CN112033890A - 一种管道的腐蚀检测方法及其设备 - Google Patents

Abstract

本说明书实施例公开了一种管道的腐蚀检测方法及其设备。与现有技术相比，相较于传统的点蚀信号的计算方法，本方案通过确定相邻的两个电极所组成的电极对所对应的测量特征值，根据所述电极对所对应的测量特征值和标准特征值确定多个测量指纹特征，生成包含多个测量指纹特征的集合，确定所述集合的平均指纹特征，计算得到每个测量指纹特征相对于所述平均指纹特征的差方，并根据差方确定腐蚀点位置，能有效提高对于腐蚀点位置的求解精度，并且求解和应用都非常方便快捷，可以广泛适应于材料体系复杂、检测部位多，且对数据处理速度要求非常快的场景中。

Description

一种管道的腐蚀检测方法及其设备

技术领域

本说明书涉及工程控制领域，尤其涉及一种管道的腐蚀检测方法及其设备。

背景技术

在石油管道、炼化工业、桥梁监测等工程应用中，依据被测对象表面微小的电场特征变化，对金属结构的缺陷、裂纹、腐蚀以及他们的扩展情况进行高精度检测，是一种已经被广泛应用的技术。但是，在实际应用中，对于腐蚀点的确定和数据解析时面临蚀坑参数的多值性问题，即检测区域内小面积、大深度的蚀坑与大面积、小深度的蚀坑具有相同的特征。

基于此，需要一种更为精确的管道的腐蚀检测方案。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种更为精确的管道的腐蚀检测方案。

为解决上述技术问题，本发明提供一种管道的腐蚀检测方法，应用于包含多个电极的管道中，多个电极的标准特征值已经预先确定，所述方法包括：

确定相邻的两个电极所组成的电极对所对应的测量特征值；

根据所述电极对所对应的测量特征值和标准特征值确定多个测量指纹特征，生成包含多个测量指纹特征的集合；

确定所述集合的平均指纹特征，计算得到每个测量指纹特征相对于所述平均指纹特征的差方；

将差方大于预设值的测量指纹特征所对应的电极对的位置确定为腐蚀点。

本申请实施例还提供一种设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其中，所述处理器执行所述程序时实现如前所述的方法。

本说明书实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：

与现有技术相比，相较于传统的点蚀信号的计算方法，本方案通过确定相邻的两个电极所组成的电极对所对应的测量特征值，根据所述电极对所对应的测量特征值和标准特征值确定多个测量指纹特征，生成包含多个测量指纹特征的集合，确定所述集合的平均指纹特征，计算得到每个测量指纹特征相对于所述平均指纹特征的差方，并根据差方确定腐蚀点位置，能有效提高对于腐蚀点位置的求解精度，求解和应用都非常方便快捷，可以广泛适应于材料体系复杂、检测部位多，且对数据处理速度要求非常快的场景中。

附图说明

图1a为本申请实施例所涉及的一种系统的正面示意图；

图1b为本申请实施例所涉及的一种系统的截面示意图；

图2为本申请实施例所提供的一种管道的腐蚀检测方法的流程示意图；

图3中为本申请实施例所提供的一种测量指纹特征的差方的示意图；

图4a为本申请所提供的样本空间中的FC_max与h和r之间的依数性关系的示意图；

图4b为本申请所提供的样本空间中的lnFC_max与lnh和lnr之间的依数性关系的示意图；

图5a为基于本申请所提供的方案对腐蚀点的半径r进行反演的误差示意图；

图5b为基于本申请所提供的方案对腐蚀点的深度h进行反演的误差示意图；

图6a为本申请的反演半径与实测半径的关系示意图；

图6b为本申请的反演深度、实测深度和传统的反演深度的关系示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

电极可以根据实际需要以各种形式被设置于管道表面，多个电极可以是以均匀分布的阵列式被设置于管道的表面。例如对于一个4*7的电极阵列，其设置方式参见图1a和图1b中。如图1a所示，图1a为本申请实施例所涉及的一种系统的正面示意图。从正面上看，管道上每隔20nm即设置了一个电极。图中单位均为mm，340、360表示电极矩阵X的坐标值(管道左侧横截面圆中心为坐标原点)，数字20表示每个电极矩阵电极点的间隔距离，数字①-⑥表示由7个电极所对应的6个电极对。

图1b为本申请实施例所涉及的一种系统的截面示意图。从管道的横截面上看，管道上每隔管道外表面20mm弧长被设置了一个电极。截面图圆中心点为坐标原点，横向为Y坐标轴，纵向为Z坐标轴，图中的数字代表电极矩阵电极的(y，z)坐标，数字①-④表1-4行电极行。

进而，可以在管道还没有任何损伤的时候即对各电极进行电场特征(包括各电极的电压、电流等等)的测量，从而得到无缺陷管道的电场特征，并作为多个电极所对应的标准特征值。

以电压为例，可以确定在无损管道时的各电极的电压作为标准电压，并且确定相邻的两个电极所组成的电极对所对应标准电压差作为该电极对的标准特征值，逐一计算多个电极对，即可以得到多个电极所对应的标准特征值。假设一个电极阵列为N*M的电极阵列的矩阵，那么容易知道，对应存在N*(M-1)组电极对，即标准特征值可以是一个N*(M-1)的矩阵。

进而可以基于实际测量得到的电场特征来确定管道中的腐蚀点位置，如图2所示，图2为本申请实施例所提供的一种管道的腐蚀检测方法的流程示意图，包括：

S201，确定相邻的两个电极所组成的电极对所对应的测量特征值。

与测量标准电压时的方式类似，系统可以检测任意的电极中电压值或者电流值，从而得到两个电极所组成的电极对所所对应的测量特征值。以电压为例，即将电极矩阵每行中相邻的两个电极的测量电压的差作为该电极对所对应的测量特征值。

S203，根据所述电极对所对应的测量特征值和标准特征值确定多个测量指纹特征，生成包含多个测量指纹特征的集合。

具体而言，即可以将测量特征值和标准特征值进行比例计算，从而消除各管道的位置和形状对于测量指纹特征的影响。

即针对第i个电极对，可以采用如下方式确定测量指纹特征FC_i，

其中，U₁为第i个电极对的标准特征值，U₂为第i个电极对的测量特征值，k为预设的放大系数，例如k＝1000。

从而得到了可以表征每个电极对的测量指纹特征的集合，该集合中的测量指纹特征与电极对一一对应。

S205，确定所述集合的平均指纹特征，计算得到每个测量指纹特征相对于所述平均指纹特征的差方。

在实际应用中，如果一个管道没有发生腐蚀，那么在该点上的测量特征值和标准特征值显然应该相当接近，换言之，测量指纹特征的取值通常应当非常小，理论上即应当为0。当然，对于一个正常的管道，在实际应用中显然基于各方面的原因(例如测量误差、系统误差等等)，测量特征值和标准特征值可以有一个较小的取值范围。

而如果管道中存在腐蚀点，那么是由于点蚀引起了电流在附近区域的重新分布，腐蚀位置的壁厚会减小，相应的该位置电阻增大，从而导致该位置电压差变大。电流会沿着蚀坑两侧行进，从而在局部产生较大变化，这就会造成在这个电极对的位置上测量特征值和标准特征值的差别较大。差值可以是正值的，也可以是负值。

基于此，为了消除负值的影响，即可以计算确定所述集合的平均指纹特征

计算得到每个测量指纹特征相对于所述平均指纹特征的差方，即对于第i个测量指纹特征FC_i而言，其差方

S207，将差方大于预设值的测量指纹特征所对应的电极对的位置确定为腐蚀点。

如图3所示，图3中为本申请实施例所提供的一种测量指纹特征的差方的示意图。在该示意图中，包含了4*7个电极对。各电极对的测量特征值的差方如图中所示。可以看到，对于经过差方处理后的各电极对，差方处理凸显了点蚀的发生位置，使其非常便于识别。具体的预设值可以基于管道的形状和具体应用的场景基于实际需要进行设定。

与现有技术相比，相较于传统的点蚀信号的计算方法，本方案通过确定相邻的两个电极所组成的电极对所对应的测量特征值，根据所述电极对所对应的测量特征值和标准特征值确定多个测量指纹特征，生成包含多个测量指纹特征的集合，确定所述集合的平均指纹特征，计算得到每个测量指纹特征相对于所述平均指纹特征的差方，并根据差方确定腐蚀点位置，能有效提高对于腐蚀点位置的求解精度，并准确计算出点蚀的腐蚀尺寸，并且求解和应用都非常方便、快捷，可以广泛适应于材料体系复杂、检测部位多，且对数据处理速度要求非常快的场景中。

进一步地，在确定了腐蚀点的位置之后，还可以对腐蚀点的深度h和半径r进行计算。具体而言，可以基于预先确立的线性回归方程确定所述腐蚀点的深度h和半径r。线性回归方程的确定方式如下：

首先，通过模拟点蚀深度及半径的尺寸变化时，提取电压计算得到的电极对的测量指纹特征FC的变化情况，并建立点蚀尺寸参数与FC值分布一一对应的关系数据库。其中，点蚀深度h变化范围为1.5mm～4.00mm，步长为0.05mm；点蚀半径r变化范围为1.5～4.0mm，步长为0.05mm。数据库共包括2601个点蚀模型数据记录，如表1所示，每个数据记录包含点蚀形态参数和FC值等2类参数，其中，点蚀形态参数包括深度h以及半径r，而FC值包括点蚀发生位置处及其周围4个相邻电极对(即左L、右R、上U、下B)的FC值。

表1样本数据表对应数值表(单位：点蚀形貌参数：mm，FC：ppt)

模拟过程中未改变点蚀发生的空间位置，仅考察点蚀形态参数与FC值的映射模型。如图4a所示，图4a为本申请所提供的样本空间中的FC_max与h和r之间的依数性关系的示意图。可以看出，当点蚀半径r一定时，FC值与点蚀深度h呈现近似幂函数的增长关系，但不同半径的线性斜率不同；当点蚀深度h一定时，FC值与点蚀半径r之间亦然。因此，当FC_max测量值相同时，点蚀坑的形态参数存在多值性问题。

为了获得FC_max与点蚀半径r、深度h之间较好的依数性关系，首先对所有数据进行取对数处理，进而绘制了ln FC_max与ln r、ln h之间的关系图，见图4b，图4b为本申请所提供的样本空间中的lnFC_max与lnh和lnr之间的依数性关系的示意图。

可以发现，ln FC_Max与ln r和ln h之间呈良好的线性关系。但仍然无法得到定解，因此通过对表1中与FC_max独立的其它FC值来构建另一个对应关系，具体而言，可以认为腐蚀点对于周围相邻的其它电极对的测量也会存在影响，并且通过平均值反映出来，因此，可以获取FC_ave为与所述腐蚀点的范围不过超过预设值的其它电极对所对应的测量指纹特征的平均值，并进行线性回归。

具体而言，所述FC_ave为所述腐蚀点在电极阵列中所相邻的至少四个电极对所对应的测量指纹特征的平均值。例如，以该电极对相邻的左右上下四个电极对来进行平均计算，即对于表1中的FC_L、FC_R、FC_U、FC_B进行算术平均计算，并对计算的结果取绝对值，构造了一个新的因变量FCave，即

类似的，对FC_ave取对数后，lnFC_ave与点蚀形貌参数r、h的对数值之间也呈良好的线性关系。

从而可以构建线性回归方程的具体形式为：

其中，ln为自然对数，FC_max为差方大于预设值的测量指纹特征(即腐蚀点的测量指纹特征)，FC_ave为与所述腐蚀点的范围不过超过预设值的其它电极对所对应的测量指纹特征的平均值，C₁、C₂、C₃、C₄、C₅、C₆均为需要计算来确定的计算常数。

通过预先设置的腐蚀点和测量得到的FC分布，可以通过线性回归的方式来确定回归方程组中的计算常数。即可以得到C₁、C₂、C₃、C₄、C₅、C₆，从而确立了线性回归方程。

进而即可以基于测量得到腐蚀点的测量指纹特征来得到lnFC_max，以及腐蚀点周围的各电极对所确定的其它电极对所对应的测量指纹特征来的平均值来确定lnFC_ave，基于已经确定了计算常数的线性回归方程即可以得到腐蚀点的深度h和半径r。

在不同的管道中，基于管道的形态、腐蚀点的空间形状、电极的分布设置的不同，各计算常数也会不同。但是线性回归方程的形态是相同的。

具体而言，当三维直管道的规格为DN 114×7mm，长度为800mm的三维管道，电极阵列中的间隔为20mm*20mm时，如果腐蚀点的形状为圆柱体，所述的C₁、C₂、C₃、C₄、C₅、C₆均为通过线性回归方法预先确定的计算常数，其中，1.88≤C₁≤1.90，1.25≤C₂≤1.26，0.1≤C1≤0.11，1.71≤C₄≤1.72，1.63≤C₅≤1.64,，3.61≤C₆≤3.62。

例如，对于圆柱体形状的腐蚀点，其回归方程的具体形式可以是

在另一种实施例中，对于同样规格的三维直管道，如果腐蚀点的形状为半椭球体，那么回归分析确定的计算常数将会有所不同，此时，1.82≤C₁≤1.83，1.21≤C₂≤1.22，0.41≤C1≤0.42，1.71≤C₄≤1.72，1.35≤C₅≤1.36,，3.69≤C₆≤3.70。

例如，对于半椭球体的腐蚀点而言，其回归方程的具体形式可以是

如图5a所示，图5a为基于本申请所提供的方案对腐蚀点的半径r进行反演的误差示意图。从该图中可以看到，点蚀半径的计算值和真实值之间的最大相对误差约14.8％，而95.5％以上样本数据的相对误差均小于10％。

如图5b所示，图5b为基于本申请所提供的方案对腐蚀点的深度h进行反演的误差示意图。由图5b可以看出，对点蚀深度的最大相对误差约18.4％(绝对误差为0.2mm)，90.2％以上样本数据的相对误差小于10％。

进一步地，本申请实施例还基于国家标准GB/T 18590-2001金属和合金的腐蚀-点蚀评定方法中关于点蚀的评价等级，制备了含有人造点蚀的参考试样，并将前述方法应用在该参考试样中进行了监测。

试样材质为20号碳钢，长度为600mm，宽度为200mm，厚度为10mm。在参考试样的一侧制作了4个符合该标准不同评价等级的半椭球状点蚀坑，在把规定的蚀坑面积换算成半径后，将点蚀坑的位置和形态参数列于表2中。参考试样的另一侧布置采集电极矩阵，采集电极间距为20mm×20mm。

表2人造点蚀坑的相关信息

根据前述方法反演得到人造点蚀的形态参数与传统方式相比。可以看出，本文的方法反演的点蚀尺寸都与实际情况非常接近，且明显优于传统计算方法。

如图6a和图6b所示，图6a为本申请的计算半径与实测半径的关系示意图，图中的纵坐标即为腐蚀点半径，多元线性即对应本申请的方案；图6b为本申请的计算深度、实际深度和传统的反演深度的关系示意图，图中的纵坐标即为腐蚀点深度，多元线性即对应本申请的方案。图中的p1至p4即对应于腐蚀点1至腐蚀点4。

由于传统的点蚀计算方法只计算腐蚀深度h，而没有计算半径r。其次本申请的反演精度绝对误差仅为0.09mm，相当于0.9％WT(管道厚度，Wall Thickness，WT，)。因为点蚀尺寸非常小，采集到低电平信号易受外界干扰，故相对误差较高；而当点蚀变大时，这一情况得到明显改善。

对比现有报道及传统算法，基于本申请确定得到的腐蚀点位置，以及对于点蚀的深度和半径计算精度取得巨大进步，明显优于国内外的相关设备的检测精度，具有非常高的实际应用价值。

对应的，本申请实施例还提供一种计算机设备，所述设备包括包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其中，所述处理器执行所述程序时实现如前所述的管道的腐蚀检测方法。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置、设备和介质类实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可，这里就不再一一赘述。

上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤或模块可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

Claims (8)

1.一种管道的腐蚀检测方法，应用于包含多个电极的管道中，所述多个电极所对应的标准特征值已经预先确定，所述方法包括：

确定相邻的两个电极所组成的电极对所对应的测量特征值；

根据所述电极对所对应的测量特征值和标准特征值确定多个测量指纹特征，生成包含多个测量指纹特征的集合；

确定所述集合的平均指纹特征，计算得到每个测量指纹特征相对于所述平均指纹特征的差方；

将差方大于预设值的测量指纹特征所对应的电极对的位置确定为腐蚀点。

2.如权利要求1所述的方法，当所述管道为三维直管道时，所述方法还包括：

采用预先确立的线性回归方程确定所述腐蚀点的深度h和半径r，其中，所述线性回归方程具体为：

其中，ln为自然对数，FC_max为差方大于预设值的测量指纹特征，FC_ave为与所述腐蚀点的范围不过超过预设值的其它电极对所对应的测量指纹特征的平均值，C₁、C₂、C₃、C₄、C₅、C₆均为预先确定的计算常数。

3.如权利要求2所述的方法，当所述多个电极为均匀分布的电极阵列时，所述FC_ave为与所述腐蚀点的范围不过超过预设值的其它点所对应的测量指纹特征的平均值，包括：

所述FC_ave为所述腐蚀点在电极阵列中所相邻的至少四个电极对所对应的测量指纹特征的平均值。

4.如权利要求2所述的方法，当所述腐蚀点为圆柱形时，所述的C₁，C₂，C₃，C₄，C₅，C₆为预先确定的计算常数，包括：

所述的C₁、C₂、C₃、C₄、C₅、C₆均为通过线性回归方法预先确定的计算常数，其中，1.88≤C₁≤1.90，1.25≤C₂≤1.26，0.1≤C1≤0.11，1.71≤C₄≤1.72，1.63≤C₅≤1.64,，3.61≤C₆≤3.62。

5.如权利要求2所述的方法，当所述腐蚀点为半椭球体形时，所述的C₁，C₂，C₃，C₄，C₅，C₆为预先确定的计算常数，包括：

所述的C₁、C₂、C₃、C₄、C₅、C₆均为通过线性回归方法预先确定的计算常数，其中，1.82≤C₁≤1.83，1.21≤C₂≤1.22，0.41≤C1≤0.42，1.71≤C₄≤1.72，1.35≤C₅≤1.36,，3.69≤C₆≤3.70。

6.如权利要求1所述的方法，确定相邻的两个电极所组成的电极对所对应的测量特征值，包括：

确定所述电极对中的两个电极的测量电压的电压差，将所述电压差确定为所述电极对的测量特征值。

7.如权利要求1所述的方法，根据所述相邻的电极对所对应的的测量特征值和标准特征值确定多个测量指纹特征，生成包含多个测量指纹特征的集合，包括：

针对第i个电极对，采用如下方式确定测量指纹特征FC_i，

其中，U₁为第i个电极对的标准特征值，U₂为第i个电极对的测量特征值，k为预设的放大系数。

8.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其中，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至7任一所述的方法。

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