RU2636408C1

RU2636408C1 - Измерение скорости коррозии

Info

Publication number: RU2636408C1
Application number: RU2016140344A
Authority: RU
Inventors: Роберт К. ХЕДКЕ; Фред С. СИТТЛЕР; Чарльз Р. ВИЛЛКОКС
Original assignee: Роузмаунт Инк.
Priority date: 2014-03-14
Filing date: 2015-03-13
Publication date: 2017-11-23
Also published as: WO2015138843A1; CA2941012A1; US9891161B2; CA2941012C; EP3117202A1; CN104914033B; CN204758457U; US20150260633A1; CN104914033A; AU2015229218A1; JP2017509885A; EP3117202B1; JP6329639B2; AU2015229218B2

Abstract

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при мониторинге коррозии. Предложена система (130) измерения скорости коррозии, которая включает первую мембрану (160) из первого материала, выполненную подверженной воздействию коррозионно-активного материала и отклоняющейся в ответ на коррозию. Вторая мембрана (162) выполнена подверженной воздействию коррозионно-активного материала и отклоняющейся в ответ на коррозию. Датчик (134) давления функционально связан с по меньшей мере одной из первой и второй мембран (160, 162) и выполнен с возможностью измерения отклонения по меньшей мере одной из первой и второй мембран (160, 162) как функции давления и степени коррозии по меньшей мере одной из первой и второй мембран (160, 162). Технический результат – повышение точности и достоверности получаемых данных. 21 з.п. ф-лы, 11 ил.

Description

[0001] Настоящее изобретение относится к коррозии компонентов различных установок. Более конкретно, настоящее изобретение относится к мониторингу коррозии.

[0002] Коррозией называют постепенное разрушение материалов в результате химической реакции или другого взаимодействия с окружающей их средой. Из-за коррозии ухудшаются полезные свойства материалов и конструкций, включая их прочность, внешний вид и проницаемость для текучих сред. Многие конструкционные сплавы корродируют просто под действием содержащейся в воздухе влаги, но определенные вещества могут оказывать сильное влияние на этот процесс. Коррозия может происходить локально, вызывая появление язв или трещин, или равномерно по всей площади поверхности.

[0003] Область измерения, контроля и предотвращения коррозии чрезвычайно обширна. Для измерения коррозии применяют множество методов, позволяющих определить, насколько коррозионно-активной является среда и какова скорость потери металла. Некоторые методы измерения коррозии могут быть применены в режиме реального времени, при постоянном воздействии технологических потоков, тогда как другие обеспечивают измерение в автономном режиме, определяемое в ходе лабораторного анализа. Некоторые методы дают непосредственную меру потери металла или скорости коррозии, тогда как другие применимы для получения вывода о том, что коррозионно-активная среда может существовать.

[0004] От скорости коррозии зависит, насколько долго какая-либо технологическая установка может эксплуатироваться эффективно и безопасно. Измерение коррозии и действия по снижению скорости коррозии позволяют добиться наиболее рентабельного функционирования технологической установки при одновременном снижении затрат полного срока ее эксплуатации.

[0005] В приводимом ниже списке перечислены наиболее общепринятые методы мониторинга коррозии, используемые в промышленности. Образцы-свидетели коррозии, ER и LPR образуют ядро промышленных систем мониторинга коррозии и будут более подробно описаны далее:

- образцы-свидетели коррозии (измерения потери веса),

- электрическое сопротивление (ER),

- линейное поляризационное сопротивление (LPR),

- гальванический (ZRA) I потенциал,

- проникновение водорода,

- микробная коррозия,

- песчаная эрозия.

[0006] Метод определения потери веса представляет собой наиболее известный и простейший метод мониторинга коррозии. Этот способ предусматривает воздействие на образец материала (образец-свидетель) технологической средой в течение заданной длительности, после чего образец извлекают для анализа. Основной измеряемый параметр, который определяют у образцов-свидетелей коррозии, - это потеря веса. Скорость коррозии может быть рассчитана путем деления потери веса на плотность материала, площадь поверхности образца-свидетеля и время воздействия. Способ мониторинга коррозии при помощи образцов-свидетелей наиболее пригоден в таких средах, где скорость коррозии существенно не меняется на протяжении длительных периодов времени. Однако они могут обеспечить полезную корреляцию с другими методами.

[0007] Зонды электросопротивления (ER) можно рассматривать как «электронные» образцы-свидетели коррозии. Зонды ER обеспечивают базовое измерение потери металла, при этом величина потери металла может быть измерена в любое время, пока зонд находится на месте. Методом ER измеряют изменение электросопротивления корродирующего металлического элемента, испытывающего воздействие технологической среды. Действие коррозии на поверхность элемента вызывает уменьшение площади его поперечного сечения с соответствующим увеличением его электросопротивления.

[0008] Метод LPR основан на электрохимической теории. К находящемуся в растворе электроду прикладывают небольшой потенциал. Ток, необходимый для поддержания определенного сдвига напряжения (обычно, 10 мВ), напрямую связан с коррозией на поверхности электрода в растворе. По измеренному току может быть выведена скорость коррозии. Преимущество метода LPR заключается в том, что измерение скорости коррозии выполняется мгновенно, тогда как в случае применения образцов-свидетелей или ER требуется некоторый период воздействия для определения скорости коррозии. Метод LPR применим только в чистых водных электролитических средах и в газах работать не будет.

[0009] Коррозия – это затраты во многих системах. Издержки из-за коррозии включают снижение производительности, время простоя системы, отказы системы, а также время и расходы на ремонт. Имеется настоятельная потребность в предотвращении и мониторинге коррозии.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0010] Система измерения скорости коррозии включает в себя первую мембрану из первого материала, выполненную подверженной воздействию коррозионно-активного материала и отклоняющейся в ответ на коррозию. Вторая мембрана выполнена подверженной воздействию коррозионно-активного материала и отклоняющейся в ответ на коррозию. Датчик давления функционально связан с по меньшей мере одной из первой и второй мембран и выполнен с возможностью измерения отклонения по меньшей мере одной из первой и второй мембран как функции давления и степени коррозии по меньшей мере одной из первой и второй мембран.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0011] Фиг. 1 представляет собой вид сбоку датчиков давления, включая расходуемое покрытие, применяемое для измерения коррозии.

[0012] Фиг. 2 представляет собой упрощенный вид в разрезе измерительного преобразователя (датчика) перепада давления, соединенного с выносными диафрагмами, для измерения коррозии.

[0013] Фиг. 3 представляет собой увеличенный вид в разрезе емкостного датчика перепада давления.

[0014] Фиг. 4 представляет собой вид сбоку в разрезе датчика перепада давления, предназначенного для измерения коррозии.

[0015] Фиг. 5 представляет собой вид сбоку в разрезе датчика давления, соединенного с удлиненными трубками, предназначенного для измерения коррозии на основании изменения давления.

[0016] Фиг. 6А представляет собой вид в перспективе, фиг. 6В - вид сбоку в разрезе, а фиг. 6С – вид в перспективе с пространственным разделением деталей системы датчиков коррозии, скомпонованной в измерительный модуль.

[0017] Фиг. 6D представляет собой вид в перспективе датчиков, используемых в модуле по фиг. 6А-6С.

[0018] Фиг. 7 представляет собой вид сбоку кольцевой вставки, используемой для измерения коррозии.

[0019] Фиг. 8 представляет собой радиальное сечение кольцевой вставки по фиг. 7.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЛЛЮСТРАТИВНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

[0020] Точное измерение скоростей коррозии является важной потребностью потребителей по соображениям безопасности, надежности и эффективности. Далее будут описаны некоторые варианты осуществления изобретения. Все варианты осуществления изобретения включают датчик давления определенного типа и, в большинстве случаев, датчик перепада давления. Основной замысел изобретения будет «работать» при практически любой технологии датчика перепада давления. Типичный маслонаполненный датчик перепада давления заполняют маслом при низком обратном давлении, например, несколько фунтов на квадратный дюйм (psi). В большинстве описанных здесь вариантов осуществления изобретения использована система с датчиком перепада давления, заполненным маслом при высоком внутреннем обратном давлении, например, от 500 до 1000 psi. Одним из преимуществ заполнения маслом при высоком обратном давлении является возможность измерения коррозии в значительной степени независимо от давления процесса, даже при нулевом давлении процесса. Кроме того, мембраны стороны высокого давления и стороны низкого давления датчика перепада давления в процессе всегда находятся в одном и том же месте. Следовательно, наружный перепад давления процесса всегда равен нулю. Один из вариантов осуществления изобретения основан на маслонаполненном емкостном датчике перепада давления, герметизированном при высоком обратном давлении. Расходуемая изоляционная мембрана с одной стороны будет терять материал вследствие коррозии, которая меняет ее жесткость. Более толстая изоляционная мембрана сравнения с другой стороны также будет терять материал, однако ее жесткость будет меняться меньше. Система датчика реагирует (откликается) путем уравновешивания до нуля внутренних сил, из-за чего, в свою очередь, перемещается центральная диафрагма емкостного датчика давления. Измерение изменения емкости датчика позволяет эффективно измерять скорость коррозии. В другом варианте осуществления изобретения используются два датчика абсолютного или избыточного (манометрического) давления, каждый из которых контролирует обратное давление позади двух независимых мембран-изоляторов. Например, одна мембрана может быть расходуемой мембраной, тогда как другая может служить мембраной сравнения, имеющей иные, нежели расходуемая мембрана, коррозионные свойства. Путем отслеживания изменения обратного давления между двумя сторонами может быть проведено определение скорости коррозии расходуемой мембраны.

[0021] В настоящее время многие эксплуатационные организации проверяют на коррозию в ходе планового ремонта и технического обслуживания с установленными или внеплановыми интервалами. Новые технологии позволяют наблюдать за коррозией в режиме реального времени при помощи автоматизированной системы управления установкой. Это позволяет осуществлять оценку коррозии через более короткие интервалы времени с возможностью регулировать и снижать скорость разрушения.

[0022] При встраивании функции измерения коррозии в автоматизированные системы мониторинг коррозии проще осуществлять, автоматизировать и наблюдать с другими переменными параметрами процесса. Такой подход более рентабелен, чем традиционные автономные системы, требует меньше ручного труда, обеспечивает большую степень интеграции с системами с целью регистрации, управления и оптимизации.

[0023] Для эксплуатирующих установки организаций желательно повышение эффективности и производительности даже на небольшую величину. Однако затраты на коррозию являются одной из немногочисленных областей в работе установок, где возможны серьезные усовершенствования, влекущие за собой снижение затрат. Измерение коррозии можно рассматривать как основную переменную, являющуюся предметом контроля и оптимизации в процессе.

[0024] В соответствии с одним вариантом осуществления, на фиг. 1 показан вид сбоку датчика или системы 100 измерения коррозии, основанного(ой) на двух сапфировых емкостных датчиках 102, 104 абсолютного давления. Датчик 102 выполнен датчиком сравнения. Он рассчитан быть практически неуязвимым для конкретных коррозионно-активных агентов, представляющих интерес. Он может быть незащищенным сапфировым датчиком или датчиком с покрытием. Датчик 104 выполнен расходуемым датчиком. Сам по себе датчик 104 неуязвим для коррозии, но на этот датчик нанесено расходуемое покрытие 108, чувствительное к конкретным коррозионно-активным агентам. Датчики 102, 104 могут иметь любое подходящее строение. Один из примеров строения датчиков показан в патенте US 6079276, выданном 27 июня 2000 г. на имя Фрика (Frick) и др.

[0025] Покрытие 108 действует в качестве мембраны и является относительно жестким элементом. Например, если давление процесса составляет 500 psi, то датчик 102 сравнения будет показывать 500 psi, тогда как расходуемый датчик 108 может показывать только 10 psi. По мере того как расходуемое покрытие 108 корродирует и становится тоньше, расходуемый датчик 104 будет показывать возрастающее давление. При этом показана безмасляная система 100, в которой все материалы, в том числе высокотемпературный припой, используемый для монтажа датчиков 102, 104 в корпусе (на фиг. 1 не показан), подвержены коррозионному процессу. Сапфир является особенно жестким, поэтому расходуемое покрытие 108 должно быть очень толстым. Система 100 также может выдавать давление процесса от датчика сравнения, однако представляющим интерес сигналом является разность между двумя измеренными давлениями, которая служит мерой коррозии. Для того чтобы система 100 генерировала сигналы, необходимо наличие давления процесса.

[0026] На фиг. 1 также показана измерительная схема 112, которая электрически соединена с датчиками 102 и 104. Измерительная схема 112 предназначена для определения разности выходных сигналов от двух датчиков 102, 104, например, разности электрической емкости датчиков 102, 104. Она связана с разностью давлений, регистрируемых каждым датчиком 102, 104. Разность давлений может быть связана со степенью коррозии расходуемого покрытия 108, как описано выше. Выдается выходной сигнал 114, относящийся к измеренной коррозии. Этот выходной сигнал может быть использован локально (на месте) или передан в удаленное место при помощи известных методов. К этим методам относится передача по контуру управления процессом, включая беспроводной контур управления процессом. Примеры конкретных типов контуров управления процессом включают двухпроводные контуры на 4-20 мА, контуры, использующие связь в соответствии с протоколом связи HART®, протоколами Fieldbus, а также беспроводные технологии, такие как протокол связи WirelessHART® в соответствии со стандартом IEC 62591, помимо прочих.

[0027] В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения, на фиг. 2 показан вид сбоку в разрезе измерительного преобразователя 132 давления, выполненного в виде датчика коррозии или системы 130 измерения коррозии. Измерительный преобразователь 132 включает в себя датчик 134 перепада давления с соединенными с измерительной схемой 136 электрическими выходами. Датчик 134 перепада давления, показанный на фиг. 2, включает в себя диафрагму 159 (на фиг. 2 не показана), которая ответно отклоняется на основании выравнивания внутреннего давления между двумя сторонами. Датчик 134 давления соединен с первой выносной диафрагмой 140 посредством капиллярных трубок 142 и 144. Трубки 142 и 144 могут быть заполнены, например, изоляционной заполняющей текучей средой под обратным давлением. Измерительный преобразователь 132 включает в себя изоляционную диафрагму 146, которая соединена с фланцем 148 из нержавеющей стали. Вторая выносная диафрагма 150 гидравлически связана с датчиком 134 давления посредством капиллярных трубок 152, 154 и изоляционной диафрагмы 156. Капиллярные трубки 142, 152 приварены к фланцу 148 в местах сварки 157. Выносные диафрагмы 140, 150 включают в себя, каждая, соответствующие чувствительные к давлению мембраны 160, 162, на которые воздействует коррозионно-активная технологическая текучая среда (технологический флюид). Мембраны 160 и 162 выполнены отклоняющимися в ответ на прикладываемое давление, которое может быть внешним или внутренним. Величина отклонения мембран 160, 162 передается текучей средой как изменение давления через соответствующие им капиллярные трубки 142, 144, 152, 154 на датчик 134 перепада давления. Датчик 134 перепада давления обладает электрической характеристикой, такой как емкость, которая изменяется как функция какой-либо неуравновешенности прикладываемых давлений.

[0028] Мембраны 160, 162 выполнены так, что в ответ на воздействие коррозионно-активной текучей среды величина отклонения одной из мембран, например, расходуемой мембраны 160, изменится сильнее, чем у мембраны 162 сравнения в ответ на прикладываемое давление, которое может быть внешним или внутренним. Этого можно достичь любым подходящим методом. Например, мембрана 160 может быть изготовлена из материала, корродирующего быстрее, чем материал мембраны 162. В другом примере строения мембрана 162 существенно толще мембраны 160, но изготовлена из того же материала. Для достижения требующейся взаимосвязи между коррозией и реакцией датчика на отклонение, вызываемое уравновешиванием внутреннего давления, могут быть задействованы другие физические характеристики. Например, если желательно, могут быть изменены площадь поверхности или диаметр мембран(ы).

[0029] Система 130 измерения коррозии, показанная на фиг. 2, может быть основана на не находящейся под давлением системе и реагировать в ответ на давление, прикладываемое самой коррозионно-активной технологической средой. Как описано выше, в другом примере строения капиллярные трубки 142, 144, 152 и 154 заполнены под обратным давлением масляной заполняющей жидкостью. При таком строении может быть измерена коррозия в системе, в которой технологическая среда не находится под давлением. А именно, та величина, на которую мембрана 160 отклоняется в ответ на приложенное обратное давление, будет изменяться по мере корродирования мембраны 160.

[0030] Такое строение осуществимо благодаря крайне высокой чувствительности датчика 134 перепада давления. Глубина (d) полости датчика наглядно показана на фиг. 3. Эта глубина зависит от диапазона, но приблизительно составляет 4 мил (0,004 дюйма). Предположим, что перемещение центральной диафрагмы 159 от 0 до URL (верхний предел диапазона) составляет 0,004 дюйма ≈ 10^-4 м. Нормативная точность (погрешность) конкретного датчика может составлять 0,025% вплоть до 10:1 всего диапазона. Следовательно, система может иметь разрешающую способность 0,025% от 10^-5 м=0,00025×0,00001=2,5 нм=25 Ангстрем перемещения центральной диафрагмы 159.

[0031] Этот расчет иллюстрирует точность датчика. Однако представляющим интерес расчетом является объемное вытеснение масла, которое было бы пропорционально потере материала. Изменение объема полости из-за отклоняющейся круглой диафрагмы можно приближенно считать равным половине цилиндра=½πr²h, где r ≈ 1 см=10^-2 м и h=10^-5 м. Как указано выше, система может иметь разрешающую способность 0,025% от этого объема. Это эквивалентно 4×10^-13 м³=4×10^-4 мм³. Однако, при выполнении долгосрочных измерений необходимо сделать поправку на другие ошибки, такие как температурные эффекты и долговременная стабильность.

[0032] Скорость коррозии часто выражают в милах (т.е. тысячных долях дюйма) в год. Один мил в год может считаться допустимым в одном варианте применения, но в другом - чрезмерным. Двумя ключевыми элементами измерения являются чувствительность к коррозии (наименьшая измеримая скорость коррозии, ограниченная разрешающей способностью и стабильностью емкостного датчика) и диапазон коррозии (максимальная величина измеримой коррозии, ограниченная ходом центральной диафрагмы емкостного датчика). В общем, улучшение одного показателя происходит за счет другого.

[0033] Моделирование этой конструкции сложно, поскольку утоньшающаяся мембрана создает криволинейные эффекты. Упрощенное уравнение, приводимое ниже, пригодно для пояснения возможности измерений и компромиссных соотношений параметров конструкции. Поскольку жесткость S_C центральной диафрагмы датчика намного меньше, чем жесткость S_I изолятора, определяемый перепад давления равен:

[0034]

Уравнение 1,

где Р - обратное (или внутреннее) давление, δt - изменение толщины изолятора, вызванное коррозией, и t - исходная толщина изолятора. Значения S_C могут быть определены по предшествующему моделированию датчика и зависят от диапазона.

[0035] Жесткость S_I изолятора для мембраны с защемленными краями равна:

Уравнение 2,

где Е - модуль Юнга изолятора с радиусом r, толщиной t и коэффициентом Пуассона v.

[0036] Модели указывают на то, что имеются некоторые известные факторы, зависящие от материала расходуемого изолятора, и есть некоторые переменные, зависящие от компромиссных соотношений параметров конструкции, в том числе обратного давления, диапазона датчика, размеров изолятора и обнаружимого изменения толщины вследствие коррозии.

[0037] Например, для расходуемого изолятора из углеродистой стали диаметром 1 дюйм, толщиной 0,05 дюйма, соединенного с типичным датчиком и заполненного маслом с обратным давлением 6000 psi, потеря толщины мембраны на 0,001 дюйма вызовет перепад давления 1,44 psi, или 40 дюймов водного столба. То есть 1/6 диапазона 2 в 250 дюймов водного столба. Следовательно, для такой конструкции диапазон коррозии (максимальная величина измеримой коррозии) составит приблизительно 0,006 дюйма. Датчик может измерять 40 дюймов водного столба с точностью 0,05% или 0,02 дюйма водного столба. Следовательно, при данной конструкции чувствительность к коррозии (наименьшая измеримая скорость коррозии) составит приблизительно 0,05% × 365 дней=0,18 дня (примерно 4,4 часа) для обнаружения годовой скорости коррозии в 0,001 дюйма.

[0038] На фиг. 4 показан другой примерный вариант осуществления системы 130 измерения коррозии с использованием измерительного преобразователя 132 перепада давления. Строение показанного на фиг. 4 варианта осуществления подобно показанному на фиг. 2. Однако, в варианте конструкции по фиг. 4 чувствительная к коррозии (расходуемая) мембрана 160 и мембрана 162 сравнения установлены на фланце 170 измерительного преобразователя 132. В варианте конструкции по фиг. 4 стандартный измерительный преобразователь 132 давления может быть модифицирован включением в его состав чувствительной к коррозии мембраны 160 и мембраны 162 сравнения. Кроме этого, если между потоком технологической среды и мембраной 160 имеется пространство, то это может уменьшать степень коррозии, испытываемой мембраной 160. Например, если для соединения расходуемой мембраны 160 с потоком технологической среды используется соединительная труба, этот поток в соединении относительно менее подвижен по сравнению с потоком в технологической среде в самом процессе. Таким образом, расходуемая мембрана 160 может корродировать медленнее, так как на нее воздействует меньше коррозионно-активной технологической среды, чем на другие компоненты в технологическом процессе.

[0039] На фиг. 5 показан другой примерный вариант осуществления системы 130 измерения коррозии с использованием измерительного преобразователя 132 давления. В варианте конструкции по фиг. 5 удлиненные трубки 180, 182 предназначены заходить в технологическую среду. Трубка 180 является чувствительной к коррозии трубкой, а трубка 182 - трубкой сравнения. Трубки 180 и 182 предпочтительно заполнены вставками 184, 186 соответственно. Трубки 180, 182 полые и заполнены заполняющей жидкостью, которая гидравлически соединена с капиллярными трубками 144, 154. Вставки 184, 186 могут предназначаться для уменьшения количества заполняющей жидкости и тем самым уменьшения температурного эффекта от изменений объема заполняющей жидкости. Трубки 180, 182 могут иметь любую форму и не ограничены цилиндрической формой.

[0040] Наружные стенки трубок 180, 182 действуют как своего рода мембрана и отклоняются под давлением. Толщина стенки чувствительной к коррозии трубки 180 меньше, чем у трубки 182 сравнения. То есть, если трубки 180, 182 изготовлены из одного и того же материала, они корродируют с одинаковой скоростью. Однако чувствительная к коррозии трубка 180 будет отклоняться сильнее в ответ на внутреннее давление по мере развития коррозии по сравнению с трубкой 182. Это делает трубку 180 более чувствительной к коррозии, чем трубка 182, при данном обратном давлении. Трубки 180 и 182 могут быть выполнены из любого подходящего материала, включая, например, углеродистую сталь. Материал, используемый для изготовления вставок 184, 186, может быть выбран надлежащим образом и, в некоторых конструкциях, может быть предназначен расширяться или сокращаться таким образом, чтобы компенсировать изменения температуры. Трубки 180, 182 могут быть приварены непосредственно к фланцу 170 в местах сварки 190. Заполняющая жидкость внутри трубок 180, 182 может напрямую сообщаться с заполняющей жидкостью капилляров 144, 154 соответственно. В другом примере конструкции могут быть применены изоляторы.

[0041] На фиг. 6А, 6В, 6С и 6D показан другой пример конструкции системы 200 измерения коррозии. Фиг. 6А представляет собой вид сбоку в перспективе, фиг. 6В - вид в разрезе, а фиг. 6С – вид в перспективе с пространственным разделением деталей системы 200. Фиг. 6D представляет собой вид в перспективе датчиков давления.

[0042] Система 200 измерения коррозии включает в себя измерительный преобразовать с корпусом 202. Рабочий выступ 204 предназначен для установки на технологическом резервуаре, например, технологическом трубопроводе, при помощи резьбы 206. Чувствительная к коррозии (расходуемая) мембрана 208 и мембрана 210 сравнения находятся на выступе 204. Давление, прикладываемое к мембранам 208, 210, гидравлически сообщается датчикам 216, 218 давления посредством капиллярных трубок 212 и 214. Как видно в варианте осуществления, показанном на фиг. 6D, датчик 216 воспринимает перепад давления между капиллярными трубками 212, 214, тогда как датчик 218 измеряет только избыточное или абсолютное давление, доставляемое капиллярной трубкой 214.

[0043] Датчики 216 и 218 могут быть любой конструкции. В одном варианте осуществления датчики 216, 218 включают тензометры, обладающие электрическим сопротивлением, которое изменяется в зависимости от прикладываемого давления. Измерительная схема 220 измеряет электрическую характеристику датчика 216, 218, связанную с прикладываемым давлением. Как описано выше, она может быть соотнесена с величиной коррозии чувствительной к коррозии мембраны 208. Измерительная схема 220 выдает электрический выходной сигнал 222, связанный с воспринятым давлением, измеренной коррозией.

[0044] Для определения перепада давления может быть использован один единственный датчик 216 перепада давления или два отдельных датчика избыточного или абсолютного давления. В конструкции, показанной на фиг. 6А-D, для измерения внутреннего обратного давления системы в ее состав может необязательно входить датчик 218 давления. Датчик 218 может быть использован для компенсации влияний температуры и линейного давления.

[0045] На фиг. 6В и 6С также показаны кварцевые диски 230, 232, примыкающие к мембранам 208, 210 соответственно. Диски 230, 232 из кварца (или другого материала с низким коэффициентом теплового расширения) могут предпочтительно быть использованы для обеспечения компенсации теплового расширения вследствие расширения заполняющей жидкости (такой как масло), переносимой в капиллярных трубках 212, 214.

[0046] На фиг. 7 и 8 показана другая примерная конструкция системы 240 измерения коррозии. Фиг. 7 представляет собой вид сбоку, демонстрирующий фланцевую кольцевую вставку 242, помещенную между трубами 244 и 246 технологического трубопровода. На трубах 244, 246 имеются фланцы 250, которые герметично присоединены к кольцевой вставке 242 при помощи прокладок 252. Это позволяет вводить устройство в процесс с использованием существующего соединения с фланцевым уплотнением. Такой вариант снижает затраты и менее интрузивный с точки зрения необходимости в дополнительных точках измерения. Кроме того, он эффективным образом обеспечивает возможность многопараметрического измерения и избыточного измерения, например, путем введения во вставку 242 дополнительных датчиков давления и температуры.

[0047] Фиг. 8 представляет собой вид спереди системы 240, на котором показаны трубы, которые используются для проведения измерения коррозии. Как показано на фиг. 8, кольцевая вставка 242 несет на себе расходуемую, чувствительную к коррозии трубу 264 и трубу 266 сравнения. Эти трубы 264, 266 соединяются с измерительным преобразователем давления аналогично тому, что было описано в связи с фиг. 5. Кольцевая вставка 242 удерживается между фланцами технологического трубопровода, как это показано на фиг. 7. Такая конструкция позволяет проводить измерение средней скорости коррозии трубопровода по его внутренней окружности. Например, нижняя часть трубы может корродировать с более высокой скоростью, если коррозионно-активная текучая среда плотнее, чем другая технологическая текучая среда.

[0048] Хотя показанные варианты осуществления изобретения разработаны специально для перерабатывающих отраслей промышленности, они также применимы для измерения коррозии в других отраслях промышленности. Например, устройство может быть использовано для измерения скоростей коррозии любых стальных надземных конструкций, таких как мосты, здания или суда. В таком случае расходуемый материал должен копировать материал надземной конструкции, включая обработку поверхности, например, окраску.

[0049] Хотя настоящее изобретение было описано со ссылкой на предпочтительные варианты его осуществления, специалистам в данной области техники будет ясно, что в них могут быть внесены изменения по форме и деталям без отступления от существа и объема изобретения. В настоящем описании приведено некоторое количество различных примеров мембран, в которых одна из мембран изменяет свою жесткость вследствие коррозии со скоростью, отличающейся от другой мембраны. Деформацию этой мембраны в ответ на давление и/или коррозию измеряют и тем самым используют для определения скорости коррозии. В некоторых вариантах осуществления изобретения деформация мембраны вызывает изменение объема полости. Это изменение объема проявляется как изменение давления, которое может быть измерено датчиком давления. К примерам мембран относятся расходуемое покрытие, планарный элемент, трубчатый элемент, эластичный баллон или иная полость, а также мембрана, частично закрывающая другой компонент, такой как боковая стенка технологического трубопровода, и т.д. Отметим, что датчик перепада давления может быть заменен двумя датчиками абсолютного или избыточного давления, такими как пьезорезистивные или сапфировые датчики. Перепад давления может быть определен по разности сигналов от двух датчиков абсолютного или избыточного давления.

Claims

1. Система измерения скорости коррозии, содержащая:

первую мембрану из первого материала, выполненную подверженной воздействию коррозионно-активного материала и отклоняющейся в ответ на коррозию;

вторую мембрану из второго материала, выполненную подверженной воздействию коррозионно-активного материала и отклоняющейся в ответ на коррозию;

датчик давления, функционально связанный с по меньшей мере одной из первой и второй мембран и выполненный с возможностью измерения отклонения по меньшей мере одной из первой и второй мембран как функции давления и степени коррозии по меньшей мере одной из первой и второй мембран.

2. Система измерения скорости коррозии по п. 1, в которой первый и второй материалы одинаковы.

3. Система измерения скорости коррозии по п. 1, в которой первый и второй материалы различны.

4. Система измерения скорости коррозии по п. 1, в которой первый и второй материалы имеют разные толщины.

5. Система измерения скорости коррозии по п. 1, в которой первый и второй материалы имеют разные площади поверхности.

6. Система измерения скорости коррозии по п. 1, включающая в себя первый заполненный текучей средой канал, который соединяет первую мембрану с датчиком давления.

7. Система измерения скорости коррозии по п. 6, включающая в себя второй заполненный текучей средой канал, который соединяет вторую мембрану с датчиком давления.

8. Система измерения скорости коррозии по п. 1, в которой датчик давления включает датчик перепада давления, связанный с первой и второй мембранами.

9. Система измерения скорости коррозии по п. 1, в которой датчик давления включает первый датчик давления, функционально связанный с первой мембраной, и второй датчик давления, функционально связанный со второй мембраной.

10. Система измерения скорости коррозии по п. 1, в которой мембрана содержит расходуемое покрытие, которое покрывает часть датчика давления.

11. Система измерения скорости коррозии по п. 1, в которой первая мембрана содержит удлиненную трубку.

12. Система измерения скорости коррозии по п. 11, в которой вторая мембрана содержит удлиненную трубку.

13. Система измерения скорости коррозии по п. 1, в которой по меньшей мере одна из первой и второй мембран содержит пленку, которая по меньшей мере частично охватывает полость, и при этом объем полости изменяется как функция коррозии.

14. Система измерения скорости коррозии по п. 1, в которой первая и вторая мембраны по меньшей мере частично охватывают соответствующие первую и вторую полости, и при этом объемы полостей изменяются как функция по меньшей мере одного из прикладываемого давления и коррозии первой мембраны.

15. Система измерения скорости коррозии по п. 1, в которой датчик давления выдает выходной сигнал, связанный с емкостью, которая изменяется как функция прикладываемого давления.

16. Система измерения скорости коррозии по п. 1, в которой к по меньшей мере одной из первой и второй мембран прикладывается внутреннее обратное давление.

17. Система измерения скорости коррозии по п. 1, в которой первая мембрана находится на выносной диафрагме, удаленной от датчика давления.

18. Система измерения скорости коррозии по п. 1, включающая в себя корпус, и при этом первая мембрана находится в корпусе.

19. Система измерения скорости коррозии по п. 1, в которой первая и вторая мембраны находятся в кольцевой вставке, приспособленной для ее монтажа между фланцами технологического трубопровода.

20. Система измерения скорости коррозии по п. 1, включающая в себя рабочий выступ, который предназначен заходить в технологическую текучую среду, и при этом первая и вторая мембраны находятся на рабочем выступе.

21. Система измерения скорости коррозии по п. 1, в которой датчик давления включает тензометрический датчик.

22. Система измерения скорости коррозии по п. 1, в которой датчик давления имеет электрическое сопротивление, которое изменяется в зависимости от прикладываемого давления.