专利名称：消除介质电阻的在线式电化学腐蚀监控仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种消除介质电阻的在线式电化学腐蚀监控仪，主要用于炼油厂的炼油设备和管线，监测其电化学腐蚀发生和发展特性以及腐蚀速率。具体的它可以用在蒸馏塔顶低温设备和管线上，也可以用在换热器冷却水系统，评价设备和管线的腐蚀状况、 监测其腐蚀速率是否达到生产要求，为生产提供必要的腐蚀数据，以便设备管理部门采取相应防护措施，防止和减缓腐蚀，保证设备的可靠运行。该实用新型也可用于石油开采的污水回注系统。
背景技术：
炼油厂塔顶低温设备的腐蚀主要是电化学腐蚀，在生产过程中通常要求塔顶低温部位腐蚀速率低于0. 2mm/a、循环水冷却设备腐蚀速率低于0. 125mm/a,当腐蚀速率超过这个指标时，就要调整防腐注剂，或者调整生产工艺，以维持腐蚀速率在较低的水平上，保证生产装置的长、稳、安运行。为此，准确地、实时地监测其腐蚀速率是非常重要的。在以往的工作中曾采用过以下几种方法和技术，一是挂片失重方法，它是在管线里安装一些试片，尺寸大约为2(Tl00Cm2，定期取出挂片，处理和称重，并计算腐蚀速率，挂片失重方法主要问题是试验周期长，尤其从装置或管线里取出试片时经常会发现试片不见了，或者是腐蚀消耗了，或者被快速流动的介质冲刷走了，所以这种监测方法越来越少地被应用；另外有电阻探针和电感探针在线式监测技术，这两种方法在炼油厂应用较普遍，两种方法都是采用金属腐蚀损耗的方法，使探针接触腐蚀介质，探针发生腐蚀减薄，根据探针腐蚀减薄量与探针原始厚度比值求出腐蚀速率，当腐蚀速率小于0.25mm/a，通常需要广3天给出准确结果。电化学方法可以做到瞬时腐蚀监测，它不需要腐蚀累积，而是采用测量腐蚀电流的方法进行腐蚀速率监测，因此在测试速度上远比电阻探针和电感探针方法快得多，在以电化学为主的低温腐蚀环境下电化学测试方法有着自身的优势，而电阻探针和电感探针方法对于高温部位的腐蚀监测更具优势。在金属腐蚀的实验室研究中电化学方法被普遍应用，但是在炼油厂工况现场应用较少，本实用新型是要设计一台用于炼油厂工况现场的可以实时监测设备腐蚀速率的电化学测试仪，设计中主要解决小型化、智能化、消除介质电阻和减小理论误差，以达到准确地、瞬时地、在线地测量炼油厂生产设备的腐蚀速率。

实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种消除介质电阻的在线式电化学腐蚀监控仪，应用背景是工况现场的实时在线监测，与实验室研究最大的不同是探针是被反复使用的，测量次数可以用千次、万次来计算，在测量过程中探针将被电信号激励，所以在设计中需要尽量减小激励信号对探针产生的破坏，因此本设计以线性极化技术作为理论基础，减小激励信号对探针的破坏，延长探针的有效使用时间，如果单考虑激励信号对探针的影响，采用线性极化技术相对于弱极化技术探针的有效寿命可以延长5倍以上。但是，线性极化技术在测取腐蚀速率时存在介质电阻误差，这是因为要准确地计算腐蚀速率我们只需要极化电阻，但是线性极化技术测量出来的是极化电阻与介质电阻之和，当介质电阻相对于极化电阻与介质电阻之和不可忽略时，则误差就是显著的，而在大部分情况下介质电阻的影响是不可忽略的，因此本实用新型进行了专门设计，叫做高频激励法，通过设计的高频激励电路和高频响应信号测取电路可以准确地测量出介质电阻，并从线性极化得出的极化电阻与介质电阻之和中去除，从而得到实际的极化电阻，并进一步计算出实际腐蚀速率。此外，本实用新型设计了工业在线监测专用探针，如图1所示是在线式探针实际图片。采用的技术方案是一种消除介质电阻的在线式电化学腐蚀监控仪，包括探针基座、探针杆，所述的探针基座的前端面上用玻璃陶瓷焊固有三个螺丝柱，每个螺丝柱上螺纹连接有电极柱，且螺丝柱与电极柱之间设置有0型胶圈，所述探针杆的前端与探针基座的后端焊固连接，探针杆的后端与一航空插座固定连接。探针杆为空腔，探针杆为空腔内穿设有三根导线，三根导线的一端分别于三个螺丝柱连接，三根导线的另一端与航空插座连接。上述三个螺丝柱之间大于或等于3mm，螺丝柱比探针基座高出5 10mm，螺丝柱比基座高出5 10mm，探针基座与探针杆成大小头结构，两部分采用氩弧焊联接，探针基座直径为观讓 38讓，长度为20mnTl20mm，探针杆直径为16 20mm，长度根据现场设备的尺寸决定， 探针基座和探针杆为相同的金属材料。本实用新型与现有技术的最大不同是探针是被反复使用的，测量次数可以用千次、万次来计算，在测量过程中探针将被电信号激励，所以在设计中需要尽量减小激励信号对探针产生的破坏，因此本设计以线性极化技术作为理论基础，减小激励信号对探针的破坏，延长探针的有效使用时间，如果单考虑激励信号对探针的影响，采用线性极化技术相对于弱极化技术探针的有效寿命可以延长5倍以上。基本原理及恒电位控制电路三电极探针与腐蚀介质构成腐蚀体系，探针与监控仪连接即可测量腐蚀体系的腐蚀速率。三个电极分别叫做被测电极或叫工作电极WE、参考电极RE、辅助电极CE。被测电极的材质通常与监控的设备材质相同，参考电极和辅助电极可以与被测电极的材质相同， 也可以不同，如果采用不同的材质，则选择比被测电极更稳定更耐腐蚀的材质。监控仪与通过一条长导线和远程数据接口与控制室的终端相连，于是构成在线监控仪系统。如图3，在线监控仪系统图。在线监控仪核心电路有单片机MSP430F147、A/D转换电路AD7708、接口电路、激励信号发生电路10mV/10kHz小幅度正弦波交流信号、5mV直流信号、腐蚀电位信号，以及恒电位主控电路、自腐蚀电位高阻取样电路、零电阻电流测量电路。对被测电极施加10mV/10kHZ小幅度正弦波激励信号和5mV直流激励信号，测量在被测电极上发生的电流响应，测算出被测电极的腐蚀电流和腐蚀速率。A1是恒电位控制的核心器件，它是一个运算放大器，运算放大器A2是自腐蚀电位高阻取样电路的核心器件，运算放大器A3是零电阻电流测量电路的核心器件。从图3设计可以得到以下算式=U7=U1=UyU3=U4=OVAU5=U6=OVU^I2= I30 5mV 信号和 10mV/10kHz 小幅度正弦波信号是经过两次激励施加给被测电极的，因此统两个激励信号为Δ Ε。第一次激励信号Δ E为5mV直流信号，首先S断开，由A2测出参考电极和被测电极的腐蚀电位E。。 ，U7=-Ecorr,经过A/D转换后由CPU读取腐蚀电位，得到E。。 ，送至腐蚀电位信号发生电路，与激励信号Δ E 一起施加到主控制电路A1的反相输入端，这时将S闭合，由 Α1;Α2和腐蚀体系构成负反馈恒电位控制电路，可有(E。。rr- U5)/R+ (ΔΕ- U5VR= (U5-U7) /R，因U5=0V，所以 υ7=-(Ε。。 +ΔΕ)。SU2= U7，所以 υ2=-(Ε_+ΔΕ)，此时形成在腐蚀电位基础上对被测电极施加了激励信号Δ Ε，腐蚀体系产生极化电流14。根据电化学腐蚀原理， 有如图3 (A)电化学等效电路，Rp和Rs分别是极化电阻和介质电阻，于是激励信号被施加在极化电阻艮和介质电阻Rs上，因此有I4=- Δ E/ (Rp+Rs), I4进入以运算放大器A3为核心的零电阻电流测量电路，并由电流信号转变成电压信号，并有I4=I5和U8-U3=-I5XIif，&是由继电器控制的自动更换量程电阻。又因U3=U4=OV,所以U8=-I4XI f，因此得 + = Δ E-Rf/ Ugo &是已知的，Δ E为5mV、U8可以通过A/D转换器送到单片机自动计算获得，所以I p+Rs 即可求得。介质电阻Rs被包含在测量结果里，本实用新型采用交流激励将Rs消除。从图3 (A)看到在上面有一个电容，这是实际腐蚀体系等效的介面电容，当施加高频激励信号时电容被短路，这时激励信号都被施加到介质电阻民上，就直接可以获得民值。但是交流激励信号的幅度要很小，否则会对腐蚀体系产生破坏，所以对于工况现场在线式监控仪其设计是独特的。第二次激励信号ΔΕ为10mV/10kHZ，按照第一次施加直流激励时的模型分析， 可得到 Rs= Δ E-Rf / U8。由以上5mV直流信号激励时测得的I p+Rs减去交流正弦波信号激励时测得的Rs可求出实际的极化电阻值&。根据腐蚀电化学原理，腐蚀电流I。。 =BAp，B值是腐蚀体系的塔菲尔系数，一般为 20mV，可以输入到在线监控仪数据计算软件，来获得腐蚀电流1。。 。被测电极的腐蚀速率和腐蚀电流之间是可以换算的，石油化工企业一般使用年腐蚀深度(毫米/年mm/a)作单位，可以库仑定律来换算。对碳钢材质的被测电极，腐蚀电流和腐蚀速率的换算关系是lmm/a=0. 085mA/cm2。1、交流信号的产生及幅度控制本设计交流阻抗测量用激励源由U25 (AD9833)输出IOKHz正弦波连续信号。 AD9833时钟源由14. 31818M有源晶体提供。IOKHz输出频率控制由微处理器Pl端口通过串行总线设定。AD9833输出正弦信号的幅度随供电电压波动，为了保证测量精度，必须保证施加的信号是稳定的。本设计正弦信号幅度由U14A (AD822)、U14B (AD822)、U15A (AD822)、 U15B (AD822)、U17B (AD822)、Ql (VCR7N)及外围电阻、电容构成的反馈回路控制，使输出幅度稳定为350mV，经35倍衰减，获得IOmV正弦信号，经恒电位电路施加于被测电极。2、交流响应信号的测量IOKHz正弦交流电压激励信号经恒电位电路作用于被测电极，受交流电压信号的扰动，被测电极产生对应频率的电流响应。由UlO (0P177)及外围电阻、电容构成的零阻电流测量电路，将电流信号转换成对应频率的电压，经仪表放大器U28 (AD620)放大，送检波电路进行检波处理。电流信号的取样电阻采用继电器切换，消除以往数字开关电路切换泄漏电流及导通电阻对测量造成的误差。U16A (AD822)、U16B (AD822)及外围电阻、电容、检波二极管等构成的检波电路和滤波电路将交流电压信号转换成直流电压并进行滤波处理， 再送到模/数(A/D)转换电路AD7708进行A/D转换，最后通过单片机电路MSP430F147获得测量结果。

图1是本实用新型在线式探针结构图。图2是本实用新型的在线监控仪系统图。图3是本实用新型电化学腐蚀等效电路图。图4是产生10KHZ低噪声交流激励信号电路。图5是正弦波幅度控制调整电路。图6是高精度信号测量电路。图7是交流信号的检波和滤波电路。
具体实施方式
一种消除介质电阻的在线式电化学腐蚀监控仪，包括探针基座1、探针杆2，所述的探针基座1的前端面上用玻璃陶瓷3焊固有三个螺丝柱4，每个螺丝柱4上螺纹连接有电极柱5，且螺丝柱4与电极柱5之间设置有0型胶圈4，探针杆2的前端与探针基座1的后端焊固连接，探针杆2的后端与一航空插座7固定连接。探针杆2为空腔，探针杆2内穿设有三根导线，三根导线的一端分别于三个螺丝柱4连接，三根导线的另一端与航空插座连接。
权利要求1.一种消除介质电阻的在线式电化学腐蚀监控仪，包括探针基座、探针杆，其特征在于所述的探针基座的前端面上用玻璃陶瓷焊固有三个螺丝柱，每个螺丝柱上螺纹连接有电极柱，且螺丝柱与电极柱之间设置有0型胶圈，所述探针杆的前端与探针基座的后端焊固连接，探针杆的后端与一航空插座固定连接，探针杆为空腔，探针杆为空腔内穿设有三根导线，三根导线的一端分别于三个螺丝柱连接，三根导线的另一端与航空插座连接。
2.根据权利要求1所述的一种消除介质电阻的在线式电化学腐蚀监控仪，其特征在于所述的三个螺丝柱之间大于或等于3mm，螺丝柱比探针基座高出5-10mm，螺丝柱比基座高出5-10mm，探针基座与探针杆成大小头结构，两部分采用氩弧焊联接，探针基座直径为 ^mm-38mm，长度为20mm-120mm，探针杆直径为16_20mm，探针基座和探针杆为相同的金属材料。
专利摘要一种消除介质电阻的在线式电化学腐蚀监控仪，包括探针基座、探针杆，所述的探针基座的前端面上用玻璃陶瓷焊固有三个螺丝柱，每个螺丝柱上螺纹连接有电极柱，且螺丝柱与电极柱之间设置有O型胶圈，所述探针杆的前端与探针基座的后端焊固连接，探针杆的后端与一航空插座固定连接。探针杆为空腔，探针杆为空腔内穿设有三根导线，三根导线的一端分别于三个螺丝柱连接，三根导线的另一端与航空插座连接。本实用新型与现有技术的最大不同是探针是被反复使用的，测量次数可以用千次、万次来计算，在测量过程中探针将被电信号激励，在设计中需要尽量减小激励信号对探针产生的破坏，因此以线性极化技术作为理论基础，减小激励信号对探针的破坏。
文档编号G01N17/02GK201984018SQ20102065440
公开日2011年9月21日 申请日期2010年12月13日 优先权日2010年12月13日
发明者郑丽群 申请人:郑丽群