[发明专利]基于场指纹法的金属管道、容器坑蚀检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属管道或容器内壁坑蚀的高精度检测方法，具体地说，涉及一种基于场指纹法对石化行业油气管道或容器小腐蚀坑更高精度的检测方法，创新性地解决了传统FSM法中小腐蚀坑不可解的问题，属于测量技术领域。

背景技术

目前石化行业普遍采用电阻探针法和极化探针法在线检测管道的腐蚀状况，但这些方法只能进行均匀腐蚀检测，对危害性极大的坑蚀无检测能力，高精度和高可靠性的坑蚀检测方法和技术是石油化工行业安全运营迫切需要的技术之一。场指纹法（Field Signature Method,FSM）由于可靠性好，耐高低温，寿命长，国外已广泛地应用于油气管道、重要容器和结构的腐蚀检测。

为便于理解本发明的技术方案，先简介FSM原理、发展历程和现有腐蚀参数测量、计算方法：

FSM是一种无干扰的管道腐蚀检测技术，其测量用的电极和所有配套设备都安装在被检测对象（如储罐、管道等）外部，与被检测区域内的流体无接触。由于管道腐蚀之后，该腐蚀区（由一对电极覆盖）变薄导致电阻增加，在恒流源I的作用下，测量和分析测量电极间的电压变化得到管道内腐蚀的状况。为了消除温度和电流变化的影响，须增加一对参比电极，通常放置一个紧贴在管道外部且和管道绝缘的同质金属板。图1所示为管道外测量电极和参考电极示意图，在管道上安装完毕后，再包裹上一层绝缘层（如聚酯乙烯）与管道一起埋入地下或海底，测量时无需开挖掩埋层。

FSM由挪威学者H.Hannestad1983年在一份专利中首次提出的。该方法和技术具有可靠性特别高，安全性好和温度适应范围特别大的优点。FSM的本质是矩阵化的电位法，即将一组测量电极矩阵安装（通常是焊接）在被检测金属对象外部，用于检测对象内部的腐蚀状况。它的基本原理是测试金属体电阻的变化。由于电极间电阻极小一般为几十uΩ，即使施加数十安电流，极间电压也只有几十uV，而腐蚀0.1mm 时引起的电压变化只有0.1uV数量级。受当时元器件和仪表工业水平的限制，这一技术没有得到应用。

1989年，挪威CorrOcean公司在购买以上专利的基础上，开发了比较实用的FSM产品。很多学者对相关技术做出大量的研究和贡献。最具代表性的有：

1991年，挪威R.Strommen等人提出了改进的FSM的模型，通过增加一参考板，减少了温度和激励电流变化的影响，提出了场指纹系数FC概念和算法，使一对电极所全部覆盖的区域腐蚀量检测精度得到了提高，从而使FSM在海底管道和海底重要构件的腐蚀检测上得到了较广泛地应用。受当时计算技术的限制，FSM在原理上的局限性还没有被认识到，坑蚀的计算还是以经验公式为主，例如当诸FC有变化时，采用3-5倍的安全系数来给出坑蚀量，使坑蚀量没有精度确定性。

2008年，英国学者D.M Farrell和A.Daaland等人在仿真计算的基础上，认识到了当电流经过坑蚀区域时，均匀电流将受到扰动，导致系统的精度下降。由于坑蚀大小、深度和位置的随机性，使电流场的分布没有确定性,检测精度为10-15%WT（壁厚10mm时，误差1-1.5mm）。

2010年英国帝国理工Imperial College的G.Sposito、Peter Cawley等人认识到了因腐蚀导致电流重新分配而导致电位变化不再呈线性的问题，并对电位探针布局进行了优化。在坑蚀位置已有先验知识的条件下，提出了用一对电极电压对应一个腐蚀区域并辅以电位图（Potential Drop Mapping）来检测腐蚀的变化发展情况，给出的电位探针间距最优解没有普适性。

2009年美国Iowa State University的N.Bowler对四点法（4点在一条线上，2外点施加电流，2内点测电压,是FSM特例）进行了理论分析，给出了一对电极电压和厚度近似的计算方法，提出了测量金属板时四点探针布局的原则。四点法可以测出坑蚀，但需要逐点移动检测，不适合用在实时检测的场合，例如海底和埋地管道。

但截止目前，FSM方法对于小腐蚀坑的检测存在不可解问题。

小腐蚀坑的定义是：腐蚀坑的面积小于对应电极覆盖的区域。由于坑蚀一定是由无到有，有浅到深的，故小腐蚀坑一定是存在的。当一对测量电极之间出现小腐蚀坑时，极间体电阻会增加，同时，电流的分布也会发生改变，从而导致极间电压发生变化，但是一个小腐蚀坑有两个因素影响着电压的变化——坑的面积和深度，即：

ΔV_i,j;i,j+1＝f(S,D)

S——面积，D——深度。