保溫層下腐蝕檢測(cè)技術(shù)研究進(jìn)展*

翟 東,鄧 欣,李馨竹,余 捷,楊 波,陳俊鋒

(中海油能源發(fā)展股份有限公司采油服務(wù)分公司,天津 300451)

0 前言

保溫層下腐蝕(CUI)是指在工業(yè)設(shè)施或管道中,由于保溫層(隔熱層)的損壞或滲透,使金屬表面暴露在潮濕或有害環(huán)境下,導(dǎo)致金屬表面發(fā)生腐蝕的現(xiàn)象[1]。這種腐蝕問(wèn)題通常發(fā)生在保溫層覆蓋的金屬設(shè)施或管道的外部,具有隱蔽性、高危害性和普遍性[2]。保溫層下腐蝕通常受多種因素的影響,如濕度、水分、溫度、腐蝕介質(zhì)、保溫材料、金屬材料、管道設(shè)計(jì)和安裝等。濕度和水分是保溫層下腐蝕發(fā)生的主要原因,當(dāng)保溫層受損或浸水時(shí),金屬表面容易受到腐蝕;溫度和環(huán)境條件也會(huì)加劇腐蝕的程度;不適當(dāng)?shù)谋夭牧虾凸艿涝O(shè)計(jì),以及不合理的施工方式也可能導(dǎo)致保溫層下腐蝕的發(fā)生。CUI對(duì)于工業(yè)設(shè)施和管道的安全和可靠運(yùn)行構(gòu)成嚴(yán)重威脅。所以,CUI檢測(cè)對(duì)于設(shè)施的安全運(yùn)行、維護(hù)成本控制、延長(zhǎng)設(shè)施壽命、提高生產(chǎn)效率以及環(huán)保和資源節(jié)約都具有重要的意義[3,4]。定期進(jìn)行腐蝕檢測(cè),并采取相應(yīng)的預(yù)防和修復(fù)措施,是確保設(shè)施可靠運(yùn)行的重要措施之一。

目前,針對(duì)化工行業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的環(huán)境安全監(jiān)測(cè)[5]和工業(yè)控制安全系統(tǒng)[6]等的要求日趨嚴(yán)格,具有保溫層的設(shè)備、管線等生產(chǎn)設(shè)施的運(yùn)行安全穩(wěn)定性尤為重要。設(shè)施CUI情況,需要深入分析腐蝕原因和現(xiàn)有腐蝕檢測(cè)技術(shù)適用性,并不斷創(chuàng)新和探索新的檢測(cè)技術(shù),才能有效降低因腐蝕問(wèn)題所產(chǎn)生的現(xiàn)場(chǎng)安全風(fēng)險(xiǎn),減少現(xiàn)場(chǎng)的操作維護(hù)投入,保障現(xiàn)場(chǎng)設(shè)施穩(wěn)定運(yùn)行。本文結(jié)合國(guó)內(nèi)的研究,綜述了當(dāng)前在設(shè)備或管線CUI檢測(cè)領(lǐng)域常用的技術(shù)現(xiàn)狀,探討了一些新興的腐蝕檢測(cè)技術(shù)和方法等。

1 電化學(xué)法

當(dāng)金屬表面發(fā)生腐蝕時(shí),通常會(huì)在微米尺度上產(chǎn)生不規(guī)則隨機(jī)變化,這些變化表現(xiàn)為電信號(hào)波動(dòng)。利用電化學(xué)現(xiàn)象來(lái)監(jiān)測(cè)和量化腐蝕的技術(shù)有電阻(ER)、線性極化電阻(LPR)和電化學(xué)噪聲(EN)等。

Yang,等[7]采用一種新型電化學(xué)組件(圖1(a)),用3根Pt涂層鈦(稱為Pt(Ti))導(dǎo)線作為傳感電極,實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)CUI監(jiān)測(cè)和分析。用有Pt涂層的鈦絲在隔熱層覆蓋的管道表面上組裝3電極電化學(xué)電池。為了驗(yàn)證目的,在每組4個(gè)環(huán)形試樣中,使用2個(gè)作為工作電極(WE),使得每次測(cè)量都可以重復(fù)進(jìn)行。每個(gè)電池的另外2個(gè)環(huán)形試樣用于質(zhì)量損失測(cè)量,因此,它們沒(méi)有作為工作電極(WE)連接到恒電位器上。圖1(b)顯示了工作電極、對(duì)電極(CE)和參比電極(RE)在隔熱層下的排列。將一根尖端裸露的絕緣Pt(Ti)導(dǎo)線(即Pt(Ti)活性表面)連接到環(huán)形試樣(即WEs)的內(nèi)壁,將其與測(cè)試溶液隔離。CE和RE的裸露尖端懸掛在金屬和絕緣體之間保留電解液的環(huán)形空間中。3根絕緣Pt線被用作熱酸性溶液中的氧化還原電位傳感器(即WE,RE和CE)[8]。為了適應(yīng)未來(lái)的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用,研究中使用了成本更低、強(qiáng)度更好的Pt(Ti)線代替純Pt線。采用質(zhì)量損失、線性極化電阻(LPR)和電化學(xué)阻抗譜(EIS)等方法,研究了X70碳鋼(CS)和304不銹鋼(SS)在不同工作條件下的CUI行為發(fā)現(xiàn):連續(xù)的干濕循環(huán)和循環(huán)溫度都加速了CUI的進(jìn)程。LPR和EIS測(cè)量結(jié)果表明,熱循環(huán)加速的CUI是由于極化電阻的降低和腐蝕膜的惡化造成的。在熱循環(huán)條件下,所有測(cè)試樣品都觀察到了增強(qiáng)的點(diǎn)蝕,特別是CS樣品。此項(xiàng)電化學(xué)腐蝕測(cè)量技術(shù)獲得的腐蝕速率與質(zhì)量損失法獲得的腐蝕速率相當(dāng)。

圖1 一種新型電化學(xué)CUI檢測(cè)技術(shù)[7]

電化學(xué)噪聲(EN)技術(shù)已被廣泛報(bào)道為一種很有前途的檢測(cè)局部腐蝕的工具。它是一種無(wú)損檢測(cè)技術(shù),通過(guò)分析金屬電位和電流的微小變化來(lái)監(jiān)測(cè)腐蝕行為。電化學(xué)噪聲(EN)技術(shù)通過(guò)分析電化學(xué)電位噪聲(EPN)或電化學(xué)電流噪聲(ECN)的隨機(jī)波動(dòng),獲取腐蝕過(guò)程信息。從EN頻譜中提取有用信息的數(shù)據(jù)處理方法是EN監(jiān)測(cè)有效性的關(guān)鍵因素。Hou Y,等[9,10]提出了一種基于EN的遞歸量化分析(RQA)和機(jī)器學(xué)習(xí)(ML)方法的腐蝕監(jiān)測(cè)方法,能夠區(qū)分點(diǎn)蝕和均勻腐蝕過(guò)程,被成功地應(yīng)用于監(jiān)測(cè)碳鋼在各種低含水率礦石中的腐蝕。Hou Y,等[11]采用電化學(xué)電流噪聲(ECN)法研究了碳鋼在礦棉絕緣層下的腐蝕,通過(guò)使用遞歸量化分析從ECN信號(hào)中提取特征變量,并建立隨機(jī)森林模型用于腐蝕類型的判斷。通過(guò)失重法驗(yàn)證腐蝕速率,并借助光學(xué)顯微鏡驗(yàn)證腐蝕類型,以證明ECN數(shù)據(jù)分析結(jié)果的可靠性。修正后的模型成功地用于預(yù)測(cè)由CUI引起的局部腐蝕速率。Caines[12]研究了一種通過(guò)監(jiān)測(cè)電化學(xué)電位噪聲(EPN)來(lái)預(yù)測(cè)獨(dú)立電極腐蝕速率的方法,以滿足實(shí)際應(yīng)用需求。該研究表明,電極表面生成的腐蝕產(chǎn)物明顯降低了EPN信號(hào)與腐蝕導(dǎo)致質(zhì)量損失之間的相關(guān)性。EPN信號(hào)與腐蝕速率的相關(guān)性主要取決于電極的潤(rùn)濕時(shí)間,即電極潤(rùn)濕時(shí)間越長(zhǎng),相關(guān)性越好。在這項(xiàng)研究的后續(xù)工作中,Caines,等[13]引入了一種簡(jiǎn)化的方法,使用測(cè)量的EPN來(lái)預(yù)測(cè)單個(gè)電極的腐蝕速率,發(fā)現(xiàn)了被測(cè)電極的EPN、質(zhì)量損失和腐蝕速率之間的關(guān)系;在局部腐蝕電極的短期測(cè)試中,殘留腐蝕產(chǎn)物的影響相對(duì)較大,有助于降低EPN-質(zhì)量損失關(guān)系的相關(guān)性;EPN和腐蝕速率的關(guān)系與浸泡時(shí)間有關(guān)。

電阻法、線性極化電阻法和電化學(xué)噪聲法是一種非侵入性的腐蝕檢測(cè)手段,可以在運(yùn)行中的設(shè)備或管線上進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),快速、準(zhǔn)確且有效評(píng)估腐蝕的程度和進(jìn)展情況,為設(shè)施的維護(hù)和保養(yǎng)提供了重要的參考依據(jù),對(duì)保障設(shè)備的安全運(yùn)行和延長(zhǎng)設(shè)備壽命具有重要意義。

2 分布式光纖法

目前分布式光纖技術(shù)用于CUI監(jiān)測(cè)主要有2種形式:分布式光纖測(cè)溫技術(shù)和分布式光纖濕度監(jiān)測(cè)技術(shù)。其中分布式光纖測(cè)溫技術(shù)基于光纖拉曼散射原理,監(jiān)測(cè)管道沿線因保溫層浸水引起的溫度場(chǎng)異常,從而實(shí)現(xiàn)管道CUI風(fēng)險(xiǎn)區(qū)識(shí)別;分布式光纖濕度監(jiān)測(cè)技術(shù)利用光纖表面吸濕性涂層隨環(huán)境相對(duì)濕度膨脹造成的瑞利散射中心離散度變化監(jiān)測(cè)環(huán)境濕度變化,間接評(píng)估管道CUI風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。相比于溫度監(jiān)測(cè),濕度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與CUI相關(guān)性更強(qiáng),但精確度也受溫度變化影響[14,15]。

Thomas,等[15]研究了一種適用于管道保溫層下進(jìn)水空間連續(xù)監(jiān)測(cè)的新型全分布式光纖濕度傳感器,其中光纖電纜安裝在用氣隙玻璃和氣凝膠絕緣材料絕緣的管道上。在氣隙電池玻璃絕緣下,光纖傳感器可以對(duì)相當(dāng)于每米管道小于10 mL的進(jìn)水作出反應(yīng)。通過(guò)與傳統(tǒng)校準(zhǔn)點(diǎn)濕度傳感器的比較,驗(yàn)證光纖測(cè)量的有效性。采用光纖補(bǔ)償方法,有效降低了溫度變化對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。該傳感器具有厘米級(jí)的分辨率監(jiān)測(cè)入水空間演變的能力,以及在2 km范圍內(nèi)進(jìn)行精確入水測(cè)量的可行性。該技術(shù)可向覆蓋大型絕緣結(jié)構(gòu)的空間提供連續(xù)進(jìn)水?dāng)?shù)據(jù),因此可用于協(xié)助有針對(duì)性的檢查,旨在最大限度地降低CUI的風(fēng)險(xiǎn)。Cho H,等[16]開(kāi)發(fā)了一種基于激光吸收的濕度依賴性光纖傳感器,并將聚乙烯醇涂層、CoCl2涂層、支鏈淀粉涂層串聯(lián)在光纖上作為包層。該傳感器可在80 ℃下測(cè)量65%～95%RH;傳感器的溫度依賴性小至2.5%RH/10 ℃;利用聲發(fā)射技術(shù)和濕度傳感技術(shù)對(duì)干濕循環(huán)下的活性CUI進(jìn)行監(jiān)測(cè);在每個(gè)干濕循環(huán)中,干燥過(guò)程中產(chǎn)生的聲發(fā)射信號(hào)最多,且聲發(fā)射率隨濕潤(rùn)時(shí)間(加濕時(shí)間)的增加而增加。結(jié)果表明,濕度監(jiān)測(cè)可以預(yù)測(cè)CUI的發(fā)生和程度,聲發(fā)射可用于探測(cè)活性CUI。

隨著檢測(cè)技術(shù)的不斷進(jìn)步和改進(jìn),分布式光纖技術(shù)的精度和靈敏度將得到進(jìn)一步提高,這將使其能夠更準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)管道表面的溫度和濕度變化,以便更準(zhǔn)確地識(shí)別保溫層下腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)。分布式光纖技術(shù)優(yōu)勢(shì)較突出,其實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)能力允許工程師和技術(shù)人員在腐蝕發(fā)生之前及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常,并及早采取相應(yīng)的修復(fù)和預(yù)防措施,從而降低設(shè)施的維護(hù)成本,避免事故的發(fā)生。此外,分布式光纖技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)參數(shù)的同時(shí)監(jiān)測(cè),如溫度、濕度、應(yīng)變等。這樣的綜合監(jiān)測(cè)能力有助于全面評(píng)估設(shè)施的運(yùn)行狀態(tài),從而更好地預(yù)防和應(yīng)對(duì)潛在的腐蝕問(wèn)題。隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用的推廣,這些優(yōu)勢(shì)將進(jìn)一步得到加強(qiáng)和拓展。

3 紅外熱成像法

浸水后的保溫層會(huì)導(dǎo)致保溫隔熱性能下降,進(jìn)而引起保溫層表面溫度異常。紅外熱成像(IRT)技術(shù)通過(guò)分析保溫層表面的溫度分布,推測(cè)保溫層是否浸水,并提前警示初期CUI風(fēng)險(xiǎn),進(jìn)一步劃分CUI高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域。紅外熱成像技術(shù)具有以下優(yōu)勢(shì):首先,它是一種非接觸式的檢測(cè)技術(shù),適用范圍廣泛,包括溫度很低或者較高(幾千攝氏度)的物體,其非接觸性保證了檢測(cè)過(guò)程的安全性;其次,紅外熱成像技術(shù)具有高精確度,能夠提供較高的圖像分辨率,操作過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單,檢測(cè)所需時(shí)間非常短,通常只需幾秒鐘,提高了檢測(cè)效率[17]。總的來(lái)說(shuō),紅外熱成像技術(shù)為工程師和技術(shù)人員提供了一種可靠且高效的工具,幫助他們及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理保溫層浸水引起的問(wèn)題,以保障設(shè)施的安全和可持續(xù)運(yùn)行。

Cadelano,等[18]研究了IRT技術(shù)用于管道保溫層浸水監(jiān)測(cè),包括管道溫度上升、穩(wěn)定和冷卻對(duì)監(jiān)測(cè)效果的影響。如圖2(a)所示,試樣為一段由Fe-C制成的金屬管,長(zhǎng)58 cm,外徑14 cm,厚0.9 cm,外表面卷著一層5 cm厚的玻璃棉保溫材料。將此管道試樣放置在2個(gè)木制支架上,以便紅外攝像機(jī)能夠?qū)艿赖撞窟M(jìn)行光學(xué)訪問(wèn),并避免與可能影響測(cè)量的外部物體接觸。目的是觀察由于保溫層內(nèi)存在水而產(chǎn)生的熱效應(yīng)(目視可能存在CUI),特別注意熱慣性和材料導(dǎo)電性的影響。實(shí)驗(yàn)?zāi)M了保溫層內(nèi)因凝結(jié)或滲透而存在的水,使用容量為30 mL的注射器在保溫層內(nèi)進(jìn)行注水,從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)插入深度的最佳控制和高精度,在相同位置進(jìn)行4次注水(圖2(b)、圖2(c))。空調(diào)系統(tǒng)被用來(lái)模擬真實(shí)場(chǎng)景中可能出現(xiàn)的環(huán)境溫度變化。圖2(d)顯示了實(shí)驗(yàn)中使用的設(shè)備。研究表明,紅外熱成像技術(shù)(IRT)在檢測(cè)管道升溫過(guò)程中,對(duì)保溫層浸水位置更為敏感;而在檢測(cè)運(yùn)行穩(wěn)定的管道保溫層浸水位置時(shí),可以通過(guò)使用熒光燈或調(diào)制燈等外部激勵(lì)法來(lái)提高IRT的靈敏度。張強(qiáng),等[19]提出了一種基于紅外熱成像技術(shù)的管道腐蝕檢測(cè)新方法,通過(guò)非接觸方式獲取紅外熱像圖像,并用相應(yīng)軟件分析,得到檢測(cè)結(jié)果,為評(píng)估供熱管道的腐蝕程度提供了重要的定量依據(jù)。

圖2 IRT技術(shù)用于管道保溫層浸水監(jiān)測(cè)[18]

紅外熱成像技術(shù)在石化行業(yè)設(shè)備故障檢測(cè)方面已經(jīng)被廣泛應(yīng)用。該技術(shù)能夠提供非接觸式的實(shí)時(shí)溫度分布圖像,快速發(fā)現(xiàn)異常熱點(diǎn)和異常溫度分布,幫助提前發(fā)現(xiàn)潛在的問(wèn)題,并采取相應(yīng)的維修和保護(hù)措施,從而提高設(shè)備的可靠性和安全性。隨著紅外熱成像技術(shù)的不斷發(fā)展和改進(jìn),將在石化行業(yè)腐蝕檢測(cè)領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。未來(lái)的研究方向包括進(jìn)一步提高紅外熱成像技術(shù)的分辨率和靈敏度,開(kāi)發(fā)更精確和可靠的算法和模型,以實(shí)現(xiàn)更準(zhǔn)確的腐蝕檢測(cè)和評(píng)估。同時(shí),結(jié)合其他先進(jìn)的檢測(cè)方法和技術(shù),可以構(gòu)建多模態(tài)的檢測(cè)系統(tǒng),提供更全面和可靠的腐蝕信息,進(jìn)一步提升設(shè)備的健康監(jiān)測(cè)和維護(hù)水平。

4 脈沖渦流檢測(cè)法

脈沖渦流檢測(cè)技術(shù)通過(guò)分析導(dǎo)電元件內(nèi)部的瞬態(tài)渦流來(lái)進(jìn)行檢測(cè),已經(jīng)成為一種廣泛采用的檢測(cè)方法。每個(gè)脈沖包含3個(gè)階段:發(fā)射階段,在該階段中,探頭將磁場(chǎng)注入整個(gè)被檢測(cè)部件;短暫截止階段,當(dāng)磁場(chǎng)發(fā)射突然停止時(shí),渦流進(jìn)入部件;接收階段,在該階段中,磁性傳感器測(cè)量渦流的衰減。渦流的衰減速率與被檢測(cè)導(dǎo)電部件的厚度直接相關(guān)。PEC是一種非接觸式電磁法,用于測(cè)定平均壁厚,能夠在不移除管道和儲(chǔ)罐上保溫材料的情況下檢測(cè)腐蝕缺陷。該技術(shù)不受隔熱材料的限制,可以在工作溫度超過(guò)450 ℃的情況下進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用[20]。

脈沖渦流技術(shù)被廣泛用于無(wú)損測(cè)試(NDT)和識(shí)別金屬構(gòu)件中的腐蝕狀態(tài),尤其是局部腐蝕和開(kāi)裂[21]。當(dāng)構(gòu)件存在腐蝕缺陷時(shí),通常會(huì)引起電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率的變化,進(jìn)而導(dǎo)致渦流和電流的變化,磁場(chǎng)的相位和振幅也會(huì)相應(yīng)發(fā)生變化[21]。通過(guò)測(cè)量這些變化,可以確定構(gòu)件中的腐蝕情況。脈沖渦流技術(shù)是一種非破壞性測(cè)試方法,具有高靈敏度和準(zhǔn)確性,能夠提供有關(guān)腐蝕缺陷位置、形狀和程度的重要信息。Chen,等[22]研究了支撐金屬網(wǎng)對(duì)脈沖渦流檢測(cè)(PECT)探頭足跡的影響以及用于CUI檢測(cè)和評(píng)估的早期信號(hào)特征。研究發(fā)現(xiàn),作為早期信號(hào)特征的峰值與腐蝕深度有很好的相關(guān)性。在絕緣材料中安裝低碳鋼網(wǎng)可以增大探頭足跡,減弱拾取信號(hào),降低峰值對(duì)腐蝕深度的變化率。巨磁阻(GMR)傳感器具有非常低的頻率噪聲,可以最大化信噪比,并使用低激發(fā)頻率。Bailey,等[23]研究了一種基于渦流的NDT方法,以表征隔熱下管道的腐蝕,隔熱是隔熱管道基礎(chǔ)設(shè)施的主要失效機(jī)制之一。將人工缺陷加工到管道表面以模擬腐蝕壁面損失的影響。研究表明,通過(guò)使用GMR傳感器陣列和大電流(300 A),單正弦低頻(5～200 Hz)繞管勵(lì)磁方案,可以量化壁損耗缺陷而無(wú)需去除保溫層或防風(fēng)雨罩。使用有限元方法(FEM)和分析計(jì)算,對(duì)磁場(chǎng)分布和感應(yīng)電流進(jìn)行了分析,開(kāi)發(fā)并應(yīng)用了簡(jiǎn)單的算法,消除與缺陷無(wú)關(guān)的雜散測(cè)量場(chǎng)變化。研究發(fā)現(xiàn)這種方法非常適合測(cè)量類似于CUI缺陷的壁損缺陷。

脈沖渦流檢測(cè)技術(shù)相比較傳統(tǒng)的檢測(cè)技術(shù)有以下優(yōu)點(diǎn):①脈沖渦流探頭不受外覆蓋層影響,能直接穿透保溫鐵皮及保溫棉對(duì)壓力管道進(jìn)行檢測(cè);②對(duì)壓力管道的體積型缺陷敏感,有較高的檢測(cè)靈敏度;③檢測(cè)速度快、檢測(cè)效率高,可以實(shí)現(xiàn)快速全方位掃查,避免漏檢[24]。

5 射線成像法

目前,用于CUI檢測(cè)的輻射源主要是γ源。根據(jù)膠片或成像板與輻射源的相對(duì)位置不同,射線成像技術(shù)可以分為直接成像法和背散射法,如圖3(a)所示[25]。在直接成像中,輻射源放在物體的一側(cè),膠卷或成像板放在另一側(cè)。在背散射成像中,光源和底片或成像板都在同一側(cè)。直接成像法是測(cè)量射線沿著直線路徑穿過(guò)物體時(shí)的入射光束衰減程度。入射光束在待測(cè)物體中部分被吸收和散射,剩余的透射輻射會(huì)沿直線到達(dá)檢測(cè)器。衰減程度與物體中各相的原子數(shù)和密度分布相關(guān)。在射線沿直線傳播過(guò)程中,由于康普頓散射的影響,部分射線會(huì)散射回來(lái)。背散射法則是利用散射輻射的成像技術(shù)。管道輸送液體時(shí),輻射衰減較少,這使得背散射法適用于大型管道的成像。然而,直接成像法所提供的圖像信息是管壁兩側(cè)腐蝕信息的疊加,數(shù)據(jù)解讀困難。因此,背散射法更適合于CUI檢測(cè)。

圖3 射線成像法用于CUI檢測(cè)

Sipaun,等[26]提出了一種使用伽馬射線透射測(cè)量和計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT)來(lái)檢測(cè)和定位管道發(fā)生CUI區(qū)域的篩選和掃描方法。通過(guò)篩選獲得沿管道長(zhǎng)度的準(zhǔn)直伽馬射線的間隔測(cè)量值,掃描獲得調(diào)查區(qū)域的橫截面圖像。該技術(shù)被證明是確定2.5 mm厚度的壁損失和侵蝕區(qū)域的有效方法。熊亮,等[3]開(kāi)發(fā)了一套基于γ射線數(shù)字掃描檢測(cè)技術(shù)(GSDT)的保溫層下管道腐蝕在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(圖3(b)),可實(shí)現(xiàn)對(duì)保溫層下腐蝕管道殘余壁厚的在線監(jiān)測(cè),并通過(guò)對(duì)保溫層下腐蝕管道的檢測(cè)試驗(yàn)和t分布分析法,驗(yàn)證了腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)精度。結(jié)果表明,保溫層和高密度介質(zhì)不影響管壁厚的測(cè)量結(jié)果,系統(tǒng)測(cè)量誤差平均值約0.20 mm,方差0.09 mm2,誤差范圍滿足CUI在線監(jiān)測(cè)需求。Abdullah,等[27]報(bào)道了一種基于雙束伽瑪射線吸收技術(shù),采用碲化鎘鋅(CdZnTe)半導(dǎo)體探測(cè)器的新系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以用來(lái)檢測(cè)腐蝕,而不需要去除絕緣材料,是一種安全、快速、有效的管道檢測(cè)方法。

射線成像技術(shù)具有結(jié)果直觀可靠的優(yōu)點(diǎn),屬于一種商業(yè)化成熟的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。這種檢測(cè)方式不需要拆除保溫層,避免了拆除保溫層造成的經(jīng)濟(jì)損失,同時(shí)可定量地檢測(cè)管道腐蝕缺陷情況。

6 其他檢測(cè)方法

6.1 電容成像法

通過(guò)具有共面電極的電容成像(CI)傳感器對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行掃描,將電性能分布繪制成圖像,并根據(jù)電性能的變化判斷是否發(fā)生CUI。相比其他方法,CI對(duì)構(gòu)件表面CUI特征更加敏感,并且不存在最大提離高度的限制,因此更適用于具有較厚保溫層的CUI監(jiān)測(cè)。此外,CI還能夠反映保溫層內(nèi)部的缺陷信息。目前,CI已經(jīng)成功應(yīng)用于輸油管道、復(fù)合抽油桿和儲(chǔ)罐腐蝕缺陷的檢測(cè)[28,29]。Li,等[30]在分析測(cè)量靈敏度分布的基礎(chǔ)上,采用二維反褶積方法解決了由于“模糊效應(yīng)”導(dǎo)致無(wú)法準(zhǔn)確量化缺陷尺寸的問(wèn)題,并討論了CI技術(shù)在穿透深度、信號(hào)強(qiáng)度和成像分辨率之間的權(quán)衡,論證了提取特征真實(shí)形狀的方法的可行性。Yin,等[31]提出了一種基于CI技術(shù)的剝離效應(yīng)的腐蝕深度反演方法,該方法包括建立提升曲線、獲取掃描曲線和進(jìn)行擬合反演等3個(gè)步驟。在有限元模擬中,反演得到的深度誤差率小于1.20%。這些研究為CI技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用提供了重要的指導(dǎo)和驗(yàn)證。使用CI實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和腐蝕深度反演方法進(jìn)行CI實(shí)驗(yàn)以獲取階梯形試樣的深度信息。結(jié)果表明,深度反演方法能夠滿足獲取實(shí)際深度信息的需要,反演深度誤差率小于10.00%。由于CI技術(shù)易于實(shí)施、成本低、堅(jiān)固耐用、用途廣泛且具有高水平的性能,被用于許多傳統(tǒng)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)難以檢測(cè)的材料/結(jié)構(gòu),包括混凝土、復(fù)合材料/結(jié)構(gòu)、瓷磚。此外,從監(jiān)測(cè)原理而言,該技術(shù)更適用于相比傳感器尺寸更大的缺陷監(jiān)測(cè)。

6.2 微波無(wú)損檢測(cè)法

近年來(lái),微波無(wú)損檢測(cè)已成為一種很有前途的絕緣介質(zhì)腐蝕檢測(cè)技術(shù)。電磁頻率(300 MHz～300 GHz)的電磁波可以深入穿透復(fù)合絕緣并與底層結(jié)構(gòu)材料界面?zhèn)鞑?對(duì)金屬基板表面的厚度變化非常敏感。微波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)具有非接觸式檢測(cè)、不需要耦合器將信號(hào)傳輸?shù)奖粶y(cè)樣品等優(yōu)點(diǎn)[32],促進(jìn)了對(duì)復(fù)合材料內(nèi)部和表面缺陷檢測(cè)的探索。在所有的微波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)中,矩形波導(dǎo)在CUI的檢測(cè)中表現(xiàn)出較好的性能。矩形波導(dǎo)可以單獨(dú)工作,也可以與其他組件協(xié)同工作。然而,不能對(duì)整個(gè)腐蝕區(qū)域的檢測(cè)仍然是矩形波導(dǎo)的局限性。這是因?yàn)樵谖⒉o(wú)損檢測(cè)技術(shù)中,研究人員關(guān)注的是提高傳感器的質(zhì)量,而缺乏應(yīng)用于微波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的軟計(jì)算技術(shù)?？梢酝ㄟ^(guò)軟計(jì)算方法去除異常值,以提高檢測(cè)CUI的準(zhǔn)確性。信號(hào)處理和基于人工智能的機(jī)器學(xué)習(xí)等軟計(jì)算方法可以解決信號(hào)中的噪聲和信號(hào)的復(fù)雜性。因此,軟計(jì)算技術(shù)可以與微波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)相結(jié)合,解決其局限性,取得良好的檢測(cè)效果[33-35]。

7 結(jié)語(yǔ)與展望

通過(guò)對(duì)保溫層下腐蝕檢測(cè)技術(shù)的研究進(jìn)展進(jìn)行概述,可以看到這個(gè)領(lǐng)域取得了顯著的進(jìn)展。不斷發(fā)展和改進(jìn)的技術(shù)為石化行業(yè)設(shè)施安全和運(yùn)行提供了關(guān)鍵保障。從傳統(tǒng)的無(wú)損檢測(cè)方法到新興的先進(jìn)技術(shù),這些創(chuàng)新和應(yīng)用的出現(xiàn)提高了腐蝕檢測(cè)的精確性和效率。然而,仍然存在一些挑戰(zhàn)和機(jī)遇需要進(jìn)一步探索和解決。在未來(lái),可以預(yù)期保溫層下腐蝕檢測(cè)技術(shù)將繼續(xù)發(fā)展和演進(jìn)。

a) 在傳感技術(shù)方面,新型傳感器技術(shù)的發(fā)展將為腐蝕檢測(cè)提供更準(zhǔn)確、靈敏和實(shí)時(shí)的解決方案。例如,基于納米材料或生物傳感器的技術(shù)將提供更高的靈敏度和選擇性。

b) 在數(shù)據(jù)分析和人工智能方面,隨著大數(shù)據(jù)和人工智能的發(fā)展,利用數(shù)據(jù)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)算法可以更好地處理和解釋腐蝕檢測(cè)數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)更智能化的檢測(cè)和預(yù)測(cè)。

c) 在非侵入式檢測(cè)技術(shù)方面,發(fā)展非侵入式或遠(yuǎn)程檢測(cè)技術(shù),如使用機(jī)器人、遙感或無(wú)人機(jī)等,可以對(duì)設(shè)施或管線實(shí)現(xiàn)高效、安全和準(zhǔn)確的CUI監(jiān)測(cè)。

d) 在腐蝕預(yù)防與保護(hù)方面,除了檢測(cè),腐蝕預(yù)防和保護(hù)措施也是至關(guān)重要的。在未來(lái),應(yīng)繼續(xù)研究和開(kāi)發(fā)新的防腐材料、防腐涂層和防腐措施,以降低腐蝕風(fēng)險(xiǎn)并延長(zhǎng)設(shè)施壽命。

總之,保溫層下腐蝕檢測(cè)技術(shù)的研究為解決石化行業(yè)中的腐蝕問(wèn)題提供了希望。未來(lái)的發(fā)展將依靠持續(xù)的創(chuàng)新和合作,以確保設(shè)施的安全性、可靠性和可持續(xù)運(yùn)行。