CN111855548A - 一种压力管路腐蚀损伤的监测探针、系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种压力管路腐蚀损伤的监测探针、系统及其方法，其中，该监测探针包括腐蚀片、应变测量片、应变数据传输电缆和密封组件；腐蚀片包括迎流面和检测面，迎流面和检测面分别设于腐蚀片相对的两侧，迎流面外露于密封组件外，检测面密封设于密封组件内，腐蚀片的材质与待测量的压力管路材质相同；应变测量片密封设于密封组件内，应变测量片与检测面电性连接；应变数据传输电缆的一端置于密封组件外，应变数据传输电缆的一端密封设于密封组件内，应变数据传输电缆与应变测量片电性连接；测量时，此监测探针与参比探针配合使用，通过监测探针与参比探针之间的应变差值监测腐蚀片的腐蚀损伤状态，以实现对压力管道腐蚀损伤状态的精确监测。
Description
技术领域
本发明涉及压力管路监测的技术领域，特别涉及一种压力管路腐蚀损伤的监测探针、系统及其方法。
背景技术
压力管路广泛应用于船舶、石化、核电等领域。根据应用领域的不同，压力管道的内部环境介质多样，如舰船领域的压力海水管路、核电领域的二回路高压蒸汽管路、石化领域的油气输送管路等。无论是何种介质环境，压力管道完整性都是保障系统安全运行的根本条件。从运行情况看，压力管路内部介质造成的腐蚀损伤是导致管路减薄、泄露的主要因素，开展压力管路腐蚀损伤状态的实时监测对评估管路状态、保证运行安全、避免突发性腐蚀泄露事故有重要意义。
目前，压力管路腐蚀状态实时监测以侵入式的测试探针为主，包含物理测试探针和电化学测试探针两大类。其中，物理测试探针包括电阻测量探针、失重挂片等，电化学探针包括交流阻抗探针、线性极化探针等。
然而，这些侵入式的腐蚀状态监测技术有很大的局限性：
(1)侵入式的腐蚀测探针会破坏压力管路的完整性，监测探针自身会成为压力管路系统的薄弱环节和隐患部位，一旦监测探针自身密封失效，会导致被测系统压力边界的破坏，管路内部高压介质在监测部位优先泄露，引发事故。
(2)电化学腐蚀监测探针选择性强，只能用于含水的电解质环境；对管路内部的多相流冲刷、温度冲击等环境因素响应敏感，监测数据离散程度大，适用性不广。
(3)电阻式探针寿命短，无法实现长时间的稳定监测，而腐蚀挂片需要定时取样，人工成本大，带压拆卸流程复杂。
针对上述问题，急需一种可以有效避免目前压力管路腐蚀监测技术缺陷的技术方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种压力管路腐蚀损伤的监测探针、系统及其方法，以解决现有监测探针选择性受限过强的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种压力管路腐蚀损伤的监测探针，包括腐蚀片、应变测量片、应变数据传输电缆和密封组件；所述腐蚀片包括迎流面和检测面，所述迎流面和所述检测面分别设于所述腐蚀片相对的两侧，所述迎流面外露于所述密封组件外，所述检测面密封设于所述密封组件内，所述腐蚀片的材质与待测量的压力管路材质相同；所述应变测量片密封设于所述密封组件内，所述应变测量片与所述检测面电性连接；所述应变数据传输电缆的一端置于所述密封组件外，所述应变数据传输电缆的一端密封设于所述密封组件内，所述应变数据传输电缆与所述应变测量片电性连接。
在其中一个实施例中，所述密封组件包括套筒、密封螺母和玻璃钢保护套；所述套筒的一端口安装有所述腐蚀片，所述迎流面外露于所述套筒外，所述检测面与所述应变测量片贴合连接，所述套筒的另一端口安装有所述密封螺母；所述玻璃钢保护套设于所述套筒内，所述玻璃钢保护套与所述套筒内壁之间密封连接，所述应变数据传输电缆穿过所述密封螺母、所述玻璃钢保护套与所述应变测量片电性连接，所述玻璃钢保护套内填充有密封胶泥，所述密封胶泥阻断所述套筒两端口之间的导通。
在其中一个实施例中，所述密封组件还包括密封圈和密封垫；所述密封圈夹持于所述套筒内壁与所述玻璃钢保护套外壁之间，所述密封圈设于与所述腐蚀片相邻处；所述密封垫夹持于所述套筒内壁与所述玻璃钢保护套外壁之间，所述密封垫设于与所述密封螺母相邻处。
在其中一个实施例中，所述套筒内壁与所述玻璃钢保护套外壁之间设有橡胶石棉盘根，所述橡胶石棉盘根包围于所述密封垫外。
在其中一个实施例中，所述应变测量片为电阻式应变传感器或光纤式应变传感器。
为了实现通过应变数据表征监测探针腐蚀片的腐蚀损伤量，本发明还提供了一种压力管路腐蚀损伤的监测系统，包括待测的压力管路、处理终端、参比探针和上述的监测探针；所述压力管路设有监测孔和参比孔，所述监测孔和所述参比孔均与所述压力管路内部导通；所述参比探针与所述处理终端电性连接，所述参比探针设有耐腐蚀片，所述耐腐蚀片与所述腐蚀片的材质不相同；所述参比探针设于所述参比孔内，所述耐腐蚀片外露的表面朝向所述压力管路的内部；所述监测探针与所述处理终端电性连接，所述监测探针设于所述监测孔内，所述迎流面朝向所述压力管路的内部；所述处理终端用于根据所述参比探针和所述监测探针的检测结果得出所述压力管路的腐蚀程度。
在其中一个实施例中，所述耐腐蚀片为钛合金片。
在其中一个实施例中，所述迎流面与所述压力管路的内管壁平齐，所述耐腐蚀片外露的表面与所述压力管路的内管壁平齐。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种压力管路腐蚀损伤的监测方法，包括以下步骤，
S1，根据待检测压力管路的材质，制作上述的监测探针；
S2，在所述压力管路上设置参比探针和所述监测探针，以对所述压力管路内部进行监测；
S3，利用处理终端分析所述参比探针和所述监测探针检测结果的差值，以此得出所述压力管路的腐蚀损伤程度，所述腐蚀损伤程度与所述差值成正比。
在其中一个实施例中，在S1中，根据所述压力管路内部流动介质的腐蚀性设定所述腐蚀片的厚度，所述腐蚀片的厚度与所述流动介质的腐蚀性成正比。
本发明的有益效果如下：
由于所述腐蚀片的材质与待测量的压力管路材质相同，所以监测探针选择范围不再受限，无论压力管路用于供哪种物质流通，监测探针均可与压力管路匹配适用，切实解决了现有技术存在的困境。
另外，本发明还提供了应用此监测探针的监测系统和监测方法，此时还使本发明具备了下述的有益效果。
1、监测探针的敏感性高，能够实时快速反应，比传统的电化学探针和电阻探针精度高；
2、适用环境广，对压力管路内部介质无特殊要求，汽、液、多相流介质环境的压力管路均适用；
3、腐蚀损伤监测信号依靠物理应变的测量，不需要满足常规电化学监测手段所必须满足的电解质环境；
4、监测探针采用多道密封技术，确保了探针测量元件损伤破坏后，整支探针还具有良好的密封性能，保证了被测压力管路的压力边界安全；
5、环境参数影响小，适用于高温、低温、污损等多种环境；
6、参比探针还可用于管路内部压力的监测。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，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的附图。
图1是本发明监测探针第一个实施例提供的剖视结构示意图；
图2是本发明监测探针第二个实施例提供的剖视结构示意图；
图3是本发明监测探针第三个实施例提供的剖视结构示意图；
图4是本发明监测探针第四个实施例提供的剖视结构示意图；
图5是本发明监测系统实施例提供的结构示意图。
附图标记如下：
10、腐蚀片；11、迎流面；12、检测面；
20、应变测量片；
30、应变数据传输电缆；
40、密封组件；41、套筒；42、密封螺母；43、玻璃钢保护套；44、密封胶泥；45、密封圈；46、密封垫；47、橡胶石棉盘根；
51、压力管路；511、监测孔；512、参比孔；52、监测探针；53、参比探针；531、耐腐蚀片；54、处理终端；55、安装套筒。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。
本发明提供了一种压力管路腐蚀损伤的监测探针，监测探针的第一个实施例如图1所示，包括腐蚀片10、应变测量片20、应变数据传输电缆30和密封组件40；腐蚀片10包括迎流面11和检测面12，迎流面11和检测面12分别设于腐蚀片10相对的两侧，迎流面11外露于密封组件40外，检测面12密封设于密封组件40内，腐蚀片10的材质与待测量的压力管路材质相同；应变测量片20密封设于密封组件40内，应变测量片20与检测面12电性连接；应变数据传输电缆30的一端置于密封组件40外，应变数据传输电缆30的一端密封设于密封组件40内，应变数据传输电缆30与应变测量片20电性连接。
以图1所示方向为参考，此时腐蚀片10和应变测量片20均设于密封组件40的下部，腐蚀片10的上表面为检测面12，检测面12密封设于密封组件40内，腐蚀片10的下表面为迎流面11，迎流面11外露于密封组件40外，而应变数据传输电缆30则从上往下穿入密封组件40内，以此实现与应变测量片20的电性连接，以便于将应变测量片20测得的数据进行往外传输。
由于腐蚀片10的材质与待测量的压力管路材质相同，所以监测探针选择范围不再受限，无论压力管路用于供哪种物质流通，监测探针均可与压力管路匹配适用，切实解决了现有技术存在的困境。
其中，应变测量片20的选择并无特殊限制，譬如可设置应变测量片20为电阻式应变传感器或光纤式应变传感器。
监测探针的第二个实施例如图2所示，其与监测探针的第一个实施例基本一致，区别在于，密封组件40包括套筒41、密封螺母42和玻璃钢保护套43；套筒41的一端口安装有腐蚀片10，迎流面11外露于套筒41外，检测面12与应变测量片20贴合连接，套筒41的另一端口安装有密封螺母42；玻璃钢保护套43设于套筒41内，玻璃钢保护套43与套筒41内壁之间密封连接，应变数据传输电缆30穿过密封螺母42、玻璃钢保护套43与应变测量片20电性连接，玻璃钢保护套43内填充有密封胶泥44，密封胶泥44阻断套筒41两端口之间的导通。
上述结构能够为监测探针的内部密封性能提供重要保障，即使腐蚀片10被腐蚀损坏，密封组件40也能确保整支监测探针还具有良好的密封性能，保证了被测压力管路的压力边界安全。
监测探针的第三个实施例如图3所示，其与监测探针的第二个实施例基本一致，区别在于，密封组件40还包括密封圈45和密封垫46；密封圈45夹持于套筒41内壁与玻璃钢保护套43外壁之间，密封圈45设于与腐蚀片10相邻处；密封垫46夹持于套筒41内壁与玻璃钢保护套43外壁之间，密封垫46设于与密封螺母42相邻处。
即此实施例加强了套筒41与玻璃钢保护套43之间的密封性能，再次加强了被测压力管路的压力边界安全。
监测探针的第四个实施例如图4所示，其与监测探针的第三个实施例基本一致，区别在于，套筒41内壁与玻璃钢保护套43外壁之间设有橡胶石棉盘根47，橡胶石棉盘根47包围于密封垫46外。
所以橡胶石棉盘根47与密封垫46的配合能够进一步提高密封组件40的密封性能，即更进一步加强了被测压力管路的压力边界安全。
如图5所示，为对上述监测探针进行应用，本发明还提供了一种压力管路腐蚀损伤的监测方法，包括以下步骤，
S1，根据待检测压力管路51的材质，制作上述的监测探针52；
S2，在压力管路51上设置参比探针53和监测探针52，以对压力管路51内部进行监测；
S3，利用处理终端54分析参比探针53和监测探针52检测结果的差值，以此得出压力管路51的腐蚀损伤程度，腐蚀损伤程度与差值成正比。
本发明利用材料腐蚀损伤后、在压力作用下其固有应变将相应发生变化这一原理，设计一种通过监测材料固有应变的变化来反映腐蚀减薄状态的监测探针52，并采用参比探针53和监测探针52对比的方法来量化分析被测管路的腐蚀累积损伤状态。同时，通过对探针自身密封性质的多重设计，保证探针自身的密封可靠。
由于腐蚀片10与被测压力管路51材料一致，其腐蚀损伤可以代表被测压力管路51内壁的腐蚀损伤情况，所以测量腐蚀片10腐蚀减薄后在管路内部压力作用下的应变情况，测量的数据通过监测探针52内部电缆传输至处理终端54。
在应用时，上述监测探针52中腐蚀片10应变的变化来着两方面：一是系统内部压力的波动变化，二是腐蚀片10损伤减薄后导致的应变变化。因此，采用设置参比探针53方法获取因腐蚀减薄导致应变的变化量，进而得到腐蚀片10的累积损伤量。参比探针53的耐腐蚀片531采用耐蚀材料制作(如钛合金等)，在测量过程中参比探针53的耐腐蚀片531不会发生腐蚀减薄，因此参比探针53上的应变变化均来自系统内部压力的波动。监测探针52与参比探针53之间应变的差值，完全是由监测探针52腐蚀片10的腐蚀减薄所引起，通过分析该差值可以得出监测探针52腐蚀片10的累积腐蚀损伤程度，达到压力管路51腐蚀损伤状态监测的目的。
所以参比探针53内部结构与监测探针52可以设置为一致，只需确保耐腐蚀片531采用耐蚀材料制作便可，此时参比探针53也可用于监测管路内部压力的变化。
需要指出，不同压力管路51内部流通的介质不同，其腐蚀程度也可能存在较大差异，所以为更好应对各种监测环境，在S1中，根据压力管路51内部流动介质的腐蚀性设定腐蚀片10的厚度，腐蚀片10的厚度与流动介质的腐蚀性成正比，即介质腐蚀性越强，就设置腐蚀片10的厚度越厚，以为监测探针52的使用寿命提供保障。
所以采用上述监测方法后，本发明可建成一种压力管路腐蚀损伤的监测系统，包括待测的压力管路51、处理终端54、参比探针53和上述的监测探针52；压力管路51设有监测孔511和参比孔512，监测孔511和参比孔512均与压力管路51内部导通；参比探针53与处理终端54电性连接，参比探针53设有耐腐蚀片531，耐腐蚀片531与腐蚀片10的材质不相同；参比探针53设于参比孔512内，耐腐蚀片531外露的表面朝向压力管路51的内部；监测探针52与处理终端54电性连接，监测探针52设于监测孔511内，迎流面朝向压力管路51的内部；处理终端54用于根据参比探针53和监测探针52的检测结果得出压力管路51的腐蚀程度；其工作原理与上文一致，故此不再叙述。
需要指出，为确保耐腐蚀片531的耐腐蚀性能，此实施例优选设置耐腐蚀片531为钛合金片；而且为确保监测探针52的应用环境与压力管路的应用环境一致，还设置迎流面与压力管路51的内管壁平齐，耐腐蚀片531外露的表面与压力管路51的内管壁平齐，以此提高监测的准确性。
在实际安装时，监测探针52与参比探针53安装位置邻近，探针通过压力管路51上的安装套筒55与压力管路通过螺纹连接方式相连，监测探针52的腐蚀片10与压力管路51内壁平齐，还能避免影响压力管路51内部流场状态。监测探针52和参比探针53上的应变数据同时通过连接电缆传输至处理终端54，通过数据的对比和计算分析，根据两者之间的差值推算出监测探针52的腐蚀减薄量，从而得知压力管路51内部的腐蚀情况。
综上所述，本发明至少具备以下有益效果：
1、监测探针52的敏感性高，能够实时快速反应，比传统的电化学探针和电阻探针精度高；
2、适用环境广，对压力管路51内部介质无特殊要求，汽、液、多相流介质环境的压力管路51均适用；
3、腐蚀损伤监测信号依靠物理应变的测量，不需要满足常规电化学监测手段所必须满足的电解质环境；
4、监测探针52采用多道密封技术，确保了探针测量元件损伤破坏后，整支探针还具有良好的密封性能，保证了被测压力管路51的压力边界安全；
5、环境参数影响小，适用于高温、低温、污损等多种环境；
6、参比探针53还可用于管路内部压力的监测。
以上是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种压力管路腐蚀损伤的监测探针，其特征在于，
包括腐蚀片、应变测量片、应变数据传输电缆和密封组件；
所述腐蚀片包括迎流面和检测面，所述迎流面和所述检测面分别设于所述腐蚀片相对的两侧，所述迎流面外露于所述密封组件外，所述检测面密封设于所述密封组件内，所述腐蚀片的材质与待测量的压力管路材质相同；
所述应变测量片密封设于所述密封组件内，所述应变测量片与所述检测面电性连接；
所述应变数据传输电缆的一端置于所述密封组件外，所述应变数据传输电缆的一端密封设于所述密封组件内，所述应变数据传输电缆与所述应变测量片电性连接。
2.根据权利要求1所述的监测探针，其特征在于，
所述密封组件包括套筒、密封螺母和玻璃钢保护套；
所述套筒的一端口安装有所述腐蚀片，所述迎流面外露于所述套筒外，所述检测面与所述应变测量片贴合连接，所述套筒的另一端口安装有所述密封螺母；
所述玻璃钢保护套设于所述套筒内，所述玻璃钢保护套与所述套筒内壁之间密封连接，所述应变数据传输电缆穿过所述密封螺母、所述玻璃钢保护套与所述应变测量片电性连接，所述玻璃钢保护套内填充有密封胶泥，所述密封胶泥阻断所述套筒两端口之间的导通。
3.根据权利要求2所述的监测探针，其特征在于，
所述密封组件还包括密封圈和密封垫；
所述密封圈夹持于所述套筒内壁与所述玻璃钢保护套外壁之间，所述密封圈设于与所述腐蚀片相邻处；
所述密封垫夹持于所述套筒内壁与所述玻璃钢保护套外壁之间，所述密封垫设于与所述密封螺母相邻处。
4.根据权利要求3所述的监测探针，其特征在于，所述套筒内壁与所述玻璃钢保护套外壁之间设有橡胶石棉盘根，所述橡胶石棉盘根包围于所述密封垫外。
5.根据权利要求1所述的监测探针，其特征在于，所述应变测量片为电阻式应变传感器或光纤式应变传感器。
6.一种压力管路腐蚀损伤的监测系统，其特征在于，
包括待测的压力管路、处理终端、参比探针和权利要求1至5任一项所述的监测探针；
所述压力管路设有监测孔和参比孔，所述监测孔和所述参比孔均与所述压力管路内部导通；
所述参比探针与所述处理终端电性连接，所述参比探针设有耐腐蚀片，所述耐腐蚀片与所述腐蚀片的材质不相同；所述参比探针设于所述参比孔内，所述耐腐蚀片外露的表面朝向所述压力管路的内部；
所述监测探针与所述处理终端电性连接，所述监测探针设于所述监测孔内，所述迎流面朝向所述压力管路的内部；
所述处理终端用于根据所述参比探针和所述监测探针的检测结果得出所述压力管路的腐蚀程度。
7.根据权利要求6所述的监测系统，其特征在于，所述耐腐蚀片为钛合金片。
8.根据权利要求6所述的监测系统，其特征在于，所述迎流面与所述压力管路的内管壁平齐，所述耐腐蚀片外露的表面与所述压力管路的内管壁平齐。
9.一种压力管路腐蚀损伤的监测方法，其特征在于，包括以下步骤，
S1，根据待检测压力管路的材质，制作权利要求1至5任一项所述的监测探针；
S2，在所述压力管路上设置参比探针和所述监测探针，以对所述压力管路内部进行监测；
S3，利用处理终端分析所述参比探针和所述监测探针检测结果的差值，以此得出所述压力管路的腐蚀损伤程度，所述腐蚀损伤程度与所述差值成正比。
10.根据权利要求9所述的监测方法，其特征在于，在S1中，根据所述压力管路内部流动介质的腐蚀性设定所述腐蚀片的厚度，所述腐蚀片的厚度与所述流动介质的腐蚀性成正比。
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