一种检测金属腐蚀状态的装置和方法
【专利摘要】本发明提供一种检测金属腐蚀状态的装置和方法，本装置包括探头，传感器，金属环和信号数据收集器，所述探头与传感器固连，所述传感器通过导线连接信号数据收集器，所述金属环固定在探头上。本方法包括如下步骤：a）将探头放入腐蚀性环境中，b）传感器通过探头向腐蚀性环境中发射超声波或无线射频信号；c）传感器接收由探头被腐蚀部位反射回来的超声波或无线射频信号，然后将其转换成电信号；d）利用计算机收集这些反馈的电信号；e）通过反馈的电信号来确定探头和被腐蚀金属的腐蚀状况。本发明的装置和方法，可利用腐蚀传感探头，在易腐蚀的环境中，检测和确定被腐蚀金属腐蚀的位置、大小、以及被腐蚀金属的腐蚀速率。
【专利说明】一种检测金属腐蚀状态的装置和方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种检测金属腐蚀状态的装置和方法。
【背景技术】
[0002] 腐蚀环境包括一切存在腐蚀介质的环境，物体或材料暴露于该环境中的均会造成 腐蚀。其中腐蚀介质包括流动或不流动的化学物质，如气体(空气、天然气、和工艺废气）和 液体(酸、碱、有机和无机溶剂、油、水等)。
[0003] 被腐蚀的材料包括任何在上述的腐蚀性介质中，能够被腐蚀的物体或材料。被腐 蚀的材料包括任何金属、金属合金或金属与非金属的复合材料。腐蚀的金属物品可以以任 何形状或形式存在。
[0004] 一直以来各种类型的腐蚀是导致易腐蚀材料，如管道、储罐及一些金属结构被破 坏的主要因素。腐蚀的类型主要包括均匀腐蚀和局部腐蚀。均匀腐蚀一般是指易腐蚀的材 料以大致均匀的速度发生大面积的腐蚀。局部腐蚀，如点蚀或开裂，一般是指较小范围的 腐蚀，局部腐蚀最初发生在材料表面的微小区域上，其不断地加大加深，最终在材料表面形 成凹坑或裂缝。局部腐蚀，尤其是点蚀，是非常危险的，这是由于材料在较为集中的区域被 腐蚀，而此种腐蚀很难被检测到。点蚀可导致的最危险后果包括容器(如储存罐或管道）的 泄漏。这种泄漏的发生多源于使密闭容器的壁穿孔，因此多数容器壁必须具备足够的厚度 来抵御腐蚀。然而，当容器处于高温高压的条件下，其构成材料出现裂缝将导致更严重的后 果。
[0005] 目前应用的材料腐蚀的检测方法均存在不足之处，如对环境噪音敏感，每次应用 时均需重新设置，无法区分不同的腐蚀类型。近年来，国外开发了一种分析和监测电化学噪 音（ECN)，或由腐蚀过程产生噪音的方法，通过对这些噪声信号的统计分析，可区分材料腐 蚀的腐蚀类型和腐蚀速率。美国专利编号为5139627、5425867和6015484中都对ECN方法 的应用实例有所介绍。然而，ECN法也存在不足之处。例如：局部腐蚀产生的电化学噪音非 常微小，难以被检测到。此外，被腐蚀的材料周围的电动机，断路器，开关，和射频发生器所 产生的环境噪音均有可能覆盖或干扰腐蚀噪音信号，从而导致ECN的数据不准确。
[0006] 美国专利编号为4412174中，报道了一种利用放射性探头检测点蚀的方法。此方 法将放射性探头置于腐蚀性流体中。当点蚀发生时，放射性探头被破坏，其部分碎片进入腐 蚀流体中，此时这些存在于腐蚀流中的放射性碎片将被下游的放射性物质检测器检测到。 此法可提供探头腐蚀速率的数据。但此方法的不足之处在于，其不能区分不同的局部腐蚀 类型，例如开裂和点蚀。
[0007] 声波发射法也可用于绝缘管表面腐蚀的检测。此方法在美国专利编号为5526689 中有所描述。此方法核心在于沿绝缘管表面的声波发射的传输装置，其可对绝缘管表面腐 蚀进行定位。然而此方法也不能区分不同的腐蚀类型。
[0008] 美国专利编号为5719503中提到电磁脉冲传输法。此方法将两个电磁传感器安装 在一个被腐蚀的材料上。这两个传感器将发送两个脉冲信号，通过检测这两个脉冲信号交 点出异常信号，可判断被腐蚀的材料腐蚀发生的区域。此方法也不能区分不同的腐蚀类型。
[0009] 此外，欧洲专利EP0335470介绍了一种被腐蚀材料外壁腐蚀程度的测量方法和 设备，美国专利US4539846发明了一种高精确度的原位超声波腐蚀监测仪。而美国专利 US5571955中，介绍了一种利用压力传导装置监测压力条件下腐蚀导致的材料破裂的监测 方法和装置。
[0010] 综上所述，目前极其有必要开发一种准确可靠，并且能够区分不同的腐蚀类型(如 均匀腐蚀、点蚀、裂缝、压力诱导腐蚀开裂）的检测方法。
【发明内容】
[0011] 本发明的目的是针对上述问题，提供了一种检测金属腐蚀状态的装置和方法，将 探头置于腐蚀性环境中，与被腐蚀材料同时进行测试。探头与被腐蚀材料由几乎相同的金 属材料制成。与探头相连的传感元件可以通过探头接收和发射超声或无线电频率的信号。 接收的信号可以反映探头的腐蚀情况，进而传达出被腐蚀区域的腐蚀状态。进一步分析这 些被接受的信号，可以确定探头产生腐蚀的类型、大小、位置、以及腐蚀速率，从而可以推导 出被腐蚀金属材料的腐蚀状况。
[0012] 为达到上述目的，本发明采用如下技术方案： 一种检测金属腐蚀状态的装置，包括探头，传感器，金属环和信号数据收集器，所述探 头与传感器固连，所述传感器通过导线连接信号数据收集器，所述金属环固定在探头上。
[0013] 还包括另一个传感器，两个传感器固定在探头的两端，并通过导线连接信号数据 收集器。
[0014] 进一步的，所述传感器内嵌于探头内部。
[0015] 进一步的，所述两个传感器内嵌于探头内部。
[0016] 进一步的，所述探头的横截面为椭圆形或圆形。
[0017] 进一步的，所述探头与被腐蚀金属为同类材料。
[0018] 一种检测金属腐蚀状态的方法，包括如下步骤： a) 将探头放入腐蚀性环境中， b) 传感器通过探头向腐蚀性环境中发射超声波或无线射频信号； c) 传感器接收由探头被腐蚀部位反射回来的超声波或无线射频信号，然后将其转换成 电信号，用以反应压力诱导下探头的腐蚀状况； d) 利用计算机收集这些反馈的电信号； e) 通过反馈的电信号来确定探头和被腐蚀金属的腐蚀状况，包括腐蚀大小，腐蚀位置， 腐蚀速率，探头和被腐蚀金属的腐蚀类型，确定发生点腐蚀，均匀腐蚀，缝隙腐蚀，或压力腐 蚀开裂中的一种类型的腐蚀程度。
[0019] 与现有技术相比，本发明具有如下突出的实质性特点和显著的优点： 本发明的装置和方法，可利用腐蚀传感探头，在易腐蚀的环境中，检测和确定被腐蚀金 属腐蚀的位置、大小、以及被腐蚀金属的腐蚀速率。本发明还能够区分不同的腐蚀类型，如 均匀腐蚀、点蚀、裂缝、压力腐蚀开裂。
【专利附图】
【附图说明】
[0020] 图1本发明装置一个外部传感示意图。
[0021] 图2本发明装置两个外部传感示意图。
[0022] 图3本发明装置一个内部传感示意图。
[0023] 图4本发明装置两个内部传感示意图。
[0024] 图5本发明装置与腐蚀环境中的管道连接的侧视图。
[0025] 图6本发明装置与腐蚀环境中的容器壁连接的侧视图。
[0026] 图7表示检测到腐蚀缺陷时探头反映出的超声波脉冲图形。
【具体实施方式】
[0027] 下面结合附图，对本发明的具有实施例作进一步的说明。
[0028] 如图1所示，一种检测金属腐蚀状态的装置，包括探头1，传感器2,金属环3和信 号数据收集器4,所述探头1与传感器2固连，所述传感器2通过导线连接信号数据收集器 4,所述金属环3固定在探头1上。金属环3的材料最好选用与探头相同的材料，其作用为 判断腐蚀裂缝形成的具体位置。
[0029] 如图2所示，还包括传感器2'，两个传感器2, 2'固定在探头1的两端，并通过导线 连接信号数据收集器4。
[0030] 如图3所示，所述传感器2内嵌于探头1内部。
[0031] 如图4所示，所述两个传感器2, 2'内嵌于探头1内部。
[0032] 实施例1 如图5所示，一种检测金属腐蚀状态的方法，包括如下步骤： a)将检测金属腐蚀状态的装置经由密封件5连接到易被腐蚀金属管6的管壁上，传感 器2位于金属管6的外侧，探头1位于金属管6内侧的腐蚀环境中。
[0033] b)传感器2通过探头1向腐蚀性环境中发射超声波或无线射频信号； c) 传感器2接收由探头1被腐蚀部位反射回来的超声波或无线射频信号，然后将其转 换成电信号，用以反应压力诱导下探头1的腐蚀状况； d) 利用计算机收集这些反馈的电信号； e) 通过反馈的电信号来确定探头1和被腐蚀金属的腐蚀状况，包括腐蚀大小，腐蚀位 置，腐蚀速率，探头1和被腐蚀金属的腐蚀类型，确定发生点腐蚀，均匀腐蚀，缝隙腐蚀，或 压力腐蚀开裂中的一种类型的腐蚀程度。
[0034] 本实施例中检测金属腐蚀状态的装置由一个末端外部连有压电换能器的金属探 头组装而成，此金属探头是一个截面为椭圆形的不锈钢杆。
[0035] 实施例2 如图6所示，一种检测金属腐蚀状态的方法，包括如下步骤： a)将检测金属腐蚀状态的装置经由密封件5连接到易被腐蚀的金属容器6上，传感器 2位于金属容器6的外侧，探头1位于金属容器6内侧的腐蚀环境中。
[0036] b)传感器2通过探头1向腐蚀性环境中发射超声波或无线射频信号； c) 传感器2接收由探头1被腐蚀部位反射回来的超声波或无线射频信号，然后将其转 换成电信号，用以反应压力诱导下探头1的腐蚀状况； d) 利用计算机收集这些反馈的电信号； e)通过反馈的电信号来确定探头1和被腐蚀金属的腐蚀状况，包括腐蚀大小，腐蚀位 置，腐蚀速率，探头1和被腐蚀金属的腐蚀类型，确定发生点腐蚀，均匀腐蚀，缝隙腐蚀，或 压力腐蚀开裂中的一种类型的腐蚀程度。
[0037] 检测金属腐蚀状态的装置通过在探针上钻孔来模拟探针的腐蚀。这些孔的孔径分 别为3. 2毫米，1. 6毫米和3. 2毫米，其深度为0. 9毫米，超声波被这些孔反射回来，这些反 射回的波被传感器2接收并收集，在传感器2上产生一个电压。此电压经由连接在传感器2 上的一个信号数据收集器分析，得到如图7所示的接收回波的时间和强度图。该曲线显示 了模拟腐蚀钻孔点以及探针后壁反射的初始超声脉冲信号。
【权利要求】
1. 一种检测金属腐蚀状态的装置，其特征在于，包括探头（1 )，传感器（2)，金属环（3) 和信号数据收集器（4)，所述探头（1)与传感器（2)固连，所述传感器（2)通过导线连接信号 数据收集器（4)，所述金属环（3)固定在探头（1)上。
2. 根据权利要求1所述的检测金属腐蚀状态的装置，其特征在于，还包括传感器（2'）， 两个传感器（2, 2'）固定在探头（1)的两端，并通过导线连接信号数据收集器（4)。
3. 根据权利要求1所述的检测金属腐蚀状态的装置，其特征在于，所述传感器（2)内嵌 于探头（1)内部。
4. 根据权利要求2所述的检测金属腐蚀状态的装置，其特征在于，所述两个传感器（2， 2'）内嵌于探头（1)内部。
5. 根据权利要求1至4任意一项所述的检测金属腐蚀状态的装置，其特征在于，所述探 头（1)的横截面为椭圆形或圆形。
6. 根据权利要求1至4任意一项所述的检测金属腐蚀状态的装置，其特征在于，所述探 头（1)与被腐蚀金属为同类材料。
7. -种检测金属腐蚀状态的方法，其特征在于，包括如下步骤： a) 将探头（1)放入腐蚀性环境中， b) 传感器（2)通过探头（1)向腐蚀性环境中发射超声波或无线射频信号； c) 传感器（2)接收由探头（1)被腐蚀部位反射回来的超声波或无线射频信号，然后将 其转换成电信号，用以反应压力诱导下探头（1)的腐蚀状况； d) 利用计算机收集这些反馈的电信号； e) 通过反馈的电信号来确定探头（1)和被腐蚀金属的腐蚀状况，包括腐蚀大小，腐蚀位 置，腐蚀速率，探头（1)和被腐蚀金属的腐蚀类型，确定发生点腐蚀，均匀腐蚀，缝隙腐蚀，或 压力腐蚀开裂中的一种类型的腐蚀程度。
【文档编号】G01N17/00GK104122192SQ201410312397
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年7月2日 优先权日:2014年7月2日
【发明者】焦正, 李俊豪, 程伶俐, 李敏通 申请人:上海大学