压力容器腐蚀监测技术：扩散氢监测

2022-03-24 13:37:55 作者：工业小南点来源：工业小南点分享至：

扩散氢监测

1 原理

氢是许多腐蚀反应的一种产物，当阴极反应是析氢反应的时候，可以用这个现象来测量腐蚀速度。此外，阴极反应产生的氢本身能引起压力容器的破坏。吸氢产生的问题包括氢脆、应力腐蚀破裂和氢鼓泡，在化工厂和炼油厂、油井和输油管线以及某些化工过程装置都会发生这种问题。总的说来，这3种破坏都是由于钢构件吸收了腐蚀产生的原子氢或在高温下吸收了工艺介质中的原子氢。氢监测所测量的是生成氢的渗入倾向，从而表明结构材料的危险趋势。

氢探针有基于力学原理的压力型和基于电学原理的真空型两种。压力型氢探针（图8-11）由一根细长的薄壁钢管和内部环形叠片构成。钢管外壁因腐蚀而产生的氢原子扩散通过管壳（原1-2 mm）进入体积很小的环形空间，在此处结合形成气态氢分子。扩散的氢量根据压力增加来确定，压力直接由压力计指示出来。为了达到最高灵敏度，重要的是使环形空间、联接管线和压力表内的体积尽可能小。压力型氢探针对有利于形成新生态氢的条件是敏感的，它在监测为防止钢发生氢鼓泡和开裂而采取的措施的有效性时，是很有用的。

图8-11 压力型氢探针结构示意图

压力型氢探针在低温和溶液中应用相当方便。当钢壳金属被氢饱和，扩散过程达到稳态时，可以开始有效地测量氢压，自安装完毕投入运行，可能需要6-48 h才能达到稳态。

真空型氢探针也是由一根钢管组成，其原理是，在外壁由析氢反应放出的氢原子，经扩散通过钢管壳后，在真空中离子化（H→H++e），直接测定其离子化的反应电流，即可计算出析氢腐蚀速度。这种真空型氢探针可用于酸性油田管道系统的腐蚀监测。

电化学方法测定渗氢的探针，图8-12是一种基于电化学原理的氢探针。在氢探针内部装满0.1 M的NaOH溶液，用Ni/NiO电极（或其他可以提供稳定点位的电极）控制钢管内壁面的电位，使之保持在氢原子很容易离子化的电位。在探针前端装有一个由金属片制的试片（也可以用压力容器的器壁代替试片），试片内表面与NaOH溶液接触，外表面与腐蚀介质接触。试片外表面腐蚀生成的氢原子可以扩散通过试片而进入探针内部。在钢管内壁表面与Ni/NiO电极组成的原电池内，氢将在钢表面被氧化成离子。测量该原电池电流，可以求得从探针外部扩散通过试片渗入的氢量，由此可监测析氢腐蚀的强度。

图8-12 基于电化学原理的氢探针

2 氢探针的应用

氢探针可用于监测碳钢或低合金钢在某些介质（主要是含有硫化氢或氰化物等的弱酸性水溶液，其它非级化性介质或高温气体）中遭受到的氢损伤，即氢裂、氢脆或氢鼓泡。氢探针反映的是渗氢速率，实际上测定的是表征全面腐蚀的总腐蚀量，但不反映孔蚀型局部腐蚀。虽然它的测量是连续的，但对腐蚀变化的响应很慢。氢探针不能定量测定氢损伤，但它是确定氢损伤的相对严重程度以及评价生产过程变化可能引起的氢损伤影响的一种有效方法。

氢探针可配的填料盖和密封阀使用，可在设备运行时装取。氢探针绝对不允许出现任何泄漏，探针长度可由被监测设备决定。氢探针在炼油厂中是一种监视氢活性的有效手段，根据测量结果调整工艺参数和缓蚀剂的添加量，以防止产生氢损伤，防止碳钢在H2S介质中发生开裂。氢探针还被成功地用于监测酸性油气输送管道、高压油气井及化工设备中的酸腐蚀。

使用氢探针时，如果发挥其最大优点，最理想的是氢探针应该能定量测量氢的传输。为此，可求出扩散壳的面积和环形空间的体积，再利用气体定律进行计算，以便将扩散气体的体积与观测到的压力增加联系起来，这种计算通常还需要进行温度校正。

氢探针可以设计成各种结构，包括固定式和可伸缩式。对于低压应用，这些探氢针可以通过专用的法兰或填料箱来装设，而在高压时，可通过出入接管，正像上述挂片试验部分所叙述的那样，这种结构允许在压力高达70MPa时进行插入和取出操作。

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