专利名称：一种管道内腐蚀在线监测装置的制作方法
技术领域：
本发明属于管道腐蚀监测技术领域，特别是涉及一种管道内腐蚀在线监测装置。
背景技术：
目前，在油气田生产过程中，在役设备和管道在使用过程中始终处于恶劣的工作环境外部环境高温、高压、高流速且在不断地变化；内部环境强腐蚀介质众多，少量游离水、酸性组分(如二氧化碳、硫化氢等)、盐类、空气氧成分和细菌等都容易对油气输送管道造成内部腐蚀。内外环境共同影响着油气管道，致使管道容易发生断裂和油液泄漏，甚至引发爆炸事故。平台漏油和管道爆炸事故都直接或间接与腐蚀有关，油气管道作为油气生产设施的重要设备，其安全运营关系重大，管道内腐蚀监测已经成为广泛关注技术问题。管道内腐蚀监测的主要方法有挂片法、电阻探针法、线性极化电阻法和电化学噪声法。每种方法均有自己的优势，但又存在着一定的局限性。挂片监测法是使用最为广泛、 最经济简单的检测方式，适用于电解质溶液、非电解质溶液和气体的各种介质的腐蚀监测。 但是挂片监测需要拆装挂片，监测周期较长，且只能确定试验周期中的平均腐蚀速度，不能很好地重现局部腐蚀效应；电阻探针法同样不受腐蚀介质的限制，且测量时不必把试样取出，具有直接、连续、快速、灵敏的优点。但是此方法对试样加工要求严格，不能测定局部腐蚀特征，用于非均勻腐蚀场合，误差也较大；线性极化电阻法是一种非常适用于现场腐蚀监测的方法，它对腐蚀情况变化响应快，能获得均勻腐蚀速率，比较灵敏，可以及时地反映设备操作条件的变化。但是它对水溶液依赖性较强，仅适用于电解质溶液的腐蚀监测；电化学噪声方法是唯一的能提供局部腐蚀信息的方法，缺点是比其他方法复杂，通常不能得到腐蚀速率的绝对信息。总之，目前缺少一种能够针对油气管道内腐蚀进行全面监测的电化学新技术。
发明内容
本发明为解决现有技术存在的问题，提供了一种管道内腐蚀在线监测装置。本发明目的是提供一种具有原位无损在线监测，无需频繁拆装，适用介质范围广泛，既能提供均勻腐蚀和局部腐蚀信息，又能判断管道的耐蚀性能和腐蚀机理，集监测、分析和管理于一体，实时检测等特点的管道内腐蚀在线监测装置。本发明管道内腐蚀电化学监测整合技术，包括电化学阻抗技术、电化学噪声技术和线性极化技术。监测装置由信号采集模块、信号传输装置、A/D转换器、数据分析模块、数据管理模块和电子计算机组成。系统采用单个三电极监测探针，通过信号产生控制单元依据三种电化学技术要求施加激励并接收反馈，由信号采集模块采集该反馈电信号，通过信号传输装置将反馈电信号传递给A/D转换器，A/D转换器将电信号转换为数字信号，进一步传输至数据分析模块的计算机分析单元进行计算和综合分析并由专家系统单元对结果进行判断，最终在电子计算机上的人机交互界面显示原始数据和诊断结果，通过数据管理模块的报表导出单元导出结果。
信号采集模块包括一个三电极监测探针、一个信号产生控制单元、一个信号缓存单元和一个报警通知单元。其中探针采用三电极结构，工作电极和辅助电极的选材与被检测管道相同，并特别关注电极间距对检测效率和准确度的影响，采用树脂封装将电极间距优选为50um能够显著提高检测的精度和效率，同时满足连续监测的需求。根据三种电化学技术检测原理的不同，通过信号产生控制单元分别对三电极监测探针施加不同的扰动并采取原位监测，其中线性极化技术施加小幅电压扰动，反馈腐蚀电流信息；电化学阻抗技术施加一个小幅度的正弦电压扰动，反馈电极的交流阻抗(交流阻抗谱)信息；电化学噪声技术无需施加外部扰动即可反馈噪声图谱和噪声信息。由信号缓存单元接受这些反馈信号，并将电信号传输至数据分析模块。当采集的电信号出现异常时，报警单元会迅速作出反应，并提示报警。数据分析模块外部连接一个A/D转换器将电信号转换为数字信号，内部以计算机分析单元、专家系统单元和数据存储单元为核心。其中计算机分析单元采用计算机数据计算和分析技术，分别对电化学噪声技术反馈的噪声谱图进行时域和频域分析、对电化学阻抗技术反馈的交流阻抗(交流阻抗谱)进行计算分析、对线性极化技术反馈的腐蚀电流进行计算分析。专家系统单元能够智能地对三种电化学技术的数据分析结果自动做出判断，数据存储单元用于存储原始数据、分析计算结果和专家诊断结果。数据管理模块安装在电子计算机上，通过数据显示模块，将原始数据、分析计算结果和专家系统的诊断结果显示在人机交互界面上，并可通过报表导出单元生成和导出报表。本发明管道内腐蚀在线监测装置采用如下技术方案
一种管道内腐蚀在线监测装置，其特点是监测装置包括信号采集模块、信号传输装置、A/D转换器、数据分析模块、数据管理模块和计算机组成；信号采集模块包括一个三电极监测探针、一个信号产生控制单元和一个信号缓存单元，信号产生控制单元施加电化学激励，并将反馈信号传递给信号缓存单元；信号传输装置为有线或无线传输装置，将数据信号传输至A/D转换器；数据信号经数据分析模块、数据管理模块进入计算机处理，进行在线监测显示。本发明管道内腐蚀在线监测装置还可以采用如下技术措施
所述的管道内腐蚀在线监测装置，其特点是三电极监测探针由参比电极、工作电极、 辅助电极和探针外壳组成，参比电极采用银/氯化银、高纯锌固体参比电极，辅助电极、工作电极与检测管道的材质相同。所述的管道内腐蚀在线监测装置，其特点是三电极监测探针外壳采用塑料或石英材料，三电极间距设计为10 lOOum，采用树脂封装在探针上。所述的管道内腐蚀在线监测装置，其特点是信号采集模块包括一个报警通知单元，信号采集模块采集的电信号出现异常时，会迅速作出反应并提示报警。所述的管道内腐蚀在线监测装置，其特点是信号缓存单元，临时存放反馈信号， 并连接信号传输装置。所述的管道内腐蚀在线监测装置，其特点是:A/D转换器将信号传输装置传递的电信号转换为数字信号，传输至数据分析模块。所述的管道内腐蚀在线监测装置，其特点是数据分析模块连接A/D转换器，由计算机计算分析单元、专家系统单元和数据存储单元组成。所述的管道内腐蚀在线监测装置，其特点是专家系统单元的智能来源于腐蚀专家对实验室和现场实验结果的分析和判断，可对电化学的数据分析结果自动做出判断，并通过数据传输装置传递给数据管理模块。所述的管道内腐蚀在线监测装置，其特点是计算机对采集信号进行分析，分别对电化学噪声技术反馈的噪声谱图进行时域和频域分析、对电化学阻抗技术反馈的交流阻抗进行计算分析、对线性极化技术反馈的腐蚀电流进行计算分析。所述的管道内腐蚀在线监测装置，其特点是数据管理模块安装在计算机上，包括一个数据显示单元和一个报表导出单元，并通过电子计算机的人机交互界面显示和导出原始数据、分析计算结果和专家诊断结果。本发明具有的优点和积极效果
管道内腐蚀在线监测装置，由于采用了本发明全新的技术方案，与现有技术相比，本发明具有以下特点
1.基本不受监测介质环境的限制，可广泛应用于各种单相和混相介质；
2.可实现原位在线无损检测，无需频繁拆装；
3.实现三种电化学技术的整合，检测获得完整全面的腐蚀信息；
4.集监测、分析和管理的一体化系统。
图1是本发明管道内腐蚀在线监测装置结构示意图。图中，1.电极，2.电极监测探针，3.信号采集模块，4.信号传输装置，5. A/D 转换器，6.数据分析模块，7.计算机，8.管道。
具体实施例方式为能进一步了解本发明的技术内容、特点及功效，兹列举以下实例，并配合附图详细说明如下
参照附图1。实施例1
管道内腐蚀在线监测装置由信号采集模块、信号传输装置、A/D转换器、数据分析模块、 数据管理模块和电子计算机组成；管道内腐蚀在线监测装置涉及的电化学技术包括电化学阻抗技术、电化学噪声技术和线性极化技术的整合技术。线性极化技术施加小幅度的电压扰动，反馈腐蚀电流信息；电化学阻抗技术施加一个小幅度的正弦电压扰动，反馈电极的交流阻抗(交流阻抗谱)信息；电化学噪声技术无需施加外部扰动即可反馈电化学噪声信息。信号采集模块，包括一个三电极监测探针、一个信号产生控制单元、一个信号缓存单元和一个报警通知单元。三电极监测探针主要由参比电极、工作电极、辅助电极和探针外壳组成。参比电极采用银/氯化银、高纯锌等固体参比电极，辅助电极、工作电极与检测管道的材质一致，探针外壳采用塑料、石英或其他非金属材料制成，三电极间距设计为10 IOOum,优选50um，并通过树脂封装在探针上。信号产生控制单元是一个施加电化学激励的控制单元，依据三种电化学技术要求施加激励，并将反馈信号传递给信号缓存单元。信号缓存单元临时存放反馈信号，并连接信号传输装置。报警通知单元当信号采集模块采集的电信号出现异常时，会迅速作出反应并提示报警。信号传输装置是一种有线或无线传输装置，将电信号传输至A/D转换器。A/D转换器将信号传输装置传递的电信号转换为数字信号，传输至数据分析模块。数据分析模块连接一个A/D转换器，由一个计算机计算分析单元、一个专家系统单元和一个数据存储单元组成。专家系统单元的智能来源于腐蚀专家对实验室和现场实验结果的分析和判断，它可对三种电化学的数据分析结果自动做出判断，并通过数据传输装置传递给数据管理模块。数据存储单元用于存储原始数据、分析计算结果和专家系统单元的诊断结果。计算机计算分析单元采用计算机数据计算和分析技术，分别对电化学噪声技术反馈的噪声谱图进行时域和频域分析、对电化学阻抗技术反馈的交流阻抗(交流阻抗谱)进行计算分析、对线性极化技术反馈的腐蚀电流进行计算分析。数据管理模块安装在电子计算机上，包括一个数据显示单元和一个报表导出单元，并通过电子计算机的人机交互界面显示和导出原始数据、分析计算结果和专家诊断结果。数据显示单元用于显示原始数据、分析计算结果和专家系统单元的诊断结果。报表导出单元可根据用户需求，将原始数据、分析计算结果和专家系统单元的诊断结果生成报表并从系统中导出。本实施例的具体结构及其使用详细描述
本实施例包括电极1(工作电极、参比电极和辅助电极)、电极监测探针2、信号采集模块 3、信号传输装置4、A/D转换器5、数据分析模块6、数据管理模块和电子计算机7。电极监测探针2由参比电极、工作电极、辅助电极和探针外壳组成，参比电极采用银/氯化银电极， 辅助电极、工作电极与被监测管道的材质一致，探针外壳采用塑料、石英或其他非金属材料制成，三电极间距为50um并通过树脂封装在探针上。电极监测探针2通过探针外壳前部的螺纹或法兰旋转到被监测管道8上，探针顶端与管道内表面平齐。管道8的材质可以是碳钢、低合金钢、耐蚀合金等金属。信号采集模块3、信号传输装置4、数据分析模块6和数据管理模块之间采用VGA 接口连接。信号采集模块3包括一个三电级监测探针2、一个信号产生控制单元、一个信号缓存单元和一个报警通知单元。数据分析模块6外部连接一个A/D转换器5将电信号转换为数字信号，内部由一个计算机分析单元、一个专家系统单元和一个数据存储单元组成。数据管理模块安装在电子计算机7上，包括一个数据显示单元和一个报表导出单元，用于显示和导出原始数据、分析结果和专家诊断结果。本发明使用时，系统默认进行电化学噪声监测。当信号采集模块采集到噪声信号时，通过信号产生控制单元切换到线性极化技术，即在工作电极和辅助电极之间施加IOmV 电压扰动1小时并采集反馈电信号；信号采集完毕后切换到电化学噪声监测；0.5小时后实施电化学阻抗检测，施加交流幅值为士5mV，扫描频率范围IOOkHz IOmHz的正弦电压扰动并采集反馈电信号；完成阻抗扫描后切换到电化学噪声技术继续进行信号采集工作。监测过程中的设置可根据需求进行手动或自动调整。三种电化学技术反馈的电信号经信号传输装置传输至A/D转换器，A/D转换器将其转化为数字信号，进一步传输至计算机分析单元，分别对噪声谱图进行时域分析和频域分析、计算腐蚀速率和分析电极的阻抗谱图，计算分析结果由专家系统单元予以判断，并由电子计算机的人机交互页面显示原始数据、分析计算结果和诊断结果。三种技术的有机整合能够同时实现“原位”、“无损”监测，获得均勻腐蚀信息和局部腐蚀信息、并判断耐蚀情况和腐蚀机理。分析结果最终存储于数据存储单元中，并建立报表导出单元，便于用户导出分析结果。
权利要求
1.一种管道内腐蚀在线监测装置，其特征是监测装置包括信号采集模块、信号传输装置、A/D转换器、数据分析模块、数据管理模块和计算机组成；信号采集模块包括一个三电极监测探针、一个信号产生控制单元和一个信号缓存单元，信号产生控制单元施加电化学激励，并将反馈信号传递给信号缓存单元；信号传输装置为有线或无线传输装置，将数据信号传输至A/D转换器；数据信号经数据分析模块、数据管理模块进入计算机处理，进行在线监测显示。
2.按照权利要求1所述的管道内腐蚀在线监测装置，其特征是三电极监测探针由参比电极、工作电极、辅助电极和探针外壳组成，参比电极采用银/氯化银、高纯锌固体参比电极，辅助电极、工作电极与检测管道的材质相同。
3.按照权利要求2所述的管道内腐蚀在线监测装置，其特征是三电极监测探针外壳采用塑料或石英材料，三电极间距设计为10 lOOum，采用树脂封装在探针上。
4.按照权利要求1所述的管道内腐蚀在线监测装置，其特征是信号采集模块包括一个报警通知单元，信号采集模块采集的电信号出现异常时，会迅速作出反应并提示报警。
5.按照权利要求1所述的管道内腐蚀在线监测装置，其特征是信号缓存单元，临时存放反馈信号，并连接信号传输装置。
6.按照权利要求1所述的管道内腐蚀在线监测装置，其特征是A/D转换器将信号传输装置传递的电信号转换为数字信号，传输至数据分析模块。
7.按照权利要求1所述的管道内腐蚀在线监测装置，其特征是数据分析模块连接A/ D转换器，由计算机计算分析单元、专家系统单元和数据存储单元组成。
8.按照权利要求7所述的管道内腐蚀在线监测装置，其特征是专家系统单元的智能来源于腐蚀专家对实验室和现场实验结果的分析和判断，可对电化学的数据分析结果自动做出判断，并通过数据传输装置传递给数据管理模块。
9.按照权利要求1所述的管道内腐蚀在线监测装置，其特征是计算机对采集信号进行分析，分别对电化学噪声技术反馈的噪声谱图进行时域和频域分析、对电化学阻抗技术反馈的交流阻抗进行计算分析、对线性极化技术反馈的腐蚀电流进行计算分析。
10.按照权利要求1所述的管道内腐蚀在线监测装置，其特征是数据管理模块安装在计算机上，包括一个数据显示单元和一个报表导出单元，并通过电子计算机的人机交互界面显示和导出原始数据、分析计算结果和专家诊断结果。
全文摘要
本发明涉及一种管道内腐蚀在线监测装置。本发明属于管道腐蚀监测技术领域。一种管道内腐蚀在线监测装置，其特点是监测装置包括信号采集模块、信号传输装置、A/D转换器、数据分析模块、数据管理模块和计算机组成；信号采集模块包括一个三电极监测探针、一个信号产生控制单元和一个信号缓存单元，信号产生控制单元施加电化学激励，并将反馈信号传递给信号缓存单元；信号传输装置为有线或无线传输装置，将数据信号传输至A/D转换器；数据信号经数据分析模块、数据管理模块进入计算机处理，进行在线监测显示。本发明具有原位无损在线监测，无需频繁拆装，适用介质范围广泛，集监测、分析和管理于一体，实时检测等优点。
文档编号G01N17/02GK102507430SQ20111035745
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月11日 优先权日2011年11月11日
发明者胡欣 申请人:天津亿利科能源科技发展股份有限公司