一种现场原位测氢的装置及其测量方法
【专利摘要】本发明 一种现场原位测氢的装置及其测量方法 ，该装置由电源、参比电极、辅助电极、固体电解质和电流计组成。使用时先将电源、参比电极、辅助电极、固体电解质和电流计组按装置示意图装好，安装在待测管道上。开启电源后，待电流计读数稳定记下读数即可。将电流计的读数带入测量方法中所提供的公式即可得到管道壁中氢的浓度，从而判断其发生氢致断裂的可能。本装置可移动方便携带的，这样就使现场原位测氢变成可能；采用的是直接用于完整的油气管道，不需要破坏管道，故对于生产实践具有极大的意义；装置简单、易于制造、操作简便，适合在石油天然气工业中运用；对油气工业发展生产设施氢脆开裂危险性监测技术和管道寿命预测有启发意义。
【专利说明】一种现场原位测氢的装置及其测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种可以在现场原位测量石油天然气管道壁中氢含量的装置装置及 其测量方法。
【背景技术】
[0002]在我国石油工业中，许多重大的失效事故都是由于氢损伤和氢致滞后断裂引起 的。例如，1965年，四川第一条输气管线连续发生爆破事故，经失效分析及再现试验，确认是 由于在湿ii2S条件下的焊缝应力腐蚀(氢脆机理）失效。1979年，某油田连续发生多起高 强度钻杆脆性断裂事故，曾使钻井作业陷于困境。后经失效分析确认，是由于钻杆遇卡后注 入强酸（HC1)解卡造成的氢致应力腐蚀失效。在四川油田，从1965年至1990年，共发生因 S腐蚀引起的重大管道失效事故108起。更严重的，我国大多数油、气田面临着含水量提 高和腐蚀性气体含量上升的情况，西部的油田也不例外，这样在油气采输过程中所使用的 设备以及管道等将面临着严重腐蚀问题。而为了减轻这些设施的腐蚀，大多都采用阴极保 护，在阴极保护的电位作用下，管道等设备则处于稳定的充氢状态，这样使得氢更容易进入 油气采输设施中，使得这些设施更容易发生氢损伤和氢滞后断裂事故 氢损伤和氢致滞后断裂事故往往突然发生，往往会造成严重的经济损失和人员伤亡， 造成的社会影响巨大。因此，经常性的检测油气采输设施中氢的含量，分析其发生氢脆的程 度，这对在实践中采取相应措施减少或避免灾害性事故的发生着有着巨大工程意义，而且 还可以借此发展石油生产设施氢脆开裂危险性监测和寿命预测技术。
[0003]目前，在实验室条件下材料中氢含量可用多种方法测得，在实验室中较多的采用 Devnathan-Stachurski (人名）双电解池技术来测量腐蚀过程中氢的渗透量。它是由两个 电解槽、参比电极、怕电极以及电化学工作站组成，但是它需要将样品制成薄片，而且双电 解池法只能测定金属材料在特定的充氢条件下材料中氢的浓度。这在现场不可能实现，而 且在特定充氢条件下的氢浓度对实践也没有太大价值，因此在现场不可能用此种方法检测 油气管壁中的氢含量。而目前可以在现场原位测量浓度的装置以及方法还没有报道。
【发明内容】
[0004]为了解决上述问题，本发明的提供一种现场原位测量石油天然气管道壁中氢含量 的装置，可以方便快捷的在现场测量管道材料中氢的含量，从而分析管道发生氢致开裂的 危险性进而预测管道的剩余寿命的现场原位测氢的装置及其测量方法。
[0005]本发明的技术方案是：一种现场原位测氢的装置，该装置包括电源、参比电极、辅 助电极、固体电解质和电流计； 其中，所述固体电解质中添加有用于氢的氧化过程中加速氢氧化的催化剂，催化剂的 添加量一般为固体电解质量l_5wt%。
[0006] 其中，所述电源的正极通过导线与所述参比电极连接，所述电流计的一端通过导 线与所述辅助电极连接，所述参比电极与辅助电极设置所述固体电解质上，所述固体电解 质设置在待测管道的外壁上，所述电源的负极通过导线与所待测管道连接，所述电流计的 另一端与所述待测管道连接。
[0007] 进一步，所述电源的电压为量级。
[0008] 本发明的另一目的是提供上述装置的测试方法，具体包括以下步骤： 步骤1.先将电源、参比电极、辅助电极、固体电解质和电流计组装好，安装在待测管道 上,备用； 步骤2.开启电源，从管道外壁扩散出的氢，进入固体电解质后在电源的作用下被电 离：H -H++e，产生阳极电流，产生阳极电流由油气管道、固体电解质、电流计和辅助电极 组成的回路流通，电流计得到电流值，根据以下公式（1)，即可得到氢浓度炫# :
【权利要求】
1. 一种现场原位测氢的装置，其特征在于，该装置包括电源、参比电极、辅助电极、固体 电解质和电流计； 所述固体电解质中添加有用于氢的氧化过程中加速氢氧化的催化剂，氢氧化的催化剂 的添加量为固体电解质量l-5wt% ; 其中，所述电源的正极通过导线与所述参比电极连接，所述电流计的一端通过导线与 所述辅助电极连接，所述参比电极与辅助电极设置在所述固体电解质上，所述固体电解质 设置在待测管道的外壁上，所述电源的负极通过导线与所待测管道连接，所述电流计的另 一端与所述待测管道连接。
2. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电源的电压为MT^V量级。
3. -种如权利要求1所述的装置的测量方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤： 步骤1.先将电源、参比电极、辅助电极、固体电解质和电流计组装好，安装在待测管道 上，备用； 步骤2.开启电源，从管道外壁扩散出的氢，进入固体电解质后在电源的作用下被电 离
产生阳极电流，产生阳极电流由油气管道、固体电解质、电流计和辅助电极 组成的回路流通，电流计得到电流侑
.根据以下公式（1)，即可得到氢浓度^^ :
(1) 式中，^^为充氢端(油气管内壁）固溶在晶格中的氢浓度； L为油气管的厚度，单位cm; Α为检测所在部位的油气管的面积，单位2 ; 为电 CM i〇c 流检测到的电流值，单位为，D为油气管氢的扩散系数，单位em2/s。
【文档编号】G01N27/406GK104297317SQ201410586430
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年10月28日 优先权日:2014年10月28日
【发明者】高克玮, 夏劲, 庞晓露 申请人:北京科技大学