УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ КОРРОЗИИ ОБРАЗЦОВ

Полезная модель относится к области исследования или анализа материалов путем определения их химических или физических свойств, а именно к коррозионным пробникам для определение антикоррозионных свойств металла [G01N 17/04].
Из уровня техники известно ПРИСПОСОБЛЕНИЕ ДЛЯ КОРРОЗИОННЫХ ИСПЫТАНИЙ ОБРАЗЦОВ [RU 153816 U1, Опубл.: 10.08.2015], содержащее корпус держателя с центральным отверстием, рабочую полость для размещения образца и поступления испытательной среды, верхнее и нижнее гнёзда для помещения галтелей головок образца, резьбовую гайку для фиксации испытательной нагрузки на образец, отличающееся тем, что корпус держателя имеет высоту, меньшую, чем общая длина образца, на величину, составляющую две высоты цилиндрической части головки образца, и выполнен с толщиной стенки, превышающей диаметр головки образца, рабочая полость для размещения образца и поступления испытательной среды расположена с внешней стороны корпуса держателя и выполнена в стенке упомянутого корпуса в виде продольной проточки, имеющей глубину, равную, по меньшей мере, диаметру головки образца, и ширину в своей верхней и нижней частях, меньшую, чем диаметр головки образца, а резьбовая гайка имеет возможность установки на цилиндрической части головки образца, имеющей ответную винтовую резьбу, при этом в корпусе держателя выполнено, по меньшей мере, три рабочих полости для размещения образцов и поступления испытательной среды.
Недостатком аналога является низкая надежность, обусловленная сложностью конструкции для создания механической нагрузки на датчик.
Также известно УСТРОЙСТВО МОНИТОРИНГА КОРРОЗИИ ТРУБОПРОВОДА [RU 2459136 C2, Опубл.: 20.11.2010], отличающееся тем, что включает первый модуль диагностики физического состояния трубопровода, предназначенный для расположения внутри трубопровода, и второй модуль диагностики физического состояния трубопровода, предназначенный для расположения вне трубопровода, блок сопряжения указанных модулей с промышленной сетью Ethernet, по меньшей мере, два канала измерения скорости коррозии, в каждом из которых имеются последовательно соединенные измеритель скорости коррозии, блок сопряжения и контроллер, который соединен с промышленной сетью Ethernet, пульт управления мониторингом коррозии трубопровода, сервер базы данных и сервер, преобразующий данные сети Ethernet в форму, понятную каждому упомянутому контроллеру.
Недостатком аналога является высокая погрешность, обусловленная тем, что устройство отслеживает общую, равномерную коррозию и при этом не дает информации о скорости локальной коррозии на участках трубопровода с осложняющими факторами (с напряжением металла, местах сварки, под отложениями солей и проч.) на которых скорость коррозии может превышать общую в несколько раз.
Наиболее близким по технической сущности является СИСТЕМА ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ КОРРОЗИИ [RU 2 636 408 C1, Опубл.: 23.11.2017], содержащая первую мембрану из первого материала, выполненную подверженной воздействию коррозионно-активного материала и отклоняющейся в ответ на коррозию, вторую мембрану из второго материала, выполненную подверженной воздействию коррозионно-активного материала и отклоняющейся в ответ на коррозию, датчик давления, функционально связанный с по меньшей мере одной из первой и второй мембран и выполненный с возможностью измерения отклонения по меньшей мере одной из первой и второй мембран как функции давления и степени коррозии по меньшей мере одной из первой и второй мембран.
Основной технической проблемой прототипа является невозможность контроля изменения скорости локальной коррозии и низкая надежность, обусловленная сложностью конструкции.
Задачей полезной модели является устранение недостатков прототипа.
Техническим результатом полезной модели является повышение точности определения скорости локальной коррозии металлов и сплавов.
Указанный технический результат достигается за счет того, что устройство определения скорости коррозии образцов, содержащее образцы-свидетели коррозии, выполненные из коррозийно-активных металлов, отличающееся тем, что одни образцы-свидетели коррозии выполнены из исследуемого металла, а другие – специальные образцы-свидетели коррозии выполнены из металла, расположенного правее исследуемого материала в ряду электрохимических напряжений, при этом образцы-свидетели свидетели коррозии и специальные образцы-свидетели коррозии расположены друг рядом с другом и образуют гальванические пары.
В частности, образцы-свидетели коррозии и специальные образцы-свидетели коррозии выполнены в виде вставок или цельнометаллических накладок.
В частности, образцы-свидетели коррозии и специальные образцы-свидетели коррозии выполнены с покрытием из металлов и их сплавов.
В частности, образцы-свидетели образуют аноды гальванических пар.
В частности, специальные образцы-свидетели коррозии образуют катоды гальванических пар.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 показан вид сбоку первого варианта реализации заявленного устройства.
На фиг.2 показан вид сбоку второго варианта реализации заявленного устройства.
На фиг.3 показан вид спереди плоского образца-свидетеля коррозии.
На фигурах обозначено: 1 – шпилька, 2 – хвостовик, 3 – изоляционная трубка, 4 – изоляционные шайбы, 5 – стальной образец-свидетель коррозии, 6 – специальный образец-свидетель коррозии, 7 – прижимная шайба, 8 – гайки, 9 – крепление, 10 – крепежные винты, 11 – плоский образец-свидетель, 12 – специальное покрытие.
Осуществление полезной модели
В одном из возможных вариантов реализации устройство определения скорости коррозии образцов содержит шпильку 1 (см. Фиг.1), выполненную в виде цилиндрического стержня из металла или другого материала, на всей поверхности которого или на концах выполнена наружная резьба. На один из концов шпильки 1 с помощью резьбового соединения смонтирован хвостовик 2, выполненный в виде цилиндрической гайки. На шпильку 1 надета изоляционная трубка 3, выполненная из диэлектрического материала, при этом длина изоляционной трубки меньше длины шпильки 1. Поверх изоляционной трубки 3 на шпильке 1 надеты одна или несколько изоляционных шайб 4, цилиндрические образцы-свидетели коррозии 5 и специальные образцы-свидетели коррозии 6, при этом каждый из специальных образцов-свидетелей коррозии 6 размещен между образцами-свидетелями коррозии 5. Образцы-свидетели коррозии 5 выполнены из материала, идентичного материалу исследуемого оборудования, например, стали. Специальные образцы-свидетели коррозии 6 выполнены цельнометаллическими, либо с покрытием из металлов и их сплавов, расположенных правее материала исследуемого оборудования в ряду электрохимических напряжений металлов, например, цинка. К крайнему образцу-свидетелю коррозии 5 на шпильке 1 надеты одна или несколько изоляционных шайб 4 и прижимная шайба 7. На свободный конец шпильки 1 поверх прижимной шайбы 7 резьбовым соединением прикручены гайки 8 для фиксации изоляционных шайб 4, стальных образцов-свидетелей 5 и специальных образцов-свидетелей 6 на шпильке 1 между хвостовиком 2 и прижимной шайбой 7.
В другом варианте реализации устройство определения скорости коррозии образцов содержит L-образное крепление 9 (см. Фиг.2) в отверстиях которого, выполненных в нижней полке, смонтирована пара крепежных винтов 10. На винты 10 смонтированы и зафиксированы сверху гайками 8 пара плоских образцов-свидетелей коррозии 11 (см. Фиг.3), выполненных из металлических пластин, при этом образцы-свидетели коррозии 11 электрически изолированы друг от друга, от крепления 9 и гаек 8 изоляционными шайбами 4. Поверхность одного из образца-свидетеля коррозии 11 покрыта специальным покрытием 12 из металла или его сплава, расположенного правее исследуемого материала в ряду электрохимических напряжений металлов.
Поверхности образцов-свидетелей 5, 6 и 11 могут быть покрыты специальными растворами для катализации химических процессов коррозии для увеличения точности измерения скорости коррозии при непродолжительных периодах экспозиции и улучшения повторяемости результатов.
Устройство определения скорости коррозии образцов используют следующим образом.
Первоначально определяют материал изготовления или покрытия специальных образцов-свидетелей 6 или специального покрытия 12, при этом соблюдают условие, что материал металла или его сплава должен быть расположен правее относительно материала образцов-свидетелей 5 и 11, аналогичного исследуемому материалу в ряду электрохимических напряжений металлов. Размеры образцов-свидетелей 5, 6 и толщину специального покрытия 12 определяют опытным или расчётным путём с возможностью формирования гальванической пары образцов-свидетелей коррозии 5 и 6, а также плоского образца-свидетеля 11 и специального покрытия 12, при этом роль катода выполняют специальные образцы-свидетели 6 или специальное покрытие 12, а анодом становятся образцы-свидетели 5 или 11.
Расчёт производится по формулам перевода из имеющегося, замеренного гравиметрического показателя коррозии (в месте локализации) к токовому показателю, на основании последнего и вычисляется коррозионное поведение контактной пары металлов в кассете ОСК СП, в данном электролите, что позволяет полностью смоделировать идентичный реальному процесс локальной коррозии на ОСК СП в настоящей коррозионно-агрессивной среде.
А
Me
Связь гравиметрического, глубинного и токового показателей выражена соотношениемKгр = П с/8,76 = iq.
0
0
2
Гравиметрический показатель скорости коррозии Kгр = (m-m) / S ф [г/(м ч)], где m – конечная масса образца, г; m – масса образца до коррозии, г; S – площадь поверхности образца, м2; ф – время испытания, ч.
3
Глубинный показатель скорости коррозии П связан с гравиметрическим показателем скорости коррозии Kгр следующим соотношением П = Kгр 8,76 / с [мм/год], где с – плотность корродирующего металла [г/см]; коэффициент 8,76 учитывает перевод единиц измерения/
А
Me
А
Ме
В случае проведения электрохимических исследований скорость протекания коррозионного процесса пропорциональна анодной плотности тока растворения металла, которая связана с гравиметрическим показателем скорости Kгр соотношением: i= Kгр / q, где i – анодная плотность тока коррозии металла (А/м2), q – электрохимический эквивалент металла (г/А·ч).
Me
M
M
Электрохимический коэффициент металла q = A/ zF, где A – атомная масса металла (г); z – валентность ионов (для атома z = 1); F – число Фарадея F = 26,8 А·ч/моль (96000 Кл/моль).
Fe
Fe
3
3
Например, для железа Fe электрохимический коэффициент равен q = 1,04 г/Ач (плотность с = 7,87 г/см), для цинка Zn qZn = 1,22 г/А·ч (плотность сZn = 7,14 г/см).
Особенностью заявленного решения является использование специальных образцов-свидетелей коррозии 6, которые в совокупности с образцами-свидетелями коррозии 5 образуют гальванические пары, которые обуславливают эффект анодного коррозионного разрушения стали и обеспечивают аналогичную скорость локальной коррозии по сравнению с известными скоростями локальной коррозии на оборудовании в агрессивной среде и условиях протекания коррозии.
Заявленный технический результат – повышение точности определения скорости локальной коррозии металлов и сплавов достигается за счет того, что устройство содержит гальванические пары, образованные образцами-свидетелями коррозии 5 и 6 или образцом-свидетелем коррозии 11 и специальным покрытием 12, выполненными из разных материалов, при этом материал специального образца-свидетеля коррозии 6 или специального покрытия 12 смещен правее относительно материала образцов-свидетелей 5 и 11, аналогичного исследуемому материалу в ряду электрохимических напряжений металлов, а подбор конфигурации образцов-свидетелей 5 и 6 или образца-свидетеля 11 и специального покрытия 12 осуществляют исходя из конкретных условий и на основании имеющихся данных о скоростях локальной коррозии в конкретном случае и свойств данной агрессивной среды, что позволяет полностью смоделировать идентичный реальному процесс локальной коррозии.
Устройство с подобранной гальванопарой металлов, имитирующих реальный процесс локальной коррозии (анодного разрушения металла) на данном оборудовании и в данных условиях, помещают в агрессивную среду внутри или снаружи оборудования, скорость коррозии материала которого определяют. По потере массы образцов-свидетелей 5 или 11 определяют скорость локальной коррозии на исследуемом оборудовании.
В 2018 году заявитель изготовил опытный образец заявленного устройства определения скорости коррозии образцов по первому варианту реализации, опытная эксплуатация которого обеспечила получение объективных данных по скорости локальной коррозии металлов, которые в свою очередь позволили принять действенные меры антикоррозийной защиты и повысит сроки безаварийной эксплуатации и ресурса оборудования.