RU2143107C1

RU2143107C1 - Gear testing degree of local corrosion of metal structures

Info

Publication number: RU2143107C1
Application number: RU98102059A
Authority: RU
Inventors: Л.И. Фрейман; Л.В. Ремезкова; Е.Г. Кузнецова; Н.М. Солодченко
Original assignee: Фрейман Ленэр Иосифович
Priority date: 1998-01-23
Filing date: 1998-01-23
Publication date: 1999-12-20

Abstract

FIELD: corrosion testing. SUBSTANCE: invention is used to determine degree of risk of corrosion penetration and protection of metal structures contacting current- conducting and poorly conducting media. Gear is made of body electrically shorted to structure manufactured from same material as structure. Part of body contacting middle part of body has less thickness than wall of structure. Space of body is filled with nonconducting inert capillary-porous material into which metal electrode is inserted to form electric contact between body and electrode. Recording device is placed between body and electrode. Such implementation of gear makes it feasible to simplify its design and to ensure remote detection of dangerous penetration of local corrosion independent of pressure, temperature, motion of medium and type of structure whose corrosion is tested. EFFECT: ensured remote detection of dangerous penetration of local corrosion into structure. 1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к контролю коррозии и может быть применено при определении степени опасности проникновения локальной коррозии и эффективности защиты металлических сооружений (аппаратов, емкостей, трубопроводов), контактирующих с электропроводными, в том числе малоэлектропроводными жидкими и твердо-жидкими (грунты, теплоизоляция) коррозионными средами. The invention relates to corrosion control and can be used to determine the degree of danger of penetration of local corrosion and the effectiveness of protection of metal structures (apparatus, tanks, pipelines) in contact with electrically conductive, including low-conductive liquid and solid-liquid (soils, thermal insulation) corrosive media.

Известны устройства и способы, позволяющие выявить опасность проникновения локальной коррозии металлического сооружения по возникновению коррозионной перфорации образца, контактирующего со средой и изготовленного из того же металла, но с толщиной меньшей, чем стенка сооружения, по сигналу того или иного вида, возникающему при указанной перфорации образца. Known devices and methods that identify the risk of local corrosion of a metal structure due to the occurrence of corrosion perforation of a sample in contact with the medium and made of the same metal, but with a thickness less than the wall of the structure, according to a signal of one kind or another arising from the specified perforation of the sample .

В случае трубопроводов с повышенным давлением внутренней среды предложено делать непосредственно в трубе с ее наружной поверхности расположенные рядом кольцевые канавки различной глубины, полости которых поочередно соединяются с монометром. Последний регистрирует повышение давления при коррозионной перфорации внутренней стенки сначала наиболее глубокой, затем менее глубокой канавки и т.д. [1, 2]. In the case of pipelines with increased pressure of the internal medium, it is proposed to make annular grooves of various depths adjacent to one another directly in the pipe with its outer surface, the cavities of which are alternately connected to the monometer. The latter registers an increase in pressure during corrosion perforation of the inner wall, first of the deepest, then less deep grooves, etc. [12].

Также для толстостенных труб, наружная и внутренняя поверхность которых контактируют с коррозионными средами повышенного давления, предложено в качестве образца использовать специальный, ввариваемый в трубопровод отрезок трубы, в котором с торцов сделаны две кольцевые проточки - одна ближе к внутренней, другая - к наружной поверхности. Полости проточек соединяются с манометрами, так что при локальной коррозионной перфорации более тонкой стенки любой из проточек регистрируется повышение давления [3]. Для сооружений с нагретой внутренней средой предложено вводить через стенку внутрь полый цилиндрический металлический патрон с утоньшенной на части его длины стенкой, внутри которого помещен металлический футляр для горячего спая термопары, отделенный от патрона слоем пористой теплоизоляции, причем наружный конец патрона снабжен ребрами для охлаждения, обеспечивающими пониженную температуру холодного слоя термопары. При коррозионной перфорации тонкой стенки патрона горячая среда до теплоизоляции проникает к футляру горячего слоя термопары, что и регистрируется при измерении ею температуры [4]. Also, for thick-walled pipes, the outer and inner surfaces of which are in contact with corrosive atmospheres of high pressure, it is proposed to use a special section of the pipe welded into the pipe, in which two ring grooves are made from the ends, one closer to the inside and the other to the outside. The cavities of the grooves are connected to pressure gauges, so that with local corrosion perforation of a thinner wall of any of the grooves, an increase in pressure is recorded [3]. For structures with a heated internal environment, it is proposed to introduce a hollow cylindrical metal cartridge through the wall inside with a wall thinned to part of its length, inside which a metal case for the hot junction of the thermocouple is placed, separated from the cartridge by a layer of porous thermal insulation, and the outer end of the cartridge is equipped with cooling fins providing low temperature of the cold layer of the thermocouple. During corrosion perforation of the thin wall of the cartridge, the hot medium penetrates the case of the hot layer of the thermocouple before thermal insulation, which is recorded when it measures the temperature [4].

Основными недостатками соответствующих устройств являются: сложность их изготовления, отчасти связанная с использованием неэлектрического сигнала или с преобразованием неэлектрического сигнала в электрический; применимость лишь для сооружения конкретного типа, работающих на нагреве или под давлением, и соответственно негибкость конструкции; запоздалость обнаружения коррозионной перфорации, если последняя возникает при нахождении сооружения в нерабочем состоянии (сброшено давление, нет нагрева), поскольку нужный сигнал выдается лишь при переходе к рабочему режиму эксплуатации. The main disadvantages of the corresponding devices are: the complexity of their manufacture, partly associated with the use of a non-electric signal or with the conversion of a non-electric signal to electrical; applicability only for the construction of a particular type, working on heating or under pressure, and accordingly the rigidity of the structure; the delay in detecting corrosive perforation if the latter occurs when the structure is inoperative (pressure is relieved, there is no heating), because the desired signal is issued only when the operating mode is switched to operating mode.

Цель изобретения - упрощение и варьируемость конструкции устройства, обеспечивающие дистанционное обнаружение опасного проникновения локальной коррозии независимо от давления, температуры, движения внутренней или внешней коррозивной среды и типа сооружения, коррозия которого контролируется. The purpose of the invention is the simplification and variability of the design of the device, providing remote detection of dangerous penetration of local corrosion, regardless of pressure, temperature, movement of the internal or external corrosive environment and the type of structure, the corrosion of which is controlled.

Эта цель достигается тем, что устройство, корпус или одна из стенок корпуса которого тоньше стенки сооружения или образованы утоньшенным участком стенки сооружения, имеет герметичную внутреннюю полость, заполненную сухим инертным непроводящим капиллярно-пористым материалом, в который введен металлический электрод с выводимым наружу изолированным проводником, а сам корпус электрически замкнут на сооружение для сближения или выравнивания их электродных потенциалов. This goal is achieved in that the device, the housing or one of the walls of the housing which is thinner than the walls of the structure or is formed by a thinned portion of the wall of the structure, has a sealed internal cavity filled with a dry inert non-conductive capillary-porous material, into which a metal electrode is inserted with an insulated conductor leading outward, and the case itself is electrically closed to the structure to bring them closer or equalize their electrode potentials.

При коррозионной перфорации тонкой стенки или тонкой части стенки корпуса среда по действием капиллярных сил проникает по заполнителю полости к электроду, замыкая электрическую цепь "корпус (сооружение) - электрод", что дистанционно регистрируется внешним измерительным прибором по сопротивлению или напряжению данной цепи. In case of corrosive perforation of a thin wall or a thin part of the casing wall, the medium penetrates the cavity filler to the electrode by capillary forces, closing the electrical circuit "casing (structure) - electrode", which is remotely detected by an external measuring device by the resistance or voltage of this circuit.

Согласно полученным опытным данным, даже при столь малом диаметре коррозионного отверстия как 0,5 мм и давлении среды не выше атмосферного водный раствор проникает к электроду за время ~ 1 мин, а водная фаза грунта низкой влажности (10%) - за ~ 20 ч (при диаметре отверстия 3 мм за ~ 1 ч). Следовательно, опасная коррозионная перфорация может быть обнаружена или практически сразу, или менее чем за сутки. According to the obtained experimental data, even with a diameter of the corrosion hole as small as 0.5 mm and a medium pressure not higher than atmospheric pressure, the aqueous solution penetrates the electrode in ~ 1 min, and the aqueous phase of low humidity soil (10%) - in ~ 20 h ( with a hole diameter of 3 mm in ~ 1 h). Therefore, hazardous corrosion perforation can be detected either almost immediately, or in less than a day.

Выбор толщины δ корпуса или его рабочего участка определяется толщиной стенки сооружения δ_c и давлением среды. Целесообразно принимать δ от 1/3 до 3/4 δ_c . Минимальное значение δ должно быть таким, чтобы под давлением среды не происходили прогиб, смятие, механическое разрушение корпуса или его рабочего участка. В ряде случаев целесообразно использовать 2 или более предлагаемых устройств, например с δ = 1/3 и 2/3 δ_c, что дает возможность проследить во времени развитие проникновения локальной коррозии.The choice of thickness δ of the building or its working area is determined by the thickness of the wall of the structure δ _c and the pressure of the medium. It is advisable to take δ from 1/3 to 3/4 δ _c . The minimum value of δ must be such that under the pressure of the medium there is no deflection, crushing, mechanical destruction of the body or its working section. In some cases, it is advisable to use 2 or more of the proposed devices, for example, with δ = 1/3 and 2/3 δ _c , which makes it possible to trace in time the development of local corrosion penetration.

В качестве вышеуказанного капиллярно-пористого заполнителя полости корпуса можно в зависимости от среды использовать стекловолокно, минеральную вату, песок, поропласт, фильтровальную бумагу. As the aforementioned capillary-porous filler of the body cavity, depending on the medium, fiberglass, mineral wool, sand, polystyrene, filter paper can be used.

Электропроводность заполнителя, пропитанного проникшей в полость корпуса средой, всегда ниже, чем самой среды, что имеет значение для выбора способа регистрации электрического сигнала в цепи "корпус (сооружение) - электрод", особенно при низких электропроводностях среды, когда сопротивление растеканию тока электрода становится высоким. Если металл электрода и корпуса один и тот же, и они находятся в одном и том же электрохимическом состоянии (например, активном), то в качестве измеряемой величины можно использовать только сопротивление R между ними. При отсутствии сквозной перфорации корпуса оно должно быть бесконечно большим, при возникновении ее - принимать некоторое конечное значение, например 0,5 или 1 МОм. Опыт испытаний показывает, что в зависимости от характеристик используемого измерительного прибора указанный выбор материала электрода может быть неоптимальным. Так, на шкалах сопротивлений мультиметров Ц 4353, Ц 4315, 43313.1 и Б7-41 предельное регистрируемое сопротивление равно соответственно 5; 10; 20 и 20 МОм. Если, например, R измеряется прибором В7-41, и до перфорации R = ∞, а после нее, скажем, 30 или 21 МОм, то во всех трех случаях будет регистрироваться одно и то же показание R > 20 МОм, т.е. перфорация не будет обнаружена. The electrical conductivity of the aggregate impregnated with the medium penetrating into the cavity of the housing is always lower than that of the medium itself, which is important for choosing the method of registering an electrical signal in the housing (structure) - electrode circuit, especially at low electrical conductivities of the medium when the resistance to spreading of the electrode current becomes high . If the metal of the electrode and the housing is the same, and they are in the same electrochemical state (for example, active), then only the resistance R between them can be used as the measured value. In the absence of through-hole perforation of the case, it should be infinitely large; if it occurs, take some finite value, for example, 0.5 or 1 MΩ. Testing experience shows that, depending on the characteristics of the measuring device used, the indicated choice of electrode material may not be optimal. So, on the resistance scales of the multimeters C 4353, C 4315, 43313.1 and B7-41, the maximum recorded resistance is 5, respectively; ten; 20 and 20 megohms. If, for example, R is measured with a B7-41 instrument, and before perforation R = ∞, and after it, say, 30 or 21 MΩ, then in all three cases the same reading R> 20 MΩ will be recorded, i.e. no perforation will be detected.

В общем случае выгоднее, чтобы в условиях измерений электрод после проникновения раствора в корпус приобретал потенциал, существенно (скажем, на 0,5-1,0 В) отличающийся от потенциала корпуса (и соответственно сооружения). Проведенные испытания показали, что при этом измерение вместо R величины разности потенциалов V между электродом и корпусом может выявить сквозную перфорацию рабочего участка корпуса значительно быстрее. В опытах с малоэлектропроводной средой "песок, увлажненный до влажности 10% разбавленным (~ 0,06 н.) солевым раствором", корпусом из углеродистой стали и электродом из меди при измерениях R и V мультиметром В7-41 (входной импеданс 10 МОм) измерение V позволяло уверенно зарегистрировать сквозную коррозию стали на 1-2 сут раньше, чем измерение R. Тот же материал электрода (медь) целесообразно выбрать в случае, когда сооружение (и соответственно корпус устройства) из углеродистой или низколегированной стали катодно защищаются наложенным или гальваническим током. В некоторых случаях при измерениях V можно изготовлять электрод из того же металла, что и сооружение и соответственно корпус устройства: например, если в среде нержавеющая сталь защищается анодно поддерживанием потенциала в пассивной области в интервале +0,5...+0,7 В (н.в.э), а без анодной защиты находится в активной области и имеет потенциал коррозии - 0,2 В. По конструктивным соображениям и с точки зрения упрощения технологии изготовления предлагаемого устройства удобнее всего использовать электрод из доступной изолированной медной или алюминиевой проволоки, удаляя изоляцию с ее участка, находящегося в капиллярно-пористом материале полости устройства. Поскольку в водных растворах коррозионные потенциалы меди и алюминия обычно находятся на уровне соответственно ~ +0,24 и ~ -0,5 В (н.в. э. ), то изготовление электродов из указанных проволок может во множестве случаев обеспечить значительные величины V при предлагаемом контроле коррозии сооружений из самых различных конструкционных металлических материалов. Так, для сооружения из меди, сплавов на ее основе, из титана и сплавов на его основе, для анодно защищенного сооружения из нержавеющей стали электрод целесообразно изготовлять из А1-проволоки, а для сооружения из алюминия или его сплавов - из Cu - проволоки. In the general case, it is more advantageous if, under the conditions of measurements, the electrode after penetrating the solution into the building acquires a potential that substantially (say, by 0.5-1.0 V) differs from the potential of the housing (and, accordingly, the structure). The tests showed that in this case, instead of measuring R, the potential difference V between the electrode and the housing can reveal through perforation of the working section of the housing much faster. In experiments with a low-conductivity medium, “sand moistened to a moisture content of 10% with diluted (~ 0.06 N) saline solution”, a carbon steel casing, and a copper electrode when measuring R and V with a B7-41 multimeter (input impedance 10 MΩ) measurement V made it possible to reliably detect through corrosion of steel 1-2 days earlier than the measurement of R. It is advisable to choose the same electrode material (copper) in the case when a structure (and, accordingly, the device case) of carbon or low alloy steel is cathodically protected by overlay or galvanic they shock. In some cases, when measuring V, it is possible to make an electrode of the same metal as the building and, accordingly, the device case: for example, if stainless steel is protected in the medium anode by maintaining the potential in the passive region in the range +0.5 ... + 0.7 V (n.v.e), and without anode protection, is in the active region and has a corrosion potential of 0.2 V. For structural reasons and from the point of view of simplifying the manufacturing technology of the proposed device, it is most convenient to use an electrode made of available insulated copper or aluminum Ievoj wire, removing the insulation from a portion thereof located in capillary-porous material cavity device. Since the corrosion potentials of copper and aluminum in aqueous solutions are usually at ~ +0.24 and ~ -0.5 V (n.a.), respectively, the manufacture of electrodes from these wires can in many cases provide significant values of V for the proposed corrosion control of structures of a wide variety of structural metal materials. So, for the construction of copper, alloys based on it, of titanium and alloys based on it, for the anodically protected construction of stainless steel, the electrode is advisable to be made of A1 wire, and for the construction of aluminum or its alloys - of Cu - wire.

Если металл сооружения подвергается только общей коррозии, то предлагаемое устройство регистрирует разрушение металла и ею. Поэтому, в отличие от ряда известных устройств и методов, пригодных для контроля только общей коррозии (например, измерений поляризационного сопротивления или омического сопротивления специальных образцов) предлагаемое устройство не требует предварительного знания характера коррозии (локальная или общая) металла сооружения в технологической или природной среде. If the metal of the structure is exposed only to general corrosion, then the proposed device registers the destruction of the metal and it. Therefore, in contrast to a number of known devices and methods suitable for monitoring only general corrosion (for example, measurements of polarization resistance or ohmic resistance of special samples), the proposed device does not require prior knowledge of the nature of corrosion (local or general) of the metal of the structure in a technological or natural environment.

Конструкция устройства зависит от конструкции и условий эксплуатации сооружения, коррозия которого должна контролироваться, что поясняется приводимыми ниже примерами. The design of the device depends on the design and operating conditions of the structure, the corrosion of which should be monitored, which is illustrated by the following examples.

Пример 1 (фиг. 1). Давление внутренней или внешней среды существенно выше атмосферного. Устройство размещают в среде 1 у стенки 2 сооружения. Толщина δ стенок корпуса 3 одинакова, полость 4 корпуса 3 заполнена трудносжимаемым капиллярно-пористым заполнителем, прижатым сверху (понятия вверх-вниз условны) непроводящей твердой заглушкой 5 на плотной посадке. Часть полости 4 корпуса 3 над заглушкой герметизирована твердеющей непроводящей массой 6. Через заглушку 5 и герметизатор 6 проходит изолированный провод 7, открытый конец служит электродом 8. Проводник 9, подключенный к сооружению вне его, припаян к корпусу 3 (спай 10). Выводы 7 и 9 подключают к достаточно удаленной от сооружения клеммной коробке, к которой также подключен (постоянно или периодически) измерительный прибор (клеммник и прибор не показаны). Example 1 (Fig. 1). The pressure of the internal or external environment is significantly higher than atmospheric. The device is placed in the medium 1 at the wall 2 of the structure. The thickness δ of the walls of the casing 3 is the same, the cavity 4 of the casing 3 is filled with a hard-to-compress capillary-porous filler pressed from above (the notions are up and down conditional) with a non-conductive solid plug 5 in a tight fit. Part of the cavity 4 of the housing 3 above the plug is sealed with a hardening non-conductive mass 6. An insulated wire 7 passes through the plug 5 and the seal 6, the open end serves as the electrode 8. The conductor 9 connected to the structure outside it is soldered to the housing 3 (junction 10). Conclusions 7 and 9 are connected to a terminal box sufficiently remote from the structure, to which a measuring device is also connected (permanently or periodically) (the terminal block and the device are not shown).

Пример 2 (фиг. 2). Давление среды мало отличается от атмосферного, площадь рабочей поверхности устройства должна быть ограничена - например, при контроле эффективности катодной защиты подземных или неглубоких подводных сооружений с изолирующим защитным покрытием. Устройство размещается в среде 1 у стенки 2 сооружения. Рабочей частью 3 корпуса 4 служит его утоньшенное дно (толщина δ), нерабочая внешняя цилиндрическая поверхность корпуса 4 защищена изолирующим покрытием 5. Полость 6 корпуса 4 заполнена капиллярно-пористым материалом, прижатым сверху непроводящей твердой заглушкой 7 на плотной посадке. Часть полости корпуса 4 над заглушкой 7 герметизирована непроводящей твердеющей массой 8. Через заглушку 7 и герметизатор 8 проходит изолированный проводник 9, открытый конец которого в заполнителе служит электродом 10. Проводник 11 подключен к сооружению 2 вне его и к корпусу 3 - спай 12. Внешние подключения, как в примере 1. Example 2 (Fig. 2). The pressure of the medium differs little from atmospheric, the area of the working surface of the device should be limited - for example, when monitoring the effectiveness of the cathodic protection of underground or shallow underwater structures with an insulating protective coating. The device is placed in the medium 1 at the wall 2 of the structure. The working part 3 of the housing 4 is its thinned bottom (thickness δ), the non-working outer cylindrical surface of the housing 4 is protected by an insulating coating 5. The cavity 6 of the housing 4 is filled with a capillary-porous material, pressed from above by a non-conductive solid plug 7 in a tight fit. Part of the cavity of the housing 4 above the plug 7 is sealed with a non-conductive hardening mass 8. An insulated conductor 9 passes through the plug 7 and the seal 8, the open end of which serves as an electrode 10. The conductor 11 is connected to the structure 2 outside it and to the housing 3 - junction 12. External connections, as in example 1.

Конструкция и условия функционирования сооружения, опасность локальной коррозии которого необходимо контролировать, могут быть таковы, что введение вышеописанного устройства внутрь среды невозможно или нецелесообразно. В таких случаях следует использовать устройство, отличающееся от вышеописанного тем, что контактирующей со средой частью корпуса служит участок стенки сооружения (см. пример 3). The design and functioning conditions of the structure, the danger of local corrosion of which must be controlled, may be such that the introduction of the above device into the environment is impossible or inappropriate. In such cases, a device should be used that differs from the above in that the portion of the wall of the structure that is in contact with the medium of the building (see Example 3).

Пример 3 (фиг. 3). Температура среды повышена, давление среды 1 внутри сооружения (стенка 2) намного выше атмосферного. В стенке 2 просверлено несквозное отверстие, дно которого 3 имеет заданную толщину δ. Корпус 4 прикреплен к стенке 2 сооружения сварным швом 5. На верхнюю, снабженную резьбой часть корпуса 4 навинчивается крышка 6, герметичность ее соединения с корпусом 4 обеспечивается уплотнительной шайбой - прокладкой 7. В центре крышки 6 имеется коническое отверстие, через которое проходит коническая часть 8 электрода 9 и снабженный резьбой хвостовик 10 для подключения соединительного проводника. Ввод электрода 9 через крышку 6 в его конической части 8 уплотняется и изолируется от крышки 6 полым фторопластовым конусом 11. Хвостовик 10 изолируется от крышки 6 непроводящей шайбой 12. Конус 8 поджимается к фторопластовой втулке 11, а последний и шайба 12 - к крышке накидными гайками 13. (Выводы соединительных проводов от хвостовика 10 и от стенки 2 сооружения (или от корпуса 4) к клеммнику не показаны). Example 3 (Fig. 3). The temperature of the medium is increased, the pressure of the medium 1 inside the structure (wall 2) is much higher than atmospheric. A through hole was drilled in the wall 2, the bottom of which 3 has a predetermined thickness δ. The housing 4 is attached to the wall 2 of the structure by a weld seam 5. A cover 6 is screwed onto the upper threaded part of the housing 4, the tightness of its connection with the housing 4 is ensured by a sealing washer - gasket 7. In the center of the cover 6 there is a conical hole through which the conical part 8 passes electrode 9 and a threaded shank 10 for connecting a connecting conductor. The input of the electrode 9 through the cover 6 in its conical part 8 is sealed and insulated from the cover 6 by a hollow fluoroplastic cone 11. The shank 10 is insulated from the cover 6 by a non-conductive washer 12. The cone 8 is pressed against the fluoroplastic sleeve 11, and the last and washer 12 to the cap by union nuts 13. (The leads of the connecting wires from the shank 10 and from the wall 2 of the structure (or from the housing 4) to the terminal block are not shown).

Источники
1. Авторское свидетельство СССР N 367309, G 01 N 17/00, 1973.Sources
1. USSR author's certificate N 367309, G 01 N 17/00, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР N 601603, G 01 N 17/04, 1978. 2. USSR author's certificate N 601603, G 01 N 17/04, 1978.

3. Авторское свидетельство СССР N 1341550, G 01 N 17/04, 1987. 3. USSR author's certificate N 1341550, G 01 N 17/04, 1987.

4. Авторское свидетельство СССР N 371483, G 01 N 17/00, 1973. 4. Copyright certificate of the USSR N 371483, G 01 N 17/00, 1973.

Claims

1. A device for controlling the degree of local corrosion of metal structures in conductive media, consisting of an enclosure electrically closed to the structure made of the same material as the structure, characterized in that the entire body or part in contact with the medium has a smaller part than the wall of the structure , a predetermined thickness, the cavity of the body is filled with a non-conductive inert capillary-porous material into which a metal electrode is inserted with the possibility of the formation of an electric electrode between the body and the electrode Cesky contact with local corrosion perforation body or its parts and thinner absorption medium inside, while between the body and the electrode is enabled recording device.

2. The device according to claim 1, characterized in that the portion of the wall of the structure that is in contact with the medium of the housing is a portion of the wall of the structure.