1、1.背景2.原理简介3.国内外应用现状4.系统研究5.性能及前景 管道腐蚀是一个缓慢的过程，除均匀腐蚀外，还存在冲蚀，坑蚀。实践表明，坑蚀（pit corrosion)、冲蚀(local corrosion)，危害性远大于均匀腐蚀（general corrosion）。（以四川的天然气主管道为例，有的管段在两年左右就发生了腐蚀穿孔，有的管段则可达十余年。）设计余量：70%（3mm/10mm)上图中普遍坑深：2-3.5mm。l坑蚀一但发生，容易发展坑蚀一但发生，容易发展。塔里木某联合作业区塔里木某联合作业区历年腐蚀穿孔统计历年腐蚀穿孔统计 大量调研表明，当一小段管道发生坑蚀时，内外环境相似的相邻
2、数公里管道内腐蚀状况是相似的，这就为监测局部进而推断全局提供了依据。目前国外的情况是10至20公里设一个监测点。(基于电位矩阵基于电位矩阵法的钢制管道腐蚀监测系统法的钢制管道腐蚀监测系统)由于炼油厂中管道系统各处的管径，管厚，材质、流量、流速、压力、温度和介质变化大，故在炼油厂对重要和易出问题的部位应逐一安装该系统。IU i，j=I x x R i，jR i，j=L/（w h i，j）原理说明：U i，j t0 =I x R i，jR i，jt0=L/（w h i，j）U i，j tm =I x R i，jR i，j tm=L/（w h i，j）(单位：ppt,Part per thousan
3、d)由公式可知:l初始测量时，FCi =0ltx时刻测量时，如果局部区域（坑蚀）腐蚀存在，测量电极之间的电阻将增加，相应的电压增加使得FC值大于零。l温度变化,激励电流变化使Vi 和 Vref 同比例变化,测量不受影。l由于腐蚀/冲蚀是一种不可逆的化学和物理现象，故FC值理论上是随时间而单调增加的。00()()(1)1000()()ixiirefxrefV tV tFCVtVt00()()(1)1000()()ixiirefxrefV tV tFCVtVt 任一对测量电极所代表的局部腐蚀(坑蚀)程度由指纹系数（FC值）判断：1983年，由挪威学者H.Hangestad首次提出。该方法和技术具有
4、可靠性特别高，安全性好和温度适应范围特别大的优点。由于极间电压也只有几十V，而腐蚀引起的电压变化只有0.1V数量级。受当时元器件和仪表工业水平的限制，这一技术没有得到发展和实际应用。1995年以后，在海底管道腐蚀监测的迫切需求下，挪威CorrOcean公司和英国的Rowan公司开发了比较实用的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：1995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，减少了温度变化的影响；提出了场指纹系数 Fc 概念和算法，使FSM在海底管道和海底重要构件的腐蚀监测上得到了较广泛地应用。受当时计算技术的限制，FSM在
5、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不均匀时，采用3-5倍的系数来给出坑蚀量。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，使电流场的分布计算变得很复杂且没有确定性。2009年英国帝国理工Imperial College的 G.Sposito,P.Cawley等人认识到了因坑蚀导致电流重新分配，导致电位变化不再呈线性的问题。在坑蚀位置已有先验知识的条件下，提出了用电位图（Potential Drop Mapping
6、）来检测坑蚀情况，给出的电位探针间距最优解没有普适性。2007年，美国Kjell Wold、Geirfinn Simes等人提出FSM新的发展方向为远距离无线监控。下面介绍FSM系统在 海底管道,化工厂和埋地管道腐蚀监测方面的应用:海底管道，重要构件检测海底管道，重要构件检测海底管道应用 BP Exploration(North Africa),(Gulf of Mexico)世界上最大的世界上最大的石油石油/石化集团。全球石化集团。全球500强中排前五名强中排前五名.(中海油中海油2套套)注意注意:1有三种传感器。有三种传感器。2 安装方式安装方式:同质测量管同质测量管.炼油厂应用炼油厂应用
7、炼油厂应用：炼油厂应用：(英国英国Humber炼油厂炼油厂,99年年4套套,00年年1套套,由于效果很好由于效果很好2001年加年加8套套).应用应用1(常温常温,设计检测的腐蚀类型设计检测的腐蚀类型:均匀腐蚀均匀腐蚀)管径管径:76mm 管厚管厚:6.7mm(30%=2.04mm)温度温度:65 oC 年腐蚀率年腐蚀率:0.08mm/Year!25年炼油厂应用2(常温)管径:254mm管厚:9.7mm (30%=2.91mm)温度:65.5 oC类型:均匀/冲蚀 年腐蚀率:0.38mm/Year.!(7.6年2.91mm)只能用7.6年,需要当心了!炼油厂应用3(高温高温)管径:355mm管
8、厚:13mm(30%=3.9mm)温度:349 oC类型:局部腐蚀年腐蚀率:0.08mm/Year!(48年3.9mm)1.便携式便携式(已有产品已有产品)2.电缆连接电缆连接(已有产品已有产品)3.太阳能太阳能+无线数据无线数据(有研究动向报道有研究动向报道,未见未见应用产品应用产品)4.产品国内空白产品国内空白-5-4-3-2-1012345678910102030405060708090100110120130140150160170180190200210p p tM e a sure m e nt num b e rT Z-721 M atrix-A ll pairsFS M T r
9、e nd fo r W ind o ws?2001 Co rrO ce a n A S AA ll p a irs(0.00 p p t/ye a r)TZ721井井进站管线进站管线FSM腐蚀腐蚀监测监测 和漏磁法、超声波法、涡流传感器、电阻探针和电感探针相比较4,5,6，基于FSM的测试系统在概念上有传感器，但在实体上没实体上没有传感器有传感器。(传感器三要素:敏感元件、转换元件和转换电路即管体本身。)基于FSM特别突出的特点，它在实用上有如下优点：不再次开挖掩埋层、在线、可靠性和精度高。不再次开挖掩埋层、在线、可靠性和精度高。直接检测局部典型范围内的腐蚀量、腐蚀速率、坑蚀、直接检测局部典型
10、范围内的腐蚀量、腐蚀速率、坑蚀、焊缝腐蚀、冲蚀。焊缝腐蚀、冲蚀。测量元器件在测量过程中不暴露在易腐蚀、易磨损和高测量元器件在测量过程中不暴露在易腐蚀、易磨损和高压环境中。（压环境中。（参阅下面二个对比的反例参阅下面二个对比的反例）在管道在管道(容器容器)上进行装配时无需开孔和停产，不会导致上进行装配时无需开孔和停产，不会导致泄漏危险。泄漏危险。监测系统的使用期限由管道的使用寿命决定。测量系统监测系统的使用期限由管道的使用寿命决定。测量系统在整个使用过程中几乎没有消耗。在整个使用过程中几乎没有消耗。可以在高达可以在高达500的温度下使用。的温度下使用。2009年年9月份塔中月份塔中6气体站电阻探
11、针腐蚀形貌气体站电阻探针腐蚀形貌 2008.10.302009.9.17，监测周期：，监测周期：322天，腐蚀速度天，腐蚀速度0.4941mm/a水平水平1井卸油台至井卸油台至1#2#阀组试片腐蚀形貌阀组试片腐蚀形貌腐蚀如此严重腐蚀如此严重结果已不可靠结果已不可靠国外FSM产品和技术的不足l理论上不完善理论上不完善（牵扯效应，小腐蚀坑不可分问题牵扯效应，小腐蚀坑不可分问题）l数据解释较复杂。数据解释较复杂。（坑蚀和焊缝损失数据要传回坑蚀和焊缝损失数据要传回CorrOceanCorrOcean公司公司 数据处理中心处理。数据处理中心处理。）l产品价格昂贵。产品价格昂贵。后续服务昂贵、不便。后续服
12、务昂贵、不便。3.1 目标 研制的系统，充分保持上述优点，克服研制的系统，充分保持上述优点，克服上述缺点，填补国内空白。上述缺点，填补国内空白。3.2牵扯效应，小腐蚀坑不可分问题的解决牵扯效应，小腐蚀坑不可分问题的解决一个电阻增加10%时 电压差 理论计算局部区域减薄10%时电压差 实际测试（高精度铣床，恒流源，电压表）结论：牵扯效应确实存在。对坑蚀精度有很大的影响。消去牵扯效应后两个电阻变化消去牵扯效应后两个电阻变化10%的的FC值图值图 消除牵扯效应后三个电阻变化消除牵扯效应后三个电阻变化10%的的FC值图值图两个电阻均变化两个电阻均变化10%FC值图值图 三个电阻均变化三个电阻均变化10
13、%FC值图值图 1.EI核心期刊核心期刊基于电位列阵的金属管道坑蚀监测研究基于电位列阵的金属管道坑蚀监测研究仪器仪表学报仪器仪表学报,2011/01p.19-25。2.SCI期刊 Investigation of drag effect in field signature method,Measurement Science and Technology.2012/01 小腐蚀坑不可分问题小腐蚀坑不可分问题在实际测量中，一个面积较大而深度较浅的腐蚀坑所产生的极间电压变化值（当前电压值初始电压值）与一个面积较小而深度较深的腐蚀坑所产生的极间电压变化值可能是相同的。3.3 研制的FSM系统类型、
14、方案遥测型遥测型：GJ-T2（非防爆型），GJ-TF2（防爆型）(太阳能供电，无线通讯，可同时监测2处，适合用于野外，沙漠，戈壁等。)市电型市电型：GJ-S4(非防爆型)，GJ-SF4(防爆型)（市电供电，可同时在线监测4处，适用于炼油厂，净化厂等)便携型：便携型：GJ-BF1 (防爆型)，,GJ-B1(非防爆型)（每次检测1处，适用于多处定期巡检）无线发收模块远程主机中国移动网络太阳能充电器状态电池容量状态检测系统状态启动检测命令温度激励电流被测管道电位场，指纹系数日期短信猫RS485也可是：T型，L型，Y型管焊缝安装在外部的电极矩阵数据采集箱控制箱可同时监测2处遥测遥测型：型：GJ-T2（
15、非防爆型），GJ-TF2（防爆型）(太阳能供电，无线通讯，可同时监测2处，适合用于野外，沙漠，戈壁等。)太阳能电池DC 5VRS485（最大500米）中央控制室市电220V也可是：T型，L型，Y型管焊缝安装在外部的电极矩阵本安数据采集箱防爆控制箱可同时监测4处市电市电型：型：GJ-S4(非防爆型)，GJ-SF4(防爆型)（市电供电，可同时在线监测4处，适用于炼油厂，净化厂等)通讯线电源线To：中央控制室（20-60米）2 2 0 V 交 流300W恒流源模块3V120A直流变压器+全波整流+超级电容主控单片机+多路DCDC模块隔爆型控制电箱3-6米防爆电缆1本电箱全部插头、插座为防爆型3-6米
16、防爆电缆23-6米防爆电缆33-6米防爆电缆4防爆电缆5多 路 互 隔 离 超 高 精 度AD多 路 互 隔 离 单 片 机 组模 拟 开 关 组（8点一组最大48组）多路互隔离精密前置放大器组多路互隔离精密前置放大器组本安型集电箱485防爆电缆线6中心控制室插头可现场插拔RS232 PC机办公室充电器也可是：T型，L型，Y型管焊缝安装在外部的电极矩阵本安数据采集箱防爆控制箱每次检测1处便携便携型：型：GJ-BF1 (防爆型)，,GJ-B1(非防爆型)（每次检测1处，适用于多处定期巡检）.便携箱4.目前的研制结果及前景4.1结果（已完成原理样机，下一步三台工程样机在中石油，中石化，炼油厂试用）
17、（已完成原理样机，下一步三台工程样机在中石油，中石化，炼油厂试用）程序界面程序界面 管道腐蚀报告地点：时间：2011年7月19日均匀腐蚀率：1.087mm/yr最大腐蚀量：0.27mm0.19mm0.16mm0.12mm0.09mm对应位置：P29-30P34-35P27-28P22-23P51-524.2 前景及时发现坑蚀/冲蚀腐蚀速率和腐蚀状态，损伤和缺陷，根据轻重缓急,安排必要的维护和更换,确保供应的可靠性，在经济和环保上有重大意义。碳钢管道在相当长的时期内仍然是高压大孔径长距离的管道主选，本技术有良好和长远的前景。（不锈钢管成本是碳钢管道的15到30余倍；而高分子材料管道在耐压和老化方面有弱点）谢 谢！
