CN202484610U - 基于电位矩阵的金属管道腐蚀监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于电位矩阵的金属管道腐蚀监测系统，包括矩阵测量电极组、参比电极、恒流源、信号干扰处理器、线缆集线盒、数据采集分析仪、无线数据传送仪和无线数据接受仪，其中，所述矩阵测量电极组和参比电极作为一个测量单元，所述矩阵测量电极组放置于所述管道的外部。本实用新型的腐蚀监测系统不需要在管道或设备上开孔，测量元件(矩阵测量电极组)在测量过程中没有暴露在易腐蚀、易磨损和高温高压环境中，针对典型的有腐蚀的部位安装该设备，可以达到监测焊缝腐蚀，冲蚀和局部坑蚀的效果。

Description

基于电位矩阵的金属管道腐蚀监测系统

技术领域

本实用新型属于腐蚀监测技术领域，特别涉及一种金属管道腐蚀监测系统。 

背景技术

腐蚀监测技术是近十年在国内发展起来的一项专门技术，主要针对介质对钢质管道以及设备正常运行的情况下连续监测其腐蚀速率，并可评价缓蚀剂效果，是控制钢质管道以及设备内部腐蚀和评估安全性的一种可靠而有效的方法。 

对于中石油、中石化、中海油的腐蚀问题所采用的腐蚀监测技术，一般采用电阻法、线性极化法、失重法，这些监测方法都需要在管道或设备上开孔，测量时将与管道相同材料的探头插入管道,利用探头的腐蚀来推断一定范围内被测管道的平均腐蚀率，电阻法腐蚀监测系统示意图如图1所示。这种方案虽然简单、可靠,但是它只能间接推断平均腐蚀率,不能用于焊缝腐蚀,冲蚀和局部坑蚀的监测。 

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决现有的电阻法腐蚀监测系统存在的问题，提出了一种基于电位矩阵的金属管道腐蚀监测系统。 

本实用新型的技术方案是：一种基于电位矩阵的金属管道腐蚀监测系统，包括矩阵测量电极组、参比电极、恒流源、信号干扰处理器、线缆集线盒、数据采集分析仪、无线数据传送仪和无线数据接受仪，其中，所述矩阵测量电极组和参比电极作为一个测量单元，所述矩阵测量电极组放置于所述管道的外部，所述恒流源为所述矩阵测量电极组和所述参比电极供电，所述参比电极紧贴在管道外部且和管道绝缘，所述矩阵测量电极组和参比电极与信号干扰处理器相连接，所述信号干扰处理器通过线缆集线盒与数据采集分析仪相连接，所述数据采集分析仪用于对信号的采集和分析，并与无线数据传送仪相连接，将采集和分析的信号经无线数据传送仪发送到无线数据接受仪。 

本实用新型的有益效果：本实用新型的腐蚀监测系统不需要在管道或设备上开孔，测量元件（矩阵测量电极组）在测量过程中没有暴露在易腐蚀、易磨损和高温高压环境中，针对典型的有腐蚀的部位安装该设备，可以达到监测焊缝腐蚀,冲蚀和局部坑蚀的效果。在管道上进行装配时无需停产，不会导致泄漏危险；监测系统的使用期限由管道的使用寿命决定，测量系统在整个使用过程中几乎没有消耗；可以在高达350摄氏度的温度下使用。 

附图说明

图1电阻法腐蚀监测系统示意图。 

图2基于电位矩阵的金属管道腐蚀监测系统结构示意图。 

图3管道环形电阻网络示意图。 

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施方式对本实用新型作进一步的阐述。 

本实用新型的基于电位矩阵的金属管道腐蚀监测系统的结构如图2所示，包括矩阵测量电极组、参比电极、恒流源、信号干扰处理器、线缆集线盒、数据采集分析仪、无线数据传送仪和无线数据接受仪，其中，所述矩阵测量电极组和参比电极作为一个测量单元，所述矩阵测量电极组放置于所述管道的外部，所述恒流源为所述矩阵测量电极组和所述参比电极供电，所述参比电极紧贴在管道外部且和管道绝缘，所述矩阵测量电极组和参比电极与信号干扰处理器相连接，所述信号干扰处理器通过线缆集线盒与数据采集分析仪相连接，所述数据采集分析仪用于对信号的采集和分析，并与无线数据传送仪相连接，将采集和分析的信号经无线数据传送仪发送到无线数据接受仪。无线数据接受仪接收的数据经相关软件分析即可得到所需要的结果，这里的信号干扰处理器用于对信号的干扰处理。 

下面进行具体分析。 

这里的金属管道腐蚀监测系统具体测量时所用的电极和所有配套设备都安装在被监测对象(如储罐、管道等)外部,与被检测区域内的流体无接触。由于管道腐蚀之后,该腐蚀区变薄导致电阻增加,在恒流源的作用下,测量和分析测量电极间的由于腐蚀引起的电压变化得到管道内腐蚀的状况。在实际使用中,为了消除温度和电流变化的影响,需增加一对参比电极,通常放置一个紧贴在管道外部且和管道绝缘,在管道上安装完毕后,再包裹上一层绝缘层(如聚酯乙烯)与管道一起埋入地下,测量时无需开挖掩埋层。 

据此,任一对测量电极所代表的局部腐蚀程度由指纹系数(FC值)判断： 

${\mathrm{FC}}_i=(\frac{\frac{V_i\left(t_x\right)}{V_i\left(t_o\right)}}{\frac{V_{\mathrm{ref}}\left(t_x\right)}{V_{\mathrm{ref}}\left(t_o\right)}}-1)*1000---\left(1\right)$

这里，FC的单位为ppt（part per thousand）。 

式中:V_i（t_o）、V_i（t_x）为电极对i在t_o和t_x时刻的电压；V_ref（t_o）、V_ref（t_x）为标准电极对在t_o和t_x时刻的电压。由式(1)可知,初始测量时，FC=0。当t_x时刻测量时,如果管道有腐蚀存在,测量电极之间的电阻将增加，相应的电压增加使得FC值大于零。由于腐蚀/冲蚀是一种不可逆的化学和物理现象,故FC值理论上应该是随时间而单调增加的。 

从实验测试和现况测试来看，均明显出现了FC为负值或降低的现象。当FC值为负时或降低时,表示测量电极之间电阻减少,管道的厚度增加。显然这种情况是不符合实际情况 的。产生负值或降低现象的原因经分析主要有3种:仪器误差,特别是精密前置放大器的直流漂移;温度影响,特别是温度修正不完善;牵扯效应的影响。大量仿真和实验表明,负值现象在很大程度上是由于牵扯效应引起的,利用式(1)进行判断将产生很大的误差,具体分析如下。 

基于电位矩阵的金属管道腐蚀监测具体利用了电位矩阵法，其本质是监测管道由于腐蚀而发生的电阻变化,当测试电极之间发生腐蚀时,两点之间电阻将增大。因此可以将管道抽象为一个如图3所示环形电阻网络，每个测量电极之间为一个电阻。当管长足够长时,电流在被测区域是均匀的。 

设管道测量区域处沿管道一周分布8排测量电极(图3),流入的总电流大小I为40A,测量电极之间电阻阻值均为R=0.015m。理想情况下,不考虑电流及温度变化的影响,式(1)可简化为: 

${\mathrm{FC}}_i=(\frac{V_i\left(t_x\right)}{V_i\left(t_o\right)}-1)*1000---\left(2\right)$

在等效电阻网络中取中间部分8&6电阻网络为测量区域,电流在测量区域分布均匀。又设R34阻值增加10%，由于电阻R=ρl/wh,由于电阻率ρ、长度l、宽度w不变,等效于厚度h减薄9.1%，该电阻前后上下4个方向的电压和FC值具体如表1所示: 

表1 

观察上述结果可知,当一个电阻增加10%时,它的电压相对增加4.8%,但是在其他未发生腐蚀的地方电压也有相应变化,使得该电阻上下相邻的电阻的FC增加,前后相邻的电阻FC值减少为负值。产生上述现象的原因是当某一区域发生腐蚀导致电阻变化,电流场的分布也随之变化,该区域前后的电流将减少,上下的电流将增加,特别是在变化电阻的相邻区域影响很大,定义这种现象为牵扯效应。通过找出牵扯效应对整个测量区域电流场中的各个子块电阻的影响因子——牵扯因子,量化、建模和处理,则可消除牵扯效应的影响。牵扯效应的消除之后,其它电阻阻值未变的地方FC值基本上为0(最大误差0.07ppt),FC的值真实地反映了电阻网络中相应电阻值的变化,既真实反映了局部坑蚀、冲蚀的情况。 

可以看到，本实用新型的腐蚀监测系统不需要在管道或设备上开孔，针对典型的有腐 蚀的部位安装该设备，可以达到监测焊缝腐蚀,冲蚀和局部坑蚀的效果。测量元件（矩阵测量电极组）在测量过程中没有暴露在易腐蚀、易磨损和高温高压环境中；在管道上进行装配时无需停产，不会导致泄漏危险；监测系统的使用期限由管道的使用寿命决定，可以监测金属管道最真实的腐蚀状况，以便生产部门采取措施避免重大事故的发生。 

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本实用新型的原理，应被理解为本实用新型的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本实用新型公开的这些技术启示做出各种不脱离本实用新型实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本实用新型的保护范围内。 

Claims (1)

1.一种基于电位矩阵的金属管道腐蚀监测系统，其特征在于，包括矩阵测量电极组、参比电极、恒流源、信号干扰处理器、线缆集线盒、数据采集分析仪、无线数据传送仪和无线数据接受仪，其中，所述矩阵测量电极组和参比电极作为一个测量单元，所述矩阵测量电极组放置于所述管道的外部，所述恒流源为所述矩阵测量电极组和所述参比电极供电，所述参比电极紧贴在管道外部且和管道绝缘，所述矩阵测量电极组和参比电极与信号干扰处理器相连接，所述信号干扰处理器通过线缆集线盒与数据采集分析仪相连接，所述数据采集分析仪用于对信号的采集和分析，并与无线数据传送仪相连接，将采集和分析的信号经无线数据传送仪发送到无线数据接受仪。

Images