Первинний корозійно-вимірювальний перетворювач

Первинний корозійно-вимірювальний перетворювач, що містить два шари досліджуваного металу, що розділені шаром діелектрика, який відрізняється тим, що електроди перетворювача розташовані в одній площині з внутрішньою поверхнею трубопроводу та покриті плівкою матеріалу, який здатний утримувати вологу та інші корозійноактивні компоненти середовища. (19) (21) u200807512 (22) 02.06.2008 (24) 25.06.2009 (46) 25.06.2009, Бюл.№ 12, 2009 р. (72) ПОЛЯКОВ СЕРГІЙ ГЕОРГІЙОВИЧ, ГАПУЛА НАТАЛІЯ ОЛЕКСІЇВНА, МЕЛЬНИЧУК СЕРГІЙ ЛЕОНІДОВИЧ, НИРКОВА ЛЮДМИЛА ІВАНІВНА (73) ІНСТИТУТ ЕЛЕКТРОЗВАРЮВАННЯ ІМ. Є.О. ПАТОНА НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ 3 та зовнішній 4, які розділені тонким шаром діелектрика 5. Електроди виконані з металу трубопроводу у вигляді кілець. Робочі поверхні електродів розташовані в одній площі та моделюють внутрішню поверхню трубопроводу. Основною умовою надійної роботи перетворювача є ідентичність електродів за хімічним складом. Крім того, перетворювач повинен моделювати робочу поверхню трубопроводу та не спотворювати гідродинамічні умови при транспортуванні та взаємодії з середовищем (нафтою, вуглеводнями з різними розчинами електролітів). Електроди запресовані в корпус 1, який вгвинчується в трубу-штангу 7 із застосуванням ущільнювального кільця 2. В центрі корпуса є отвір через який проходять струмовідводи, що припаяні до внутрішньої сторони електродів та з'єднують первинний перетворювач з вимірювальним приладом -корозиметром. Зовнішня поверхня електродів зачищена наждаковим папером від середньої до мінімальної зернистості. Поверхня електродів покрита шаром водоутримуючого матеріалу 6. Швидкість корозії визначають за методом поляризаційного опору. Суть методу полягає в наступному. При корозії металу в електроліті поляризуємість електродів ПП ДЕ (зміна корозійних потенціалів під впливом поляризуючого струму DI ) залежить від інтенсивності переходу іонів металу в розчин, тобто від швидкості корозійного процесу. Чим більше швидкість корозії, тим менше поляризуємість електродів і навпаки. Відношення поляризуємості електродів до величини струму, що пропускається, за умови, що поляризованість не перевищує декількох мілівольтів, являє собою поляризаційний опір Rр. Таким чином, поляризаційний опір може бути знайдений як відношення поляризуємості електродів до величини пропущеного зовнішнього струму, тобто DE (1) Rp = DI З теорії методу поляризаційного опору випливає, що для одержання точності вимірювання близько 10%, поляризуємість не повинна перевищувати 10мВ. Очевидно, що для електродів з ідеальною поляризуємістю, коли на них не протікають реакції, Rр буде нескінченно великою величиною. Для кородуючих електродів Rр буде мати кінцеве значення, різне в залежності від величини швидкості корозії: чим менше швидкість, тим більше R і навпаки. Таким чином, залежність між Rр і швидкістю корозії ік обернено пропорційна: B ik = , (2) SR p якщо ік виражати в мм/рік, то Rр буде в Ом, а коефіцієнт пропорційності В в Ом•мм/рік. S - площа поверхні одного електрода. Швидкість корозії, що вимірюється за допомогою корозіметру, розраховують за формулою: 2B DI × ik = , (3) S DE Стосовно до ПП зі сталевими електродами електрохімічний коефіцієнт пропорційності являє 41966 4 собою константу ПП, що включає електрохімічні параметри корозійного процесу, фізико-хімічні показники металу, геометричні розміри електродів та безрозмірні коефіцієнти: 8760 × 3600 × 10 × A × B B= , (4) r×n×F де А = 55,8 - атомна маса заліза, n - число електронів, що приймають участь в міжфазовому переході, F = 96485Ал • моль 1- - число Фарадея, S = 0,9%cm2 - площа одного електроду ПП, r = 7,8г/см3 - густина сталі, 10 - перевідний розмірний коефіцієнт (см/мм), 8760 - кількість годин у календарному році, 3600 - кількість хвилин у часі, В = ba/2,3 - при корозії сталі в підтоварній воді, bа тафелевський нахил анодної поляризаційної кривої. У діапазоні середніх значень робочих температур від мінус 20°С до плюс 40°С константа первинного перетворювача В дорівнює 332 (Ом•см2)мм/рік. ПП дає інформацію про швидкість корозії. Чутливими елементами ПП є електроди, виготовлені зі сталі 17Г1С. При зануренні у нафту водоутримуючий шар виконує дві функції. З одного боку він служить бар'єром для проникнення нафти до металевої поверхні, а з другого - накопичує вологу на поверхні металу. При осіданні крапель вологи на поверхню електродів, водоутримуючий шар сприяє утворенню суцільного шару електроліту, у якому перебігає корозійний процес та починає працювати уся поверхня первинного перетворювача. Результати оцінки довірчого інтервалу при вимірюванні швидкості корозії в 3% водному розчині NaHCO3 за допомогою первинного корозійно-вимірювального перетворювача та прототипу приведені у таблиці 1. Аналіз результатів вказує, що первинний корозійно-вимірювальний перетворювач з водоутримуючим шаром дозволяє підвищити точність вимірювання швидкості корозії більш, ніж у два рази: довірчий інтервал швидкості корозії для заявляемого винаходу складає величину 0,074±0,006, а для прототипу - 0,082±0,014. В таблиці 2 представлені результати вимірювань швидкості корозії в дистильованій воді та вуглецевому середовищі за допомогою прототипу та первинного корозійно-вимірювального перетворювача з водоутримуючим шаром. Паралельно вимірюванням швидкості корозії за допомогою електрохімічного методу була виміряна швидкість корозії зразків-свідків за методом масометрії. Аналіз результатів показує, що значення швидкості корозії, виміряні за допомогою прототипу та первинного корозійно-вимірювального перетворювача з водоутримуючим шаром та методом масометрії в дистильованій воді збігаються. Однак виміряні в емульсії (50% дист. вода + 50% нафта) значення швидкості корозії за допомогою прототипу дуже малі (0,0034мм/рік), що свідчить про велику похибку прототипу у нафтовому середовищі і не відображає реальних корозійних процесів на сталевій поверхні. А при малих концентраціях води у нафті прототип взагалі не вимірює швидкість коро 5 41966 зії. В той час як первинний корозійновимірювальний перетворювач дає можливість вимірювати швидкість корозії у нафто-водному середовищі з дуже малою часткою води, при цьому значення швидкості корозії виміряні за допомогою 6 первинного корозійно-вимірювального перетворювача (0,007мм/рік) збігаються з даними масометрії (0,008мм/рік), що свідчить про високу чутливість заявляємої корисної моделі та розширення діапазону досліджуваних середовищ. Таблиця 1 Результати оцінки довірчого інтервалу при вимірюванні швидкості корозії в 3% водному розчині NaHCO3 за допомогою первинного корозійно-вимірювального перетворювача з водоутримуючим шаром та прототипу Довірчий інтервал Середньоарифметичне значення Середньо квадрати- швидкості корозії Вид первинного перетворювача чне відхилення, S*, i швидкості корозії, k , мм/рік мм/рік a - ik Первинний корозійновимірювальний перетворювач з водоутримуючим шаром Прототип 0,074 0,006 0,074±0,006 0,082 0,002 0,082±0,014 Таблиця 2 Результати вимірювань швидкості корозії за допомогою первинного корозійно-вимірювального перетворювача з водоутримуючим шаром та прототипу в дистильованій воді та вуглецевому середовищі Вид первинного перетворювача Первинний корозійновимірювальний перетворювач з водоутримуючим шаром Прототип Дані масометрії Середньоарифметичне Середньоарифметичне зна- Середньоарифметичне зназначення швидкості корозії чення швидкості корозії в чення швидкості корозії в емульсії (50% дист. вода + емульсії (5% дист. вода + ik , в дистильованій воді i i мм/рік 50% нафта) k , мм/рік 95% нафта) k , мм/рік 0,031 0,029 0,007 0,016 0,021 0,0034 0,026 не вимірює 0,008 7 Комп’ютерна верстка Л. Купенко 41966 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601