Устройство для контроля степени локальной коррозии металлических сооружений

 

Изобретение относится к контролю коррозии и применяется при определении степени опасности проникновения коррозии и защиты металлических сооружений, контактирующих с электропроводными и малоэлектропроводными средами. Устройство состоит из электрически замкнутого на сооружение корпуса, изготовленного из того же материала, что и сооружение. Контактирующая со средой часть корпуса имеет меньшую толщину, чем стенка сооружения. Полость корпуса заполнена непроводящим инертным капиллярно-пористым материалом, в который введен металлический электрод с возможностью образования между корпусом и электродом электрического контакта. Между корпусом и электродом включен регистрирующий прибор. Такое выполнение устройства позволяет упростить его конструкцию и обеспечить дистанционное обнаружение опасного проникновения локальной коррозии независимо от давления, температуры, движения среды и типа сооружения, коррозия которого контролируется. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к контролю коррозии и может быть применено при определении степени опасности проникновения локальной коррозии и эффективности защиты металлических сооружений (аппаратов, емкостей, трубопроводов), контактирующих с электропроводными, в том числе малоэлектропроводными жидкими и твердо-жидкими (грунты, теплоизоляция) коррозионными средами.

Известны устройства и способы, позволяющие выявить опасность проникновения локальной коррозии металлического сооружения по возникновению коррозионной перфорации образца, контактирующего со средой и изготовленного из того же металла, но с толщиной меньшей, чем стенка сооружения, по сигналу того или иного вида, возникающему при указанной перфорации образца.

В случае трубопроводов с повышенным давлением внутренней среды предложено делать непосредственно в трубе с ее наружной поверхности расположенные рядом кольцевые канавки различной глубины, полости которых поочередно соединяются с монометром. Последний регистрирует повышение давления при коррозионной перфорации внутренней стенки сначала наиболее глубокой, затем менее глубокой канавки и т.д. [1, 2].

Также для толстостенных труб, наружная и внутренняя поверхность которых контактируют с коррозионными средами повышенного давления, предложено в качестве образца использовать специальный, ввариваемый в трубопровод отрезок трубы, в котором с торцов сделаны две кольцевые проточки - одна ближе к внутренней, другая - к наружной поверхности. Полости проточек соединяются с манометрами, так что при локальной коррозионной перфорации более тонкой стенки любой из проточек регистрируется повышение давления [3]. Для сооружений с нагретой внутренней средой предложено вводить через стенку внутрь полый цилиндрический металлический патрон с утоньшенной на части его длины стенкой, внутри которого помещен металлический футляр для горячего спая термопары, отделенный от патрона слоем пористой теплоизоляции, причем наружный конец патрона снабжен ребрами для охлаждения, обеспечивающими пониженную температуру холодного слоя термопары. При коррозионной перфорации тонкой стенки патрона горячая среда до теплоизоляции проникает к футляру горячего слоя термопары, что и регистрируется при измерении ею температуры [4].

Основными недостатками соответствующих устройств являются: сложность их изготовления, отчасти связанная с использованием неэлектрического сигнала или с преобразованием неэлектрического сигнала в электрический; применимость лишь для сооружения конкретного типа, работающих на нагреве или под давлением, и соответственно негибкость конструкции; запоздалость обнаружения коррозионной перфорации, если последняя возникает при нахождении сооружения в нерабочем состоянии (сброшено давление, нет нагрева), поскольку нужный сигнал выдается лишь при переходе к рабочему режиму эксплуатации.

Цель изобретения - упрощение и варьируемость конструкции устройства, обеспечивающие дистанционное обнаружение опасного проникновения локальной коррозии независимо от давления, температуры, движения внутренней или внешней коррозивной среды и типа сооружения, коррозия которого контролируется.

Эта цель достигается тем, что устройство, корпус или одна из стенок корпуса которого тоньше стенки сооружения или образованы утоньшенным участком стенки сооружения, имеет герметичную внутреннюю полость, заполненную сухим инертным непроводящим капиллярно-пористым материалом, в который введен металлический электрод с выводимым наружу изолированным проводником, а сам корпус электрически замкнут на сооружение для сближения или выравнивания их электродных потенциалов.

При коррозионной перфорации тонкой стенки или тонкой части стенки корпуса среда по действием капиллярных сил проникает по заполнителю полости к электроду, замыкая электрическую цепь "корпус (сооружение) - электрод", что дистанционно регистрируется внешним измерительным прибором по сопротивлению или напряжению данной цепи.

Согласно полученным опытным данным, даже при столь малом диаметре коррозионного отверстия как 0,5 мм и давлении среды не выше атмосферного водный раствор проникает к электроду за время ~ 1 мин, а водная фаза грунта низкой влажности (10%) - за ~ 20 ч (при диаметре отверстия 3 мм за ~ 1 ч). Следовательно, опасная коррозионная перфорация может быть обнаружена или практически сразу, или менее чем за сутки.

Выбор толщины δ корпуса или его рабочего участка определяется толщиной стенки сооружения δ_c и давлением среды. Целесообразно принимать δ от 1/3 до 3/4 δ_c . Минимальное значение δ должно быть таким, чтобы под давлением среды не происходили прогиб, смятие, механическое разрушение корпуса или его рабочего участка. В ряде случаев целесообразно использовать 2 или более предлагаемых устройств, например с δ = 1/3 и 2/3 δ_c, что дает возможность проследить во времени развитие проникновения локальной коррозии.

В качестве вышеуказанного капиллярно-пористого заполнителя полости корпуса можно в зависимости от среды использовать стекловолокно, минеральную вату, песок, поропласт, фильтровальную бумагу.

Электропроводность заполнителя, пропитанного проникшей в полость корпуса средой, всегда ниже, чем самой среды, что имеет значение для выбора способа регистрации электрического сигнала в цепи "корпус (сооружение) - электрод", особенно при низких электропроводностях среды, когда сопротивление растеканию тока электрода становится высоким. Если металл электрода и корпуса один и тот же, и они находятся в одном и том же электрохимическом состоянии (например, активном), то в качестве измеряемой величины можно использовать только сопротивление R между ними. При отсутствии сквозной перфорации корпуса оно должно быть бесконечно большим, при возникновении ее - принимать некоторое конечное значение, например 0,5 или 1 МОм. Опыт испытаний показывает, что в зависимости от характеристик используемого измерительного прибора указанный выбор материала электрода может быть неоптимальным. Так, на шкалах сопротивлений мультиметров Ц 4353, Ц 4315, 43313.1 и Б7-41 предельное регистрируемое сопротивление равно соответственно 5; 10; 20 и 20 МОм. Если, например, R измеряется прибором В7-41, и до перфорации R = ∞, а после нее, скажем, 30 или 21 МОм, то во всех трех случаях будет регистрироваться одно и то же показание R > 20 МОм, т.е. перфорация не будет обнаружена.

В общем случае выгоднее, чтобы в условиях измерений электрод после проникновения раствора в корпус приобретал потенциал, существенно (скажем, на 0,5-1,0 В) отличающийся от потенциала корпуса (и соответственно сооружения). Проведенные испытания показали, что при этом измерение вместо R величины разности потенциалов V между электродом и корпусом может выявить сквозную перфорацию рабочего участка корпуса значительно быстрее. В опытах с малоэлектропроводной средой "песок, увлажненный до влажности 10% разбавленным (~ 0,06 н.) солевым раствором", корпусом из углеродистой стали и электродом из меди при измерениях R и V мультиметром В7-41 (входной импеданс 10 МОм) измерение V позволяло уверенно зарегистрировать сквозную коррозию стали на 1-2 сут раньше, чем измерение R. Тот же материал электрода (медь) целесообразно выбрать в случае, когда сооружение (и соответственно корпус устройства) из углеродистой или низколегированной стали катодно защищаются наложенным или гальваническим током. В некоторых случаях при измерениях V можно изготовлять электрод из того же металла, что и сооружение и соответственно корпус устройства: например, если в среде нержавеющая сталь защищается анодно поддерживанием потенциала в пассивной области в интервале +0,5...+0,7 В (н.в.э), а без анодной защиты находится в активной области и имеет потенциал коррозии - 0,2 В. По конструктивным соображениям и с точки зрения упрощения технологии изготовления предлагаемого устройства удобнее всего использовать электрод из доступной изолированной медной или алюминиевой проволоки, удаляя изоляцию с ее участка, находящегося в капиллярно-пористом материале полости устройства. Поскольку в водных растворах коррозионные потенциалы меди и алюминия обычно находятся на уровне соответственно ~ +0,24 и ~ -0,5 В (н.в. э. ), то изготовление электродов из указанных проволок может во множестве случаев обеспечить значительные величины V при предлагаемом контроле коррозии сооружений из самых различных конструкционных металлических материалов. Так, для сооружения из меди, сплавов на ее основе, из титана и сплавов на его основе, для анодно защищенного сооружения из нержавеющей стали электрод целесообразно изготовлять из А1-проволоки, а для сооружения из алюминия или его сплавов - из Cu - проволоки.

Если металл сооружения подвергается только общей коррозии, то предлагаемое устройство регистрирует разрушение металла и ею. Поэтому, в отличие от ряда известных устройств и методов, пригодных для контроля только общей коррозии (например, измерений поляризационного сопротивления или омического сопротивления специальных образцов) предлагаемое устройство не требует предварительного знания характера коррозии (локальная или общая) металла сооружения в технологической или природной среде.

Конструкция устройства зависит от конструкции и условий эксплуатации сооружения, коррозия которого должна контролироваться, что поясняется приводимыми ниже примерами.

Пример 1 (фиг. 1). Давление внутренней или внешней среды существенно выше атмосферного. Устройство размещают в среде 1 у стенки 2 сооружения. Толщина δ стенок корпуса 3 одинакова, полость 4 корпуса 3 заполнена трудносжимаемым капиллярно-пористым заполнителем, прижатым сверху (понятия вверх-вниз условны) непроводящей твердой заглушкой 5 на плотной посадке. Часть полости 4 корпуса 3 над заглушкой герметизирована твердеющей непроводящей массой 6. Через заглушку 5 и герметизатор 6 проходит изолированный провод 7, открытый конец служит электродом 8. Проводник 9, подключенный к сооружению вне его, припаян к корпусу 3 (спай 10). Выводы 7 и 9 подключают к достаточно удаленной от сооружения клеммной коробке, к которой также подключен (постоянно или периодически) измерительный прибор (клеммник и прибор не показаны).

Пример 2 (фиг. 2). Давление среды мало отличается от атмосферного, площадь рабочей поверхности устройства должна быть ограничена - например, при контроле эффективности катодной защиты подземных или неглубоких подводных сооружений с изолирующим защитным покрытием. Устройство размещается в среде 1 у стенки 2 сооружения. Рабочей частью 3 корпуса 4 служит его утоньшенное дно (толщина δ), нерабочая внешняя цилиндрическая поверхность корпуса 4 защищена изолирующим покрытием 5. Полость 6 корпуса 4 заполнена капиллярно-пористым материалом, прижатым сверху непроводящей твердой заглушкой 7 на плотной посадке. Часть полости корпуса 4 над заглушкой 7 герметизирована непроводящей твердеющей массой 8. Через заглушку 7 и герметизатор 8 проходит изолированный проводник 9, открытый конец которого в заполнителе служит электродом 10. Проводник 11 подключен к сооружению 2 вне его и к корпусу 3 - спай 12. Внешние подключения, как в примере 1.

Конструкция и условия функционирования сооружения, опасность локальной коррозии которого необходимо контролировать, могут быть таковы, что введение вышеописанного устройства внутрь среды невозможно или нецелесообразно. В таких случаях следует использовать устройство, отличающееся от вышеописанного тем, что контактирующей со средой частью корпуса служит участок стенки сооружения (см. пример 3).

Пример 3 (фиг. 3). Температура среды повышена, давление среды 1 внутри сооружения (стенка 2) намного выше атмосферного. В стенке 2 просверлено несквозное отверстие, дно которого 3 имеет заданную толщину δ. Корпус 4 прикреплен к стенке 2 сооружения сварным швом 5. На верхнюю, снабженную резьбой часть корпуса 4 навинчивается крышка 6, герметичность ее соединения с корпусом 4 обеспечивается уплотнительной шайбой - прокладкой 7. В центре крышки 6 имеется коническое отверстие, через которое проходит коническая часть 8 электрода 9 и снабженный резьбой хвостовик 10 для подключения соединительного проводника. Ввод электрода 9 через крышку 6 в его конической части 8 уплотняется и изолируется от крышки 6 полым фторопластовым конусом 11. Хвостовик 10 изолируется от крышки 6 непроводящей шайбой 12. Конус 8 поджимается к фторопластовой втулке 11, а последний и шайба 12 - к крышке накидными гайками 13. (Выводы соединительных проводов от хвостовика 10 и от стенки 2 сооружения (или от корпуса 4) к клеммнику не показаны).

Источники 1. Авторское свидетельство СССР N 367309, G 01 N 17/00, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР N 601603, G 01 N 17/04, 1978.

3. Авторское свидетельство СССР N 1341550, G 01 N 17/04, 1987.

4. Авторское свидетельство СССР N 371483, G 01 N 17/00, 1973.

Формула изобретения

1. Устройство для контроля степени локальной коррозии металлических сооружений в проводящих средах, состоящее из электрически замкнутого на сооружение корпуса, изготовленного из того же материала, что и сооружение, отличающееся тем, что весь корпус или контактирующая со средой его часть имеет меньшую, чем стенка сооружения, заранее установленную толщину, полость корпуса заполнена непроводящим инертным капиллярно-пористым материалом, в который введен металлический электрод с возможностью образования между корпусом и электродом электрического контакта при локальной коррозионной перфорации корпуса или его более тонкой части и всасывания среды внутрь, при этом между корпусом и электродом включен регистрирующий прибор.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что контактирующей со средой частью корпуса служит участок стенки сооружения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3