腐蝕在線定點(diǎn)監(jiān)測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀

金屬管線、儲(chǔ)罐等設(shè)備在石化行業(yè)中應(yīng)用廣泛，但其在服役過程中容易受到諸多因素的影響，產(chǎn)生腐蝕甚至引發(fā)事故。從運(yùn)輸介質(zhì)來看，管線、儲(chǔ)罐運(yùn)輸存儲(chǔ)的介質(zhì)中常伴有H2S，CO2等物質(zhì)，這類物質(zhì)的加入使得管道的腐蝕以垢下腐蝕為主，多積于管道內(nèi)底，較為常見的是點(diǎn)蝕和坑蝕，嚴(yán)重時(shí)可呈現(xiàn)溝槽狀或坑洞。同時(shí)，金屬管道有其固有的缺陷，在有氧和水的情況下就會(huì)受環(huán)境介質(zhì)的化學(xué)或電化學(xué)作用而產(chǎn)生反應(yīng)。由于傳輸介質(zhì)在流動(dòng)過程中會(huì)不斷沖擊管壁，加快了管壁的內(nèi)部腐蝕，進(jìn)一步發(fā)展可造成管道的穿孔、開裂，高壓下易引發(fā)火災(zāi)、爆炸等嚴(yán)重事故。

我國每年因?yàn)楦g所造成的經(jīng)濟(jì)損失，占國民生產(chǎn)總值的5%左右。設(shè)備事故往往具有突發(fā)性、災(zāi)難性，引起爆炸、火災(zāi)、中毒和環(huán)境污染等，造成災(zāi)難性的惡果，不但造成重大經(jīng)濟(jì)和環(huán)境損失，還常常使人民生命財(cái)產(chǎn)受到重大損失。管道腐蝕問題長期得不到解決會(huì)引發(fā)管漏、腐蝕穿孔、管裂、爆管等事故，會(huì)造成巨大的財(cái)產(chǎn)損失甚至威脅人身安全。若不能及時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)預(yù)防和管控，可能形成重大隱患，給化工企業(yè)帶來嚴(yán)重的人員傷亡。

從檢測(cè)方式上來看，現(xiàn)階段對(duì)管線及儲(chǔ)罐的腐蝕評(píng)估多以人工定期抽樣檢測(cè)為主。許多工業(yè)管道所處環(huán)境惡劣或運(yùn)輸腐蝕性物質(zhì)，人工檢測(cè)時(shí)需要長時(shí)間停工；同時(shí)，日常運(yùn)行中無法實(shí)現(xiàn)對(duì)架空管道的檢修，需要在停機(jī)期間搭設(shè)工作支架；若將常用的便攜式檢測(cè)設(shè)備應(yīng)用于含包覆層管道時(shí)，常需要提前拆除包覆層，這些檢測(cè)前的準(zhǔn)備工作都顯著降低了檢測(cè)效率，增加了工業(yè)管道的維護(hù)成本。同時(shí)人工檢測(cè)還容易出現(xiàn)漏檢、誤檢等問題，無法消除安全隱患。

從檢測(cè)技術(shù)上來看，常用的管道腐蝕檢測(cè)方法有超聲檢測(cè)法和探針法。探針使用時(shí)需要插入管道壁內(nèi)，這會(huì)對(duì)管道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞且無法應(yīng)用于管徑較細(xì)的管道及高溫管道，而超聲波檢測(cè)法是一種應(yīng)用廣泛的管道無損檢測(cè)技術(shù)，具有綠色安全、檢測(cè)精準(zhǔn)等特點(diǎn)，目前超聲管道測(cè)厚已經(jīng)成為煉油廠等石化企業(yè)應(yīng)用廣泛的管道腐蝕檢測(cè)手段。

                 圖1超聲檢測(cè)法                                         圖2 探針法

傳統(tǒng)超聲檢測(cè)采用壓電超聲原理，需要采用耦合劑，無法適應(yīng)高溫，具有較大的局限性，采用波導(dǎo)技術(shù)可對(duì)高溫管線、儲(chǔ)罐進(jìn)行檢測(cè)，但波導(dǎo)桿檢測(cè)受耦合效果影響大，電磁超聲是一種新興的非接觸式超聲檢測(cè)方法，無需耦合劑，可應(yīng)用與復(fù)雜場景下的腐蝕檢測(cè)。因此，課題提出采用電磁超聲檢測(cè)方式對(duì)管線、儲(chǔ)罐腐蝕情況進(jìn)行定點(diǎn)監(jiān)測(cè)，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行上傳，最后采用計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算，實(shí)現(xiàn)腐蝕預(yù)測(cè)和智能預(yù)警，形成數(shù)字化腐蝕監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)管線、儲(chǔ)罐的全天候腐蝕在線監(jiān)測(cè)。

上世紀(jì)五十年代，超聲無損檢測(cè)被引入中國，并應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。近年來，固定化的檢測(cè)作為便捷性優(yōu)于傳統(tǒng)人工移動(dòng)檢測(cè)的一種技術(shù)，受到了學(xué)者和行業(yè)內(nèi)許多公司的青睞。

2009年，王淑娟等通過構(gòu)建三維的電磁超聲表面波仿真模型，使用正交試驗(yàn)的方法對(duì)電磁超聲換能器的關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行確定，提出了電磁超聲換能器中永磁體、線圈等關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。

2010年，段偉亮等設(shè)計(jì)了一款基于FPGA的電磁超聲測(cè)厚裝置，其內(nèi)部采用SOPC技術(shù)進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)，該裝置的檢測(cè)分辨力可以達(dá)到0.1mm。

2012 年，高松巍等利ANSYS限元仿真軟件構(gòu)建了電磁超聲換能器的三維仿真模型，研究了電磁超聲表面波的輻射聲場分布情況。其研究結(jié)果對(duì)于電磁超聲進(jìn)行長距離缺陷掃查時(shí)，電磁超聲換能器的安裝位置、安裝角度等關(guān)鍵參數(shù)的確定具有重要指導(dǎo)意義。

2017年，哈爾濱工業(yè)大學(xué)的孫崢等人利用ARM和FPGA設(shè)計(jì)了一款三通道的管道內(nèi)部電磁超聲實(shí)時(shí)測(cè)厚系統(tǒng)，測(cè)量精度可以達(dá)到0.1mm，測(cè)量范圍在 8~35mm之間，將電磁超聲換能器在管道內(nèi)部進(jìn)行掃查，可以實(shí)現(xiàn)一定范圍內(nèi)的管道內(nèi)部厚度變化檢測(cè)。

2019年，中國石油大學(xué)的楊德成利用Fluent軟件進(jìn)行了彎管處的仿真模型構(gòu)建與分析，通過Oka沖蝕預(yù)測(cè)方程分析了顆粒參數(shù)和管道結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)彎管沖蝕的影響，研究了顆粒直徑和管徑比對(duì)彎管最大沖蝕位置的影響。其研究結(jié)果對(duì)管道彎管處的科學(xué)檢測(cè)具有重要的指導(dǎo)意義。

2020年，王亞平等利用COMSOL以及JMatPro軟件分析了高溫環(huán)境下對(duì)于電磁超聲的換能過程的影響，以及溫度與超聲橫波的能量傳遞、傳播速度等參數(shù)之間的關(guān)系，研究發(fā)現(xiàn)超聲波的能量衰減程度、傳播速度均與環(huán)境溫度成負(fù)相關(guān)關(guān)系，并且提出了溫度補(bǔ)償算法，為研究高溫環(huán)境下電磁超聲測(cè)厚的工作情況提供科學(xué)指導(dǎo)。

2021年，劉志運(yùn)等將電磁超聲與渦流檢測(cè)技術(shù)相結(jié)合，將兩種無損檢測(cè)技術(shù)的特點(diǎn)進(jìn)行互補(bǔ)融合，并分析了復(fù)合檢測(cè)技術(shù)在軌道交通檢測(cè)方面的應(yīng)用前景，為電磁超聲檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展方向提供了新的思路。

綜上所述，目前國內(nèi)學(xué)者對(duì)于管道彎管固體沖蝕模型以及電磁超聲無損檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行了深入的科學(xué)研究，對(duì)管道彎管固體沖蝕影響因素和電磁超聲換能器的工作機(jī)理、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)研制等研究課題均有相關(guān)介紹，但是實(shí)際案例較少，未開展大規(guī)模的應(yīng)用。