一种监检测异种金属在导电溶液中绝缘状态的方法

摘要

一种监检测异种金属在导电溶液中绝缘状态的方法属于腐蚀监测仪器技术领域。本发明提出了根据金属腐蚀等级的划分，确定了耦接异种金属间不同绝缘等级划分原则，从而为异种金属在导电溶液中电偶腐蚀电流监测时提供了并联回路中标准电阻值。由此，根据监测到测试回路中的电流大小，判定异种金属在导电溶液中的电偶腐蚀状态。本发明提出了采用并联旁路，测量旁路电流。根据电流大小，评判在导电溶液中异种金属电绝缘状态。实验证明，本发明能很好判定异种金属在导电溶液中的电偶腐蚀状态。

说明书

技术领域

本发明涉及异种金属在溶液中电偶腐蚀状态的监测方法，属于腐蚀监测仪器技术领 域。

背景技术

当两种不同的金属在腐蚀介质中接触后，其中自腐蚀电位较负的金属将被加速腐蚀。 这就是电偶腐蚀。一般说来，异种金属间的电位差越大，电偶腐蚀愈严重。为了防止电 偶腐蚀，一般使用了绝缘垫片，或者涂刷绝缘涂层将需要连接的不同金属件隔离起来。 但是，随着其服役时间延长，这些起着绝缘功能的垫片、涂层都可能发生绝缘性能下降、 甚至绝缘性能失效。由此，将不可避免地再次导致耦接的异种金属件中的其中一种自腐 蚀电位较负的金属件加速腐蚀。

目前，关于电偶电流的测试方法仅用于实验研究测试。在实际工况下，采用实验方 法测试异种金属间的电偶电流是无法实施的，或者实施起来很困难。尽管也有提出通过 测量异种金属间电压差，通过判断异种金属间的绝缘状况，以此评定耦接异种金属在溶 液中的电偶腐蚀状态。但是，如图1所示可知，在测量电压表的输入阻抗也很大的情况 下，进行并联测试，电路中的电阻将减小，流过电流比实际要大。除非电压表的测试电 阻比绝缘电阻大很多。这是不可能的，因为绝缘材料电阻往往很大。为此，这种方法是 不能准确判定耦接异种金属在溶液中的电偶腐蚀状态的。

基于此，本发明提出了根据金属腐蚀等级的划分，确定了耦接异种金属间不同绝缘 等级划分原则，从而为异种金属在导电溶液中电偶腐蚀电流监测时提供了并联回路中标 准电阻值。由此，根据监测到测试回路中的电流大小，判定异种金属在导电溶液中的电 偶腐蚀状态。

发明内容

1、结合金属耐蚀等级和异种金属电偶腐蚀敏感性划分，提出异种金属间绝缘状态的 判定标准，见表1.

2、提出了不同绝缘状态条件下，对应异种金属绝缘电阻值的计算方法：

1)根据不同绝缘状态下，异种金属偶对中阳极金属材料的腐蚀深度，计算对应的腐 蚀电流密度(i_a)，即

2)按照式(2)计算异种金属间的自腐蚀电位差(ΔV)，即

3)按照公式(3)计算出异种金属偶对材料中阳极材料在不同绝缘状态下所需的最 小绝缘电阻值(R⁰)，即

其中，

分别为偶对材料阴极、阳极自腐蚀电位。

V_L：年腐蚀深度，mm/y

ρ：阳极材料密度，g/cm³.

n:阳极材料原子电化学反应失去的电荷数；

m:阳极材料原子量，g.

3、提出了异种金属在导电溶液中电偶腐蚀监测原理电路图，如图2所示。

通常，溶液电阻比起绝缘电阻小得多。如图2所示，将异种金属间电位差(△V)视为 一个直流电源，溶液电阻(r)为电源的内阻，绝缘电阻(R)视为外电路上的电阻。这样， 异种金属间的电偶腐蚀电流为

I＝I₂＝△V/(R+r)(4)

为了测量电偶电流I，本发明提出利用外电路，并联一个标准电阻R′。该标准电阻 大小为按照公式(3)计算出异种金属偶对材料中阳极材料在不同绝缘状态下的最小绝缘 电阻值(R⁰)。在这种情况下，电偶腐蚀电流为

I＝I₁+I₂＝△V/(R//R′+r)(5)

其中，R//R′表示绝缘电阻R与标准电阻R′并联。

为了进一步讨论并联标准电阻R′对工况下电偶腐蚀电流的影响，可以利用式(5)对 R′求导数，结果如式(6)所示：

从式(6)可见，由于电偶腐蚀电流I对并联标准电阻R′求导数为负数，说明增大 标准电阻R′，可以减少对工况下电偶腐蚀电流的影响。

当并联标准电阻R′等于绝缘电阻R时，即R′＝R,则有

从式(7)可知，由于绝缘电阻R本身很大，△V较小。因此，在并联标准电阻等于 绝缘电阻时对测量异种金属在溶液中电偶腐蚀电流I的影响仍然很小。所以，采取如图 2所示原理图测量工况下异种金属之间电偶腐蚀电流是可以的。

4)提出了异种金属在导电溶液中电偶腐蚀电流的监测及其绝缘状态的判定方法。

在导电溶液中，当异种金属间绝缘效果完全良好时，异种金属的电位差基本恒定。 在这种情况下，绝缘电阻大于公式(3)计算的最小绝缘电阻(R⁰)。当按照图2并联一 个标准电阻R′，且R′＝R⁰时，从图2所示和公式(5)可知，I₁>I₂。如果采用2I₁代 替异种金属在导电溶液中电偶腐蚀电流I大小，结果偏大于实际状态。所以，在这种情 况下，只要当监测的电流I₁小于异种金属自腐蚀电位差与并联标准电阻的比值即I_a时， 即就可判定异种金属间绝缘状态开始由完全绝缘状态转向绝缘保持状态。

当异种金属绝缘效果未见明显失效时，随着绝缘电阻减小，异种金属的电位差开始 逐渐减小。当绝缘电阻等于并联标准电阻R′时，同样从图2所示和公式(5)可知，I₁＝ I₂。如果采用2I₁代替异种金属在导电溶液中电偶腐蚀电流I大小，其结果与实际状态一 致。在这种情况下，当监测电流I₁的2倍值,即2I₁小于异种金属自腐蚀电位差与并联标 准电阻的比值即I_a时，即则判定异种金属间的绝缘状态开始丧失了。

5)提出了异种金属在导电溶液中电偶腐蚀监测仪的控制程序。

本发明提出了采用并联旁路，测量旁路电流。根据电流大小，评判在导电溶液中异 种金属电绝缘状态。具体如图5所示。

附图说明

图1电压法测量异种金属间电压的原理图

图2异种金属在导电溶液中电偶腐蚀状态监测原理图

图3当并联测试旁路标准电阻为20K欧姆时，模拟电偶对电化学参数变化

图4当并联测试旁路标准电阻为200K欧姆时，模拟电偶对电化学参数变化

图5本发明流程图

具体实施方式

以B10和黄铜H62构成的电偶对为例，模拟计算了工况下这两种异种金属间电压差 和测量电流的变化规律。具体如图3、4所示。

根据表1，可以计算出B10/H62完全电绝缘状态下的电位差为0.175V,最小绝缘电 阻为200K欧姆，对应的最大电偶电流0.85微安；电绝缘状态初步丧失的最大绝缘电阻 20K欧姆，对应的最小电偶电流8.5微安。

当测试旁路并联标准电阻为20K欧姆时，根据图2所示电路图，按照如图3所示电 位差E的变化趋势，可以模拟计算出实际电偶腐蚀电流I、测试旁路电流I₁。同样，如果 测试旁路并联标准电阻为200K欧姆时，模拟计算出工况下实际电偶腐蚀电流I、测试旁 路电流I₁的情况，见图4.

从图3可见，实际电偶电流I与测试旁路电流I₁有一交汇点，此处电偶电流2.4微 安左右。根据前面的计算，电绝缘状态初步丧失的最大绝缘电阻20K欧姆，对应的最小 电偶电流8.5微安。也就是，在电绝缘状态初步丧失的状态下，图2中所示电偶腐蚀电 流I为8.5微安。根据并联原理，当电绝缘电阻降低到20K欧姆时，测试旁路的电流I₁ 为4.25微安。就是说，当测试旁路中的电流为4.25微安时，电绝缘状态开始初步丧失 了。与实际模拟计算的电流值2.4微安比较，该值稍微偏大，表明这种监测方法较为保 守。

同样，为了监测完全电绝缘状态，测试旁路并联标准电阻为200K欧姆时，模拟计算 结果见图4所示。同理，可得监测电流值为0.85微安。