[发明专利]原位HIC增长监测探针

说明书

本申请涉及原位侵入式探针系统和方法。本文所述的探针系统可以与含烃结构齐平安装，诸如管道、容器或携带原油、气体或含硫油品的其他管道系统。所述探针系统包括抗氢致开裂(HIC)的微结构，使得当原子氢渗透所述探针表面时，所述探针捕获重新组合的氢气。测量所得氢气积聚的压力，并且可以预测该区域的HIC活性。

相关专利申请的交叉引用

本申请基于并要求保护2017年1月31日提交的美国临时专利申请62/452,464的优先权，其全部内容通过引用并入本文，如同在本文中各自完整地阐述一样。

技术领域

本发明总体涉及评估对金属结构的器材损害。更具体地，本发明涉及用于评估对金属管道的氢致损害的探针系统。

背景技术

对于金属(例如钢)结构，例如管道、压力容器和其他管道系统，特别是那些由非抗HIC钢和服务烃类产物(例如，含硫气体或天然气)组成的结构，氢致开裂(HIC)是持久性问题。烃类产物中的天然存在的酸性气体，如CO₂和H₂S，溶解在烃类液体产物的水相中。与这些过程相关的电化学反应产生原子氢，原子氢被吸附在器械的腐蚀内壁表面上。大部分这种吸附的原子氢重新组合到钢表面上，形成分子氢(氢气)，并且“起气泡”，对钢无损害。然而，在H₂S存在下，某一部分吸附的原子氢不会重新组合成氢气，而是渗透通过钢表面，扩散通过金属晶格并最终在金属壁厚度内的“空隙”内重新组合。这些空隙与炼钢过程中形成的冶金缺陷(通常为硫化锰(MnS)非金属夹杂物)相关。由这些空隙内产生的氢气产生的压力可以达到极高的值(在没有钢表面钝化的情况下高达12,000巴，即1,200MPa)。这些极高压力促成非金属夹杂物尖端的内聚力局部降低(氢脆)，并最终导致起泡、裂纹萌生和后续的HIC增长。HIC裂缝还可导致更严重的全厚度开裂，称为阶式开裂(SWC)。与HIC和SWC相关的泡和裂缝会随着时间的推移而增长，并导致金属管道的破坏。

完整性工程师通过定期检查管道来识别和监测受HIC影响的区域，从而管理HIC引起的降解并保持结构完整性。例如，完整性工程师执行管道在线检查(ILI)以识别HIC集群，然后通过高级超声测试(AUT)进行挖掘以进行更仔细的检查。进行AUT以验证ILI结果，确定管道的剩余壁厚，并且还检查SWC的存在(使用常规ILI技术，例如磁通量泄漏和常规超声波测试无法检测)。然后使用服务适意性(FFS)行业标准代码(如API-579或ASME B31G)分析这些结果，并做出完整性决策。AUT检查在高严重性位置进行，以获得评估所需的数据。根据评估结果，更频繁地进行AUT检查，频率通常部分取决于对线性HIC或阶式开裂(SWC)的检查。然而，这种方法对于管道来说是不可行的，因为对于埋地输送管道进行频繁的AUT检查(例如，每半年一次)不切实际且成本效率低，并且难以在同一线路上对多个受影响的线路区段进行优先级排序。此外，AUT检查缺乏一种方式来识别检查之间可能出现的高活性HIC活动区域并确定其优先顺序。

而且，常规的原位系统采用电化学方法、基于压力的方法和基于真空的探针方法，其间接地根据测量的渗透气体速率计算腐蚀速率，因此对管道是非侵入式的。非侵入式电化学方法和探针，以及基于压力和基于真空的探针，测量氢的灵敏度有限，因为它们只能测量从结构内表面到结构外表面的氢积聚量。从结构内壁扩散的大部分氢不会完全扩散通过结构到达其外表面，而是将氢截留在壁厚内。这种限制将产生的氢量低估，实际压力可能高得多，因此可产生计算错误的腐蚀速率，因为腐蚀速率基于氢积聚量的测量。此外，此类探针对于埋地线是不实用的，并且可包括对于器械中存在的化学液体而言对于侵入式现场应用不可行的测量化学品。

因此，需要提供识别氢压力积聚有效区域的警告系统，并优先AUT检查以首先检查金属结构的大部分HIC活动区域。还需要一种侵入式原位监测探针。关于这些问题和其它问题，提供了本发明。

发明内容