一种测量金属腐蚀速率的高压电感探针及其补偿方法与流程

本发明涉及金属管道腐蚀监测技术领域，特别是涉及一种油气田井口应用的探针装置及其补偿方法。

背景技术：

金属腐蚀每年都会给国民经济造成重大的损失，探针监测技术是一种间接监测装置腐蚀的有效方法，是以测量金属腐蚀损失为基础，通过测量腐蚀试片腐蚀减薄引起的交流信号改变来计算腐蚀损耗速度，监测管道及设备的腐蚀速率。根据测量结果尽早采取防范措施是炼化企业解决装置腐蚀问题的重要手段。由于油气田井口的测量环境、温度、压力等影响，相比于炼厂更为复杂，所以油气田井口的探针监测基本属于空白阶段，相应的探针产品也比较少。

目前，国内外炼化企业常用的探针为电感探针，在探针试片受到腐蚀后其横截面积的减小会引起交流信号发生变化，对测量试片施加交流信号，通过交流信号的变化来计算测量组件的减薄量和腐蚀速率。当测量组件的材质、受介质的冲刷状态等客观条件与所测量设备的状态基本相同时，就可用测量组件腐蚀速率近似地代表设备的腐蚀率。以管状电感探针为例，如图1所示，测量试片10感值的变化遵循金属导体的感值规律，与其长度成正比与其截面积成反比。

ρ×l/s

式中：ρ为材料的电感率，l为材料的长度，s为材料的截面积。

金属导体的电感值受温度的变化而变化，感值与温度呈线性关系，随温度的升高而升高，关系式如下

rt=r0（1+α（t-t0））

式中：rt为温度为t时的电感值，t为温度变化后的温度，t0为初始温度，α为感值温度系数。

金属导体的温度特性说明，在温度升高后，即使没有腐蚀，测量结果也会变化，所以电感探针监测腐蚀的方法必需要解决温度补偿问题。另外，无论是管状测量试片还是片状测量试片，因其具有一定的形状，所以其厚度的变化与电感值的变化是非线性的，感值曲线与厚度减薄曲线呈非线性，所以必需对测量结果进行数学模型补偿。补偿精密电感探针技术，分别采用了温度补偿技术和数学模型无间断连续补偿技术，使测量结果与真试值完全紊合。

但是常用电感探针应用在油气田的井口时，发现这种产品具有一定的局限性。具体如下：

1.油田的井口管路压力高，探针和测量试片的理论耐压值应达到几十mpa，在此种工况条件下普通的电感探针不能适应油田的使用环境

2.油田的井口管路流速快，普通的电感探针测量试片10薄，厚度只有0.5mm。在高流速的情况下使用寿命较短，以炼化装置为例，装置的检修期长达四年一个周期，0.5mm的试片厚度基本可以满足。而油田井口的流速要比炼化装置管路大得多，所以试片的抗冲击能力应该更强，测量试片10厚度应该加大、探针杆7材料应该升级。

3.探针杆的抗流体弯折能力和抗冲击能力不满足要求，普通的电感探针在油田井口使用时，因为介质的冲击振动而导致固化胶5脱落、线圈和补偿试片9导线开焊、探针杆7变形等探针失效情况。

另外，由于电感探针的测量原理是电磁感应原理，以测量金属腐蚀损失为基础，通过测量试片腐蚀减薄引起的交流信号改变来计算腐蚀损耗速度。通常的探针试片外径为8mm，内径7mm，是因为在这个区间内，随着金属试片的腐蚀减薄，实测阻值和数学模型曲线近似线性对应关系（如图1），这也是国际上通常的将试片外径制成8mm的原因。但在一些特殊的测量场所（如油田井口管路），外径8mm的试片不能满足使用要求，具体如下：

1．在油田井口的测量中，管路压力高达40mpa，常规探针只能承受4mpa左右，不能适应油田的使用环境

2.普通的电感探针测量试片薄，厚度只有0.5mm。有用损耗实际只有0.25mm，在高流速冲刷的情况下使用寿命较短。

3.探针杆的抗流体弯折能力和抗冲击能力不满足要求，因为介质的冲击振动而导致固化胶脱落、线圈和温度补偿试片导线开焊、探针体变形等探针失效情况。

技术实现要素：

本发明的目的，是提供一种测量金属腐蚀速率的高压电感探针，本发明测量精度高，使用寿命长、安全系数高、可操作性及适用性均大为增强，节约成本。

本发明的另一目的，是提供一种电感探针的补偿方法，以提高电感探针的使用寿命和广泛的适应性。

采用的技术方案是：

1）、一种测量金属腐蚀速率的高压电感探针，包括六芯玻璃封屏航插、o型密封圈挡圈、o型密封圈、过渡管、灌封胶、导线、探针杆、保护帽、补偿试片和测量试片。所述的六芯玻璃封屏的航插通过内部导线把测量信号引出，引线与外壳之间通过绝缘密封，把导线与航插外壳隔离绝缘，同时能在高温高压介质下起到良好的密封作用，防止探针穿孔后管道内的介质渗出。所述的o型密封圈挡圈和o型密封圈配合锥面结构，对探针和探针接出装置起密封作用。

所述过渡管一端与航插连接，另一端以螺纹与探针杆的后端连接后焊接固定，测量试片固定在探针杆的前端。

所述的导线封闭在探针杆内部，导线的一端连接测量试片和补偿试片，导线的另一端连接到玻璃封屏航插。所述的补偿试片封闭在测量试片的内部，和测量试片隔离焊接，避免产生电偶腐蚀。所述的保护帽与探针杆的连接方式为螺纹连接在一起。

上述的过渡管和探针杆间采用先螺纹连接后再焊接的工艺，保证即使焊口开裂，因螺纹部分保持连接，探针杆不至于脱落进管路内部。

六芯玻璃封屏航插与过渡管连接的锥体部分上的挡圈凹槽和密封圈凹槽内分别装设有o型密封圈挡圈和o型密封圈。

上述的探针杆内部通过灌封胶的工艺填充，防止因振动而出现松动及断裂情况，对测量试片及探针杆起内部支撑作用，提高探针的抗压能力，一旦探针穿孔，起防止探针渗露及腐蚀的作用。

上述的保护帽交错开孔，保护帽与探针杆连接后加多道顶丝锁定，同时还有2个螺纹破坏工艺孔，在孔处破坏螺纹，保证保护帽不与探针杆脱

2）、一种测量金属腐蚀速率的高压电感探针的补偿方法：

为保证在探针长度不变的情况下，探针厚度增加时，能够准确的测量出探针的实际减薄值，消除了厚度大于8mm的非线性段给测量准确性带来的影响，本发明采用如下步骤：

步骤一、采取合适的试片物理尺寸，通过温度补偿技术和数学模型无间断连续补偿技术，使测量试片的实际减薄和模型补偿形成很好的拟合；步骤二、通过补偿算法将所有的测量理论值一一列出，制成表格，在之后的采集过程中就可以在读取实测阻值后应用查表法得到实际减薄量

上述的试片物理尺寸包括管状试片的外径r，管状试片的内径r，管状试片的壁厚δ，管状试片的试片长度l

上述的温度补偿技术和数学模型无间断连续补偿技术是对温度温度补偿试片和测量试片分别补偿，使测量试片的实际减薄和模型补偿形成很好的拟合，使测量结果与真实值吻合。

上述的表格包括的是外径从9.5mm一直到减薄为7.5mm区间段的所有测量值及其中间函数，列表后简洁直观，方便查找。

本发明具有以下优点：

1．间接测量腐蚀，通过测量相同材质组件的腐蚀速率来间接反应管路的腐蚀情况，是通过一段时间的腐蚀减薄量累计来计算腐蚀率，测量方便快捷，可操作性强。

2．能够适应高压力的测量环境，探针包括测量试片在内的整体最高可耐压60mpa，长时间使用电感探针不会出现损坏。

3．抗流体冲击能力和抗弯折能力强，保护测量试片，通过灌封胶的工艺固定导线及焊接端子，防止因振动而出现松动及断裂情况使探针安全系数倍增。

4．测量试片厚度增加到1mm，使用寿命增大，温度补偿和数学模型双重补偿法使测量结果更加准确。

5．测量试片与补偿试片隔离，使补偿试片处于绝对稳定状态，在被测介质渗入到测量试片所在的内部空间后，不会使探针失效。

6．测量试片与探针杆采用同种材质，避免产生电偶腐蚀。

7．采用本发明的补偿方法通过高精度仪器得到探针的实测阻值，把实测阻值和理论减薄深度汇总分析，根据理论曲线的非线性特征，设置分段补偿函数，研制数学补偿模型，通过实际对比进行补偿，精度高于1%

8．将汇总的实测阻值和理论减薄深度编制成数据对照表，将公式内对应的数值也一并列出，这样在均匀减薄的理想状态下，测量值绝对客观准确，此后每测出一个实测阻值，就可以通过查表法，将补偿后的实际数值显示出来，方便可靠

9．本发明方法能使得小管径管道也可以使用此电感探针

10．可以在测量试片加厚的情况下，准确测量腐蚀结果，增加了探针的使用寿命和安全系数。

附图说明

图1是本发明的一种实施例结构示意图。

图2是减薄深度曲线与感值曲线偏离图。

具体实施方式

实施例一

一种测量金属腐蚀速率的高压电感探针，包括六芯玻璃封屏航插1、过渡管4、探针杆7、补偿试片9和测量试片10，其特征在于：

过渡管4的后端与六芯玻璃封屏航插1固定连接，过渡管4的前端与探针杆7螺纹连接后焊接固定，测量试片10的后端与探针杆7的前端固定连接，补偿试片9绝缘封装在测量试片10内。导线6的一端与六芯玻璃封屏航插1连接，导线6的另一端与测量试片10和补偿试片9连接。

导线6位于过渡管4和探针杆7内，导线6与过渡管4和探针杆7的内壁之间充填有胶5。

测量试片10上套装有保护帽8，保护帽8的后端与探针杆7前端螺纹连接，并用多个顶丝固定，保护帽8上开设有多个孔11。

实施例二

一种用于测量管道腐蚀的厚片电感探针补偿方法，包括下述步骤：

1、得到测试片的实测阻值：

测试片内径r=7mm，外径r为9.5-7.5mm，则有：

………………式2

………………式3

ρ测=…………………式4

hmax=1000000*δ……………式5

△ρ=ρ测-ρ补…………………式6

△=…………………式7

h实测=△*262144………………式8

试中标号解释：

测量试片外径r（单位：mm），试片内径r（单位：mm），试片厚度δ（单位：mm），试片长度l（单位：mm），试片的截面积s（单位：mm²），最大理论腐蚀深度hmax（单位：nm），试片电阻值ρ测（单位：mω），补偿试片电阻ρ补（单位：mω），电阻差值△ρ，差分值△，实测阻值h实测（单位：nm）。

从而可以获得测量试片的实测阻值。

2、加入补偿算法后的测量理论值

根据计算出的实测阻值加入补偿算法可以得到测量理论值，在实际显示的时候，我们需要看到的直观的数据就是测量理论值，假设测量理论值h理论（单位：nm），根据数学模型补偿前后对比图（如图1）可以看出，测量理论值不是线性变化的，所以补偿算法根据曲线形式采用分段补偿

h理论=3.75*h实测+65535，h实测≤-52428

h理论=2.5*h实测，-52428＜h实测＜0

h理论=h实测，h实测≥0

3、绘制表格

根据上述计算公式，可求出实测阻值h实测、测量理论值h理论和一些重要的中间变量，用此法计算外径r从9.5mm减薄到7.5mm过程中的全部数据，其中，内径r为7mm不变。数据计算完以后，绘制成表格，作为查表法的依据。

表一、通过补偿算法绘制的部分厚片电感探针补偿值对照表