ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Электрохимические водородные зонды (накладные), особенности конструкции и практического использования из "Контроль коррозии на объектах нефтегазодобычи с помощью водородных зондов" Действие электрохимического водородного зонда (ЭВЗ), как и других ВЗ, также основано на образовании полости, в которую будет проникать водород. Эта полость заполняется электролитом, в который вводится вспомогательный электрод, используемый для окисления атомов водорода, входящих в полость. Величина тока, необходимого для поддержания этой окислительной реакции, пропорциональна скорости, с которой атомы водорода входят в полость. Для поддержания потенциала поверхности на входе водорода на уровне, при котором происходит окисление, требуется некоторый фоновый ток. Таким образом, фактический ток, вырабатываемый зондом, является суммой тока, требуемого для поддержания соответствующего анодного потенциала и тока, требуемого для окисления атомов водорода по мере их поступления в полость зонда. В качестве устройства для измерения скорости проникновения водорода через металл ЭВЗ имеет определенные преимущества перед ВЗД. Его чувствительность выше, чем у такого зонда, хотя и ниже, чем у ВВЗ. [c.51] На практике достаточно широко используются два типа электрохимических водородных зондов. [c.51] Первым типом ЭВЗ является промышленный зонд, изготовленный фирмой Петролайт [54,55]. В этом зонде на стальной поверхности, в месте выхода водорода, устанавливается фольга, а над фольгой монтируется камера с полостью. В полости тефлоновой (фторопластовой) камеры, которая перед осуществлением контроля заполняется электролитом, закреплены два электрода - вспомогательный и электрод сравнения. В качестве электролита используется концентрированная серная кислота (Н ЗО ), а в качестве анода - палладиевая фольга. Водород, выходящий из стали, легко проникает в палладиевую фольгу. [c.51] Более подробная информация об электрохимическом водородном зонде фирмы Петролайт и системе контроля за проникновением водорода , составной частью которой он является, приведена в фирменном каталоге [55]. [c.51] Во втором типе ЭВЗ используется электролит из разбавленной гидроокиси натрия (МаОН), а стальная поверхность, соприкасающаяся с электролитом, служит анодом в протекающей электрохимической реакции [56,57]. В данном случае для приложения окислительного потенциала к поверхности металла, из которого выходит водород, предусматривается использование стабилизатора напряжения. По мере достижения атомами водорода поверхности, они ионизируются, образуя ионы Н, поступающие в раствор. Ток, необходимый для ионизации, служит непосредственным критерием оценки количества водорода, выделяемого металлической стенкой. [c.55] Оба типа ЭВЗ являются относительно новыми для использования на нефтяных и газовых промыслах, хотя метод, применяемый во втором ЭВЗ, уже в течение многих лет используется исследователями для изучения проникновения водорода через металлические мембраны [56]. При такой методике стальная поверхность на выходе водорода заливается ЫаОН с концентрацией 0,1. ..0,2 М, и стальной поверхности с помощью электрода из насыщенного каломеля сообщается окислительный потенциал от О до 0,4 В. Атомы водорода проникают через сталь, достигают границы раздела электролит - сталь и окисляются с образованием ионов Н+, которые входят в раствор. Ток, необходимый для поддержания этой реакции, является мерой количества атомов водорода, которые выходят из стали. [c.55] В 1973 г Берман, Бек и Делюссиа [57] предложили простой и надежный способ контроля наводороживания стальной поверхности при анодном потенциале, что позволило исключить применение сложного электронного оборудования, необходимого для контроля за приложенным окислительным потенциалом. Электрод из оксида никеля (N 0), подобный используемому в кадмий-никелевом аккумуляторе, служит в данном способе источником тока для окисления водорода. Характеристики электрода из Л//0 достаточны для поддержания желаемого потенциала стальной поверхности, и электрод обладает достаточной мощностью для того, чтобы генерировать необходимый ток в течение примерно шести месяцев. Предельный срок эксплуатации электрода определяется самоокислением электрода, а не в зависимости от тока, получаемого от электрода стальной поверхностью. [c.55] Впоследствии эти исследователи использовали указанный подход для разработки простого водородного зонда, состоящего из резервуара для электролита, находящегося в контакте со стальной поверхностью, в котором установлен электрод из N10. Предложенный ими водородный зонд состоит из полого цилиндра, соединенного с исследуемым металлом. В цилиндре содержится разбавленный электролит ЫаОН и электрод из N 0. При замыкании цепи между электродом из Л//0 и стальной поверхностью ток измеряется и используется в качестве показателя скорости проникновения водорода ( рис. 29). [c.56] Даутович обнаружили соответствующую корреляцию между скоростями коррозии, измеренными методом потери веса, и проникающим потоком водорода, измеренным водородным зондом с электродом из оксида никеля. Оказалось, что данный зонд может обеспечить относительно простой способ измерения проникновения водорода в металл. [c.56] В 1978 г в Канаде с помощью подобного зонда был осуществлен контроль коррозии в системе сбора сероводородсодержащего газа. [c.56] После первого применения ЭВЗ с электродом из оксида никеля в полевых условиях в его конструкцию был внесен ряд изменений, базирующихся на опыте, приобретенном в предыдущих проектах. Конечная цель изменений состояла в создании более надежного, простого в установке и обслуживании, и более дешевого зонда. [c.57] Последний вариант ЭВЗ с электродом из Л//0 обладал преимуществом, заключавшемся в возможности его использования в трубах различных размеров, формы, а также в простоте конструкции. [c.57] В контактном резервуаре (камере) зонда, удерживающем электролит напротив стальной поверхности, используется резиновое уплотнение (прокладка, каркас) с размерами 25 х 100 х 100 мм) с прорезью диаметром 54 мм. Крышка резервуара образуется путем установки над стенками полости, образованной резиновым каркасом, тонкого куска резины, толщиной 6 мм с покрытием из нержавеющей стали. [c.57] Для закрепления зонда по месту к его крышке присоединены большие зажимы из резинового шланга, способные охватывать трубу по окружности. [c.57] Короткий кусок трубы, соединенный с наружным резервуаром, состоящим из трубы ПВХ, присоединен к этому резервуару. Наружный резервуар содержит избыток электролита и в нем помещается электрод из N 0. Для крепления наружного резервуара применяется простая металлическая рама. Путем крепления контактного резервуара под заданным ЭВЗ можно устанавливать на вертикальной или горизонтальной трубе, а также на сосудах. Простая регулировка металлической рамы позволяет обеспечить такую ориентацию, при которой резиновый резервуар, соприкасающийся со стальной трубой, будет всегда заполнен электролитом. В зонде используется отдельный электрод N 0 от Л//-Сс -аккумуля-тора с элементом Д. [c.57] Сравнительные испытания показали, что каждый из двух ЭВЗ имеет определенные преимущества и недостатки в условиях работы на нефтяных промыслах. [c.58] ЭВЗ фирмы Петролайт обладает большей чувствительностью, чем NiO-ЭВЗ, тк. его фоновый ток ниже. Более низкий фон возникает из-за различия анодов и электролитов, применяемых в двух типах ЭВЗ. Зонд фирмы Петролайт может работать при температуре 100 °С. Электронный блок, требующийся для ЭВЗ фирмы Петролайт для поддержания соответствующих потенциалов на палладиевом электроде, обеспечивает дополнительную чувствительность и возможность регистрации данных, однако является дорогостоящим и требует наличия электроэнергии. [c.58] Л//0-ЭВЗ - простой, недорогой и легко монтируется на всех трубах, диаметр которых более двух дюймов. [c.58] Считывание показаний с электрохимических (электролитических) водородных зондов (как и с вакуумных) может производиться или периодически вручную или же непрерывно с помощью записывающих устройств. Данные зондов могут также поступать в системы телеметрии. Как указывалось выше, ЭВЗ являются более чувствительными по сравнению с ВЗД. Как и зонды вакуумного типа, ЭВЗ способны обнаруживать водород, образующийся в результате реакций коррозии без наличия сероводорода или других агрессивных веществ, являющихся каталитическими ядами. Оба вида зондов являются чувствительными к изменениям температуры. [c.58] Вернуться к основной статье