一種檢測金屬腐蝕狀態(tài)的裝置和方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種檢測金屬腐蝕狀態(tài)的裝置和方法,本裝置包括探頭,傳感器,金屬環(huán)和信號數(shù)據(jù)收集器,所述探頭與傳感器固連,所述傳感器通過導(dǎo)線連接信號數(shù)據(jù)收集器,所述金屬環(huán)固定在探頭上。本方法包括如下步驟:a)將探頭放入腐蝕性環(huán)境中,b)傳感器通過探頭向腐蝕性環(huán)境中發(fā)射超聲波或無線射頻信號;c)傳感器接收由探頭被腐蝕部位反射回來的超聲波或無線射頻信號,然后將其轉(zhuǎn)換成電信號;d)利用計算機收集這些反饋的電信號;e)通過反饋的電信號來確定探頭和被腐蝕金屬的腐蝕狀況。本發(fā)明的裝置和方法,可利用腐蝕傳感探頭,在易腐蝕的環(huán)境中,檢測和確定被腐蝕金屬腐蝕的位置、大小、以及被腐蝕金屬的腐蝕速率。
【專利說明】一種檢測金屬腐蝕狀態(tài)的裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種檢測金屬腐蝕狀態(tài)的裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 腐蝕環(huán)境包括一切存在腐蝕介質(zhì)的環(huán)境,物體或材料暴露于該環(huán)境中的均會造成 腐蝕。其中腐蝕介質(zhì)包括流動或不流動的化學(xué)物質(zhì),如氣體(空氣、天然氣、和工藝廢氣)和 液體(酸、堿、有機和無機溶劑、油、水等)。
[0003] 被腐蝕的材料包括任何在上述的腐蝕性介質(zhì)中,能夠被腐蝕的物體或材料。被腐 蝕的材料包括任何金屬、金屬合金或金屬與非金屬的復(fù)合材料。腐蝕的金屬物品可以以任 何形狀或形式存在。
[0004] 一直以來各種類型的腐蝕是導(dǎo)致易腐蝕材料,如管道、儲罐及一些金屬結(jié)構(gòu)被破 壞的主要因素。腐蝕的類型主要包括均勻腐蝕和局部腐蝕。均勻腐蝕一般是指易腐蝕的材 料以大致均勻的速度發(fā)生大面積的腐蝕。局部腐蝕,如點蝕或開裂,一般是指較小范圍的 腐蝕,局部腐蝕最初發(fā)生在材料表面的微小區(qū)域上,其不斷地加大加深,最終在材料表面形 成凹坑或裂縫。局部腐蝕,尤其是點蝕,是非常危險的,這是由于材料在較為集中的區(qū)域被 腐蝕,而此種腐蝕很難被檢測到。點蝕可導(dǎo)致的最危險后果包括容器(如儲存罐或管道)的 泄漏。這種泄漏的發(fā)生多源于使密閉容器的壁穿孔,因此多數(shù)容器壁必須具備足夠的厚度 來抵御腐蝕。然而,當容器處于高溫高壓的條件下,其構(gòu)成材料出現(xiàn)裂縫將導(dǎo)致更嚴重的后 果。
[0005] 目前應(yīng)用的材料腐蝕的檢測方法均存在不足之處,如對環(huán)境噪音敏感,每次應(yīng)用 時均需重新設(shè)置,無法區(qū)分不同的腐蝕類型。近年來,國外開發(fā)了一種分析和監(jiān)測電化學(xué)噪 音(ECN),或由腐蝕過程產(chǎn)生噪音的方法,通過對這些噪聲信號的統(tǒng)計分析,可區(qū)分材料腐 蝕的腐蝕類型和腐蝕速率。美國專利編號為5139627、5425867和6015484中都對ECN方法 的應(yīng)用實例有所介紹。然而,ECN法也存在不足之處。例如:局部腐蝕產(chǎn)生的電化學(xué)噪音非 常微小,難以被檢測到。此外,被腐蝕的材料周圍的電動機,斷路器,開關(guān),和射頻發(fā)生器所 產(chǎn)生的環(huán)境噪音均有可能覆蓋或干擾腐蝕噪音信號,從而導(dǎo)致ECN的數(shù)據(jù)不準確。
[0006] 美國專利編號為4412174中,報道了一種利用放射性探頭檢測點蝕的方法。此方 法將放射性探頭置于腐蝕性流體中。當點蝕發(fā)生時,放射性探頭被破壞,其部分碎片進入腐 蝕流體中,此時這些存在于腐蝕流中的放射性碎片將被下游的放射性物質(zhì)檢測器檢測到。 此法可提供探頭腐蝕速率的數(shù)據(jù)。但此方法的不足之處在于,其不能區(qū)分不同的局部腐蝕 類型,例如開裂和點蝕。
[0007] 聲波發(fā)射法也可用于絕緣管表面腐蝕的檢測。此方法在美國專利編號為5526689 中有所描述。此方法核心在于沿絕緣管表面的聲波發(fā)射的傳輸裝置,其可對絕緣管表面腐 蝕進行定位。然而此方法也不能區(qū)分不同的腐蝕類型。
[0008] 美國專利編號為5719503中提到電磁脈沖傳輸法。此方法將兩個電磁傳感器安裝 在一個被腐蝕的材料上。這兩個傳感器將發(fā)送兩個脈沖信號,通過檢測這兩個脈沖信號交 點出異常信號,可判斷被腐蝕的材料腐蝕發(fā)生的區(qū)域。此方法也不能區(qū)分不同的腐蝕類型。
[0009] 此外,歐洲專利EP0335470介紹了一種被腐蝕材料外壁腐蝕程度的測量方法和 設(shè)備,美國專利US4539846發(fā)明了一種高精確度的原位超聲波腐蝕監(jiān)測儀。而美國專利 US5571955中,介紹了一種利用壓力傳導(dǎo)裝置監(jiān)測壓力條件下腐蝕導(dǎo)致的材料破裂的監(jiān)測 方法和裝置。
[0010] 綜上所述,目前極其有必要開發(fā)一種準確可靠,并且能夠區(qū)分不同的腐蝕類型(如 均勻腐蝕、點蝕、裂縫、壓力誘導(dǎo)腐蝕開裂)的檢測方法。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0011] 本發(fā)明的目的是針對上述問題,提供了一種檢測金屬腐蝕狀態(tài)的裝置和方法,將 探頭置于腐蝕性環(huán)境中,與被腐蝕材料同時進行測試。探頭與被腐蝕材料由幾乎相同的金 屬材料制成。與探頭相連的傳感元件可以通過探頭接收和發(fā)射超聲或無線電頻率的信號。 接收的信號可以反映探頭的腐蝕情況,進而傳達出被腐蝕區(qū)域的腐蝕狀態(tài)。進一步分析這 些被接受的信號,可以確定探頭產(chǎn)生腐蝕的類型、大小、位置、以及腐蝕速率,從而可以推導(dǎo) 出被腐蝕金屬材料的腐蝕狀況。
[0012] 為達到上述目的,本發(fā)明采用如下技術(shù)方案: 一種檢測金屬腐蝕狀態(tài)的裝置,包括探頭,傳感器,金屬環(huán)和信號數(shù)據(jù)收集器,所述探 頭與傳感器固連,所述傳感器通過導(dǎo)線連接信號數(shù)據(jù)收集器,所述金屬環(huán)固定在探頭上。
[0013] 還包括另一個傳感器,兩個傳感器固定在探頭的兩端,并通過導(dǎo)線連接信號數(shù)據(jù) 收集器。
[0014] 進一步的,所述傳感器內(nèi)嵌于探頭內(nèi)部。
[0015] 進一步的,所述兩個傳感器內(nèi)嵌于探頭內(nèi)部。
[0016] 進一步的,所述探頭的橫截面為橢圓形或圓形。
[0017] 進一步的,所述探頭與被腐蝕金屬為同類材料。
[0018] 一種檢測金屬腐蝕狀態(tài)的方法,包括如下步驟: a) 將探頭放入腐蝕性環(huán)境中, b) 傳感器通過探頭向腐蝕性環(huán)境中發(fā)射超聲波或無線射頻信號; c) 傳感器接收由探頭被腐蝕部位反射回來的超聲波或無線射頻信號,然后將其轉(zhuǎn)換成 電信號,用以反應(yīng)壓力誘導(dǎo)下探頭的腐蝕狀況; d) 利用計算機收集這些反饋的電信號; e) 通過反饋的電信號來確定探頭和被腐蝕金屬的腐蝕狀況,包括腐蝕大小,腐蝕位置, 腐蝕速率,探頭和被腐蝕金屬的腐蝕類型,確定發(fā)生點腐蝕,均勻腐蝕,縫隙腐蝕,或壓力腐 蝕開裂中的一種類型的腐蝕程度。
[0019] 與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明具有如下突出的實質(zhì)性特點和顯著的優(yōu)點: 本發(fā)明的裝置和方法,可利用腐蝕傳感探頭,在易腐蝕的環(huán)境中,檢測和確定被腐蝕金 屬腐蝕的位置、大小、以及被腐蝕金屬的腐蝕速率。本發(fā)明還能夠區(qū)分不同的腐蝕類型,如 均勻腐蝕、點蝕、裂縫、壓力腐蝕開裂。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020] 圖1本發(fā)明裝置一個外部傳感示意圖。
[0021] 圖2本發(fā)明裝置兩個外部傳感示意圖。
[0022] 圖3本發(fā)明裝置一個內(nèi)部傳感示意圖。
[0023] 圖4本發(fā)明裝置兩個內(nèi)部傳感示意圖。
[0024] 圖5本發(fā)明裝置與腐蝕環(huán)境中的管道連接的側(cè)視圖。
[0025] 圖6本發(fā)明裝置與腐蝕環(huán)境中的容器壁連接的側(cè)視圖。
[0026] 圖7表示檢測到腐蝕缺陷時探頭反映出的超聲波脈沖圖形。
【具體實施方式】
[0027] 下面結(jié)合附圖,對本發(fā)明的具有實施例作進一步的說明。
[0028] 如圖1所示,一種檢測金屬腐蝕狀態(tài)的裝置,包括探頭1,傳感器2,金屬環(huán)3和信 號數(shù)據(jù)收集器4,所述探頭1與傳感器2固連,所述傳感器2通過導(dǎo)線連接信號數(shù)據(jù)收集器 4,所述金屬環(huán)3固定在探頭1上。金屬環(huán)3的材料最好選用與探頭相同的材料,其作用為 判斷腐蝕裂縫形成的具體位置。
[0029] 如圖2所示,還包括傳感器2',兩個傳感器2, 2'固定在探頭1的兩端,并通過導(dǎo)線 連接信號數(shù)據(jù)收集器4。
[0030] 如圖3所示,所述傳感器2內(nèi)嵌于探頭1內(nèi)部。
[0031] 如圖4所示,所述兩個傳感器2, 2'內(nèi)嵌于探頭1內(nèi)部。
[0032] 實施例1 如圖5所示,一種檢測金屬腐蝕狀態(tài)的方法,包括如下步驟: a)將檢測金屬腐蝕狀態(tài)的裝置經(jīng)由密封件5連接到易被腐蝕金屬管6的管壁上,傳感 器2位于金屬管6的外側(cè),探頭1位于金屬管6內(nèi)側(cè)的腐蝕環(huán)境中。
[0033] b)傳感器2通過探頭1向腐蝕性環(huán)境中發(fā)射超聲波或無線射頻信號; c) 傳感器2接收由探頭1被腐蝕部位反射回來的超聲波或無線射頻信號,然后將其轉(zhuǎn) 換成電信號,用以反應(yīng)壓力誘導(dǎo)下探頭1的腐蝕狀況; d) 利用計算機收集這些反饋的電信號; e) 通過反饋的電信號來確定探頭1和被腐蝕金屬的腐蝕狀況,包括腐蝕大小,腐蝕位 置,腐蝕速率,探頭1和被腐蝕金屬的腐蝕類型,確定發(fā)生點腐蝕,均勻腐蝕,縫隙腐蝕,或 壓力腐蝕開裂中的一種類型的腐蝕程度。
[0034] 本實施例中檢測金屬腐蝕狀態(tài)的裝置由一個末端外部連有壓電換能器的金屬探 頭組裝而成,此金屬探頭是一個截面為橢圓形的不銹鋼桿。
[0035] 實施例2 如圖6所示,一種檢測金屬腐蝕狀態(tài)的方法,包括如下步驟: a)將檢測金屬腐蝕狀態(tài)的裝置經(jīng)由密封件5連接到易被腐蝕的金屬容器6上,傳感器 2位于金屬容器6的外側(cè),探頭1位于金屬容器6內(nèi)側(cè)的腐蝕環(huán)境中。
[0036] b)傳感器2通過探頭1向腐蝕性環(huán)境中發(fā)射超聲波或無線射頻信號; c) 傳感器2接收由探頭1被腐蝕部位反射回來的超聲波或無線射頻信號,然后將其轉(zhuǎn) 換成電信號,用以反應(yīng)壓力誘導(dǎo)下探頭1的腐蝕狀況; d) 利用計算機收集這些反饋的電信號; e)通過反饋的電信號來確定探頭1和被腐蝕金屬的腐蝕狀況,包括腐蝕大小,腐蝕位 置,腐蝕速率,探頭1和被腐蝕金屬的腐蝕類型,確定發(fā)生點腐蝕,均勻腐蝕,縫隙腐蝕,或 壓力腐蝕開裂中的一種類型的腐蝕程度。
[0037] 檢測金屬腐蝕狀態(tài)的裝置通過在探針上鉆孔來模擬探針的腐蝕。這些孔的孔徑分 別為3. 2毫米,1. 6毫米和3. 2毫米,其深度為0. 9毫米,超聲波被這些孔反射回來,這些反 射回的波被傳感器2接收并收集,在傳感器2上產(chǎn)生一個電壓。此電壓經(jīng)由連接在傳感器2 上的一個信號數(shù)據(jù)收集器分析,得到如圖7所示的接收回波的時間和強度圖。該曲線顯示 了模擬腐蝕鉆孔點以及探針后壁反射的初始超聲脈沖信號。
【權(quán)利要求】
1. 一種檢測金屬腐蝕狀態(tài)的裝置,其特征在于,包括探頭(1 ),傳感器(2),金屬環(huán)(3) 和信號數(shù)據(jù)收集器(4),所述探頭(1)與傳感器(2)固連,所述傳感器(2)通過導(dǎo)線連接信號 數(shù)據(jù)收集器(4),所述金屬環(huán)(3)固定在探頭(1)上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測金屬腐蝕狀態(tài)的裝置,其特征在于,還包括傳感器(2'), 兩個傳感器(2, 2')固定在探頭(1)的兩端,并通過導(dǎo)線連接信號數(shù)據(jù)收集器(4)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測金屬腐蝕狀態(tài)的裝置,其特征在于,所述傳感器(2)內(nèi)嵌 于探頭(1)內(nèi)部。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的檢測金屬腐蝕狀態(tài)的裝置,其特征在于,所述兩個傳感器(2, 2')內(nèi)嵌于探頭(1)內(nèi)部。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4任意一項所述的檢測金屬腐蝕狀態(tài)的裝置,其特征在于,所述探 頭(1)的橫截面為橢圓形或圓形。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至4任意一項所述的檢測金屬腐蝕狀態(tài)的裝置,其特征在于,所述探 頭(1)與被腐蝕金屬為同類材料。
7. -種檢測金屬腐蝕狀態(tài)的方法,其特征在于,包括如下步驟: a) 將探頭(1)放入腐蝕性環(huán)境中, b) 傳感器(2)通過探頭(1)向腐蝕性環(huán)境中發(fā)射超聲波或無線射頻信號; c) 傳感器(2)接收由探頭(1)被腐蝕部位反射回來的超聲波或無線射頻信號,然后將 其轉(zhuǎn)換成電信號,用以反應(yīng)壓力誘導(dǎo)下探頭(1)的腐蝕狀況; d) 利用計算機收集這些反饋的電信號; e) 通過反饋的電信號來確定探頭(1)和被腐蝕金屬的腐蝕狀況,包括腐蝕大小,腐蝕位 置,腐蝕速率,探頭(1)和被腐蝕金屬的腐蝕類型,確定發(fā)生點腐蝕,均勻腐蝕,縫隙腐蝕,或 壓力腐蝕開裂中的一種類型的腐蝕程度。
【文檔編號】G01N17/00GK104122192SQ201410312397
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年7月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月2日
【發(fā)明者】焦正, 李俊豪, 程伶俐, 李敏通 申請人:上海大學(xué)