本发明涉及一种电容式腐蚀在线监测装置及方法，属于输气管线及设备腐蚀监测技术领域。
背景技术：
腐蚀是金属材料和周围环境发生化学或电化学反应而被破坏的现象，腐蚀问题几乎是于各行各业都存在的问题，但在石油炼化企业中尤为突出。腐蚀所造成的损失很大，其中又以点蚀的危害最严重。虽然点蚀只是集中在少数的几个点(蚀坑或麻点)，随着时间的推移，孔不断向纵深方向发展，成小孔状腐蚀坑。点蚀很难被探测到，它外观隐蔽，破坏性极大，任其发展，导致金属穿孔直到整个结构被破坏。
金属材料的损失只是总损失的一部分，更为严重的是，它的潜在危害和对环境的污染，有毒物质的流失而造成的公害以及由于腐蚀导致的爆炸、中毒事故，损失往往无法估量。例如，输送油、水、气的钢管，在土壤中受腐蚀就经常出现小孔腐蚀现象，重时造成管壁穿孔，得大量的油、水、气漏失，有时甚至造成火灾、爆炸的严重事故。尽管现行的检测方法可以避免一些腐蚀引起的事故，但是相关费用相当高，而且检测很困难。此外，在高含硫输气管线内部由于单质硫在挂片表面发生沉积使得挂片的腐蚀速率大大增加，使得腐蚀测量结果与实际腐蚀数据存在较大差异。
因此，针对上述问题设计一种腐蚀在线监测装置及方法，实现输气管线及设备均匀腐蚀及点蚀在线监测，为管线生产的安全预警和腐蚀控制提供可靠依据，对输气管线及设备的安全、经济运行，提高生产经济效益具有重要的意义。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种电容式腐蚀在线监测装置及方法，从确保管线安全运行的高度出发，综合分析金属腐蚀形成及发展机理，设计一种电容式腐蚀监测装置，实现输气管线腐蚀类型、腐蚀深度、腐蚀速率在线监测，为管道腐蚀分析、安全预警以及腐蚀控制等提供可靠的依据。
本发明主要解决以下问题：
(1)设计空心半圆柱状腐蚀挂片对，将2～8组不同规格的腐蚀挂片对安装在挂片安装盘的安装轨道上，依据不同规格的腐蚀挂片对在腐蚀环境下腐蚀面积随时间的变化，改变腐蚀监测电路中可变电容的电容量，实现输气管线腐蚀状态在线监测。
(2)设计一种腐蚀监测方法，不同规格的腐蚀挂片组成1～7组可变电容，根据差动脉冲调宽电路的输出电压变化量实现输气管线腐蚀类型、腐蚀深度及腐蚀速率在线监测，为管线生产的安全预警和腐蚀控制提供可靠依据。
(3)针对H2S含量较高的站内输气管线，在站内地上管线安装换热箱，利用站内水套炉烟气对管内天然气进行加热，在一定程度上减少或消除高含硫管线中单质硫沉积对腐蚀监测装置监测结果所造成的影响。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下。
一种电容式腐蚀在线监测装置，包括生产管线1、换热箱2、安装座3、腐蚀挂杆4、电容式腐蚀挂片5、传输线6、固定底座7；
所述生产管线1上安装换热箱2、安装座3，所述安装座3上部与腐蚀挂杆4通过螺纹连接，所述电容式腐蚀挂片5安装在腐蚀挂杆4上，所述腐蚀挂杆4底部与固定底座7螺纹连接，所述传输线6与电容式腐蚀挂片5连接，密封封装于腐蚀挂杆4内。
进一步的，所述的换热箱2包括换热箱体10、第一密封套筒11、第二密封套筒12、第三密封套筒13、紧固卡箍14、第一套筒连接件15、第二套筒连接件16、第三套筒连接件17、第四套筒连接件18；
所述换热箱体10由2个相同的密封件拼接而成，4个相同的第一套筒连接件15进行紧固连接，左右两端分别与两个相同第一密封套筒11螺纹连接，所述第一密封套筒11由2个相同的密封件拼接而成，2个相同的第二套筒连接件16进行紧固连接，与第二密封套筒12螺纹连接，所述第二密封套筒12由2个相同的密封件拼接而成，2个相同的第三套筒连接件17进行紧固连接，与第三密封套筒13螺纹连接，所述第三密封套筒13由2个相同的密封件拼接而成，2个相同的第四套筒连接件18进行紧固连接，通过紧固卡箍14固定卡紧在生产管线1上。
进一步的，所述的换热箱2安装在管径小于400mm的地上管线上，位于腐蚀监测装置前5～30m处，加热介质采用水套炉烟气。
进一步的，所述的腐蚀挂杆4与固定底座7上设有挂片安装盘19，挂片安装盘19设有2～8个挂片安装轨道20，表面涂敷1～3mm聚四氟乙烯涂层。
进一步的，所述的电容式腐蚀挂片5由2～8个腐蚀挂片对组成，相邻两个腐蚀挂片对相距2～6mm。
进一步的，所述的腐蚀挂片对由2个相同规格的空心半圆柱状腐蚀挂片8、防腐绝缘套9组成，腐蚀挂片8外径为10～70mm、壁厚为1～2mm、高度为30～90mm。
一种电容式腐蚀在线监测方法，包括以下步骤：
S1：将规格相同的两个腐蚀挂片8安装在防腐绝缘套9中，组成2～8组不同规格的腐蚀挂片对，将腐蚀挂片对安装于腐蚀挂杆4上，第1层与第2层腐蚀挂片、第2层与第3层腐蚀挂片……第n层与第n+1层腐蚀挂片组成电路中的可变电容Cx1、Cx2……Cxn，依次编号为1、2……n，旋紧固定底座7；
S2：在生产管线1上依次完成安装座3、腐蚀挂杆4的安装，高含硫输气管线在腐蚀监测装置前5～30m处安装换热箱2；
S3：开始进行腐蚀监测，此时挂片还未发生腐蚀，差动脉冲调宽电路中的可变电容Cxm＝C1m(m＝1、2……n)，当第1层挂片发生腐蚀，挂片面积发生改变，1号可变电容发生改变，此时Cx1≠C11，电容Cx1的变化量转变为差动脉冲调宽电路电压U01的变化量，腐蚀监测系统将电信号转换为第1层腐蚀挂片的面积改变量；
S4：第1层腐蚀挂片发生腐蚀后，腐蚀介质进入第1、2层腐蚀挂片的环空空间，此时第2层腐蚀挂片开始腐蚀，当第2层腐蚀挂片面积发生改变，2号可变电容发生改变，差动脉冲调宽电路电压U02发生变化，腐蚀监测系统将电信号转换为第2层腐蚀挂片的面积改变量，依次类推至第n层腐蚀挂片发生腐蚀；
S5：在腐蚀监测周期内腐蚀监测系统根据不同时刻每个腐蚀挂片的面积变化量，完成输气管线腐蚀类型、腐蚀深度、腐蚀速率分析；
S51：腐蚀类型
腐蚀挂片面积发生变化使得可变电容的电容值发生改变，当1号电容式腐蚀挂片对的电容值减小至接近0时，2号电容式腐蚀挂片对的电容值开始发生变化，2号电容式腐蚀挂片对的电容值减小至接近0时，3号电容式腐蚀挂片对的电容值开始发生变化，则腐蚀监测系统判定输气管线的腐蚀主要为均匀腐蚀；当1号电容式腐蚀挂片对的电容值随时间发生变化，同时2号或2号及其他电容式腐蚀挂片对的电容值也开始发生变化，2号电容式腐蚀挂片对的电容值随时间发生变化，同时3号或3号及其他电容式腐蚀挂片对的电容值也开始发生变化，则腐蚀监测系统判定输气管线腐蚀中点蚀现象较为突出，点蚀具体情况由点蚀深度、点蚀速率反映；
S52：腐蚀深度
某一时刻第m组电容式腐蚀挂片对的电容值发生变化，m+1组电容式腐蚀挂片对的电容值未发生变化，差动脉冲调宽电路的电压只有U01、U02……U0m发生变化，此时管线发生均匀腐蚀或点蚀的腐蚀深度为hcor；
hcor＝h1+h2+…+hm
其中：hcor表示均匀腐蚀或点蚀深度，mm；h1表示第1层腐蚀挂片厚度，mm；h2表示第2层腐蚀挂片厚度，mm；hm表示第m层腐蚀挂片厚度，mm；
S53：腐蚀速率
均匀腐蚀或点蚀的腐蚀速率v表示为腐蚀深度与时间的比值；
其中：v表示均匀腐蚀或点蚀的腐蚀速率mm/a；hcor表示均匀腐蚀或点蚀深度，mm；t表示腐蚀时间，a。
进一步的，所述换热箱2的安装步骤为；
S21：将两个相同的密封件卡在生产管线上进行第三密封套筒13拼接，通过紧固卡箍14将第三密封套筒13固定卡紧在生产管线1一端，在第三密封套筒13左端面上通过左右两个第四套筒连接件18实现第三密封套筒13的紧固连接，采用同样方法在生产管线1另一端安装一个相同大小第三密封套筒13；
S22：将两个相同的密封件卡放在左端第三密封套筒13连接口上进行第二密封套筒13拼接，在第二密封套筒13左端面上通过左右两个第三套筒连接件17实现第二密封套筒12的紧固连接，拼接完成后转动第二密封套筒12，第二密封套筒12与第三密封套筒13完成螺纹连接，采用同样的方法在右端第三密封套筒13连接口上安装一个相同大小第二密封套筒12，完成第二密封套筒12与第三密封套筒13螺纹连接；
S23：将两个相同的密封件卡放在左端第二密封套筒12连接口上进行第一密封套筒11拼接，在第一密封套筒11左端面上通过左右两个第二套筒连接件16实现第一密封套筒11的紧固连接，拼接完成后转动第一密封套筒11，第一密封套筒11与第二密封套筒12螺纹连接，采用同样的方法在右端第二密封套筒13连接口上安装一个相同大小第一密封套筒11，完成第一密封套筒11与第二密封套筒12螺纹连接；
S24：将两个相同的箱体卡放在第一密封套筒11连接口进行换热箱体10拼接，换热箱体10左右端面各通过左右两个第一套筒连接件15实现换热箱体10的紧固连接，拼接完成后转动换热箱体10，换热箱体10与左右两个第一密封套筒11螺纹连接。
该发明的有益效果在于：
(1)本发明利用传输线将腐蚀挂片作为一个面积可变电容接入差动脉冲调宽电路，挂片发生腐蚀导致面积发生变化，腐蚀监测系统根据差动脉冲调宽电路的输出电压的变化量实现输气管线的腐蚀在线监测，为管道安全预警以及腐蚀控制等提供可靠依据。
(2)设计空心圆柱状挂片对、挂片安装盘，2～8组不同规格的腐蚀挂片对安装在腐蚀挂杆与固定底座的挂片安装盘上，不同规格的腐蚀挂片组成1～7组可变电容，通过电容式腐蚀挂片电容值的变化对不同厚度的腐蚀挂片面积改变量进行在线监测，从而实现集输管线的腐蚀类型在线监测。
(3)针对H2S含量较高的站内输气管线，在站内地上管线安装换热箱，利用站内水套炉烟气对管内天然气进行加热，在一定程度上可减少或消除高含硫管线中单质硫沉积对腐蚀监测装置的监测结果所造成的影响。
附图说明
图1是本发明实施例中电容式腐蚀在线监测装置的结构示意图。
图2是本发明实施例中换热箱的结构示意图。
图3是本发明实施例中换热箱的左视图。
图4是本发明实施例中带换热箱的电容式腐蚀在线监测装置的结构示意图。
图5是本发明实施例中挂片安装盘的剖面图。
图6是本发明实施例中腐蚀挂片对的结构示意图。
图7是本发明实施例中腐蚀挂杆未安装腐蚀挂片对的结构示意图。
图8是本发明实施例中腐蚀挂杆安装腐蚀挂片对的结构示意图。
图9是本发明实施例中电容式腐蚀挂片安装在腐蚀挂杆上的局部结构示意图。
图10是本发明实施例中电容式腐蚀挂片安装在腐蚀挂杆上的剖面图。
图11是本发明实施例中腐蚀监测数据传输系统示意图。
图12是本发明实施例中电容式腐蚀挂片在线监测流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便更好的理解本发明。
实施例
本实施例中，图1为电容式腐蚀在线监测装置的结构示意图，电容式腐蚀在线监测装置包括生产管线1、安装座3、腐蚀挂杆4、电容式腐蚀挂片5、传输线6、固定底座7；
所述安装座3安装在生产管线1上，上部与腐蚀挂杆4通过螺纹连接，所述电容式腐蚀挂片5安装在腐蚀挂杆4上，所述腐蚀挂杆4底部与固定底座7螺纹连接，所述传输线6与电容式腐蚀挂片5连接，密封封装于腐蚀挂杆4内。
图2是本发明实施例中换热箱的结构示意图，图3是本发明实施例中换热箱的左视图。换热箱2包括换热箱体10、第一密封套筒11、第二密封套筒12、第三密封套筒13、紧固卡箍14、第一套筒连接件15、第二套筒连接件16、第三套筒连接件17、第四套筒连接件18；
所述换热箱体10由2个相同的密封件拼接而成，4个相同的第一套筒连接件15进行紧固连接，左右两端分别与两个相同第一密封套筒11螺纹连接，所述第一密封套筒11由2个相同的密封件拼接而成，2个相同的第二套筒连接件16进行紧固连接，与第二密封套筒12螺纹连接，所述第二密封套筒12由2个相同的密封件拼接而成，2个相同的第三套筒连接件17进行紧固连接，与第三密封套筒13螺纹连接，所述第三密封套筒13由2个相同的密封件拼接而成，2个相同的第四套筒连接件18进行紧固连接，通过紧固卡箍14固定卡紧在生产管线1上。
换热箱2的安装步骤为；
S21：将两个相同的密封件卡在生产管线上进行第三密封套筒13拼接，通过紧固卡箍14将第三密封套筒13固定卡紧在生产管线1一端，在第三密封套筒13左端面上通过左右两个第四套筒连接件18实现第三密封套筒13的紧固连接，采用同样方法在生产管线1另一端安装一个相同大小第三密封套筒13；
S22：将两个相同的密封件卡放在左端第三密封套筒13连接口上进行第二密封套筒13拼接，在第二密封套筒13左端面上通过左右两个第三套筒连接件17实现第二密封套筒12的紧固连接，拼接完成后转动第二密封套筒12，第二密封套筒12与第三密封套筒13完成螺纹连接，采用同样的方法在右端第三密封套筒13连接口上安装一个相同大小第二密封套筒12，完成第二密封套筒12与第三密封套筒13螺纹连接；
S23：将两个相同的密封件卡放在左端第二密封套筒12连接口上进行第一密封套筒11拼接，在第一密封套筒11左端面上通过左右两个第二套筒连接件16实现第一密封套筒11的紧固连接，拼接完成后转动第一密封套筒11，第一密封套筒11与第二密封套筒12螺纹连接，采用同样的方法在右端第二密封套筒13连接口上安装一个相同大小第一密封套筒11，完成第一密封套筒11与第二密封套筒12螺纹连接；
S24：将两个相同的箱体卡放在第一密封套筒11连接口进行换热箱体10拼接，换热箱体10左右端面各通过左右两个第一套筒连接件15实现换热箱体10的紧固连接，拼接完成后转动换热箱体10，换热箱体10与左右两个第一密封套筒11螺纹连接。
图4是本发明实施例中带换热箱的电容式腐蚀在线监测装置的结构示意图，电容式腐蚀在线监测装置前5～30m处安装一个换热箱2，利用站场内水套炉烟气对管线内的天然气进行加热，可减少高含硫输气管线中单质硫的沉积对腐蚀挂片监测结果的影响，保证腐蚀监测数据的准确可靠。
图5是本发明实施例中挂片安装盘的剖面图，腐蚀挂杆4与固定底座7上设有挂片安装盘19用于安装空心圆柱状的腐蚀挂片对。挂片安装盘19设有2～8个挂片安装轨道20，表面涂敷1～3mm聚四氟乙烯涂层。
图6是本发明实施例中腐蚀挂片对的结构示意图，腐蚀挂片对由2个相同规格的空心半圆柱状腐蚀挂片8、防腐绝缘套9组成，腐蚀挂片8外径为10～70mm、壁厚为1～2mm、高度为30～90mm。
图7是本发明实施例中腐蚀挂杆未安装腐蚀挂片对的结构示意图，腐蚀挂杆4与固定底座7设有两个完全相同的挂片安装盘19；图8是本发明实施例中腐蚀挂杆安装腐蚀挂片对的结构示意图，电容式腐蚀挂片5安装在挂片安装盘19的安装轨道上。
图9是本发明实施例中电容式腐蚀挂片安装在腐蚀挂杆上的局部结构示意图，腐蚀挂杆4与固定底座7上设有挂片安装盘19用于安装空心圆柱状的腐蚀挂片对，腐蚀挂片对由2个相同规格的空心半圆柱状腐蚀挂片8、防腐绝缘套9组成。
图10是本发明实施例中电容式腐蚀挂片安装在腐蚀挂杆上的剖面图，腐蚀挂杆4与固定底座7上安装了4组腐蚀挂片对，通过传输线将腐蚀挂片接入腐蚀监测电路，根据电路中的电容值Cx1、Cx2、Cx3的变化实现第1层、第2层及第3层腐蚀挂片的腐蚀状态在线监测，依据不同安装轨道上的腐蚀挂片在同一监测时间段腐蚀面积变化情况实现输气管线腐蚀类型在线监测。
图11是本发明实施例中腐蚀监测数据传输系统示意图。蚀监测数据传输系统由n个差动脉冲调宽电路、带有低通滤波器的运算放大器B、数据处理器D组成。第1层与第2层腐蚀挂片、第2层与第3层腐蚀挂片……第n层与第n+1层腐蚀挂片组成电路中的可变电容Cx1、Cx2……Cxn，初始状态下Cxn＝C1n，U01、U02……U0n未发生变化，当m层腐蚀挂片发生腐蚀时，Cxm≠C1m，U01、U02……U0m发生变化，U0m+1未发生变化，电信号进入数据处理器D，腐蚀监测系统对输气管线的腐蚀情况进行分析。
图12是本发明实施例中电容式腐蚀挂片在线监测流程图。一种电容式腐蚀在线监测方法，包括以下步骤：
S1：将规格相同的两个腐蚀挂片8安装在防腐绝缘套9中，组成2～8组不同规格的腐蚀挂片对，将腐蚀挂片对安装于腐蚀挂杆4上，第1层与第2层腐蚀挂片、第2层与第3层腐蚀挂片……第n层与第n+1层腐蚀挂片组成电路中的可变电容Cx1、Cx2……Cxn，依次编号为1、2……n，旋紧固定底座7；
S2：在生产管线1上依次完成安装座3、腐蚀挂杆4的安装，高含硫输气管线在腐蚀监测装置前5～30m处安装换热箱2；
S3：开始进行腐蚀监测，此时挂片还未发生腐蚀，差动脉冲调宽电路中的可变电容Cxm＝C1m(m＝1、2……n)，当第1层挂片发生腐蚀，挂片面积发生改变，1号可变电容发生改变，此时Cx1≠C11，电容Cx1的变化量转变为差动脉冲调宽电路电压U01的变化量，腐蚀监测系统将电信号转换为第1层腐蚀挂片的面积改变量；
S4：第1层腐蚀挂片发生腐蚀后，腐蚀介质进入第1、2层腐蚀挂片的环空空间，此时第2层腐蚀挂片开始腐蚀，当第2层腐蚀挂片面积发生改变，2号可变电容发生改变，差动脉冲调宽电路电压U02发生变化，腐蚀监测系统将电信号转换为第2层腐蚀挂片的面积改变量，依次类推至第n层腐蚀挂片发生腐蚀；
S5：在腐蚀监测周期内腐蚀监测系统根据不同时刻每个腐蚀挂片的面积变化量，完成输气管线腐蚀类型、腐蚀深度、腐蚀速率分析；
S51：腐蚀类型
腐蚀挂片面积发生变化使得可变电容的电容值发生改变，当1号电容式腐蚀挂片对的电容值减小至接近0时，2号电容式腐蚀挂片对的电容值开始发生变化，2号电容式腐蚀挂片对的电容值减小至接近0时，3号电容式腐蚀挂片对的电容值开始发生变化，则腐蚀监测系统判定输气管线的腐蚀主要为均匀腐蚀；当1号电容式腐蚀挂片对的电容值随时间发生变化，同时2号或2号及其他电容式腐蚀挂片对的电容值也开始发生变化，2号电容式腐蚀挂片对的电容值随时间发生变化，同时3号或3号及其他电容式腐蚀挂片对的电容值也开始发生变化，则腐蚀监测系统判定输气管线腐蚀中点蚀现象较为突出，点蚀具体情况由点蚀深度、点蚀速率反映；
S52：腐蚀深度
某一时刻第m组电容式腐蚀挂片对的电容值发生变化，m+1组电容式腐蚀挂片对的电容值未发生变化，差动脉冲调宽电路的电压只有U01、U02……U0m发生变化，此时管线发生均匀腐蚀或点蚀的腐蚀深度为hcor；
hcor＝h1+h2+…+hm
其中：hcor表示均匀腐蚀或点蚀深度，mm；h1表示第1层腐蚀挂片厚度，mm；h2表示第2层腐蚀挂片厚度，mm；hm表示第m层腐蚀挂片厚度，mm；
S53：腐蚀速率
均匀腐蚀或点蚀的腐蚀速率v表示为腐蚀深度与时间的比值；
其中：v表示均匀腐蚀或点蚀的腐蚀速率mm/a；hcor表示均匀腐蚀或点蚀深度，mm；t表示腐蚀时间，a。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。