[发明专利]用于原位测量腐蚀的方法和系统

说明书

本发明提供用于测量设备材料的腐蚀速率的系统和方法。系统可以包括腐蚀探针主体，用于插入腐蚀流体流过的所述设备的内部。所述腐蚀探针主体上的至少一个传感器包含：超声波源，其经配置以将超声波信号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信号的反射并且产生指示所述超声波信号的行进时间的电响应信号。热交换器可以放置成与所述探针主体流体连通以将加热或冷却流体传递到所述探针主体。处理器经配置以处理所述电响应信号并且产生对应的腐蚀数据。

相关申请案的交叉引用

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

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。

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。

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。

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。

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

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。