(guò)程環(huán)境暴露給定時(shí)間段，然后取走樣品以進(jìn)行分析。由腐蝕試樣所確定的基本測(cè) 量結(jié)果是重量損失。通過(guò)腐蝕重量除以材料密度、試樣表面積和暴露時(shí)間可以計(jì)算腐蝕速 率。試樣監(jiān)測(cè)在腐蝕速率長(zhǎng)時(shí)間不顯著變化的環(huán)境中是最有用的。然而，它們可以提供與 其他技術(shù)相關(guān)的有用相關(guān)性。
[0014] ER探針可以被當(dāng)作"電子"腐蝕試樣。ER探針提供金屬損耗的基本測(cè)量結(jié)果，并 且金屬損耗的數(shù)值在探針處于現(xiàn)場(chǎng)時(shí)的任何時(shí)候都可以被測(cè)量。ER技術(shù)測(cè)量暴露向過(guò)程的 正被腐蝕的金屬元件的電阻的改變。元件的表面上的腐蝕行為導(dǎo)致了截面積的減小并且相 應(yīng)地導(dǎo)致了元件的電阻的增大。
[0015] LPR技術(shù)基于電化學(xué)理論。小電壓被施加到溶劑中的電極。維持特定的電壓偏移 (典型地是IOmV)而所需的電流直接與溶劑中的電極的表面上的腐蝕相關(guān)。通過(guò)測(cè)量電流， 可以推測(cè)腐蝕速率。LPR技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是瞬間地進(jìn)行腐蝕速率的測(cè)量，然而對(duì)于試樣或ER而 言，需要一段時(shí)間的暴露以確定腐蝕速率。LPR技術(shù)可以只在清潔透明的電解環(huán)境中被執(zhí)行 并且不會(huì)在氣體中工作。
[0016] 在很多系統(tǒng)中，腐蝕是一種浪費(fèi)。腐蝕的影響包括生產(chǎn)率的損失、系統(tǒng)中斷、系統(tǒng) 故障以及修復(fù)時(shí)間和花費(fèi)。防止和監(jiān)測(cè)腐蝕是一種重要的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017] 腐蝕速率測(cè)量系統(tǒng)包括第一材料的第一膜，該第一膜被構(gòu)造為暴露向腐蝕材料并 且響應(yīng)于腐蝕而偏轉(zhuǎn)。第二膜被構(gòu)造為暴露向腐蝕材料并且響應(yīng)于腐蝕而偏轉(zhuǎn)。壓力傳感 器被可操作地聯(lián)接到第一和第二膜的至少一個(gè)并且被構(gòu)造為根據(jù)壓力和第一和第二膜的 至少一個(gè)的腐蝕量來(lái)測(cè)量第一和第二膜的至少一個(gè)的偏轉(zhuǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0018] 圖1是用于測(cè)量腐蝕的包括犧牲涂層的壓力傳感器的側(cè)視圖。
[0019] 圖2是被聯(lián)接到遠(yuǎn)程密封件以用于測(cè)量腐蝕的壓差變送器的簡(jiǎn)化剖視圖。
[0020] 圖3是基于壓差傳感器的電容的放大剖視圖。
[0021] 圖4是被構(gòu)造為測(cè)量腐蝕的壓差變送器的側(cè)視剖視圖。
[0022] 圖5是被聯(lián)接到細(xì)長(zhǎng)管的且被構(gòu)造為基于壓力的變化而測(cè)量腐蝕的壓力變送器 的側(cè)視剖視圖。
[0023] 圖6A、6B和6C分別是形成在傳感模塊中的腐蝕傳感系統(tǒng)的立體圖、側(cè)視剖視圖和 立體分解圖。
[0024] 圖6D是用在圖6A-6C的模塊中的傳感器的立體圖。
[0025] 圖7是用于測(cè)量腐蝕的環(huán)插入件的側(cè)視圖。
[0026] 圖8是圖7的環(huán)插入件的徑向剖視圖。、
【具體實(shí)施方式】
[0027] 精確地測(cè)量腐蝕率出于安全、可靠性和效率的考慮是重要的客戶需求。將描述多 個(gè)實(shí)施例。所有的實(shí)施例包括一些類型的壓力傳感器并且在多數(shù)情況下是壓差傳感器?；?本概念大部分利用壓差傳感器技術(shù)進(jìn)行工作。典型地，油填充的壓差傳感器系統(tǒng)是被低背 壓下的油填充，例如幾 PSi (每平方英寸磅數(shù)）。本文描述的很多實(shí)施例使用壓差傳感器系 統(tǒng)，該壓差傳感器系統(tǒng)被填充有位于例如500至1000 psi的內(nèi)部高背壓下的油。高背壓油填 充的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是允許較大程度地獨(dú)立于過(guò)程壓力而進(jìn)行腐蝕測(cè)量，甚至在〇過(guò)程壓力下。 另外，壓差傳感器的高側(cè)膜和低側(cè)膜在過(guò)程中總是被放置在相同的位置。因此，外部過(guò)程壓 差總是0。一些實(shí)施例基于在高背壓下被密封的油填充的容差傳感器。一側(cè)上的犧牲隔離 膜由于將改變其剛度的腐蝕將損失材料。在另一側(cè)的較厚的基準(zhǔn)隔離膜也將損失材料，但 是它的剛度改變很少。該傳感器系統(tǒng)通過(guò)將內(nèi)部壓力平衡到〇而做出反應(yīng)，繼而基于壓力 傳感器的而移動(dòng)電容中心隔膜。測(cè)量傳感器電容改變有效地測(cè)量腐蝕速率。另一實(shí)施例使 用兩個(gè)絕對(duì)壓力傳感器或表壓力傳感器，各個(gè)傳感器監(jiān)測(cè)兩個(gè)獨(dú)立的隔離膜之后的背壓。 例如一個(gè)膜可以是犧牲膜，而另一個(gè)膜用作具有與犧牲膜不同的腐蝕特性的基準(zhǔn)膜。通過(guò) 跟蹤兩側(cè)之間的背壓改變，可以確定犧牲膜的腐蝕率。
[0028] 很多操作者現(xiàn)今以固定的或未計(jì)劃的間隔在計(jì)劃修復(fù)和維修期間檢查腐蝕。芯的 技術(shù)使得可以使用工廠控制和自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)腐蝕。這允許在短時(shí)間內(nèi)估測(cè)腐蝕， 從而能夠控制和減輕損壞率。
[0029] 通過(guò)將腐蝕測(cè)量包含到自動(dòng)化系統(tǒng)職工，腐蝕監(jiān)測(cè)更加容易利用其他的過(guò)程變量 而執(zhí)行、自動(dòng)化和觀察。該方法比傳統(tǒng)的單機(jī)系統(tǒng)更加經(jīng)濟(jì)有效，需要更少的手動(dòng)勞動(dòng)，提 供了與系統(tǒng)的更大程度的融合度以記錄、控制和優(yōu)化。
[0030] 工作操作員期望即使很小量的增大效率和生產(chǎn)率。然而，腐蝕成本是工作操作的 幾個(gè)領(lǐng)域中的一個(gè)，其中該腐蝕成本的大改進(jìn)可能導(dǎo)致相關(guān)的成本降低。腐蝕測(cè)量可以被 認(rèn)為是初始變量，該變量受過(guò)程中的控制和優(yōu)化的限制。
[0031] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，圖1是基于兩個(gè)純藍(lán)寶石電容壓力傳感器102U04的腐蝕測(cè)量 傳感器或系統(tǒng)100的側(cè)視圖。傳感器102被構(gòu)造為基準(zhǔn)傳感器。該傳感器被設(shè)計(jì)成基本上 不受感興趣的特定腐蝕劑的影響。該傳感器可以是無(wú)保護(hù)的藍(lán)寶石傳感器或帶涂層的傳感 器。傳感器104被構(gòu)造為犧牲傳感器。傳感器104自身不被腐蝕但是傳感器覆蓋有犧牲涂 層108,該犧牲涂層108易于受特定腐蝕劑的影響。傳感器102U04可以具有任何適當(dāng)構(gòu) 造。一個(gè)示例性構(gòu)造在由弗里克等人于2000年6月27日提出的US6, 079, 276專利中示出。
[0032] 涂層108用作膜并且是較硬的構(gòu)件。例如，如果過(guò)程壓力是500psi (每平方英寸 磅數(shù)），基準(zhǔn)傳感器102可以指示500psi，而犧牲涂層108可以只指示IOpsi。隨著犧牲涂 層108腐蝕并且變得較薄，犧牲傳感器104將指示增大的壓力。少油的系統(tǒng)100被示出，該 系統(tǒng)可使得所有材料經(jīng)受腐蝕過(guò)程，該材料包括用于將傳感器102U04安裝到殼體（在圖 1中未示出）的混合金屬釬焊。藍(lán)寶石是極度堅(jiān)硬的，所以犧牲涂層108應(yīng)該非常厚。系 統(tǒng)100也可從基準(zhǔn)傳感器中提供過(guò)程壓力，但是感興趣的信號(hào)是兩個(gè)被測(cè)量壓力之間的作 為腐蝕的測(cè)量結(jié)果的差值。系統(tǒng)100需要過(guò)程壓力以產(chǎn)生信號(hào)。
[0033] 圖1也