Способ мониторинга коррозионного состояния трубопровода



Способ мониторинга коррозионного состояния трубопровода

 


Владельцы патента RU 2449264:

Открытое акционерное общество "Иркутский научно-исследовательский и конструкторский институт химического и нефтяного машиностроения" (ОАО "ИркутскНИИхиммаш") (RU)

Способ согласно изобретению включает разбивку трубопровода на мерные участки, стационарное присоединение на границах каждого участка измерительных потенциальных электродов с измерительным устройством и токовых электродов с проводом токового питания, который стационарно присоединяют в начале и в конце обследуемого трубопровода. В непосредственном тепловом контакте с первым мерным участком устанавливают резистор сравнения для определения эталонной характеристики электрического сопротивления металла трубопровода. Пропускают через все мерные участки и через резистор сравнения стабильный ток. Измеряют падение напряжения на всех мерных участках и на резисторе сравнения, вычисляют отношение падения напряжения на каждом мерном участке к падению напряжения на резисторе сравнения и указанное отношение падения напряжения, численно равное отношению электрического сопротивления каждого мерного участка к электрическому сопротивлению резистора сравнения, принимают в качестве базовой характеристики электрического сопротивления каждого мерного участка при первоначальном измерении и в качестве текущей характеристики электрического сопротивления каждого мерного участка при последующих измерениях, произведенных после истечения периода времени, заданного регламентом мониторинга. Оценку степени коррозионного износа материала трубопровода производят по разности значений текущей и базовой характеристик мерных участков. Изобретение может быть использовано для мониторинга коррозионного состояния подземных и наземных трубопроводов. Изобретение обеспечивает упрощение и ускорение процесса определения коррозионного износа трубопровода. 1 ил.

 

Изобретение относится к области эксплуатации подземных и наземных металлических трубопроводов, а именно - к мониторингу их коррозионного состояния.

Вследствие коррозионных процессов уменьшается толщина стенок трубопровода, а следовательно, увеличивается их электрическое сопротивление. По изменению этого сопротивления при каждом последующем измерении судят о степени коррозионного износа стенок трубопровода.

Известен способ мониторинга коррозионного состояния трубопровода (патент US №4587479, МПК G01R 27/02, приоритет 06.05.1986 г.), включающий измерение электрического сопротивления воспринимающего элемента датчика, размещенного внутри трубопровода и установленного в отверстии, выполненном в стенке трубопровода. По изменению электрического сопротивления элемента датчика судят о степени разрушающего воздействия рабочих технологических сред на материал трубопровода. Термокомпенсацию измерения производят путем сравнения измеряемого сопротивления с сопротивлением эталонного элемента (эталонного резистора), установленного в отверстии, выполненном в стенке трубопровода.

Недостатком известного способа является сложная система оценки степени коррозионного износа стенок трубопровода. Кроме того, снижается точность измерения, вследствие использования данных об изменении сопротивления материала датчика, которые лишь косвенно отражают реальную степень износа материала трубопровода. Другой недостаток заключается в необходимости нарушения целостности стенки трубопровода для установки датчиков на всей его длине.

Известен наиболее близкий заявляемому изобретению способ мониторинга коррозионного состояния трубопровода (патент RU №2244297, МПК G01N 27/02, опубликован 10.01.2005 г.), включающий разбивку обследуемого трубопровода на смежные мерные участки, откапывание шурфов на границах участков, установку в шурфе в краевых зонах (на границах) участка двух измерительных потенциальных электродов с измерительным устройством (микроомметром) и двух токовых электродов с проводом токового питания, пропускание стабильного тока через краевую зону мерного участка и через весь мерный участок, проведение измерений падения напряжения, определение удельного сопротивления металла в краевой зоне данного участка. Полученное удельное сопротивление металла данного участка используют в качестве эталонной характеристики электрического сопротивления этого участка трубопровода. С его учетом проводят вычисление базовой характеристики электрического сопротивления данного участка с предполагаемой минимально допустимой толщиной стенки используемых труб. Далее, согласно известному способу, проводят измерение разности потенциалов на всей длине мерного участка по четырехэлектродной схеме и определяют текущую характеристику электрического сопротивления данного участка. Затем проводят сравнение текущей характеристики электрического сопротивления данного участка с базовой характеристикой электрического сопротивления участка для оценки степени коррозионного износа материала трубопровода на данном конкретном мерном участке трубопровода. После этого демонтируют потенциальные электроды, а также комплект токовых электродов и измерительных приборов и переносят их на следующий мерный участок для измерения его электрических параметров.

Недостатком известного способа является сложность получения данных о коррозионном износе на всей длине трубопровода, так как он требует определения своей эталонной характеристики сопротивления металла трубы для каждого мерного участка и измерения толщины стенки и наружного диаметра трубы в краевых зонах каждого участка в отдельности. Кроме того, ввиду различной реальной толщины стенки и диаметра трубы на разных участках трубопровода, известный способ требует вычисления удельных сопротивлений (эталонных характеристик) для каждого участка в отдельности. Другой недостаток известного способа заключается в его трудоемкости, которая обусловлена необходимостью установки сначала на первом мерном участке четырех потенциальных электродов, а также комплекта токовых электродов и измерительных приборов, а затем переноса их с первого мерного участка трубопровода на следующий для их нового монтажа. При этом известный способ не обеспечивает необходимую точность измерения, так как не предусматривает термокомпенсацию измерений. Все указанные недостатки известного способа существенно затрудняют проведение оперативного мониторинга коррозии трубопровода.

Задачей изобретения является упрощение процесса определения коррозионного износа на всей длине трубопровода при обеспечении температурной компенсации измерений, а также снижение трудоемкости процесса измерений.

Поставленная задача решается тем, что в способе мониторинга коррозионного состояния трубопровода, включающем разбивку трубопровода на мерные участки, установку на границах участка измерительных потенциальных электродов с измерительным устройством, установку токовых электродов с проводом токового питания, пропускание стабильного тока через провод токового питания для проведения измерений, измерение падения напряжения на мерном участке, определение эталонной характеристики электрического сопротивления металла трубопровода, определение базовой характеристики электрического сопротивления мерного участка, определение текущей характеристики электрического сопротивления участка, сравнение текущей характеристики электрического сопротивления участка с базовой характеристикой электрического сопротивления участка для оценки степени коррозионного износа материала трубопровода, согласно изобретению, установку измерительных потенциальных электродов с измерительным устройством осуществляют стационарно на границах всех мерных участков, установку токовых электродов осуществляют стационарно в начале и в конце обследуемого трубопровода, определение эталонной характеристики электрического сопротивления металла трубопровода осуществляют с помощью резистора сравнения, установленного в непосредственном тепловом контакте с первым участком трубопровода, стабильный ток для проведения измерений пропускают одновременно через все мерные участки и через резистор сравнения, измеряют падение напряжения на всех мерных участках и на резисторе сравнения, вычисляют отношение падения напряжения на каждом мерном участке к падению напряжения на резисторе сравнения и указанное отношение падения напряжения, численно равное отношению электрического сопротивления каждого мерного участка к электрическому сопротивлению резистора сравнения, принимают в качестве базовой характеристики электрического сопротивления каждого мерного участка при первоначальном измерении и в качестве текущей характеристики электрического сопротивления каждого мерного участка при последующих измерениях, произведенных после истечения периода времени, заданного регламентом мониторинга, а оценку степени коррозионного износа материала трубопровода производят по разности значений текущей и базовой характеристик мерных участков, определяемой по зависимости:

,

где Un и U0 - падение напряжения на n-ом мерном участке и резисторе сравнения, соответственно, при первоначальном измерении; U'n и U'0 - падение напряжения на n-ом мерном участке и резисторе сравнения, соответственно, при последующих измерениях, произведенных после истечения периода времени, заданного регламентом мониторинга; Xn - величина, характеризующая степень коррозионного износа, численно равная отношению абсолютного изменения электрического сопротивления n-го мерного участка, приведенного к температуре 0°C, к электрическому сопротивлению резистора сравнения при температуре 0°C, то есть

,

где ΔRn - абсолютное изменение сопротивления n-го мерного участка, приведенное к температуре 0°C; R0 - сопротивление резистора сравнения при температуре 0°C.

Технический результат изобретения выражается в существенном упрощении процесса определения коррозионного износа трубопровода за счет использования только одного неизменного эталонного значения электрического сопротивления R0 для всех мерных участков.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором показана схема, реализующая предлагаемый способ. На схеме представлено соединение и расположение измерительных устройств и проводов токового питания на участках обследуемого трубопровода.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

Обследуемый металлический трубопровод 1 разбивают на смежные и примерно равные по длине мерные участки L. В начале первого участка и в конце последнего участка, а также на каждой границе соседних участков стационарно устанавливают измерительные потенциальные электроды, обеспечивающие надежный электрический контакт с материалом трубопровода 1. Потенциальные электроды соединяют проводами с измерительными устройствами (например, вольтметрами) для измерения падения напряжения, которые устанавливают стационарно по одному на каждом мерном участке, как показано на схеме. Перед началом первого мерного участка и после границы последнего мерного участка обследуемого трубопровода 1 устанавливают стационарно токовые электроды и соединяют их между собой проводом 2 токового питания с подключением источника тока I для создания стабильного измерительного тока, одинакового для всех мерных участков. В разрыв провода 2 токового питания стационарно включают резистор сравнения 3 (для термокомпенсации), выполненный из материала, имеющего одинаковый температурный коэффициент сопротивления с материалом трубопровода 1. Резистор сравнения 3 защищают от воздействия атмосферы, располагают в непосредственном тепловом с первым участком трубопровода 1, благодаря чему резистор 3 имеет одинаковую с ним температуру. К резистору сравнения 3 подключают измерительное устройство (например, вольтметр) для измерения падения напряжения на нем.

Для определения базовых (первоначальных) и текущих характеристик сопротивления каждого мерного участка производят следующие действия.

1. В заданное время на весь период измерения через все мерные участки трубопровода 1 одновременно пропускают стабильный ток I - переменный, постоянный или чередующейся полярности.

2. Производят первоначальное измерение падения напряжения U0, U1, U2, … Un соответственно на резисторе сравнения 3 и на каждом мерном участке трубопровода 1.

3. Находят следующие отношения падения напряжений

.

4. Значения найденных при первоначальном измерении отношений падения напряжений на мерных участках являются исходными и их запоминают и используют в качестве базовых характеристик сопротивления каждого мерного участка.

5. При последующих измерениях, произведенных после истечения периода времени, заданного регламентом мониторинга, вновь проводят измерение падения напряжения U'0, U'1 U'2, … U'n на резисторе сравнения 3 и на каждом мерном участке трубопровода 1 и затем, повторяя действия по пунктам 1-3, находят отношения напряжений, значения которых запоминают и принимают в качестве текущей характеристики электрического сопротивления каждого мерного участка от первого до последнего

.

6. Сравнивают одноименные отношения падения напряжения, полученные при первоначальном и последующих измерениях, и по их разнице судят о степени коррозионного износа каждого мерного участка за прошедший регламентный период мониторинга:

где Un и U0 - падение напряжения на n-ом мерном участке и резисторе сравнения 3, соответственно, при первоначальном измерении; U'n и U'0 - падение напряжения на n-ом мерном участке и резисторе сравнения 3, соответственно, при последующих измерениях, произведенных после истечения периода времени, заданного регламентом мониторинга; Xn - величина, характеризующая степень коррозионного износа, численно равная отношению абсолютного изменения электрического сопротивления n-го мерного участка, приведенного к температуре 0°C, к электрическому сопротивлению резистора сравнения 3 при температуре 0°C, то есть

где ΔRn - абсолютное изменение сопротивления n-го мерного участка, приведенное к температуре 0°C; R0 - сопротивление резистора сравнения 3 при температуре 0°C.

Обоснованием приведенных выше зависимостей служат следующие пояснения.

Значения электрического сопротивления резистора сравнения 3 и каждого мерного участка, измеренные при температуре Т, будут равны

………………………………

где R1, R2, … Rn - значения электрического сопротивления мерных участков при температуре 0°C; а - линейный температурный коэффициент электрического сопротивления; Т - реальная температура, выраженная в °C, резистора сравнения 3 и мерных участков трубопровода 1, которая может испытывать изменения, например, сезонные; R0 - значение электрического сопротивления резистора сравнения 3 при 0°C, которое является неизменным по величине независимо от периода измерения и температуры окружающей среды.

Отношение сопротивлений первого участка и резистора сравнения 3

после сокращений позволяет получить следующее выражение

Таким образом, данное выражение (6) показывает, что отношение падений напряжения на первом мерном участке и резисторе сравнения 3 дает не зависящее от величины тока и температуры отношение их сопротивлений, которое используют в качестве базовой характеристики электрического сопротивления первого мерного участка.

Поступая аналогичным образом с результатами измерений на других мерных участках трубопровода 1, по отношению падения напряжений на каждом мерном участке к падению напряжения на резисторе сравнения 3 последовательно получают весь ряд базовых характеристик их электрического сопротивления, которые численно равны отношению падения напряжения на соответствующих мерных участках к падению напряжения на резисторе сравнения 3:

После истечения периода времени, заданного регламентом мониторинга, производят последующие измерения и получают новые значения падения напряжения на резисторе сравнения 3 и на всех мерных участках

и вычисляют описанным выше методом текущие характеристики электрического сопротивления всех мерных участков обследуемого трубопровода 1, численно равные:

Сравнивают текущие характеристики (9) электрического сопротивления мерных участков с базовыми характеристиками электрического сопротивления этих участков (7) для оценки степени коррозионного износа материала трубопровода и по их разности получают относительное изменение сопротивления каждого мерного участка, которое несет информацию об изменении толщины стенки трубопровода 1:

…………………………

где R'n - текущее значение электрического сопротивления n-го участка, полученное после истечения периода времени, заданного регламентом мониторинга; Rn - базовое значение электрического сопротивления n-го участка, полученное при первоначальном измерении; ΔRn - значение разности между R'n и Rn, приведенное к температуре 0°C и являющееся показателем абсолютного изменения сопротивления n-го мерного участка; R0 - сопротивление резистора сравнения 3 при температуре 0°C.

Предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом позволяет проводить оперативный мониторинг коррозии трубопровода по всей его длине благодаря стационарному размещению на каждом мерном участке комплекта измерительных устройств и потенциальных электродов. При этом обеспечивается температурная компенсация погрешности измерений. Кроме того, требования к стабилизации тока относятся к его стабильности на время очередного измерения, а не к его абсолютной величине. Также значительно сокращаются затраты времени на проведение очередного цикла измерений. Появляется возможность ведения непрерывного мониторинга, не зависящего от погодных условий за счет автоматизации процесса измерения с использованием компьютерных технологий.

Способ мониторинга коррозионного состояния трубопровода, включающий разбивку трубопровода на мерные участки, установку на границах участка измерительных потенциальных электродов с измерительным устройством, установку токовых электродов с проводом токового питания, пропускание стабильного тока через провод токового питания для проведения измерений, измерение падения напряжения на мерном участке, определение эталонной характеристики электрического сопротивления металла трубопровода, определение базовой характеристики электрического сопротивления мерного участка, определение текущей характеристики электрического сопротивления участка, сравнение текущей характеристики электрического сопротивления участка с базовой характеристикой электрического сопротивления участка для оценки степени коррозионного износа материала трубопровода, отличающийся тем, что установку измерительных потенциальных электродов с измерительным устройством осуществляют стационарно на границах всех мерных участков, установку токовых электродов осуществляют стационарно в начале и в конце обследуемого трубопровода, определение эталонной характеристики электрического сопротивления металла трубопровода осуществляют с помощью резистора сравнения, установленного в непосредственном тепловом контакте с первым участком трубопровода, стабильный ток для проведения измерений пропускают одновременно через все мерные участки и через резистор сравнения, измеряют падение напряжения на всех мерных участках и на резисторе сравнения, вычисляют отношение падения напряжения на каждом мерном участке к падению напряжения на резисторе сравнения и указанное отношение падения напряжения, численно равное отношению электрического сопротивления каждого мерного участка к электрическому сопротивлению резистора сравнения, принимают в качестве базовой характеристики электрического сопротивления каждого мерного участка при первоначальном измерении и в качестве текущей характеристики электрического сопротивления каждого мерного участка при последующих измерениях, произведенных после истечения периода времени, заданного регламентом мониторинга, а оценку степени коррозионного износа материала трубопровода производят по разности значений текущей и базовой характеристик мерных участков, определяемой по зависимости:
.
где Un и U0 - падение напряжения на n-ом мерном участке и резисторе сравнения соответственно при первоначальном измерении; U'n и U'0 - падение напряжения на n-м мерном участке и резисторе сравнения соответственно при последующих измерениях, произведенных после истечения периода времени, заданного регламентом мониторинга; Xn - величина, характеризующая степень коррозионного износа, численно равная отношению абсолютного изменения электрического сопротивления n-го мерного участка, приведенного к температуре 0°C, к электрическому сопротивлению резистора сравнения при температуре 0°C, то есть,
,
где ΔRn - абсолютное изменение сопротивления n-го мерного участка, приведенное к температуре 0°С; R0 - сопротивление резистора сравнения при температуре 0°С.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способам и средствам определения параметров газовой среды (температура, влажность, давление, расход, вакуум и т.п.).

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способам определения активности ионов водорода (показателя рН) в жидких средах. .

Изобретение относится к методам неразрушающего контроля и может быть использовано для диагностики объектов при сборке по параметрам их механических колебаний, например, серийных изделий устройств контроля схода подвижного состава (УКСПС).

Изобретение относится к способам и устройствам для измерения и определения содержания мочевины в крови человека. .

Изобретение относится к узлу (1) конструктивного элемента (2, 20) и, по меньшей мере, одного контрольного устройства (3) для обнаружения ухудшения (4, 40) характеристик конструктивного элемента (2, 20), причем контрольное устройство содержит, по меньшей мере, один колебательный контур (31), при этом конструктивный элемент и колебательный контур связаны друг с другом таким образом, что ухудшение характеристик конструктивного элемента обуславливает ухудшение (41) характеристик колебательного контура и, тем самым, изменение обнаруживаемого резонансного сигнала колебательного контура.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в авиационной, машиностроительной, металлургической промышленности для контроля качества электропроводящих изделий по величине удельной электрической проводимости их материалов.

Изобретение относится к исследованию свойств порошкообразных материалов по величине электропроводности или электросопротивления и может быть использовано для контроля качества материала в порошковой металлургии и пиротехнике

Изобретение относится к области аналитического приборостроения, а именно к сенсорам концентрации газов, и предназначено для селективного определения концентрации аммиака и некоторых его производных (например, гидразина и несимметричного диметилгидразина), и может быть использовано для медицинской диагностики, для экологического мониторинга в химической, нефтехимической, металлургической, холодильной, пищевой, электронной, авиакосмической и некоторых других областях промышленности

Изобретение относится к области измерения электрофизических параметров жидкостей, а именно измерения электропроводности, диэлектрической проницаемости и тангенса угла потерь жидкостей, преимущественно электролитов в связи с изучением и контролем их состава и строения

Изобретение относится к методам анализа физических и химических свойств биологических тканей и материалов биологического происхождения путем регистрации электрохимических параметров и математической обработки полученных данных и может быть использовано в пищевой промышленности для аналитического контроля (диагностики) и оценки показателей качества и безопасности продуктов питания и сырья для их изготовления, а также в медицине для диагностики различных заболеваний и оценки степени патологических изменений в тканях и органах

Изобретение может быть использовано для контроля материалов, изначально свободных и защищенных от водорода для космических аппаратов, активных зон водоохлаждаемых ядерных энергетических установок (ЯЭУ), вентиляторов двигателей самолетов, дисков турбин высокого и низкого давления, их планетарных редукторов и других изделий, подвергаемых наводороживанию в процессе производства и эксплуатации. Согласно изобретению для определения содержания водорода в изделиях из титана в слоях по глубине образца величину вихревого тока определяют на различных частотах, при этом на каждой частоте определяют максимальное значение вихревого тока в зависимости от углового расположения датчика, измеряют сопротивления R1 и R2 на частотах, соответствующих разности глубин a1 и a2, вычисляют электропроводность для заданной глубины ax=a2-a1, затем по градуировочной эталонной зависимости электропроводности от концентрации водорода в титане определяют искомое содержание водорода в слое по глубине титанового изделия (образца). Изобретение обеспечивает возможность определения содержания водорода в слоях насыщенного водородом титана, расположенных на разной глубине, и повышает точность определения содержания водорода. 4 ил., 3 табл.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам определения электрических свойств материалов, и может быть использовано для создания веществ, обладающих требуемыми зависимостями удельной электропроводности от давления, которые применяются, например, при оценке изменения во времени горного давления в породных массивах. Техническим результатом заявленного изобретения является возможность определения зависимости удельной электропроводности пластичного вещества. Технический результат достигается за счет возможности определения зависимости удельной электропроводности пластичного вещества от давления. Устройство включает диэлектрическую трубку, в один конец которой вставлена первая металлическая втулка с внутренней резьбой, в нее вкручен винт, а во второй ее конец вставлена вторая металлическая втулка с установленным на ней датчиком давления, подключенным кабелем к регистратору давления. Электродами являются первая и вторая металлические втулки, подключенные проводниками тока к регистратору сопротивления. Диэлектрическая трубка герметизирована. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и предназначено для использования в нефтедобывающей промышленности для исследования пластов, определения их остаточной водонасыщенности, для оперативного контроля влажности на нефтепромысловых скважинах. Способ определения водонасыщенности керна и других форм связанной воды в материале керна включает приготовление образца из керна, экстракцию и высушивание образца, моделирование пластовых условий в образце керна, фильтрацию минерализованной воды через образец керна и последовательное измерение в процессе фильтрации промежуточных значений тока, проходящего через образец при подаче на него переменного напряжения, построение зависимости значения электрического сигнала от водонасыщенности образца керна, при этом дополнительно, согласно изобретению, перед измерениями керн изолируют тонкой диэлектрической оболочкой и помещают между электродами емкостной измерительной ячейки, а значения тока, проходящего через образец при различных значениях водонасыщенности (от 0 до 100%), определяют методом бесконтактной высокочастотной кондуктометрии, например методом нелинейного неуравновешенного моста, питаемого высокочастотным напряжением с частотой 2-10 МГц, на полученной зависимости значений электрического сигнала от водонасыщенности образца керна выделяют три области с различными значениями крутизны подъема графика с ростом водонасыщенности, а границы энергетически различных категорий связанной воды в керне, в том числе остаточной водонасыщенности, определяют как точки перегиба между упомянутыми областями с различными значениями крутизны сигнала. Изобретение обеспечивает повышение точности измерений и упрощение процесса определения остаточной водонасыщенности керна с одновременным расширением области применения разрабатываемого способа, в частности и других форм связанной воды в материале керна. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение может быть использовано в системах контроля водно-химического режима для тепловой, атомной и промышленной энергетики. Cпособ определения концентрации компонентов смеси высокоразбавленных сильных электролитов включает одновременное измерение удельной электропроводности и температуры анализируемого раствора при разных температурах в количестве, равном количеству компонентов раствора, решение системы уравнений электропроводности в количестве, равном числу измерений, каждое из которых имеет определенный вид, с определением при решении уравнений значений удельной электропроводности при температуре 18°С для каждого из компонентов смеси и нахождение по известным (справочным) данным соответствующей им концентрации. Изобретение обеспечивает упрощение процесса за счет непосредственного определения концентрации каждого компонента, входящего в состав раствора. 1 пр.,1 ил.
Наверх