CN107702635A

CN107702635A - 壁厚监测方法和装置

Info

Publication number: CN107702635A
Application number: CN201711122091.6A
Authority: CN
Inventors: 陈志模; 钱积惠; 陈翔
Original assignee: Chengdu Six Hui Technology Co Ltd
Current assignee: Chengdu Six Hui Technology Co Ltd
Priority date: 2017-11-14
Filing date: 2017-11-14
Publication date: 2018-02-16

Abstract

本发明实施例提供一种壁厚监测方法和装置，应用于壁厚监测仪，其中，待测管道的外壁设置有用于电压测量的测量电极对，所述壁厚监测方法包括获取测量电极对上的电压值，并根据该电压值计算管壁厚度。本发明利用管道内壁减薄时出现的微小电阻变化，实现对管道壁厚的测量，既能保证测量数据的精度，又能确保测量方便，实施简单。

Description

壁厚监测方法和装置

技术领域

本发明涉及管道壁厚测量技术领域，具体而言，涉及一种壁厚监测方法和装置。

背景技术

由于石油、化工等企业的高温高压管道或大型容器等设备在使用过程中存在管壁腐蚀、减薄的问题，因此必须对其壁厚进行实时在线监测以防止管道或容器等因过度减薄而出现泄漏、爆裂而引发的火灾等恶性事故。但现有技术中的管壁厚度测量方法仅能给出壁厚变小的大致趋势，并不能给出当前壁厚的具体数据，且初次安装需在管道上开孔、加螺纹等，操作麻烦，此外，现有的管道壁厚监测和运维成本过高。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种壁厚监测方法和装置，能够有效解决上述问题。

本发明较佳实施例提供一种壁厚监测方法，应用于壁厚监测仪，待测管道的外壁外上设置有用于电压测量的测量电极对，所述壁厚监测方法包括：

检测并获取测量电极对上的电压值；

根据该电压值和预设规则计算所述待测管道的管壁厚度。

在本发明较佳实施例的选择中，根据该电压值计算管壁厚度σ的方法为：其中，D₁为管的外径，K为电压的放大系数，ρ为管壁的电阻率，I为输入电流，ε为系统的修正系数，l为测量电极对的距离，V_m为测量电压值。

在本发明较佳实施例的选择中，所述待测管道外壁设置有第一电流电极和第二电流电极，所述测量电极对位于所述第一电流电极和所述第二电流电极之间，在获取测量电极对上的电压值的步骤之前，所述壁厚监测方法还包括：

提供预设强度的电流给所述第一电流电极和第二电流电极以使得所述测量电极对上存在电压。

在本发明较佳实施例的选择中，所述电流为直流或脉冲电流。

在本发明较佳实施例的选择中，所述测量电极对为多个。

在本发明较佳实施例的选择中，所述方法还包括：

判断所述管壁厚度是否位于安全阈值范围内，若否，则根据该管壁厚度生成报警信息进行报警。

本发明较佳实施例还提供一种壁厚监测装置，应用于壁厚监测仪，待测管道外壁设置有用于电压测量的测量电极对，所述壁厚监测装置包括：

电压采集模块，用于获取测量电极对上的电压值；

厚度计算模块，用于根据该电压值计算所述所述待测管道的管壁厚度。

在本发明较佳实施例的选择中，所述管壁厚度σ可通过计算得到，其中，D₁为管的外径，K为电压的放大系数，ρ为管壁的电阻率，I为输入电流，ε为系统的修正系数，l为测量电极对的距离，V_m为测量电压值。

电流施加模块，用于提供预设强度的电流给所述第一电流电极和第二电流电极。

与现有技术相比，本发明提供的壁厚监测方法和装置，通过测量设置于管道外壁上的测量电极对上的电压，实现对管道壁厚的测量，能够实时、精确监控管道的壁厚，以有效防止发生因过度减薄而出现泄漏、爆裂而引发火灾等恶性事故。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的壁厚监测仪的方框结构示意图。

图2为本发明实施例提供的壁厚监测方法和装置的应用场景示意图。

图3为本发明实施例提供的壁厚监测方法的流程示意图。

图4为本发明实施例提供的壁厚监测装置的方框结构示意图。

图标：10-壁厚监测仪；100-壁厚监测装置；110-电流施加模块；120-电压采集模块；130-厚度计算模块；200-存储器；300-存储控制器；400-处理器；20-第一电流电极；30-第二电流电极；40-测量电极对；50-管道。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

现有技术中，普遍采用探针电阻监测法实现对管道50、容器等壁厚进行监测，但探针电阻监测法需要在待监测管道50或容器上开孔、攻螺纹等，进而将一根将一根与管道50同种材料作成的电阻丝探针插入管内，然后将探针组件密封，电极则伸出管外，随运行时间的增加，探针电阻丝因腐蚀变小、电阻增大，从而通过测量电阻值的改变量间接预测管壁厚度减小的趋势。但是，现有的探针电阻监测法存在以下缺点。

(1)探针电阻监测法仅能测量管壁厚度变小的大致趋势，无法给出壁厚的具体数据。

(2)初次安装需在管道50上开孔，加工密封螺纹，操作繁琐，费用高。

(3)运行维修费用高，探针电阻丝因腐蚀而损坏，每半年左右就要更换新的探针。例如，一个年产500万吨的石化厂，每年仅更换探针的费用即可达到500万元以上。

为解决上述问题，请参阅图1，为应用本实施例给出的壁厚监测方法和装置的壁厚监测仪10的方框结构示意图，其中，该壁厚监测仪10包括壁厚监测装置100、存储器200、存储控制器300以及处理器400。其中，所述存储器200、存储控制器300、处理器400各元件相互之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。例如，这些元件之间通过一条或多条通讯总线或信号线实现电性连接。所述壁厚监测装置100包括至少一个可以软件或固件的形式存储于所述存储器200中或固化在所述终端设备10的操作系统中的软件功能模块。所述处理器400在所述存储控制器300的控制下访问所述存储器200，以用于执行所述存储器200中存储的可执行模块，例如所述壁厚监测装置100所包括的软件功能模块及计算机程序等。

应当理解，图1所示的结构仅为示意。所述壁厚监测仪10可以具有比图1所示更多或者更少的组件，或者具有与图1所示不同的配置。其中，图1所示的各组件可以由软件、硬件或者其组合实现。

进一步地，请参阅图2，为本发明实施例提供的壁厚监测仪10的应用场景示意图，该管道50(容器)外壁上设置有用于电流输入的第一电流电极20和第二电流电极30，以及位于该第一电流电极20和第二电流电极30之间的用于进行电压测量的测量电极对40。其中，在所述第一电流电极20和第二电流电极30获得电流后，所述测量电极对40上会产生电压，且该电压值与设置该测量电极对40的管道50的横截面的大小有关(图中所示的H为管壁厚度)。在此应理解，所述管道50等设备为能够导电的金属材质制成。

实际实施时，可通过独立的电流源或集成于该壁厚监测仪10中的电流源向所述第一电流电极20和第二电流电极30提供电流(图2中所示的箭头为电流的流向)，另外，所述壁厚监测仪10与所述所述测量电极对40电连接，以检测该测量电极对40上的电压值。

可选地，根据实际实施过程中待测管道50等的具体尺寸，所述测量电极对40可以为多个，且多个所述测量电极对40均位于所述第一电流电极20和所述第二电流电极30之间。其中，该多个所述测量电极对40可等间隔设置于所述第一电流电极20和所述第二电流电极30之间。另外，当所述测量电极对40为多个时，各测量电极对40可共用一根地线。

进一步地，本实施例中，所述第一电流电极20、第二电流电极30以及测量电极对40可通过焊接、捆扎或压接的方式设置于所述待测管道50的外壁，从而可有效避免现有技术中通过开孔、加工密封螺纹等方式造成的操作繁琐和实现成本高的问题，且不会对待测管道50造成损伤，大幅度提高了管道50的壁厚测量过程的便捷性。

应注意，在设置所述第一电流电极20、第二电流电极30以及测量电极对40时，可通过专用研磨工具在不影响保温层使用的情况下作外壁清洁处理，保证该第一电流电极20、第二电流电极30以及测量电极对40与待测管壁外侧的电接触良好。

另外，由于本实施例中给出的第一电流电极20、第二电流电极30以及测量电极对40的设置方式灵活，且操作简单，因此，在实际实施时，所述壁厚监测既可以是定点在线监测，也可以是移动监测等，本实施例在此不做具体限制。

基于上述描述，本实施例可将管道50上的微小电阻转换为电信号，并通过对该电信号进行处理的方式得到管壁厚度，具体请参阅图3，为本实施例给出的应用于上述壁厚监测仪10的壁厚监测方法的流程示意图，下面将结合图3对所述壁厚监测方法的具体流程及步骤进行详细阐述。所应说明的是，本发明所述的数据交互方法并不以图3以及以下所述的具体顺序为限制。应当理解，本发明所述的数据交互方法其中部分步骤的顺序可以根据实际需要相互交换，或者其中的部分步骤也可以省略或删除。

步骤S110，提供预设强度的电流给所述第一电流电极20和第二电流电极30以使得所述测量电极对40上存在电压。

其中，所述预设强度可根据实际情况进行灵活设计，但是在针对每个待测管道50的持续测量过程中，应保持该预设强度一致，从而确保测量过程的准确性。

另外，在本实施例中，所述预设强度的电流可以由可调节的恒流源提供，且输入电流的方式可以是，但不限于直流或脉冲电流等。

步骤S120，检测并获取测量电极对40上的电压值。

具体地，所述测量电极对40可以由两个电极构成。实际实施时，由于在电流强度一定的前提下，若所述管壁内部发生腐蚀等导致该管壁厚度减小时，则该处管壁产生的微电阻值也会发生变化，进而影响测量电极对40上的电压发生变化。因此，在本实施例中，可通过测量电极对40上的电压值求取该出管壁厚度。在此应注意，若所述测量电极对40为多个，那么需要分别测量多个测量电极对40上的电压，且每个测量电极对40上的电压值与设置该测量电极对40的管壁厚度对应。

步骤S130，根据该电压值计算所述待测管道50的管壁厚度。

具体地，以图2为例，在对所述第一电流电极20和所述第二电流电极30输入预设强度的电流后，位于二者之间的测量电极对40上会产生对应电压，且该电压大小与该测量电极对40中的电极之间的电阻值成反比，即电阻越小，电压越大；而所述测量电极对40中的电极之间的电阻值又与设置该测量电极对40的管壁的横截面成反比，即横截面越大，电阻值越小，测量电阻对上的电压越小。

因此，在本实施例中，只要测量得到所述测量电极对40上的电压值即可测量出待测管道50的横截面积，进而根据预设规则计算出该待测管道50的管壁厚度。例如，实际实施时，以图2为例，假设D₁为待测管道50的外径，K为电压的放大系数，ρ为管壁的电阻率，I为输入电流，ε为系统的修正系数，l为测量电极对40的距离，V_m为获取到的测量电极对40上的电压值，那么，管壁厚度σ可通过以下公式计算得到。

由此可以看出，本实施给出的管壁厚度测量方法可以精确得到管壁厚度的具体数据(其中，测量误差值可控制在±0.3mm)，进而可根据该具体数据准确判断是否需要进行管道50的更换等，有效保证了如石油、化工等企业在使用高温、高压管道50或大型容器过程中的安全性，大幅降低企业运营成本。

在此应注意，以石油、化工企业使用的高温、高压管道50为例，一般情况下，其管道50的横截面积都很大，例如对于1-2米长度管而言，其电阻值仅为μΩ数量级，那么，假设恒流源输入安培级电流给所述第一电流电极20和第二电流电极30，那么测量电极对40上产生的电压也仅为μV量级，因此，为了保证测量精度，在测量过程中需要对测量得到的所述测量电极对40上的电压值进行放大，且放大至伏特级电压以上，因此，在本实施例中可通过对测量电压乘以放大系数K实现，具体如上式所示。另外，上述修正系数ε与待测管道50的温度以及待测电极对到壁厚监测仪10的距离等因素有关，实际实施时，该修正系数ε可通过多次实验得到。

进一步地，为了便于工作人员监控待测管道50的壁厚状态，及时更换管道50以防止安全事故发生，在本实施例中，还可根据测量到的壁厚数据进行报警等处理，具体如步骤S140。

步骤S140，判断所述管壁厚度是否位于安全阈值范围内，若否，则根据该管壁厚度生成报警信息进行报警。

其中，所述安全阈值范围可根据待测管道50的实际情况等因素进行灵活设计，本实施例在此不做具体限制。另外，在监测到壁厚值超出安全阈值时，则可根据当前壁厚状态和安全系数等生成对应的报警信息进行报警，以提醒工作人员及时进行管道50等设备的更换，避免安全事故的发生。可选地，按照管道50耐热、耐腐蚀等实际状态，所述报警信息可以分为多个级别，例如，一级警报、二级警报等。

如图4所示，为本实例给出的应用于所述壁厚监测仪10的壁厚监测装置100的方框结构示意图，其中，该壁厚监测装置100包括电流施加模块110、电压采集模块120和厚度计算模块130。

所述电流施加模块110，用于提供预设强度的电流给所述第一电流电极20和第二电流电极30以使得所述测量电极对40上存在电压。

本实施例中，关于所述电流施加模块110的描述具体可参考对图3中所示的步骤S110的详细描述，也即，所述步骤S110可以由所述电流施加模块110执行。

所述电压采集模块120，用于获取测量电极对40上的电压值。

本实施例中，关于所述电压采集模块120的描述具体可参考对图3中所示的步骤S120的详细描述，也即，所述步骤S120可以由所述电压采集模块120执行。

所述厚度计算模块130，用于根据该电压值计算所述所述待测管道的管壁厚度。

本实施例中，关于所述厚度计算模块130的描述具体可参考对图3中所示的步骤S130的详细描述，也即，所述步骤S130可以由厚度计算模块130执行。

另外，本实施例中，所述壁厚监测装置100还可包括报警模块，该报警模块用于判断所述管壁厚度是否位于安全阈值范围内，若否，则根据该管壁厚度生成报警信息进行报警。其中，关于所述报警模块的描述具体可参考对图3中所示的步骤S140的详细描述，也即，所述步骤S140可以由所述报警模块执行。

综上所述，本发明提供的壁厚监测方法和装置，通过测量设置于管道50外壁上的测量电极对40上的电压，实现对管道50的壁厚的测量，能够实时、精确监控管道50的壁厚，有效防止发生因过度减薄而出现泄漏、爆裂而引发火灾等恶性事故，同时大幅降低壁厚监测过程中的运营成本。

在本发明的描述中，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明实施例所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其他方式实现。以上所描述的装置和方法实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的预设数量个实施例的装置、方法和计算机程序产品可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分。所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或预设数量个用于实现规定的逻辑功能。

也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种壁厚监测方法，应用于壁厚监测仪，其特征在于，待测管道的外壁外上设置有用于电压测量的测量电极对，所述壁厚监测方法包括：

检测并获取测量电极对上的电压值；

根据该电压值计算所述待测管道的管壁厚度。

2.根据权利要求1所述的壁厚监测方法，其特征在于，根据该电压值计算管壁厚度σ的方法为：其中，D₁为管的外径，K为电压的放大系数，ρ为管壁的电阻率，I为输入电流，ε为系统修正系数，l为测量电极对的距离，V_m为测量电压值。

3.根据权利要求1所述的壁厚监测方法，其特征在于，所述待测管道外壁设置有第一电流电极和第二电流电极，所述测量电极对位于所述第一电流电极和所述第二电流电极之间，在获取测量电极对上的电压值的步骤之前，所述壁厚监测方法还包括：

4.根据权利要求3所述的壁厚监测方法，其特征在于，所述电流为直流或脉冲电流。

5.根据权利要求1所述的壁厚监测方法，其特征在于，所述测量电极对为多个。

6.根据权利要求1所述的壁厚监测方法，其特征在于，所述方法还包括：

7.一种壁厚监测装置，应用于壁厚监测仪，其特征在于，待测管道外壁设置有用于电压测量的测量电极对，所述壁厚监测装置包括：

电压采集模块，用于获取测量电极对上的电压值；

厚度计算模块，用于根据该电压值计算所述待测管道的管壁厚度。

8.根据权利要求7所述的壁厚监测装置，其特征在于，所述管壁厚度σ可通过计算得到，其中，D₁为管的外径，K为电压的放大系数，ρ为管壁的电阻率，I为输入电流，ε为系统修正系数，l为测量电极对的距离，V_m为测量电压值。

9.根据权利要求7所述的壁厚监测装置，其特征在于，所述待测管道外壁设置有第一电流电极和第二电流电极，所述测量电极对位于所述第一电流电极和所述第二电流电极之间，在获取测量电极对上的电压值的步骤之前，所述壁厚监测方法还包括：

电流施加模块，用于提供预设强度的电流给所述第一电流电极和第二电流电极以使得所述测量电极对上存在电压。

10.根据权利要求9所述的壁厚监测装置，其特征在于，所述电流为直流或脉冲电流。