58卷增刊1 2017年11月
中 国造船 Vol.58 Special 1
Nov. 2017
SHIPBUILDING OF CHINA
文章编号：1000-4882 (2017) Sl-0483-08
电阻探针技术介绍
王琦，郑兴周，孙照富
(海洋石油工程股份有限公司，天津300452)
摘 要
国内很多平台已经使用在线腐蚀监测系统，在线腐蚀监测技术的最大优点是“在线”，即掌握即时的腐蚀 速率，并全程追踪设备某一特定位置的腐蚀速率大小或某一特征变量（值、含量等）的变化情况，从而随时 掌握材料、设备的腐蚀状态，预防和控制腐蚀的发生与发展，使设备处于良好的可控运行状态。目前在国内 的海洋平台中多釆用挂片失重法进行监测，但由于监测周期长，误差大等缺点，已经不能满足用户的要求。 特别是对于运行多年的老平台，管道腐蚀比较严重，依靠挂片来监测，存在很大的安全隐患。因此，引进实 时在线监测系统很有必要。而电阻探针法是目前石化行业应用最为广泛的腐蚀监测方法之一，且这种监测方 法也相对比较成熟，它测量简便迅速，信号反馈快且不受腐蚀介质的影响。此外电阻探针可以及时反映出设 备运行过程中的腐蚀变化趋势；
关键词：在线腐蚀；电阻探针；腐蚀监测点中图分类号：TG174.3+7
文献标识码：A
〇引言
在石油、化工、动力、食品等工业中，广泛使用的各种管道，经常受到腐蚀性液体或气体的侵蚀。 腐蚀除了引起直接的经济损失外，另一个严重的问题是必将导致自然资源的耗损和枯竭，针对引起金 属腐蚀的原理，可以有许多种防护措施，但除我们事先采取的防腐措施之外，当管体被腐蚀，其壁厚 减薄到一定程度后，会产生泄漏或破裂，造成极大的危害和损失[1]。因此，监测它们被腐蚀的情况， 是非常必要的。通过腐蚀监测，获得腐蚀过程和操作参数之间相互关联的信息，以便对问题进行判断， 改善腐蚀控制，从而达到改善生产能力，延长设备寿命，减少投资和操作费用的目的。而在线腐蚀监 测技术的最大优点是“在线”，即掌握即时的腐蚀速率，并全程追踪设备某一特定位置的腐蚀速率大小 或某一特征变量（值、含量等）的变化情况，从而随时掌握材料、设备的腐蚀状态，预防和控制腐蚀 的发生与发展，使设备处于良好的可控运行状态。其中挂片法与电阻探针法又是应用比较广泛的两种 方法，前者操作简单方便，数据可靠，可以用于任何介质环境，使用技术要求不髙，且费用中等。后 者测量简便迅速，信号反馈快且不受腐蚀介质的影响。此外电阻探针可以及时反映出设备运行过程中 的腐蚀变化趋势；
1腐蚀探针分类及选择
几种常见的腐蚀探针电化学探针、电阻探针、电感探针是目前在线腐蚀监测中应用比较广泛的几
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种类型：
(1) 蚀速度。
(2)
电阻探针的测量原理：在腐蚀性介质中，作为测量元件的金属丝被腐蚀后，金属丝长度不变、
直径减小，电阻增大，通过测试电阻的变化来换算出金属丝的腐蚀减薄量，进而代表壁厚的腐蚀量。
(3) 电感探针的原理：腐蚀改变探针，直接影响电感强度，进而换算出腐蚀减少量。
它们在应用中，适用于不同的温度、压力和环境。几种探针也存在不同程度的缺点，在使用过程中要 合理地运用，才能达到准确、及时的效果。具体三种形式探针的使用条件和特点如下：
表1腐蚀探针分类
项目
适用温度适用压力范围
rc
电化学探针将腐蚀看做电池作用，腐蚀速度与腐蚀电流成正比，根据腐蚀电流就可计算出腐
/MPa<1-6<20<2.0<27.6
适用场合导电性连续介质
缺点
不适用于非电解质、多相或不连续的介质、
含有附着性物质会覆盖电极影响测量
电化学探针电阻探针#、H
高温
电感探针
低温
0-1200-120120-450<260
电解质和非电解质的各种响应时间长。测量结果易受FeS膜等导电介腐蚀介质质的影响电解质和非电解质的各种 腐蚀介质
成本高
探针形式的选择取决于管道的介质成分，要根据管道预测的腐蚀速度和需要的灵敏度来确定。如 果全部为水，用线性极化探针较好，如果有油，用电阻探针较好。如果流速变动或有固体颗粒存在， 敏感元件上应加一个流速保护套，可采用电阻探针。对于长期监测，应选择一个厚一点的探针元件。 设备、材料的在线腐蚀监测技术的种类多种多样，每一种监测技术都有其特定的应用领域和应用效果， 目前还没有一种监测技术能全面地、准确地反映生产过程的设备、管线的整个腐蚀形态。因此，对于 特定的设备、介质组合条件以及特定的部位，应综合考虑各种因素，采取一种或两种行之有效的在线 腐蚀监测技术，具体的选择可参照表2。当然，这只是一个大概的参照标准，对具体的腐蚀条件还须具 体分析[2]。
表2
应用场合原油系统气系统生产水系统注水系统闭排系统
探针形式选择
探针形式
腐蚀挂片、电阻探针、电感探针、取样、生物探头
腐蚀挂片、电阻探针、电感探针
腐蚀挂片、取样、电阻探针、线性极化探针、电感探针腐蚀挂片、电阻探针、取样、线性极化、生物探头、电感探针
腐蚀挂片、线性极化探针、电感探针
2电阻腐蚀探针原理
电阻探针监测法是一种在线的连续监测装置。可以连续检测流体变化时管道内部的腐蚀速率，海
上油气田多数安装了电阻探针在线腐蚀监测装置[3]。电阻探针法是目前石化行业应用最为广泛的腐蚀 监测方法之一，且这种监测方法也相对比较成熟。电阻探针法主要采用与所测设备及管道相同材料的 探头进行测量，内置一个相同材料的补偿试片作为参比电极。其原理是通过测量金属元件在工艺介质 中腐蚀时的电阻值的变化，计算金属在工艺介质中的腐蚀速度。当金属元件在工艺介质中遭受腐蚀时，
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金属横截面积会减少，造成电阻相应增加。电阻增加与金属损耗有直接关系，因此，通过一定的公式， 可以换算出金属的腐蚀速度。这项技术开始于五十年代，可用于各种介质，监测周期通常为几天。电 阻探针由于其测量简便迅速，信号反馈快且不受腐蚀介质的影响。此外电阻探针可以及时反映出设备 运行过程中的腐蚀变化趋势；
It
L=
m »=
nnnnrnn
a
图1
□°aDCDD
电阻腐蚀探针
根据探针形状，可以将电阻探针分为丝状、片状和管状等。由于丝状测量元件比片状测量元件在 相同寿命条件下灵敏度得到提高，因此电阻探针多采用丝状测量元件。对于丝状探针而言，其腐蚀减 薄量可用以下理式计算：其腐蚀减薄量计算的理式为
_ ^nx(r〇-tf)2 Rt~R0
Rt
L______L
^nxr2
(1)
Pnx(r〇-H)2
腐蚀深度h为
/i = r0
式中，7b为丝状试片原始半径；心为腐蚀前电阻值；/?t为腐蚀后电阻值。
电阻探针测量腐蚀速度计算公式为
卜 8760 4
(2)
(3)
式中，F为腐蚀速度，单位为为两次测量的差值；为两次测量时间的间隔值。
电阻探针腐蚀在线监测系统是目前应用最广泛的在线监测技术，它将多个探头安装在不同的部位, 通过监测仪器显示腐烛速度的变化。此外，探针测量元件可以根据现场需要釆用不同的材料。电阻探 针的另一个优点是适用范围广，几乎可以用于所有介质环境中，包括气相、液相、固相和流动颗粒。
缺点：电阻探针信号反馈时间短，测量迅速，能及时反映出设备管道的腐蚀情况，使设备管道的 腐蚀始终处于监控状态。但由于仪器测量灵敏度的，其所测得的数据受工艺介质腐蚀速度变化的 影响较大，测量结果有时会发生偏差。
3电阻腐蚀探针结构
一般来说，一套在线腐蚀监测系统主要由探针、腐蚀数据采集传输系统传感器、数据记录仪、便
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携式或数据连续下载式腐蚀监测仪和数据处理系统组成。探针安装在不同的监测点上，与现场安装的 数据采集传输系统相连接；数据釆集传输系统采集与腐烛速率有关的原始模拟信号，经放大后转换成 数字信号，传送到数据处理系统例如监控室计算机)，数据到达计算机后处理、显示、建立数据库。对 于距离数据处理系统较远的监测点也可以使用便携腐蚀测量仪，将各个探针所测得的数据不间断地储 存下来，下载到计算机进行分析和储存。下面对图2所示腐蚀探针系统的主要部件作简要介绍：
图2电阻腐蚀探针结构
(1)数据采集器
其功能为数据采集、变送（参见图3)。
记录数据、供电，用于离线式连续测量。与数据采集器配套使用，通过可充电电池给采集器供电, 接收采集器的各种测量数据并存储（参见图4)。
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图4数据传递器
(3)手操器
从数据采集器读出数据，采集频率设置，查询数据量，清空数据采集器数据，把读出的数据上传 至监控机，删除自身转储数据（参见图5X
图5手操器
(4)腐蚀探针
如图4所示传感器，给出相应的电阻或电感变化。
A向放人
图6传感器
(5)腐蚀传感器适配器
在探针和数据采集器之间起单纯过渡连接作用，其主要功能是与螺纹锁紧式空芯旋塞配合，如图7所示。
B向
A
A向
图7腐蚀传感器适配器
(6)高压承载器
与被测管路焊接，螺纹锁紧，斜面密封。探针与螺纹式旋塞配合，再整体安装到高压承载器上， 依靠旋塞上的斜面密封垫密封，依靠螺纹锁紧。拆装必须借助于全密闭带压拆装器，多用于气体环境 (参见图8)。
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图8高压承载器
(7)空芯保护帽
用于高压承载器与带压拆装器接口的螺纹防护和密封面防护，同时保证探针腐蚀信号从中间孔引 出。本保护帽同时作为辅助安装工具，在安装过程中和安装后起压紧旋塞的作用。专用于压紧旋塞与 探针一体的集成式压接探针，如图9所示。
图9空芯保护帽
(8)空芯旋塞
与反向螺纹探针组合，形成旋塞式正向螺纹探针安装形式，用于螺纹式高压承载器结构。使用全 密闭带压拆装器，可以实现带压拆装（参见图10)。
一
S03□
丨
E
⑬
图10空芯旋塞
(9)腐蚀探针拆装工具、阀门
挂片拆装工具是用来在系统不必停车和带压情况下安全地安装和拆卸腐蚀监测挂片的仪器。图为 提拉式，用于高压承载器结构的全密闭带压拆装。整个拆装过程全在拆装器内密闭的腔体内进行，待 卸压及处理完成后，再打开连接接口，取放探针（参见图11)
4腐蚀监测点
出于经济因素考虑，不可能对整个平台的每个部位进行在线腐蚀监测，因此，腐蚀监测部位的正
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确选择直接决定了腐蚀监测效果的好坏。在不影响站场正常生产的条件下，为了使安装的腐蚀监测设备 能较好地监测管道的腐蚀速度，宜将探针安装于：
(1) 油气管道中硫化氢、二氧化碳含量髙的管段；(2) 有游离水和凝析水的管段；(3) 日常管理中较重要的管段；
(4) 日常管理中被认为腐蚀严重的管道；
(5) 特定防腐蚀措施的下游管段，如缓蚀剂加注站等。
一般而言，对设备威胁最大的是局部腐蚀，因此，监测的重点应该放在这些部位（参见图12)，在 实际操作中，须特别注意以下部位：
图12现场腐蚀监测点
(1) 平台立管；
(2) 化学药剂注入点下游；
(3) 井口的出线（flowline,化学药剂注入点下游);(4) 一级分离器和测试分离器的进口；(5) 每级分离器的水出口管线；(6) 每级分离器的气出口管线；(7) 海水冷却器的气体出口管线；(8) 气浮涤选器生产水出口管线；(9) 气浮涤选器气出口管线；(10) 注水系统除气器下游；
(11) 注水系统中注水泵下游靠近注水管汇；(12) 闭排系统。
5腐蚀探针的失真
当腐蚀探针损耗约占其初始厚度的一半左右时，局部腐蚀的影响会大大千扰测量数据的准确度。
其原因如下：探针在有效运行中，表面会形成一层覆盖物，在电位差及腐蚀介质（氯离子和硫元素） 的侵蚀下，使覆盖物破坏而裸露出铁基体。随后经蚀核的形成、蚀坑的生长、蚀坑的发展三个步骤， 随机在探针表面生成腐蚀坑，较多腐蚀坑的出现最终会导致探针失效和测量数据的失真。覆盖物的不 均匀和非致密性是诱发电化学局部腐蚀的成因。如何正确判断数据失真并对数据进行正确解读，关系 到电感探针在炼厂等领域的更广泛应用。这就需要技术人员不仅能够对探针进行科学管理，还需要结
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合具体腐蚀介质的分析和判断发挥探针的监测作用。
6结论与展望
本着从中国国情出发，着力于研宄更为先进的腐蚀在线监测系统和全面技术的解决方案，旨在通
过运用先进的腐蚀监测技术和信息技术，为用户带来更简单、更有效的设备管理体验，实现设备安全 稳定的运行，有效防止事故的发生，进而缩小我国与发达国家在腐蚀监测这方面的差距。在线腐蚀监 测技术的发展方向应为
(1) 命。
(2)
将介质参数的间接监测与腐蚀速率的直接监测相结合，大力发展在线化学分析技术诸如：在
线测定Cl-，Fe2+以及H2S含量等的研宄。
(3) 在建立统一完备的腐蚀数据库的同时，重点进行腐蚀数据的统计分析。(4) 大力开展以腐蚀数据为参考重点的自动腐蚀控制技术的研宄[4]。参考文献
进一步完善腐蚀在线监测技术，提高各种腐蚀监测仪器的精度和灵敏度，提高探针的使用寿
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[4] 杨晓惠，饶霁阳，王燕楠.在线腐蚀监测技术在石化行业中的应用[J].石油化工腐蚀与防护,2011 (03).
Introduction of Resistance Probe Technology
WANG Qi, ZHENG Xingzhou, SUN Zhaofii
(Offshore Oil Engineering Company Limited, Tianjin 300452, China)
Abstract
On-line corrosion monitoring system has been used on many platforms in China, by which the instantaneous corrosion rate is recorded. At present, on some marine platform, it the weight loss method is still used to monitor corrosion, which has shortcomings such as long monitoring cycle and big errors. Therefore, it is necessary to introduce on-line monitoring system, in which resistance probe is widely used to monitor corrosion. The measurement is simple and rapid, and signal feedback is quick, and is not affected by the corrosive medium. In addition, the resistance probe can reflect the tendency of corrosion in the operation process of the equipment.Keywords: online corrosion; resistance probe; corrosion monitoring point
作者简介
王
琦男，1992年出生，工程师。主要从事海上石油年平台升级改造，常规维修方面的设计研宄工作。
郑兴周男，1987年出生，工程师。主要从事海上石油年平台升级改造，常规维修方面的设计研宄工作。
孙照富男，1979年出生，高级技师。主要从事海上石油年平台升级改造，常规维修，单点FPSO方面的设计研宄工作。
