CN110702796A - 获取在役管道腐蚀声发射信号的模拟装置及其获取方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是获取在役管道腐蚀声发射信号的模拟装置及其获取方法，其中模拟装置包括储液槽、循环泵、电磁调节阀、腐蚀声发射信号发生器、流量计、声发射仪器，储液槽、循环泵、电磁调节阀、腐蚀声发射信号发生器、流量计依次通过管线连接成闭合环路，腐蚀声发射信号发生器包括模拟管道、腐蚀介质储槽、腐蚀试片、腐蚀介质原料箱、输送泵，腐蚀介质储槽的底部无底板，直接扣置于模拟管道外，腐蚀介质储槽上部设置端盖。腐蚀介质原料箱、输送泵，腐蚀介质储槽通过腐蚀介质输送管道连接成输送环路，模拟管道的两端分别安装声发射传感器。本发明可用于解决在用管道腐蚀声发射监测的实际问题，可以用于采集在用管道中混有流动噪声的腐蚀声发射信号。

Description

获取在役管道腐蚀声发射信号的模拟装置及其获取方法

技术领域：

本发明涉及的是在用管道腐蚀声发射检测技术领域，具体涉及的是获取在役管道腐蚀声发射信号的模拟装置及其获取方法。

背景技术：

管道作为一种高效、连续的介质输送媒介，与其它的输送方式相比具有自身特有的优势，因此被广泛应用于原油远距离输送、反应物质输送等。近年来，随着国民经济的快速发展，石油等流程性化工用品的需求量大增，在全国建设了大量的石油天然气长输管道。虽然管道在石油化工行业生产运输中有着极为重要的作用，但是管道的工作环境往往处于潮湿恶劣的土壤中，或是输送腐蚀性介质。在多种因素的作用下，管道会发生腐蚀，严重时会出现腐蚀穿孔等失效现象，导致出现环境污染甚至重大伤亡事故。

当前对于在用管道腐蚀情况并无有效的检测方法，超声导波仅可对管道裂纹等较大尺寸缺陷进行无损探伤，无法实时监测到腐蚀的发生。利用声发射技术可实现对管道腐蚀情况进行监测，但是当前的研究仅停留在将管道内存储静止的腐蚀介质中来模拟管道腐蚀现象的阶段，并未考虑到实际在用管道发生腐蚀时介质是在管道中流动的，会产生流动噪声，将直接影响到监测及评价结果。虽然可以从在用管道中采集到流动状态下的管道腐蚀声发射信号，但是无法确定所采集的管道是否发生腐蚀及腐蚀程度。这些问题限制了将声发射技术应用于实际在用管道腐蚀情况的监测。因此如何获取确定腐蚀状况下的含流动噪声的在用管道腐蚀声发射信号，并从中识别出有效的腐蚀声发射信号，是当前在用管道声发射监测需要解决的一大难题。

发明内容：

本发明的目的是提供获取在役管道腐蚀声发射信号的模拟装置，这种获取在役管道腐蚀声发射信号的模拟装置用于模拟并获取管内介质流动状态不同时的腐蚀声发射信号，本发明的另一个目的是获取在役管道腐蚀声发射信号的模拟装置的获取腐蚀声发射信号方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种获取在役管道腐蚀声发射信号的模拟装置包括储液槽、循环泵、电磁调节阀、腐蚀声发射信号发生器、流量计、声发射仪器，储液槽、循环泵、电磁调节阀、腐蚀声发射信号发生器、流量计依次通过管线连接成闭合环路，腐蚀声发射信号发生器包括模拟管道、腐蚀介质储槽、腐蚀试片、腐蚀介质原料箱、输送泵，腐蚀介质储槽的底部无底板，直接扣置于模拟管道外，腐蚀介质储槽与模拟管道相交处设置密封，腐蚀介质储槽上部设置端盖；腐蚀介质原料箱、输送泵，腐蚀介质储槽通过腐蚀介质输送管道连接成输送环路，模拟管道的两端分别安装声发射传感器，模拟管道的两端分别通过变径管与管线连接，模拟管道末端连接的变径管上设置温度计，电磁调节阀、声发射传感器均连接声发射仪器。

上述方案中腐蚀试片吊在端盖中央，这样可以将腐蚀试片悬挂在腐蚀介质储槽中，采用与模拟管道上的腐蚀测试区相同的材质及表面积获取到管道腐蚀测试区的腐蚀程度。

上述方案中腐蚀介质储槽有多个，均匀分布在模拟管道外，可以向腐蚀介质储槽分别泵入不同类型的介质，模拟不同的介质的影响作用，实现产生流动状态下管道腐蚀声发射信号的目的。

上述方案中变径管上安装有加热带，模拟管道安装有保温层，用于加热液体介质，模拟不同温度的流动介质。

上述获取在役管道腐蚀声发射信号的模拟装置获取腐蚀声发射信号的方法：

（1）、首先将储液槽中存储足够的液体介质，开启循环泵，往闭合环路中输送液体介质，形成流动回路；

（2）、实验装置开启：

当闭合环路中形成稳定的流动回路后，调节电磁调节阀的开闭，读取流量计的数值，通过调节得到需要的流量大小，控制加热带的加热功率，使温度计的数值稳定在设定值；

（3）、流动噪声的声发射信号采集：

开始采集声发射信号，采集完成后关闭声发射仪器，再依次关闭电磁调节阀及循环泵，使液体介质在重力作用下流回储液槽；

（4）、混合声发射信号采集：

a、加工腐蚀测试区，打开腐蚀介质储槽容器盖，利用工具在腐蚀介质储槽内部，模拟管道表面刮去防腐涂层，加工出一定大小区域的腐蚀测试区；

b、制作腐蚀试片，参照模拟管道的材料及前面加工出的腐蚀测试区的表面积，加工制作腐蚀试片；

c、称量被腐蚀试件的重量，将被腐蚀试件悬挂于腐蚀介质储槽中，往腐蚀介质储槽中泵入腐蚀介质，封闭腐蚀介质储槽；重复步骤（1）-（3），实验过程中实时观察腐蚀试件的腐蚀情况，并作相应记录；待腐蚀过程结合后，结束声发射采集。取出腐蚀试件称量重量，计算腐蚀试件腐蚀程度，腐蚀的腐蚀程度代表着模拟管道腐蚀测试区的腐蚀程度；

（5）、腐蚀声发射信号的提取：

采用信号处理方法分析流动噪声的声发射信号特性，根据步骤（3）获取到的流动噪声信号特点，采用聚类或相关性分析的方法从混合信号中分离出腐蚀声发射信号，实现在役管道腐蚀声发射信号的采集与识别。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明可用于解决在用管道腐蚀声发射监测的实际问题，可以用于采集在用管道中混有流动噪声的腐蚀声发射信号，通过建立有效的信号分析处理方法识别出混合信号中的腐蚀信号。

2、本发明通过在腐蚀发生器中悬挂与模拟管道材质相同的腐蚀试片，通过试片的重量及厚度变化可获知模拟管道的腐蚀程度，从而与声发射信号参量建立定量关系。且腐蚀声发射信号发生器可多次使用，经济性好。

3、本发明可模拟不同流动状态下的流动噪声，由于管道的工作环境多种多样，输送的介质流量大小也不尽相同，本发明可实现对多种流动状态的模拟，适用范围广。

4、本发明可模拟在管道中液体介质温度不同时，传感器采集到声发射信号。在用管道在输送介质时，有时介质的温度往往高于环境温度，如原油输送。在这种情况下，由于声发射传感器属于可适用于高温的压电陶瓷传感器，因此采集到的信号幅值不会受影响，本发明可以模拟液体介质温度不同时采集到的不同声发射信号，为该技术的实际应用奠定基础。

附图说明：

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中腐蚀声发射信号发生器的结构示意图；

图3是本发明中模拟管道、腐蚀介质储槽连接关系示意图。

图中1-储液槽，2-循环泵，3-电磁调节阀，4-变径管，5-加热带，6-腐蚀声发射信号发生器，7-保温层，8-声发射传感器，9-温度计，10-流量计，11-声发射仪器，12-模拟管道，13-腐蚀介质原料箱，14-腐蚀介质输送管道，15-腐蚀测试区，16-腐蚀试片，17-腐蚀介质储槽，18-输送泵，19-端盖。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

如图1所示，这种获取在役管道腐蚀声发射信号的模拟装置包括储液槽1、循环泵2、电磁调节阀3、腐蚀声发射信号发生器6、流量计10、声发射仪器11，储液槽1、循环泵2、电磁调节阀3、腐蚀声发射信号发生器6、流量计10依次通过管线连接成闭合环路。参阅图2，腐蚀声发射信号发生器6包括模拟管道12、腐蚀介质储槽17、腐蚀试片16、腐蚀介质原料箱13、输送泵18，腐蚀介质储槽17的底部无底板，直接扣置于模拟管道12外，腐蚀介质储槽17与模拟管道12相交处设置密封，腐蚀介质储槽17上部设置端盖19。腐蚀介质原料箱13、输送泵18、腐蚀介质储槽17通过腐蚀介质输送管道14连接成输送环路，模拟管道12的两端分别安装声发射传感器8，模拟管道12的两端分别通过变径管4与管线连接，模拟管道12末端连接的变径管上设置温度计9，模拟管道12与变径管4相连，可以通过其产生腐蚀声发射信号，并获知具体的腐蚀程度。电磁调节阀3、声发射传感器8均连接声发射仪器11。电磁调节阀3可用于调节输入模拟管道12中的流量的大小，实现模拟不同流量下的流动噪声信号。

本发明中腐蚀试片16在进行获取腐蚀声发射信号时使用，使用时，将腐蚀试片16吊在端盖19中央，这样可以将腐蚀试片16悬挂在腐蚀介质储槽17中，采用与模拟管道上的腐蚀测试区相同的材质及表面积获取到管道腐蚀测试区的腐蚀程度。

参阅图3，腐蚀介质储槽17有多个，按一定角度均匀分布在模拟管道12外，可向腐蚀介质储槽17分别泵入不同类型的介质，模拟不同腐蚀介质的影响作用，实现产生流动状态下管道腐蚀声发射信号的目的。

储液槽1用于储存液体介质；循环泵2属于动力设备，用于输送液体介质；变径管4则主要用于输送管道及腐蚀声发射信号发生器6中的模拟管道的连接，变径管4上安装有加热带5，模拟管道12安装有保温层7，用于加热液体介质，模拟不同温度的流动介质。声发射传感器8采用压电陶瓷传感器，使用声发射仪器11来采集信号。温度计9及流量计10测量介质温度与流量。

上述获取在役管道腐蚀声发射信号的模拟装置获取含流动噪声的腐蚀声发射信号的方法：

（1）、声发射仪器初始设定

启动声发射仪器11，将传感器安装在模拟管道12上，使用铅笔在模拟管道上断铅标定，测试传感器的耦合效果，需要在传感器附近标定时幅值达到90dB以上。

（2）、首先将储液槽1中存储足够的液体介质，开启循环泵2，往闭合环路中输送液体介质，形成流动回路；

（3）、实验装置开启：

当闭合环路中形成稳定的流动回路后，调节电磁调节阀3的开闭，读取流量计10的数值，通过调节得到需要的流量大小，控制加热带5的加热功率，使温度计9的数值稳定在设定值；

（4）、流动噪声的声发射信号采集：

开始采集声发射信号，采集完成后关闭声发射仪器11，再依次关闭电磁调节阀3及循环泵2，使液体介质在重力作用下流回储液槽1；

（5）、混合声发射信号采集：

a、加工腐蚀测试区，打开腐蚀介质储槽端盖19，利用工具在腐蚀介质储槽17内部，模拟管道12表面刮去防腐涂层，加工出一定大小区域的腐蚀测试区15；

b、制作腐蚀试片16，参照模拟管道的材料及前面加工出的腐蚀测试区15的表面积，加工制作腐蚀试片16；

c、称量被腐蚀试件的重量，将被腐蚀试件悬挂于腐蚀介质储槽17中，往腐蚀介质储槽17中泵入腐蚀介质，封闭腐蚀介质储槽17；重复步骤（1）-（3），实验过程中实时观察腐蚀试件的腐蚀情况，并作相应记录；腐蚀过程结束后，停止采集。取出腐蚀试件称量重量，计算腐蚀试件腐蚀程度，腐蚀的腐蚀程度代表着模拟管道腐蚀测试区的腐蚀程度；

（6）、腐蚀声发射信号的提取：

采用信号处理方法分析流动噪声的声发射信号特性，根据步骤（3）获取到的流动噪声信号特点，采用聚类或相关性分析等方法从混合信号中分离出腐蚀声发射信号。

Claims (5)

1.一种获取在役管道腐蚀声发射信号的模拟装置，其特征在于：这种获取在役管道腐蚀声发射信号的模拟装置包括储液槽（1）、循环泵（2）、电磁调节阀（3）、腐蚀声发射信号发生器（6）、流量计（10）、声发射仪器（11），储液槽（1）、循环泵（2）、电磁调节阀（3）、腐蚀声发射信号发生器（6）、流量计（10）依次通过管线连接成闭合环路，腐蚀声发射信号发生器（6）包括模拟管道（12）、腐蚀介质储槽（17）、腐蚀试片（16）、腐蚀介质原料箱（13）、输送泵（18），腐蚀介质储槽（17）的底部无底板，直接扣置于模拟管道（12）外，腐蚀介质储槽（17）与模拟管道（12）相交处设置密封，腐蚀介质储槽（17）上部设置端盖（19）；腐蚀介质原料箱（13）、输送泵（18）、腐蚀介质储槽（17）通过腐蚀介质输送管道（14）连接成输送环路；

模拟管道（12）的两端分别安装声发射传感器（8），模拟管道（12）的两端分别通过变径管（4）与管线连接，模拟管道（12）末端连接的变径管上设置温度计（9），电磁调节阀（3）、声发射传感器（8）均连接声发射仪器（11）。

2.根据权利要求1所述的获取在役管道腐蚀声发射信号的模拟装置，其特征在于：所述的腐蚀试片（16）吊在腐蚀介质储槽端盖（19）中央，将腐蚀试片（16）悬挂在腐蚀介质储槽（17）中。

3.根据权利要求2所述的获取在役管道腐蚀声发射信号的模拟装置，其特征在于：所述的腐蚀介质储槽（17）有若干个，均匀分布在模拟管道（12）外，向腐蚀介质储槽（17）分别泵入不同类型的腐蚀介质，模拟不同腐蚀介质的影响作用，实现产生流动状态下管道腐蚀声发射信号的目的。

4.根据权利要求3所述的获取在役管道腐蚀声发射信号的模拟装置，其特征在于：所述的变径管（4）上安装有加热带（5），模拟管道（12）外安装有保温层（7）。

5.一种权利要求4所述的获取在役管道腐蚀声发射信号的模拟装置获取腐蚀声发射信号的方法，其特征在于：

（1）、首先将储液槽（1）中存储足够的液体介质，开启循环泵（2），往闭合环路中输送液体介质，形成流动回路；

（2）、实验装置开启：

当闭合环路中形成稳定的流动回路后，调节电磁调节阀（3）的开闭，读取流量计（10）的数值，通过调节得到需要的流量大小，控制加热带（5）的加热功率，使温度计（9）的数值稳定在设定值；

（3）、流动噪声的声发射信号采集：

开始采集声发射信号，时长为两个小时，采集完成后关闭声发射仪器（11），再依次关闭电磁调节阀（3）及循环泵（2），使液体介质在重力作用下流回储液槽（1）；

（4）、混合声发射信号采集：

a、加工腐蚀测试区（15），打开腐蚀介质储槽容器盖（19），利用工具在腐蚀介质储槽（17）内部，模拟管道（12）表面刮去防腐涂层，加工出一定大小区域的腐蚀测试区（15）；

b、制作腐蚀试片（16），参照模拟管道的材料及前面加工出的腐蚀测试区的表面积，加工制作腐蚀试片（16）；

c、称量被腐蚀试件的重量，将被腐蚀试件悬挂于腐蚀介质储槽（17）中，往腐蚀介质储槽（17）中泵入腐蚀介质，封闭腐蚀介质储槽（17）；重复步骤（1）-（3），进行混合声发射信号的采集；

实验过程中实时观察腐蚀试件的腐蚀情况，并作相应记录；

待腐蚀过程结束后，终止声发射信号采集；取出腐蚀试件称量重量，计算腐蚀试件腐蚀程度，腐蚀的腐蚀程度代表着模拟管道腐蚀测试区的腐蚀程度；

（5）、腐蚀声发射信号的提取：

采用信号处理方法分析流动噪声的声发射信号特性，根据步骤（3）获取到的流动噪声信号特点，采用聚类或相关性分析等方法从混合信号中分离出腐蚀声发射信号，实现在役管道腐蚀声发射信号的采集与识别。

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