專利名稱：外置式硫化物應力腐蝕裂開/氫脆敏感性智能監(jiān)測儀的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及金屬硫化應力腐蝕裂開的監(jiān)測裝置。
在很多工業(yè)部門中，生產(chǎn)系統(tǒng)的鋼鐵裝置的內(nèi)壁常常處于含H2S或酸性的強腐蝕性環(huán)境中，不可避免地造成鋼鐵內(nèi)部的腐蝕，腐蝕過程產(chǎn)生的原子氫，會有一部分滲入到鋼鐵內(nèi)部，一旦氫的濃度超過一臨界值，就會導致金屬強度降低，發(fā)生硫化物應力腐蝕裂開(SSCC)或氫脆(HE)，導致相應裝置爆炸，造成人身傷亡和巨大的經(jīng)濟損失，還會造成環(huán)境的污染，多次嚴重的事故表明，SSCC/HE是工業(yè)中危害性最大的腐蝕破壞之一。
從本質(zhì)上來說，裝置的SSCC也是一種氫致腐蝕裂開(HIC)，由于H2S和其電離的HS-、S2-在鋼鐵表面強的特性吸附，使腐蝕的陰極過程產(chǎn)生的原子氫吸附在鋼鐵表面，阻礙原子氫復合成氫分子的過程，結果鋼鐵表面和其內(nèi)部之間產(chǎn)生了原子氫的濃度梯度，在這一濃度梯度作用下，表面的原子氫擴散到鋼鐵內(nèi)部，滲入到缺陷高位錯部位或空隙中，并累積在應力集中部位，導致鋼鐵的韌性下降，脆性增加，和在張應力作用下引起鋼鐵的滯后斷裂。
目前，國內(nèi)外還沒有專門用于監(jiān)測鋼鐵裝置發(fā)生SSCC/HE危險性的專用儀器，雖然國際上有一些商品型的原子氫滲透速率探測儀，例如壓力式氫探測儀，″補釘式″氫探測儀，″藤壺式″氫探測儀等，但它們最大的缺點在于，沒有把這些儀器測得的滲氫電流值與所用的鋼材(包括基材、焊縫及熱影響區(qū))在所在腐蝕介質(zhì)中的強度/脆性和裝置發(fā)生SSCC/HE危險性聯(lián)系起來，因而僅憑這些測量值，無法直接評價和迅速判斷裝置發(fā)生SSCC/HE的危險程度。
為解決以上測試儀器的不足，本發(fā)明的目的提供一種外置式硫化物應力腐蝕裂開/氫脆敏感性智能監(jiān)測儀，利用外置式傳感器通過電子線路和計算機實現(xiàn)對金屬硫化應力腐蝕裂開的監(jiān)測。
本發(fā)明的技術方案是這樣實現(xiàn)的外置式硫化應力腐蝕裂開/氫脆敏感性智能監(jiān)測儀的結構由外置式信號傳感器及計算機兩部分組成，其中信號傳感器是以原子氧滲適速率測量傳感器作為信號元件，研究確定了傳感器在不同厚度的裝置用鋼材和不同濃度H2S溶液中的信號輸出水平，傳感器的結構由圖2所示，該傳感器為園柱體形，外面包有鎳殼體，殼體內(nèi)裝有0.2M KOH電解溶，電解溶中心放有高比表面高活性和電位穩(wěn)定的金屬氧化物粉末電極，通過鎳導線與計算機聯(lián)接，鎳殼體外面為冷卻水系統(tǒng)，探測端裝有固定夾，與端頭間裝有緩沖口，緩沖口外面為鈀銀箔(Pd70Ag30)接觸極，中間加有硅膠密封墊，傳感器另一端為聚四氟乙烯堵頭，中心為管道，中間加有″O″型密封圈與鎳殼體聯(lián)接，管道頭固定有連接微機系統(tǒng)的雙向插座，端頭處為管道外壁。
計算機聯(lián)接圖如

圖1所示，前面為傳感器，傳感器輸出通過電流電壓轉換器與A/D轉接器輸入端聯(lián)接，其輸出直接聯(lián)接80C31中央處理器。80C31與機內(nèi)存貯器2764EPROM和內(nèi)存6264RAM聯(lián)接，80C31同時與外部設備打印機，鍵盤，顯示片聯(lián)接；具體電路是CPU為80C31(如圖5所示)地址總線輸出直接聯(lián)接EPROM2764、RAM6264、地址鎖存器74HC373、雙向多路開關74HC245及地址譯碼器74HC13B，雙向多路開關輸出聯(lián)接顯示片DMC162(如圖4所示)，同時聯(lián)接多路開關74HC273，74HC245，(U9，U15)，A/D轉換器ADC0882，其中多路開關74HC245(U15)輸出聯(lián)接打印機，傳感器輸出通過二級放大器OP-07和LM35B后輸入到A/D轉換器，在轉換器的輸入端同時提供標準電壓值，轉換器輸出聯(lián)接計算機，由于計算機提供了系統(tǒng)軟件，有效的實現(xiàn)了對測試數(shù)據(jù)的計算。計算時采用信號標定研究確定了兩種裝置主要用鋼(UNS G10190和UNSG11180及其帶焊縫材料在H2S介質(zhì)中的強度/脆性，并以此對傳感器信號進行標定，確定了傳感器的信號與裝置用鋼發(fā)生硫化物應力腐蝕裂開/氫脆脆性斷裂危險性之間的對應關系，從而標定了測得的信號。
其工作原理是利用Pd70Ag30箔作為氧化原子氫的敏感電極，當Pd70Ag30箔的外側和設備的金屬外壁接觸時，由于設備處于含強的腐蝕介質(zhì)中，陰極析出氫而滲入鋼鐵內(nèi)部，這樣原子氫就會自鋼鐵向Pd70Ag30箔中擴散，由此到達Pd70Ag30箔的內(nèi)表面，當傳感器的兩個電極短路時，就發(fā)生原子氫的陽極氧化和金屬氧化物的陰極還原，并保持傳感器內(nèi)堿液的總濃度不變，由此而給出的傳感器的短路電流就可以作為原子氫滲透速率的直接表征。例如，假設3mm厚的脫硫裝置鋼A在作業(yè)時，通過實驗確定，當傳感器測得的信號(滲氫電流，I)大于80μA時，該脫硫裝置用鋼對硫化物應力腐蝕裂開敏感；當I小于50μA時，脫硫裝置用鋼處于安全狀態(tài)；當I位于50-80μA時，處于潛在危險的狀態(tài)，如果在現(xiàn)場進行監(jiān)測時，傳感器的信號輸出為30μA時，脫硫裝置處于安全工作狀態(tài)；若信號輸出值超過80μA時，則脫硫裝置易發(fā)生SSCC的危險，對于后兩種情況，應當在脫硫裝置內(nèi)部添加緩蝕劑或及時采取其它相應的措施，以保證脫硫裝置的正常工作。
微機運行采用了軟件系統(tǒng)；為實現(xiàn)裝置SSCC/HE敏感性的現(xiàn)場監(jiān)測和就地評估判斷提供了可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)。
本發(fā)明之優(yōu)點1.借助于本發(fā)明人研究確定的傳感器測得的滲氫電流值與裝置用鋼的強度/脆性之間的對應關系，標定測量信號(滲氫電流)，從而使測得的滲氫電流值直接用來評價裝置的SSCC/HE敏感性。
2.本監(jiān)測儀直接附著在裝置外壁使用，監(jiān)測儀的核心部件傳感器采用Pd70Ag30箔作為敏感電極。
3.采用高比表面、高活性和電位穩(wěn)定的金屬氧化物粉末電極與Pd70Ag30電極在KOH溶液中構成的原電池的短路放電電流密度的穩(wěn)定值作為檢(監(jiān))測的初級信號，這樣，可以簡化通常測量所需的恒電位儀和參比電級。
4.本監(jiān)測儀可以通過相應的鍵盤，輸入條件參數(shù)溫度、鋼材種類、管壁厚度及傳感器電極面積等，可適合于不同工作條件下的設備SSCC/HE敏感性的監(jiān)測。
本發(fā)明詳細結構由以下實施例及附圖給出。
圖1為外置式硫化物應力腐蝕裂開/氫脆敏感性智能監(jiān)測儀控制方框圖；圖2為外置式硫化物應力腐蝕裂開/氫脆敏感性智能監(jiān)測儀傳感器結構圖；圖3為外置式硫化物應力腐蝕裂開/氫脆敏感性智能監(jiān)測儀傳感器管道外壁結構圖；圖4為外置式硫化物應力腐蝕裂開/氫脆敏感性智能監(jiān)測儀計算機電原理圖；圖5為外置式硫化物應力腐蝕裂開/氫脆敏感性智能監(jiān)測儀計算機電原理圖。
傳感器之結構由圖2、3所示，其標注為1. 0.2MKOH電解液，2.鈀銀箔(Pd70Ag30)，3.氧化物粉末電極，4.鎳殼體，5.硅膠密封墊，6.鎳導線，7.O型圈，8.緩沖口，9.固定夾，10.接微機系統(tǒng)的雙向插座，11.聚四氟乙烯殼體，12.冷卻水系統(tǒng)，13.管道外壁。
在實際使用時，將傳感器直接附著在管道或設備的外壁，通過鍵盤輸入溫度(℃)、管壁厚度(mm)、管壁材料、傳感器電極面積(cm2)后，可對該裝置進行長期監(jiān)測，任一時刻都可將滲氫電流值和對SSCC/HE的判斷結果直接顯示或最后將全部結果打印輸出。
權利要求
1.一種外置式硫化應力腐蝕裂開/氫脆敏感性智能監(jiān)測儀，其特征是該監(jiān)測儀之結構由外置式信號傳感器及計算機兩部分組成，其中信號傳感器采用鈀銀箔(PD70Ag30)作為敏感電極與高比表面、高活性和電位穩(wěn)定的金屬氧化物粉末電極在KOH溶液中的短路電流作為檢測信號，此信號通過電纜與計算機聯(lián)接；計算機前面為傳感器，傳感器輸出通過電流電壓轉換器與A/D轉換器輸入端聯(lián)接，其輸出直接聯(lián)接80C31中央處理器、80C31與機內(nèi)存貯器2764EPROM和內(nèi)存6264RAM聯(lián)接，80C31同時與外部設備打印機、鍵盤、顯示片聯(lián)接。
2.按權利要求1所述之監(jiān)測儀，其特征是傳感器為園柱體形，外面包有鎳殼體(4)，殼體(4)內(nèi)裝有KOH電解溶(1)，(1)中放有高比表面、高活性和電位穩(wěn)定的金屬氧化物粉末電極(3)，通過鎳線(6)與計算機聯(lián)接，鎳殼體(4)外面為冷卻水系統(tǒng)(12)，探測端裝有固定夾(9)，與端頭間裝有緩沖口(8)，緩沖口(8)外面為鈀銀箔(Pd70Ag30)接觸電極(2)，中間加有硅膠密封墊(5)，傳感器另一端為聚四氟乙烯堵頭(11)，中間加有“O”型密封圈(7)，中心為管道，管道頭固定有聯(lián)接微機之雙向插頭(10)。
3.按權利要求1所述之監(jiān)測儀，其特征是計算機電路之CPU為80C31，地址總線輸出直接聯(lián)按EPROM2764、RAM6264、地址鎖存器74HC373、雙向多路開關74HC245及地址譯碼器74HC13B，雙向多路開關輸出聯(lián)接顯示片DMC162，同時聯(lián)接多路開關74HC273，74HC245，(U9，U15)，A/D轉換器ADC0882，其中多路開關74HC245(U15)輸出聯(lián)接打印機；傳感器輸出通過二級放大器OP-07和LM35B后輸入到A/D轉換器，在轉換器的輸入端同時提供標準電壓值，轉換器輸出聯(lián)接計算機。
全文摘要
本監(jiān)測儀屬于金屬硫化應力腐蝕的監(jiān)測裝置，其結構由傳感器和計算機組成，傳感器由鈀銀電極和金屬氧化物電極放在KOH溶液中測得之信號，然后輸入給計算機，計算機輸入為電流電壓傳換器經(jīng)A/D轉換器然后進入計算機，由計算機軟件進行計算可實現(xiàn)對金屬硫化應力腐蝕之判斷。優(yōu)點利用標定信號對比測量，傳感器直接用于測量表面，安裝使用方便，可廣泛應用于工業(yè)管路監(jiān)測之中。
文檔編號G01N17/04GK1146015SQ9511197
公開日1997年3月26日 申請日期1995年9月6日 優(yōu)先權日1995年9月6日
發(fā)明者杜元龍, 張學元, 杜鵬, 魏煒, 程玉峰, 李桂芝 申請人:中國科學院金屬腐蝕與防護研究所