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便携式X射线衍射装置将极大提高腐蚀分析效率
发布:s0208_2016   时间:2017/6/28 14:52:21   阅读:566 
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便携式X射线衍射装置可对包括石油管道和天然气管道在内的多种设施进行腐蚀检测分析
图片来源:Olympus
 
根据相关行业内的研发和市场营销人员所说,便携式X射线(XRD)技术在近期所取得的进展将使得一些偏远地区的行业用户能够进一步降低腐蚀分析的成本,同时提高工作效率。

对于一些远程采矿作业或者离岸能源生产设施,腐蚀试验的成本通常较高,因为人们需要将所有可能受到影响的设备运送到专业的实验室内进行全面分析检测。而且,即使在一些发达的大城市地区,大多数实验室都需要花费数周的时间来分析样品。

为了正确的检查以及解决问题,腐蚀工程师们和相关化学家们一般会查看所有的相关信息,以便准确的识别出所有受腐蚀的产品以及所出现的问题,并规划出最合理的维修或者保养策略。从先前的维修历史来看,这整个过程大概会持续数周左右,这样一来,因设备停机时间所造成的损失同样是巨大的。

然而,现在人们可以采用一种便携式现场分析装置在受损设备的所在地进行全面的原位检查。据无损检测技术(NDT)方面的产品专家Dane Burkett介绍,现场分析装置将允许资产所有者直接在石油平台,远程工厂或者炼油厂内分析其相关的腐蚀样品,不再需要将样品或设备运输到专业的实验室内。

“这款分析装置是一个独立、由蓄电池驱动的、能够提供主要,次要和痕量组分全相鉴定的X射线衍射体系。该装置将XRD和定性X射线荧光(XRF)分析技术结合在一个仪器中,可以无缝集成数据和结果。而且,样品制备和仪器操作不需要太详细的技术知识,所以现场任何人都可以运行测试”,Burkett说道。
 
更深层次的研究:
Burkett表示,这款便携式的X射线衍射装置极大的改善了装置的移动便利性,此外,还由于信息的深度和质量的提高,该XRD体系对一些设备分析者将会是极为有利的。

“腐蚀产品的传统分析大都是指示出腐蚀是否存在或者这些腐蚀的化学组成等信息,例如铁锈腐蚀等。然而,XRD技术则可以通过表征这些材料的晶体结构来识别和定量腐蚀以及结垢物,例如磁铁矿或者黑曜石等。腐蚀和结垢物的晶体结构是非常独特的,就像人体指纹一样具有特异性”。Burkett解释道:“XRD就被用于分析及定义这些特征结构。其工作原理是使样品经受单色X射线束的辐照并测量X射线衍射的角度,衍射角的组合是特定腐蚀或者结垢物在给定阶段的特异性特征”。

“与识别化合物的一些其他方法不同,XRD可以识别和定量所有的结晶相。此外,XRD还可以区分具有类似化学性质的不同腐蚀产物和结垢物质”。Burkett说道:“例如,当使用XRD对腐蚀产物进行分析时,铁腐蚀产物,针铁矿、纤铁矿、六方纤铁矿以及四方纤铁矿都能够被很好的识别并区分开来,尽管它们都具有同样的化学式FeO(OH)”。

根据Burkett介绍,化合物的鉴别——而不是鉴别元素组成,对于理解整个腐蚀过程是至关重要的。

“在不同的条件和环境下,腐蚀会形成不同的腐蚀产物和结垢物质”Burkett说道:“关于这些阶段内腐蚀产物的存在以及相关数量信息不仅有助于解释腐蚀过程,而且有助于确定腐蚀发生的根本原因,进而确定设施中的腐蚀起源,同时也可以提出一些相应的可行性解决方案”。

一旦你确定了腐蚀产物或结垢物质,则可以进一步确定其形成的温度,压力,流体化学和pH条件等信息。“如果你知道它是什么,那么你可以相应的确定最好的处理方法,”Burkett说:“也许你可以采用酸洗或在该过程中加入某些类型的抑制剂等,其它一些处理方法,包括使用杀菌剂,替代或增强涂料,研磨机器内部或更换设备等都可以根据具体情况进行选择。此外,了解腐蚀产物是如何形成的还可以帮助工程师优化工艺过程来阻止或减缓腐蚀的发生。例如,可以调节温度或压力等参数”。
 
The compact XRD analyzer is used at a fuel storage depot. Photo courtesy of Olympus
 
技术细节:
该便携式XRD装置所采用的技术最开始是被设计为对美国航空航天局火星科学实验室(MSL)的任务进行化学和矿物学测试所用。该装置使用了专门开发的直接激发电荷耦合器件(CCD)相机,该器件能够同时收集X射线衍射和X射线光谱数据,相机可以同时检测到光子位置和光子能量。

换句话说,该装置可以使用XRD来测量和量化腐蚀产物,同时使用XRF来检验定性其化学性质。调整能量分辨率为200 eV左右,XRF分析将与查看软件显示的图谱一样简单。

该装置还简化了XRD实验的样品制备,样品加载和去除步骤。据Burkett说,只需要花极短的时间就可以对操作人员就样品处理进行良好的培训。

为了确保晶体的随机取向,内置在装置中的样品振动室摒弃了在将样品压成颗粒之前需将其精细研磨至小于10μm的通常要求。相反,现在仅仅只需要粒径小于15微米的样品15毫克,振动室的对流过程使得仪器光学器件能够获取晶体结构的多个取向。

“因此,所得到的XRD分析谱图基本上不会出现‘优先取向效应’现象”,Burkett说道,“值得一提的是,使用基于实验室内的XRD仪器则会经常遇到这种情况”。

粉末处理系统,用于测量衍射角度的非机械型角度计以及并不复杂的移动部件使得该X射线衍射装置具有极高的可携带性和易用性。据Burkett说,这种设备可以在涉及到腐蚀分析和监测的相关领域取得广泛应用,包括石油和天然气,法医和采矿等行业。
 
 
译者:Vince
译自:materialsperformance
 
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