Методы коррозионных исследований и испытаний : коррозионный мониторинг оборудования в процессе эксплуатации

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ  
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ  
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС» 

 

 
 
 

 

 

 

 
 

 

№ 2552 

Кафедра защиты металлов и технологии поверхности

 
 
 

Методы коррозионных
исследований и испытаний 

Коррозионный мониторинг оборудования 
в процессе эксплуатации 

Курс лекций 

Рекомендовано редакционно-издательским 
советом университета 

Москва  2015 

УДК 621.315.5 
 
М54 

Р е ц е н з е н т ы :  
канд. техн. наук А.С. Гуденко (АО «НПО» ЦНИИТМАШ); 
канд. техн. наук А.Ю. Чурюмов 

А в т о р ы :  И.В. Бардин, Ю.А. Пустов, А.Г. Ракоч, А.А. Гладкова 

Методы коррозионных исследований и испытаний : кор- 
М54 розионный мониторинг оборудования в процессе эксплуатации : курс лекций / И.В. Бардин [и др.]. – М. : Изд. Дом МИСиС,  
2015. – 44 с. 
ISBN 978-5-87623-958-7 

В курсе лекций представлена характеристика как традиционных, так и 
наиболее современных методов коррозионного мониторинга оборудования, 
находящегося в процессе эксплуатации: эксплуатационные испытания образцов-свидетелей; применение различных коррозионных датчиков; ультразвуковой контроль; сверхвысокочастотный коррозионный мониторинг; исследование коррозионных дефектов трубопроводов при помощи роботизированных внутритрубных инспекционных снарядов-дефектоскопов; бесконтактный мониторинг трубопроводов методом магнитной томографии; применение сторожевых отверстий и флуоресцентных меток, а также организация 
боковой магистрали и анализ технологических сред. 
Рассмотрены принципы выбора метода коррозионного мониторинга оборудования. Показаны преимущества и недостатки каждого метода. 
Предназначен для студентов высших учебных заведений, обучающихся 
по направлению подготовки магистрантов 22.04.01 «Материаловедение и 
технологии материалов» и, в частности, по профилю «Модифицирование поверхностей металлов и защита от коррозии». Может быть рекомендован студентам магистратуры, обучающимся по другим профилям, связанным с технологиями обработки поверхности металлических и композиционных материалов, а также аспирантам, работающим в области исследования коррозионных процессов и защиты от коррозии. 

УДК 621.315.5 

© Коллектив авторов, 2015 
ISBN 978-5-87623-958-7 
© НИТУ «МИСиС», 2015 

ОГЛАВЛЕНИЕ 

Введение....................................................................................................5 
1. Принципы выбора метода коррозионного мониторинга..................6 
2. Эксплуатационные испытания образцов-свидетелей .......................7 
2.1. Общие сведения.............................................................................7 
2.2. Преимущества эксплуатационных испытаний образцовсвидетелей .............................................................................................7 
2.3. Недостатки эксплуатационных испытаний образцовсвидетелей .............................................................................................9 
2.4. Характеристика образцов-свидетелей .......................................11 
2.5. Виды держателей образцов-свидетелей ....................................15 
2.6. Удаление продуктов коррозии и определение 
коррозионной стойкости....................................................................18 
3. Типы коррозионных датчиков...........................................................20 
3.1. Коррозионный датчик измерения электрического 
сопротивления.....................................................................................20 
3.2. Коррозионный диафрагменный датчик.....................................22 
3.3. Коррозионный датчик измерения поляризационного 
сопротивления.....................................................................................23 
3.4. Коррозионный датчик измерения импеданса ...........................25 
3.5. Коррозионный датчик измерения электрохимического 
шума.....................................................................................................26 
3.6. Многоэлектродные коррозионные датчики локальной 
коррозии ..............................................................................................26 
3.7. Датчик локальной коррозии вследствие 
микробиологической активности......................................................29 
3.8. Датчик измерения потенциала коррозии...................................31 
3.9. Водородный коррозионный датчик ...........................................32 
4. Другие методы коррозионного мониторинга ..................................34 
4.1. Ультразвуковой контроль: измерение 
оставшейся толщины металла...........................................................34 
4.2. Волноводный ультразвуковой контроль ...................................35 
4.3. Сверхвысокочастотный коррозионный мониторинг................35 
4.4. Исследование коррозионных дефектов трубопроводов 
при помощи роботизированного внутритрубного 
инспекционного снаряда-дефектоскопа...........................................36 
4.5. Бесконтактный мониторинг трубопроводов 
методом магнитной томографии.......................................................38 

4.6. Сторожевые отверстия................................................................39 
4.7. Организация боковой магистрали..............................................39 
4.8. Применение флюоресцентных меток ........................................40 
4.9. Анализ технологических сред....................................................41 
Библиографический список...................................................................42 
 

Введение 

В настоящее время имеется достаточно большое количество 
средств проведения непрерывного коррозионного мониторинга оборудования, находящегося в процессе эксплуатации. Коррозионный 
мониторинг промышленного оборудования при эксплуатации представляет собой важную и в то же время сложную задачу. Применение 
мониторинга обосновано тем, что в процессе промышленного производства расходы, связанные с коррозионными проблемами, могут 
быть огромными, а последствия – катастрофическими. Поэтому в 
настоящее время коррозионный мониторинг широко применяется 
при проектировании и эксплуатации современных промышленных 
заводов, так как является одним из немногих технических решений, 
позволяющих следить за процессами коррозионного разрушения материалов оборудования в процессе эксплуатации. Коррозионный мониторинг в процессе эксплуатации наиболее широко применяется 
для обнаружения появления условий, способствующих началу усиленной коррозии и вызванных труднопредсказуемыми причинами: 
например, применение нового катализатора, способствующего появлению коррозионно-активных соединений, или применение исходного сырья, в котором периодически появляются коррозионноактивные загрязнения. В таких случаях мониторинг является важным 
инструментом для обеспечения безопасной эксплуатации оборудования. Вместе с тем вследствие высокой стоимости установки систем 
коррозионного мониторинга и необходимости регулярного технического обслуживания, эти системы редко используются в хорошо отлаженных промышленных процессах. В таких случаях достаточно 
применение периодического контроля для обеспечения безопасной 
эксплуатации оборудования. Однако в производствах, где могут происходить существенные изменения в составе технических жидкостей 
за относительно короткий промежуток времени (например, нефтегазовая промышленность), ценность коррозионного мониторинга значительно выше, и мониторинг является необходимым условием 
безопасной и надежной работы оборудования на протяжении всего 
срока эксплуатации.  
 

1. ПРИНЦИПЫ ВЫБОРА МЕТОДА 
КОРРОЗИОННОГО МОНИТОРИНГА 

Поскольку число доступных методов коррозионного мониторинга 
постоянно растет, выбор конкретных методов может быть довольно 
произвольным. При выборе метода коррозионного мониторинга 
должен быть принят во внимание целый ряд факторов. Прежде всего, 
цель испытания должна быть понятна каждому участнику программы мониторинга. Кроме того, должны быть известны стоимость и 
границы применимости рассматриваемых методов. Необходимо также учитывать надежность выбранного метода. Во многих случаях 
для того, чтобы быть уверенным в достоверности полученных результатов, желательно использовать несколько методов.  
Другим ключевым фактором является степень доступности к технологическим жидкостям и оборудованию. Если имеется свободный 
доступ, то методы, использующие различные датчики или образцысвидетели, являются наиболее предпочтительными. В противном 
случае потребуется применение неразрушающих методов. Важным 
фактором при выборе метода коррозионного мониторинга является 
время отклика, необходимое для получения требуемой информации. 
Методы, требующие остановки технологического процесса для установки и снятия образцов, являются, как правило, довольно медленными для получения данных. В то же время оборудование, которое 
обеспечивает быстрое измерение мгновенных значений скорости 
коррозии, часто имеет низкую точность.  
Наиболее важным критерием выбора метода коррозионного мониторинга является безопасность. На действующем предприятии 
разрушение оборудования может привести к утечке и, соответственно, к потере продукта, возникновению опасности и возможной остановке предприятия. Чтобы свести к минимуму возможность появления подобных чрезвычайных ситуаций должна быть разработана 
система коррозионного мониторинга. 

2. ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ИСПЫТАНИЯ 
ОБРАЗЦОВ-СВИДЕТЕЛЕЙ 

2.1. Общие сведения 

Наиболее простой и широко используемый метод коррозионного 
мониторинга – проведение эксплуатационных (внелабораторных) 
испытаний образцов-свидетелей. Хотя этот метод не может полностью заменить лабораторные испытания, эксплуатационные испытания образцов-свидетелей обычно применяются для мониторинга степени коррозионного повреждения используемого оборудования, а также 
для определения альтернативных конструкционных материалов, а иногда и для установления влияния режима технологического процесса, что 
не может быть воспроизведено в лабораторных условиях. 
Зарубежный стандарт ASTM G 4 – 01 полностью регламентирует 
процедуру 
проведения 
коррозионных 
испытаний 
образцовсвидетелей, размещенных в заводском оборудовании или системах в 
реальных условиях эксплуатации с целью оценки коррозионной 
стойкости применяемых материалов. Российские национальные 
стандарты так подробно процедуру проведения эксплуатационных 
испытаний не регламентируют. Согласно п. 9.3 ГОСТ Р 9.905–2007. 
при эксплуатационных испытаниях коррозионной средой является 
рабочая среда. При этом согласно ГОСТ 9.908–85 показатели коррозии и коррозионной стойкости используют при коррозионных исследованиях, испытаниях, проверках оборудования и дефектации изделий в процессе производства, эксплуатации, хранения. 

2.2. Преимущества эксплуатационных 
испытаний образцов-свидетелей 

Эксплуатационные испытания образцов-свидетелей имеют ряд 
преимуществ перед лабораторными испытаниями образцов. Одновременно можно испытать большое количество материалов и провести их 
ранжирование по коррозионной стойкости в условиях реально протекающих процессов. Метод может быть использован для мониторинга 
агрессивности среды технологического процесса. Кроме того, образцы-свидетели могут быть изготовлены для исследования конкретного 
вида коррозии, но время выдержки образцов обычно определяется 
временем эксплуатации технологического оборудования. 

Большое количество образцов-свидетелей. Поскольку одновременно можно испытывать большое количество образцов-свидетелей, 
становится возможным использование двух или трех экземпляров 
каждого из них для определения разброса полученных значений, а 
также изготовление образцов для имитации таких условий, как наличие сварных швов, остаточных напряжений и трещин/щелей. Полученные таким образом данные могут гарантировать правильный выбор материалов для нового оборудования, технического обслуживания или ремонта.  
Испытания в реальных условиях эксплуатации позволяют выявить синергетический эффект сочетания различных химических веществ или загрязнений. Вместе с тем существует вероятность того, 
что в процессе коррозии одного из образцов может происходить загрязнение технологической среды, в результате чего может изменяться коррозионная стойкость других образцов. Кроме того, потенциальным источником ошибок может являться загрязнение технологической среды продуктами коррозии технологического оборудования. Это требует проведения дополнительных проверок. 
Например, в гипотетическом случае оборудование изготовлено из 
сплава на основе никеля и происходит процесс уменьшения кислотности. Загрязнение технологической среды ионами никеля может 
привезти к заметному увеличению коррозионной стойкости титановых образцов. Если воспользоваться полученными результатами и 
изготовить технологическое оборудование из титанового сплава, то 
окажется, что сплав будет быстро корродировать без благоприятного 
влияния ионов никеля. 
Исследование защиты оборудования ингибиторами коррозии. 
Образцы-свидетели часто используются для мониторинга защиты 
оборудования ингибиторами коррозии, например в системах водоподготовки. С помощью легкосъемного держателя образцы в ходе 
испытания могут быть извлечены для последующего определения 
скорости коррозии без остановки производства. 
Длительная экспозиция. Некоторые локальные виды коррозионного разрушения, например, щелевая коррозия, питтинговая коррозия и коррозионное растрескивание под напряжением, имеют инкубационный период. Исходя из этого, образцы-свидетели можно выдерживать длительное время для инициирования коррозионного 
процесса. 
Образцы специальной формы используются для определения локальных видов коррозии: щелевой, питтинговой и селективного рас

творения сплава. Например, на целлюлозном заводе используется 
электрохимическая защита моющего барабана от щелевой коррозии. 
Специально разработанные образцы используются для определения 
эффективности электрохимической защиты: они периодически извлекаются из оборудования и исследуются на наличие признаков 
щелевой коррозии. 

2.3. Недостатки эксплуатационных испытаний 
образцов-свидетелей 

Эксплуатационные испытания образцов-свидетелей имеют четыре 
главных недостатка: 
1) метод не подходит для определения быстрого изменения коррозионной агрессивности среды; 
2) нет гарантии определения локальных видов коррозии даже при 
значительной длительности экспозиции образцов; 
3) скорость коррозии, определенная на основании скорости коррозии образцов-свидетелей, может не совпадать с реальной скоростью коррозии промышленного оборудования из-за наличия таких 
факторов, как многофазность (водная фаза является более агрессивной по сравнению с органической или паровой) или турбулентность 
потока (возникает в смесителях, патрубках, клапанах, насосах), а 
также других факторов, которые ускоряют коррозионный процесс в 
определенных областях оборудования, удаленных от мест расположения образцов-свидетелей; 
4) образцы-свидетели могут давать неправильные результаты в 
тех случаях, когда скорость коррозии значительно меняется во времени. 
Следует учитывать, что применение образцов-свидетелей в оборудовании пищевой и медицинской промышленностей может приводить к нежелательному загрязнению технологической среды продуктами коррозии. 
Быстрые изменения коррозионной агрессивности среды. Скорость коррозии, рассчитанная на основе исследования образцовсвидетелей, является усредненной за некоторый период времени. 
Кроме того, при эксплуатационных испытаниях образцов-свидетелей 
невозможно установить, происходит ли нарушение технологических 
параметров процесса. Для подобных целей более подходящим является непрерывный (в режиме реального времени) коррозионный мо

ниторинг при помощи электрохимических методов, например таких, 
как измерение поляризационного сопротивления. 
Несовпадение скорости коррозии образцов-свидетелей и технологического оборудования. Скорость коррозии оборудования редко совпадает с рассчитанной по образцам-свидетелям, так как практически невозможно полностью повторить условия эксплуатации 
оборудования при исследовании образцов. Тем не менее, исследование образцов-свидетелей оказывается полезным во многих ситуациях, потому что оно дает информацию не только о коррозионном поражении, но и об образовании на поверхности образцов наносов, 
пленок и локальных поражений. При этом мониторинг при помощи 
образцов-свидетелей является наименее сложным методом и, следовательно, не требует высокой квалификации обслуживающего персонала. 
Нерегистрируемые виды коррозионного поражения. Принципиальным ограничением метода эксплуатационных испытаний образцов-свидетелей является невозможность определения влияния эрозионных процессов и теплопередачи на процесс коррозии. Только продуманное размещение образцов-свидетелей в технологическом оборудовании может немного скомпенсировать этот недостаток. 
Коррозионная эрозия и, в частности, коррозионная кавитация связана с образованием турбулентности в движущемся потоке, что в 
свою очередь определяется конструктивными особенностями оборудования. В связи с тем что образцы экранируют друг друга от турбулентности потока, данный метод не пригоден для исследования коррозионной эрозии. 
Для определения влияния теплопередачи требуется применение 
специальных образцов-свидетелей, позволяющих моделировать явления, которые наблюдаются, например, в нагревательных элементах 
или трубках конденсатора. Конструкция образцов-свидетелей варьируется от образцов в виде термокарманов до трубок в лабораторном 
теплообменнике. Образцы в виде термокарманов, нагреваемые или 
охлаждаемые с внутренней стороны, помещаются в технологический 
поток. Испытания по определению влияния теплопередачи на скорость коррозии могут быть проведены также в лабораторных условиях. При таких испытаниях образец является частью стенки испытательного сосуда и, как следствие, может нагреваться или охлаждаться с одной стороны. Из-за высокой стоимости данные испытания 
обычно осуществляются только на одном или двух сплавах, выбранных из большой группы. 

2.4. Характеристика образцов-свидетелей 

Конструкция образцов является важным фактором эксплуатационных испытаний. Правильный выбор формы образца, финишной 
обработки поверхности и геометрических размеров образца позволяет оценить различные виды коррозии.  
Образцы для определения равномерной коррозии. Прямоугольная форма образца является наиболее распространенной для оценки 
равномерной коррозии. Применяются также круглые образцы. Прямоугольные образцы являются наиболее распространенными, так как 
большинство сплавов изготовлены в виде пластин или листов. Маркировка образца должна быть четкой и долговечной. Наиболее предпочтительным и простым способом маркировки образца является 
клеймение по шаблону.  
Финишная обработка поверхности образца оказывает значительное влияние на полную стоимость его изготовления. Должна 
быть выбрана наименее дорогая обработка, соответствующая требованиям испытания. Например, недорогая финишная обработка приемлема, когда используются образцы из углеродистой стали для проведения рутинного контроля защиты от коррозии при помощи ингибитора в системах водоподготовки. Образцы могут быть получены 
путем рубки или резки с последующей дробеструйной обработкой 
стеклянными шариками. В случае необходимости ранжирования 
сплавов по коррозионной стойкости в реальных условиях эксплуатации образцы должны иметь шлифованные или механически обработанные торцы и лицевые стороны, подвергнутые пескоструйной обработке. 
В настоящее время доступно большое количество видов финишной обработки образцов: 
а) прокатка; 
б) дробеструйная обработка стеклянными шариками; 
в) пескоструйная обработка; 
г) дробеструйная обработка стальной дробью; 
д) обработка различными абразивными материалами; 
е) механическая обработка; 
ж) электролитическая полировка. 
В идеальном случае финишная обработка поверхности образца 
должна совпадать с финишной обработкой поверхности оборудования. Однако этого сложно добиться по нескольким причинам. Например, для одного и того же металла или сплава конечное состояние 

поверхности может быть различным вследствие применения различных типов прокатки и даже термообработки. Кроме того, возможен 
широкий разброс по количеству окалины и наносов после проведения обработки. Основная задача эксплуатационного испытания – 
оценка коррозионной стойкости исследуемого сплава в условиях реальной эксплуатации. 
Обработка различными абразивными материалами наиболее часто 
используется для подготовки поверхности. При помощи шлифования 
можно удалить с металлической поверхности окалину и такие дефекты, как царапины и питтинги. Стандартная обработка абразивными 
материалами с зернистостью 120 может быть легко проведена без 
применения специального оборудования. Чтобы избежать появления 
склонности нержавеющих сталей и никелевых сплавов к межкристаллитной коррозии вследствие нагрева, требуется охлаждать образец путем мокрого шлифования и уменьшения зернистости абразива. 
Для предотвращения загрязнения поверхности образца необходимо использовать чистые шлифовальные ленты. Например, шлифовальная лента, которая была использована для полировки латунных 
образцов, не должна быть использована для полировки алюминиевых 
образцов.  
Коррозионная стойкость некоторых сплавов (на основе титана 
или циркония) может быть повышена за счет образования на их поверхности оксидных пленок. Для таких сплавов после механической 
обработки образцы следует оставить на воздухе. Однако некоторые 
пленки, формирующиеся во время прокатки или химического травления, могут снижать коррозионную стойкость материала. К ним относятся, например, пленки сульфида железа, образующиеся на углеродистой стали. В таком случае образцы должны быть подвергнуты 
специальной обработке. 
Образцы, полученные с помощью рубки или резки, имеют холоднодеформированные кромки. Влияние холодной деформации простирается от места надреза на глубину, сопоставимую с толщиной 
материала. Такие холоднодеформированные области могут быть 
удалены при помощи шлифовки или механической обработки. В некоторых случаях холоднодеформированные кромки могут оказывать 
влияние на скорость коррозии: например, для некоторых материалов 
остаточные напряжения могут вызвать коррозионное растрескивание. Вместе с тем обработка большого количества кромок может 
стать главным фактором, влияющим на стоимость образца.