TW576917B - Method for detecting multiple types of corrosion - Google Patents

Description

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一：發明係關於腐㈣測。更特定而言，本發明關於使用 :腐姓感應探針’在-腐料境巾㈣及決定金屬及類似 者的腐録質之方法，例如形式，位置，大小及成長速率 。本發明也能夠區別不同形式的腐姓，例如均句腐#，及 局部性腐蝕’例如凹陷’裂縫，及應力腐蝕龜裂。

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板早以前即知道存在有不同形<的腐餘，其造成腐姓性 材料的破壞，例如管路，油桶及其它金屬結構。兩個主要 的腐蝕形式為均勻及局部性腐蝕。一般而言均勻腐蝕包含 以一大致均勻的速率下一腐蝕性材料的大面積腐蝕。局部 性腐蝕，例如凹陷或亀裂，其通常為較難以偵測的小規模 腐蝕。局部性腐蝕初始發生在一材料表面上一顯微性小範 圍中’其最終成為較大及較深，在該表面上形成凹陷或龜 裂。局部性腐蚀，特別是凹陷，因為材料係在一不容易發 現的集中性區域中被移除，而是有害的。最危險的凹陷腐 姓結果之一為容器的洩露。該洩露基本上發生在一容器壁 上的小孔。該牆壁大部份將具有適當的厚度來包含該容器 内含物。但是，該造成的洩露對於内含的材料為壓力之下 ’高溫之下，或兩者皆特別地危險。 在本技藝中已知有數種方法來偵測金屬的腐蝕。但是， 這些已知的方法具有數個缺點，例如由環境雜訊的破壞， 對於每種應用需要調整，或無法區別不同形式的腐蝕。 -4- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210X 297公釐) 576917 A7 B7

一種已知的方法牽涉到分析及監視電化學雜訊（ECN)，或 由該腐蝕過程所產生的雜訊。不同的統計分析可對這些雜 訊信號來執行，以區別一腐蝕物體中的腐蝕形式及腐蝕速 率。此ECN方法的範例係揭示於美國專利5，139,627，美

國專利5, 425, 867’及美國專利6,015,484。但是，此ECN 方法有一些缺點。由局部性腐蝕所產生的電化學雜訊很小 且難以彳貞測。來自該腐餘的物體或靠近該物體之馬達，電 路斷電器，開關及射頻產生器之環境雜訊，其可遮罩或妨 礙該腐蝕雜訊信號，而造成不準確的ECN讀值。 訂

線 另一種已知的方法牽涉到使用一放射性探針，以偵測美 國專利4, 412, 174所揭示的凹陷腐蝕。根據此方法，一放 射性探針係放置在一腐餘性流動中。當發生凹陷腐餘時， 該放射性探針的片段即折斷，並掉入該流動中。該放射性 材料之存在係由一下游輻射偵測器偵測到，其允許分析該 探針的腐蝕速率。此方式的缺點是其不能夠區別不同形式 的局部性腐蝕，例如裂缝及凹陷。 聲音放射也可用來偵測一絕緣管路的表面腐蝕。此方法 係揭示於美國專利5, 526, 689。此方式牽涉到沿著一絕緣 管路的表面傳送聲音放射來定位該管路的腐蝕區域。但是 ，此方法並未包含能力來區別不同形式的腐蚀。 美國專利5, 719, 503牽涉到電磁脈衝傳遞。根據此方法 ，兩個電磁感測器被安裝到一腐蝕性物體上。由這些感測 器會傳送兩個脈衝，在該兩個脈衝的交會處可檢查異常， 以定位出該物體本身的腐蚀區域。此方法也不能夠具有能 -5- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 576917 A7 __B7 五、發明説明（3 ) " 力來區別不同形式的腐蝕。 其將需要發明一種腐蝕偵測方法，其為準確及可靠，並 能夠區別出不同形式的腐姓，例如應力腐钱龜裂，均勻腐 钮，及局部性腐钱，例如凹陷及龜裂。 本發明提供此問題的一解決方案。根據本發明，其提供 一腐蝕感測器，其包含附加到一換能器元件的一金屬探針 。該金屬探針與一要測試的腐蝕性物體共同插入到一腐蝕 性環境中。該探針及該腐蝕物體係由大體上相同的金屬材 料構成。附加到該探針之換能器元件經由該探針傳送一超 音波或射頻信號，並接收任何超音波或射頻信號，其已由 該探針的腐蝕區域所反射。這些反射的信號被分析來決定 該探針中腐蝕狀況的形式，大小，位置及成長速率，並藉 此得到該腐姓金屬物艘的狀況。 發明概要 本發明提供一種用以在一腐蝕性環境中偵測一腐蝕性金 屬物體之腐蝕狀況之方法，其包含： a) 放置一腐蝕感測器到該腐蝕性環境中，該腐蝕感測器包 含： i) 一金屬探針，其包含大體上相同於該腐蝕性金屬物體 之金屬；及 ii) 一附加到該探針之換能器元件，該換能器元件能夠經 由該探針投射及接收超音波或射頻信號； b) 由該換能器元件透過該探針投射超音波或射頻信號；及 -6 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 裝 訂

線 576917 A7 B7 五、發明説明（4 ) C)以該換能器元件接收反射的超音波或射頻信號，該反射 的超音波或射頻信號係由該探針的腐蝕區域所反射，並產 生一電子回應信號到該反射的超音波或射頻信號，其代表 該探針的一腐蝕狀況。 本發明進一步提供一種用以在一腐蝕性環境中偵測一腐 蝕性金屬物體之腐蝕狀況之方法，其包含·· a) 放置一腐蝕感測器到該腐蝕性環境中，該腐蝕感測器包 含： i) 一金屬探針，其具有一橢圓或圓形橫截面，該探針係 由大體上相同於該腐蝕性金屬物體之金屬所構成； ii) 一附加環繞該探針之金屬裂缝環；及 iii) 一附加到該探針之換能器元件，該換能器元件能夠經 由該探針投射及接收超音波或射頻信號； b) 由該換能器元件透過該探針投射超音波或射頻信號； c) 以該換能器元件接收反射的超音波或射頻信號，該反射 的超音波或射頻信號係由該探針的腐蝕區域所反射，並產 生一電子回應信號到該反射的超音波或射頻信號，其代表 該探針的一腐蝕狀況； d) 利用電性連接到該換能器元件之電腦處理器來收集一 系列的電子回應信號；及 e) 由該系列的電子回應信號決定該探針及該腐蝕物體之 腐钱狀況。 本發明仍進一步提供一腐蝕感測器，用以在一腐蝕性環 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 576917 A7 B7 五、發明説明（5 ) 境中偵測一腐蝕性金屬物體之腐蝕狀況，該腐蝕感測器包 含： a) —金屬探針，其由大體上相同於要被測試的該腐蝕性金 屬物體之金屬所構成；及 b) —附加到該探針之換能器元件，該換能器元件能夠透過 該探針投射及接收超音波或射頻信號。

逼式簡單說明 圖1所不為本發明中具有一個外部換能器之腐蝕感測器。 圖2所不為本發明中具有兩個外部換能器之腐蝕感測器。 圖3所不為本發明中具有一個内部換能器之腐蝕感測器。 圖4所不為本發明中具有兩個内部換能器之腐蝕感測器。 订

圖5所示為本發明中附加到包含一腐蝕性環境之管路的 腐蝕感測器之側視圖。 圖6所不為本發明中附加到包含一腐蝕性環境之容器壁 的腐蝕感測器之側視圖。 圖7所不為經由一具有腐蝕缺陷之探針所投射的反射超 音波脈衝的圖形。 較佳具體實施例之謀細說明 本發明提供一種用以在一腐蝕性環境中偵測一腐蝕性金 屬物體之腐蝕狀況的方法。 一腐餘性環境包含任何含有一腐蝕性媒介之環境，其可 造成暴露到該環境之物件或物體之腐蝕。腐蝕性媒介之範 -8 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公董) — 576917 A7 B7 五、發明説明（6 ) 例非排除性地包含流動性或非流動性之化學物質，其包含 像是空氣的氣體、天然器、製程廢氣瓦斯及液體，像是酸 、鹼、有機與無機溶劑、油、水及類似者。

一腐餘性金屬物體可包含任何包含金屬之物件或物體， 其能夠成為如上述地在含有一腐蝕媒介之腐蝕性環境中被 腐蝕。根據本發明，該名詞“金屬，，包含任何金屬，金屬合 金或金屬及非金屬之組合。適當的金屬非排除性地包含鐵 ’例如不銹鋼及超合金鋼的鋼鐵、銅、鋅、鋁、鈦及合金 與其組合。該腐蝕性金屬物體可為任何形狀或形式。在本 發明的實例中，這種物體基本上是為金屬管路或容器壁的 形式。 訂

線 在本發明的實例中，一腐蝕感測器被置於一腐蝕環境中 。如圖1-6所示，本發明的一腐蝕感測器8為一種裝置， 其包含附加到一換能器4之金屬探針2。該金屬探針2可 包含任何金屬，金屬合金，或其组合，例如上述的那些腐 蝕性金屬物體。其很重要地是，該金屬探針2的材料大體 上相等於要被測試的該腐蝕性金屬物體之材料。在一較佳 具體實施例中，該金屬探針2包含不銹鋼，較佳地是不錄 鋼304。該金屬探針可為任何形狀或形式，並可為實心或 中空。較佳地是，該金屬探針2的形狀之橫截面為一圓形 或橢圓形。在一最佳的具體實施例中，該金屬探針2的形 狀為一橢圓形橫截面。此形狀用以造成該金屬探針2上的 應力點，用以形成及偵測應力腐蝕龜裂，如下所述。 該探針可視需要包含一或多個應力產生特徵，其用於造 -9- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 576917 A7 B7 五、發明説明（7 ) 成該探針上的應力，藉此提供腐蝕形成及偵測的固定位置 °應力產生特徵的範例可包含應力產生形狀，及應力產生 附加。一應力產生形狀為該金屬探針的特殊形狀或組態， 其可造成探針本身的應力，用以形成及偵測腐蝕，特別是 應力龜裂腐蝕。舉例而言，在一具體實施例中，該探針包 含一彎曲部份，可包含探針上的應力。在另一具體實施例 中，應力可產生在形狀為橢圓形橫截面之探針上。一應力 產生附加包含可附加到該探針上或環繞該探針之物件，其 可在該探針上造成應力來形成及偵測腐蝕。應力產生附加 較佳地是包含與該探針大體上為相同的材料。 該探針也可包含一金屬裂缝環6，較佳地是與該探針相 同的材料，其附加環繞在該探針上，以提供固定的位置來 形成及偵測裂缝腐餘，如下所述。 根據本發明，一換能器元件係附加到該金屬探針2。該 換能器元件較佳地是包含至少一換能器4，4，，如圖1-6 所示。適當的換能器非排除性地包含壓電換能器，電磁聲 音換能器（EMAT)，磁阻換能器，指間超音波換能器，及主 動換能器，例如毫米波換能器。壓電換能器為較佳，更佳 地是有角度的壓電換能器。適當的壓電換能器可由

Tektrend International of Montreal，Canada 公司提供 。適當的附加該換能器元件到該探針之方法非排除性地包 含膠黏、焊接、電焊及類似者。該換能器元件可内部或外 部地附加到該金屬探針2，其可在任何配置中完成，並藉 由本技藝中已知的任何適當的裝置，其可允許該換能器元 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐）

訂

k 576917 A7 _____ B7 五、發明説明（8 ) 件能夠經由該金屬探針2投射及接收超音波或射頻信號。 在本發明一具體實施例中，如圖1所示，該換能器元件包 含一換能器4，其外部附加到該金屬探針2之第一末端。 在另一具體實施例中，如圖2所示，該換能器元件包含兩 個換能器4及4’，其中一個係外部附加到該金屬探針2之 第一末端，而另一個即外部附加到該金屬探針2的第二末 端。在另一具體實施例中，如圖3所示，該換能器元件包 含一換能器4,其内部附加到該金屬探針在又一具體實 施例中’如圖4所示，該換能器元件包含兩個換能器4及 4’，其中兩者皆内部附加到該金屬探針。 在使用上，該腐蝕感測器被放置到一腐蝕性環境中。此 基本上係由附加該感測器到該腐钱性環境中該腐蚀性金屬 物體來完成。此可用任何適當的方式完成，其將暴露該金 屬探針到該腐蝕性環境中，例如藉由該腐蝕性金屬物體插 入該探針到該腐蚀性環境中，或藉由沖刷安裝該感測器到 該腐蚀性金屬物體。在一具體實施例中，如圖5所示，一 感測器8係透過一密封1〇被附加，其透過一腐蝕性金屬管 路12的管壁11，其中該換能器4係位在該管路12之外， 而該金屬探針2係暴露在該管路12内的腐蝕性環境中。在 另一具體實施例中，如圖6所示，一感測器8被附加到— 腐姓性金屬容器18,其中該探針2係透過一密封1〇附加 到該容器18的壁面16内，該容器18包含一腐蝕性環境。 其它不同的具體實施例可實施在本發明之範圍中。 在不同的時間區段，超音波或射頻信號，例如超音波、 -11 -

五、發明説明（9 ) 無線波、毫米波及類似者，其透過該金屬探針由該換能器 元件投射。這些信號的電壓、頻率、入射角、長度及其它 參數可根據該探針的大小及所使用換能器的形式而改變， 其可由那些本技藝專業人士所決定。舉例而言，一超音波 換能器的操作頻率必須被選擇來具有一波長，其大小類似 於其所摘測的腐蝕缺陷的大小。因此，像是凹陷的腐蝕缺 陷’其大小為毫米或次毫米範圍，其需要在MHz範圍中的 運作頻率。例如，一超音波換能器可經由一探針產生一超 音波脈衝，該脈衝之頻率範圍由約1 MHz到約10 MHz，較 佳地是由約1· 5 MHz到約8 MHz，更佳地是由約2 MHz到 約5 MHz。射頻換能器可產生脈衝，其頻率範圍由約1 ghz 到約5 GHz。射頻換能器可由美國加州San J〇se市的 Prolyx，L· L· C·公司取得。 如果任何腐蝕區域存在於該金屬探針中，由該換能器元 件經由該探針傳送該超音波或射頻信號到那些區域，其將 由該腐餘所反射，並傳回到該換能器元件。如果有的話， 這些反射的超音波或射頻信號係由該換能器元件接收，然 後產生一電子回應信號到該反射的超音波或射頻信號，其 代表該金屬探針之腐钱狀況。腐蝕狀況包含任何腐蝕區域 之性質，例如腐蝕大小、位置、成長速率及形式。腐蝕形 式非排除性地包含應力腐蝕龜裂、均勻腐蝕及局部化腐蝕 ，例如凹陷腐姓及裂縫腐蝕。應力腐蝕龜裂（scc)由於該拉 伸應力及一腐姓媒介之結合的影響而形成微細的悉裂^均 勻腐餘一般而g之特徵為一腐蚀物體在一大表面積中均勻 -12- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(21〇 X 297公釐) 五、發明説明（1〇 ) 的薄化。凹陷錢為—局部性的心形式，其中小凹穴或 凹洞可產生在該腐蝕性物趙中。 一 ^ # ^ 衮縫腐蝕為一局部性的腐 ㈣式’其基本上形成在裂缝中’例如在塾圈之下填 物，夾鉗及類似者。 —系列這種電子回應信號可由一信號資料收集器收集， 其可電性連接到該換能器元件。在本發明一較佳具禮 例中，該信號資料收集器包含_超音波測試床，其包含一 寬頻接收器以接收由該換能器傳送的超音波電子回應信 。然後這些信號被傳送到-數位化裝冑，其將該回應信號 由類比改變到數位，並顯示該信號在一示波器或圖形處理 貝訊顯不器。基本上，該圖形顯示信號為一回音接收時間 及振幅的函數，其代表沿著該探針之距離及在該距離處的 腐姓量。這些資料可用於決定該腐蝕的不同特性。一較佳 的4§號資料收集器包含系統運作及控制之電腦微處理器， 並用以使用腐蝕演算法來計算腐蝕的形式，位置，大小及 成長速率。此腐蝕狀況的決定可被分析來調查接受該腐钱 性金屬的結構整合度。該重要的參數係根據環境條件，其 可由本技藝專業人士簡單地決定。 以下的非限制性範例係用來說明本發明。其將可瞭解在 本發明的組件之元素中有部份的變化及其它選擇，其將可 由本技藝專業人士所瞭解皆位在本發明的範圍内。 範例1 一腐蝕偵測器係外部組裝來結合一壓電換能器到一金屬 -13- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 576917 A7 B7 五、發明説明（11 ) 探針之一端。該探針由具有一橢圓形橫截面之不銹鋼棒所 構成。 在該探針中鑽孔來模擬該探針的腐蝕。這些孔之直徑分 別為3. 2 mm，1· 6 mm及3· 2 mm，其深度為〇· 9 mm。超音 波係由該換能器經由該探針投射。其可注意到一些超音波 係由該鑽孔中反射。這些反射的波係由該換能器接收及收 集。然後該接收的超音波造成該換能器中的電壓，其係由 電性附加到該換能器之信號資料收集器所分析。接收該反 射的聲音之回音及強度之時間係圖示於圖7。此圖形所示 為一初始的超音波脈衝，其由該鑽孔點處模擬腐钱以及該 探針的後壁所反射。 範例2 一腐蝕偵測器係外部組裝來結合一壓電換能器到一金屬 探針之一端。該探針由具有一橢圓形橫截面之不銹鋼棒所 構成。該腐钱偵測器可固定經由一開口放置在一不錢鋼管 路側壁中，使得該換能器留在該管路之外。天然氣被允許 來流經該管路，使得該金屬探針接觸於該天然氣。 超音波由該換能器經由該探針投射。反射的波係由該換 能器接收及收集。然後該接收的超音波即造成來自該換能 器的一電壓，其係由電性附加到該換能器的一信號資料收 集器所分析。這些分析的信號係用來建立一基準線。然後 超音波以相同的方式投射及接收，其一次一小時而進行30 天。反射的超音波信號被收集及分析，並相較於該基準線 -14- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公董) 576917 A7 B7 五 、發明説明（12 ) ，藉此估計該探針的腐蝕程度，以及在該管路内壁上之腐 蝕程度。 當本發明已經參考較佳具體實施例來特別地顯示及說明 ，本技藝之專業人士將可立即瞭解到在不背離本發明的精 神及範圍下可以進行不同的改變及修正。該申請專利範圍 係要解讀為涵蓋所揭示的具體實施例，那些上述之選擇性 及所有其同等者。 -15- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)

Claims (1)

1. 用以在一腐钱.性環境中偵測一腐蝕性金屬物體之腐 蝕狀況之方法，其包含： )放置一腐餘感測器到該腐蝕性環境中，該腐蝕感測器 包含： 1孟屬振針’其包含實質上相同於該腐蝕性金屬物 體之金屬；及 )附加到該探針之換能器元件，該換能器元件能夠經 由該探針射出及接收超音波或射頻信號； )由„亥換能器元件透過該探針射出超音波或射頻信號 :及 c)以該換能器元件接收反射的超音波或射頻信號，該 反射的超音波或射頻信號係由該探針的腐蝕區域所反 射，亚產生一電子回應信號到該反射的超音波或射頻信 號，其指示該探針的一腐蝕狀況。 2. 如申請專利_ W之方法，其進一步包含一系列的 電子回應k號，其具有電性連接到該換能器元件之信號 資料收集器。 3. 如申請專利範圍帛！項之方法，其進一纟包含由該系列 的電子回應信號決定該探針及該腐蝕性物體的一腐蝕狀 況。 (如申請專利範圍第3項之方法，其中所決^的該腐蚀狀 況包含該探針及該腐蝕性物體的該腐蝕大小，該腐蝕位 置，該腐蝕的成長速率，及該腐蝕形式中至少一個。 5.如申請專利範圍第3項之方法’其中決定該探針及該腐 -16- 均勻腐蝕，裂縫腐蝕或應力腐 蝕性物體之凹陷腐蝕量 姓龜裂中至少一種。 6.:申請專利範圍第W之用以 腐蚀性金屬物體之腐姓狀況的方法，其包^中制 置一腐银感測器到該腐姓性環境中，該腐姓感測器 包含· i) 金屬探針，其具有一橢圓或圓形橫截面，該探針 係由實質上相同於該腐㈣金屬物體之金屬所構 Π) 一附加環繞該探針之金屬裂縫環；及 Hi) 一附加到該探針之換能器元件，該換能器元件能夠 經由該探針射出及接收超音波或射頻信號； b)由汶換此器元件透過該探針射出超音波或射頻信 號； ° c) 以該換能器元件接收反射的超音波或射頻信號，該反 射的超音波或射頻信號係由該探針的腐蝕區域所反射 ，並產生一電子回應信號到該反射的超音波或射頻信號 ’其指示該探針的一腐蝕狀況； d) 利用電性連接到該換能器元件之電腦處理器來收集 一系列的電子回應信號；及 e) 由該系列的電子回應信號決定該探針及該腐蝕物體 之腐蝕狀況。 7 · —種用以在一腐蝕性環境中偵測一腐蝕性金屬物體之腐 蝕狀況之腐蝕感測器，該腐蝕感測器包含： -17- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 576917 A8 B8 C8

   W 一金屬探針，其由實質上相同於要被測試的該腐蝕 性金屬物體之金屬所構成；及 b)附加到忒捸針之換能器元件，該換能器元件能夠透 過該探針射出及接收超音波或射頻信號。 8. 如申明專利範圍帛7項之腐姓感測器，其中該探針具有 一橢圓形或圓形的橫截面。 八 9. 如申明專利範圍帛7項之腐蝕感測器，其中該金屬探針 進一步包含至少一個應力感應特徵。 10. 如申請專利範圍第7項之腐姓感測器，其中該金屬 裴 進-步包含至少-個附加環繞該探針之金屬裂縫環。 11. 如申請專利範圍第7項之腐料❹，進_ 號資料收集器。 ^ 訂 m -18-本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐）