用于原位测量腐蚀的方法和系统的制作方法
【专利说明】用于原位测量腐蚀的方法和系统
[0001] 相关申请案的夺叉引用
[0002] 本申请案要求2013年5月28日提交的第61/827号美国临时申请案的优先权，所 述临时申请案以全文引用的方式并入本文中。
【背景技术】
[0003] 对用于制造、装运、存储和各个处理程序的工艺设备的适当维护对设备可靠地、安 全地且经济地运行而言至关重要。通常监视工艺设备的完整性以检测任何腐蚀或其它降 解。当设备经受高腐蚀性环境时或当工艺设备含有尤其有害的材料时，监视工艺设备完整 性的需要变得更加迫切。此环境可能由例如氯、氧化剂、酸和/或碱制造等的侵蚀性过程或 已知对操作员避免毁坏工艺设备和/或安全壳的缺失形成挑战的其它此类过程产生。因 此，对高腐蚀性环境中的材料腐蚀的快速和准确评估有助于保持设备的可靠和安全的操 作，并且在一些情况下所述评估是法定的。
[0004] 监视技术已用于确定在延长的时间段内材料的平均腐蚀速率。一些监视技术，例 如，使用超声波技术的那些监视技术执行从工艺设备外部确定腐蚀，例如，厚度测量用于推 断金属损失且因此推断降解或腐蚀的量。然而，确定在延长的时间段内的平均腐蚀速率并 不提供关于材料的降解的实时信息。相反地，这是经过一段时间的多个腐蚀事件的整合。此 外，从工艺设备外部确定腐蚀可能损害所述设备内的所估计腐蚀情况的准确性。这些非原 位方法通常还涉及将人员安置在测量点附近，有时安置在工艺设备内的高隆起处，这可能 将人员安置在危险情况下。
[0005] 电阻（ER)探针已用于测量工艺设备内的腐蚀速率。ER探针使用与所关注材料类 似的组成的高度变形的金属块，并且基于变形金属的电阻与目标材料的腐蚀的变化比例来 确定目标材料的腐蚀速率。ER探针对温度变化高度敏感，从而引起低准确性。此外，ER探 针通常很细，这限制了测量的动态范围并且导致传感器寿命短。此外，高度变形的金属与具 有相同组成的金属相比以不同方式腐蚀，但具有较少机械变形。另外，ER探针不会寻址非 导电材料。
[0006] 取样片还用于工艺设备内部的腐蚀监视。取样片是附接到工艺设备内部的小金属 块。在长时间（标称地以年为单位）暴露于腐蚀性环境中之前和之后确定取样片的质量。 因此所估计腐蚀速率是一段时间内的腐蚀事件的整合；不识别单个腐蚀事件。使用取样片 的一个困难是在最终称重之前需要从所暴露的取样片清除附着的腐蚀产物。需要谨慎从 事，使得清除过程不会使最终结果产生偏差。另外，可能在清除和检验之前消耗取样片而不 具有任何指示。在不具有实时腐蚀测量能力的情况下，难以做出改进或识别关于腐蚀事件 的过程变量。
[0007] 此外，电化学装置已用于工艺设备内部的腐蚀监视。金属的腐蚀在本质上是电化 学的，因此可以通过使用电化学来测量腐蚀速率，例如，电子从阴极到阳极的传送。此过程 假设腐蚀机制和电压/电流，即，V/I都是已知的，并且这些假设由于电化学计算的复杂性 而容易产生错误。
【发明内容】
[0008] 根据本发明，定义一种用于测量设备材料的腐蚀速率的系统和方法。在一个实施 例中，系统可以包括腐蚀探针主体，用于插入腐蚀性流体流过的设备的内部，其中所述腐蚀 探针主体包括与设备材料基本上相同的材料（关于化学性质和冶金史）。所述系统可以进 一步包括：腐蚀探针主体上的至少一个传感器，所述传感器包含超声波源，其经配置以将超 声波脉冲提供到所述探针主体材料中，以及接收器，其经配置以从所述探针主体材料接收 所述超声波脉冲的反射并且产生指示所述超声波脉冲的行进时间的电响应信号；处理器， 其经配置以处理所述电响应信号并且产生对应的金属厚度数据；以及通信单元，用于将对 应的腐蚀数据传送到所述材料的外表面上的显示器。
[0009] 所述系统可以进一步包含热交换器，其与探针主体的环形区流体连通；以及温度 传感器，用于指示所述探针主体的温度。
[0010] 在另一实施例中，提供一种用于检测可腐蚀材料在腐蚀性环境中的腐蚀情况的方 法。所述方法包括将腐蚀探针插入到腐蚀性环境中，其中所述腐蚀探针包括由与可腐蚀材 料基本上相同的材料组成的探针主体以及附接到所述探针主体上的能够发射和接收超声 波信号的传感器；将超声波信号从所述传感器发射到所述探针主体；通过所述传感器接收 反射的超声波信号；产生对应于所述反射的超声波信号的电响应信号；处理所述电响应信 号以指示所述材料的腐蚀情况；以及传送所述腐蚀情况。
[0011] 所述系统和方法可以用于检测单个腐蚀事件、监视经过一段时间的设备的腐蚀或 降解的量和/或监视材料的整合腐蚀速率。可以通过连续方式执行所述方法，以便提供腐 蚀速率和腐蚀事件的连续、实时测量。
[0012] 尽管先前未揭示，但是在适当时参考附图，通过组合此技术的各个方面而实现的 协同作用的这些以及其它方面和优点将通过阅读以下详细描述对本领域普通技术人员变 得显而易见。
【附图说明】
[0013] 图1描绘根据至少一个实施例的与工艺设备一起使用的示例性系统的示意图；
[0014] 图2描绘根据至少一个实施例的用于与图1的示例性系统一起使用的实例腐蚀探 针；
[0015] 图3描绘根据至少一个实施例的说明经过一段时间绘制的瞬时腐蚀速率的图，所 述瞬时腐蚀速率可以使用图1的示例性系统来确定；
[0016] 图4描绘根据至少一个实施例的可以执行用于检测可腐蚀材料在腐蚀性环境中 的腐蚀情况的实例方法的简化流程图；
[0017] 图5描绘根据至少一个实施例的用于与图1的示例性系统一起使用的实例腐蚀探 针；以及
[0018] 图6描绘根据至少一个实施例的用于与图1的示例性系统一起使用的实例腐蚀探 针。
【具体实施方式】
[0019] 在以下详细描述中，对附图进行参考，这些附图形成本文的一部分。除非上下文另 外规定，否则在附图中，相似的符号通常标识相似的组件。在【具体实施方式】、附图以及权利 要求书中描述的说明性实施例并非意在具有限制性。在不脱离本文呈现的标的物的精神或 范围的情况下，可以利用其它实施例并且可以做出其它改变。将容易理解，可以在多种不同 配置中安排、替代、组合、分开并且设计如在本文中通常描述并且在附图中说明的本发明的 各方面，所有配置明确地涵盖在本文中。
[0020] 图1描绘根据至少一个实施例的与工艺设备一起使用的示例性系统100的示意 图。系统100尤其可以用于测量腐蚀性环境内的设备材料的腐蚀速率。系统100提供用于 实时和原位测量材料的腐蚀速率和腐蚀事件的能力。这在工艺异常期间可以尤其有用，因 为可以实时估计对工艺设备的损坏并且可以快速地采取措施来缓解工艺设备内对流体的 安全壳的损坏或缺失。
[0021] 在图1中，系统100可以包含例如管道110的设备，其包括：内表面112和外表面 114、圆盘120、紧固件130、腐蚀探针140、电路150、处理器160、通信链路170和显示器180。
[0022] 系统100可以实施用于与各个过程的腐蚀监视和控制一起使用。例如，系统100 可以实施用于与氯化有机物过程、提高采收率、高温过程（例如，热处理单元、电力生成、大 规模消防设备、锅炉、火焰加热器）一起使用。其它过程可以包含卤代有机物、腐蚀性气体 产物、流或腐蚀性固体。
[0023] 管道110是工艺设备的代表性零件，并且可以由金属、聚合物（例如，塑料、橡胶 等）、陶瓷（例如，混凝土、砖等）或包括具有不同特性的两个或两个以上材料的复合材料制 成。在其它实例实施例中，可以监视其它工艺设备组件，例如，器皿、储槽和各个其它容器。 管道110暴露于腐蚀性环境中，例如，经过一段时间使任何暴露的管道材料降解的流体（例 如，气体或液体），从而使材料的物理特性退化。在系统100中，腐蚀性流体流过管道110并 且因此管道110的内表面112暴露于腐蚀性流体中。
[0024] 管道110材料的降解可能会由于截面区域的缺失而导致材料弱化。如果管道材料 是金属