[发明专利]一种磨损腐蚀监测传感器及监测方法

说明书

本发明提供一种磨损腐蚀监测传感器及监测方法。本发明传感器，包括：封装在下壳体内部的磨损腐蚀探头；磨损腐蚀探头包括工作电极元件、温度参比电极元件、电位参比元件、对电极元件，其中工作电极元件与温度参比电极元件可形成电阻探针测试体系，工作电极元件、电位参比元件、对电极元件可构成三电极测试体系；通过电阻探针测试体系测得工作电极元件的金属总损失速率，通过三电极体系测得工作电极元件的腐蚀速率，利用金属总损失速率减去腐蚀速率得到金属的磨损速率。本发明可对油气管道、油田回注水管道进行磨损腐蚀预警，实时监测腐蚀速率与磨损速率，适用于流速较高且具有电解质的介质环境中，解决了现有技术不能同时监测磨损速率与腐蚀速率的问题。

技术领域

本发明涉及管道腐蚀监测技术领域，具体而言，尤其涉及一种磨损腐蚀监测传感器及监测方法。

背景技术

油气输送管道与油气田的污水回注管道所输送的油气介质通常含有腐蚀性，并且随着油井出砂，管道面临着腐蚀性介质导致的腐蚀破坏与沙粒造成的机械磨损，进而引发磨损过程与腐蚀过程的磨损腐蚀协同破坏。磨损腐蚀是流动管路面临的最严重的破坏形式之一，极易造成管道局部穿孔。

磨损腐蚀过程一般包括两种形式的破坏，磨损破坏与腐蚀破坏，磨损破坏是指沙粒撞击金属表面导致金属从基体剥离的过程，而腐蚀破坏是着金属被氧化的过程。

现有的可用于管道内磨损腐蚀监测的传感器主要有两类：电化学探针与电阻探针。电化学探针包括线性极化探针与阻抗谱探针，这类探针都是先测量目标材质的传质电阻然后依据Stern公式计算目标材质的腐蚀电流间接获取腐蚀速率，因此电化学探针只能用于监测有腐蚀过程导致的腐蚀速率，对于磨损腐蚀过程中机械磨损造成的磨损速率则无法监测，所以如果将电化学探针用于磨损腐蚀监测会导致对磨损腐蚀速率的低估。而电阻探针是通过测量金属厚度减薄导致的敏感元件的电阻值变化来反映目标材质的厚度损失速率，电阻探针的测量结果只与敏感元件的厚度减薄有关，而与造成金属厚度减薄的过程无关，磨损过程和腐蚀过程造成的厚度损失都能够被电阻探针获取，因此当电阻探针被用于磨损腐蚀监测时，电阻探针实际监测到的是金属的总损失速率，而无法区分导致金属损失的是腐蚀过程还是磨损过程。

发明内容

根据现有技术的缺陷或改进需求，而提供一种磨损腐蚀监测传感器及监测方法。本发明通过将电阻测试电路与电化学测试电路进行改造并集成在同一个测试系统中，利用电阻技术与电化学技术的特点，实现实时监测磨损速率与腐蚀速率。

本发明采用的技术手段如下：

一种磨损腐蚀监测传感器，包括：磨损腐蚀探头、下壳体、耐压水密连接器、PCB电路板、上壳体、电源和信号收发器；所述磨损腐蚀探头安装在下壳体中，且与下壳体之间通过绝缘层保持电绝缘；所述上壳体通过耐压水密连接器连接下壳体；所述PCB电路板、电源和信号收发器安装在上壳体中；

所述磨损腐蚀探头包括对电极元件、工作电极元件、温度参比元件、电位参比电极和聚醚醚酮，所述工作电极元件的材质与目标管道的材质相同，所述工作电极元件、电位参比电极、对电极元件暴露在管内介质中，所述温度参比元件埋在聚醚醚酮材料中，不与管道内腐蚀介质直接接触；

所述PCB电路板集成有微电阻计，单刀双掷继电器，波形发生器，高精度电流表，数字电压表，A/D转换器，单片机，数据存储器，实时时钟；

所述工作电极元件和温度参比元件分别从两端各引出两根导线连接所述微电阻计，其中，从所述工作电极元件引出的一根导线先连接所述单刀双掷继电器的公共触点，再通过单刀双掷继电器的常闭触点连接微电阻计，所述单刀双掷继电器的常开触点依次连接所述波形发生器、高精度电流表、对电极元件；所述电位参比电极元件依次连接所述数字电压表、单刀双掷继电器的常开触点。