腐蝕在線定點監測技術現狀

金屬管線、儲(chu) 罐等設備在石化行業(ye) 中應用廣泛，但其在服役過程中容易受到諸多因素的影響，產(chan) 生腐蝕甚至引發事故。從(cong) 運輸介質來看，管線、儲(chu) 罐運輸存儲(chu) 的介質中常伴有H2S，CO2等物質，這類物質的加入使得管道的腐蝕以垢下腐蝕為(wei) 主，多積於(yu) 管道內(nei) 底，較為(wei) 常見的是點蝕和坑蝕，嚴(yan) 重時可呈現溝槽狀或坑洞。同時，金屬管道有其固有的缺陷，在有氧和水的情況下就會(hui) 受環境介質的化學或電化學作用而產(chan) 生反應。由於(yu) 傳(chuan) 輸介質在流動過程中會(hui) 不斷衝(chong) 擊管壁，加快了管壁的內(nei) 部腐蝕，進一步發展可造成管道的穿孔、開裂，高壓下易引發火災、爆炸等嚴(yan) 重事故。

我國每年因為(wei) 腐蝕所造成的經濟損失，占國民生產(chan) 總值的5%左右。設備事故往往具有突發性、災難性，引起爆炸、火災、中毒和環境汙染等，造成災難性的惡果，不但造成重大經濟和環境損失，還常常使人民生命財產(chan) 受到重大損失。管道腐蝕問題長期得不到解決(jue) 會(hui) 引發管漏、腐蝕穿孔、管裂、爆管等事故，會(hui) 造成巨大的財產(chan) 損失甚至威脅人身安全。若不能及時進行監測預防和管控，可能形成重大隱患，給化工企業(ye) 帶來嚴(yan) 重的人員傷(shang) 亡。

從(cong) 檢測方式上來看，現階段對管線及儲(chu) 罐的腐蝕評估多以人工定期抽樣檢測為(wei) 主。許多工業(ye) 管道所處環境惡劣或運輸腐蝕性物質，人工檢測時需要長時間停工；同時，日常運行中無法實現對架空管道的檢修，需要在停機期間搭設工作支架；若將常用的便攜式檢測設備應用於(yu) 含包覆層管道時，常需要提前拆除包覆層，這些檢測前的準備工作都顯著降低了檢測效率，增加了工業(ye) 管道的維護成本。同時人工檢測還容易出現漏檢、誤檢等問題，無法消除安全隱患。

從(cong) 檢測技術上來看，常用的管道腐蝕檢測方法有超聲檢測法和探針法。探針使用時需要插入管道壁內(nei) ，這會(hui) 對管道結構產(chan) 生破壞且無法應用於(yu) 管徑較細的管道及高溫管道，而超聲波檢測法是一種應用廣泛的管道無損檢測技術，具有綠色安全、檢測精準等特點，目前超聲管道測厚已經成為(wei) 煉油廠等石化企業(ye) 應用廣泛的管道腐蝕檢測手段。

                 圖1超聲檢測法                                         圖2 探針法

傳(chuan) 統超聲檢測采用壓電超聲原理，需要采用耦合劑，無法適應高溫，具有較大的局限性，采用波導技術可對高溫管線、儲(chu) 罐進行檢測，但波導杆檢測受耦合效果影響大，電磁超聲是一種新興(xing) 的非接觸式超聲檢測方法，無需耦合劑，可應用與(yu) 複雜場景下的腐蝕檢測。因此，課題提出采用電磁超聲檢測方式對管線、儲(chu) 罐腐蝕情況進行定點監測，通過物聯網技術將檢測數據進行上傳(chuan) ，最後采用計算機對數據進行分析計算，實現腐蝕預測和智能預警，形成數字化腐蝕監測管理係統，實現管線、儲(chu) 罐的全天候腐蝕在線監測。

上世紀五十年代，超聲無損檢測被引入中國，並應用於(yu) 工業(ye) 生產(chan) 中。近年來，固定化的檢測作為(wei) 便捷性優(you) 於(yu) 傳(chuan) 統人工移動檢測的一種技術，受到了學者和行業(ye) 內(nei) 許多公司的青睞。

2009年，王淑娟等通過構建三維的電磁超聲表麵波仿真模型，使用正交試驗的方法對電磁超聲換能器的關(guan) 鍵設計參數進行確定，提出了電磁超聲換能器中永磁體(ti) 、線圈等關(guan) 鍵部件的設計準則。

2010年，段偉(wei) 亮等設計了一款基於(yu) FPGA的電磁超聲測厚裝置，其內(nei) 部采用SOPC技術進行開發設計，該裝置的檢測分辨力可以達到0.1mm。

2012 年，高鬆巍等利ANSYS限元仿真軟件構建了電磁超聲換能器的三維仿真模型，研究了電磁超聲表麵波的輻射聲場分布情況。其研究結果對於(yu) 電磁超聲進行長距離缺陷掃查時，電磁超聲換能器的安裝位置、安裝角度等關(guan) 鍵參數的確定具有重要指導意義(yi) 。

2017年，哈爾濱工業(ye) 大學的孫崢等人利用ARM和FPGA設計了一款三通道的管道內(nei) 部電磁超聲實時測厚係統，測量精度可以達到0.1mm，測量範圍在 8~35mm之間，將電磁超聲換能器在管道內(nei) 部進行掃查，可以實現一定範圍內(nei) 的管道內(nei) 部厚度變化檢測。

2019年，中國石油大學的楊德成利用Fluent軟件進行了彎管處的仿真模型構建與(yu) 分析，通過Oka衝(chong) 蝕預測方程分析了顆粒參數和管道結構參數對彎管衝(chong) 蝕的影響，研究了顆粒直徑和管徑比對彎管最大衝(chong) 蝕位置的影響。其研究結果對管道彎管處的科學檢測具有重要的指導意義(yi) 。

2020年，王亞(ya) 平等利用COMSOL以及JMatPro軟件分析了高溫環境下對於(yu) 電磁超聲的換能過程的影響，以及溫度與(yu) 超聲橫波的能量傳(chuan) 遞、傳(chuan) 播速度等參數之間的關(guan) 係，研究發現超聲波的能量衰減程度、傳(chuan) 播速度均與(yu) 環境溫度成負相關(guan) 關(guan) 係，並且提出了溫度補償(chang) 算法，為(wei) 研究高溫環境下電磁超聲測厚的工作情況提供科學指導。

2021年，劉誌運等將電磁超聲與(yu) 渦流檢測技術相結合，將兩(liang) 種無損檢測技術的特點進行互補融合，並分析了複合檢測技術在軌道交通檢測方麵的應用前景，為(wei) 電磁超聲檢測技術的發展方向提供了新的思路。

綜上所述，目前國內(nei) 學者對於(yu) 管道彎管固體(ti) 衝(chong) 蝕模型以及電磁超聲無損檢測技術進行了深入的科學研究，對管道彎管固體(ti) 衝(chong) 蝕影響因素和電磁超聲換能器的工作機理、結構設計以及係統研製等研究課題均有相關(guan) 介紹，但是實際案例較少，未開展大規模的應用。