[发明专利]基于相位识别的多频交流场指纹法金属管道腐蚀检测技术

说明书

一种基于多频交流场指纹法的金属管道缺陷检测技术，向被测管道施加频率从高到低的交流激励电流，在趋肤效应的作用下使电流从管道外壁向管道内壁逐渐渗透，缺陷的存在会改变被测信号的幅值和相位，通过选取一系列电压信号的最大相位角即可求解出缺陷深度。本发明能够测量绝对缺陷深度，无需测量参考电压、原始电压和原始壁厚，具有良好的抗漂移性，适用于长期在线监测。

技术领域

本发明所涉及的领域主要为油气金属管道缺陷检测及在线监测，具体地说，涉及一种油气金属管道缺陷深度的检测及在线监测技术。具体技术方案为：在被测金属管道的待测区域的两端，间隔一定距离固定安装两个电流注入电极，使得管道待测区域的电流分布尽量均匀分布；然后在管道待测区域按照一定规律固定安装测量电极，沿管道轴向上两个相邻的电极构成一个测量电极对；电极对之间的管道金属区域可以等效为一个电阻，因此在激励电流的作用下，电极对之间会产生一个电压；向被测金属管道注入频率从高到低的一组交流激励电流，测量并记录下每个不同频率的电流激励下的电压值；由于存在趋肤效应，当注入高频激励电流时，管道上的电流将集中分布在靠近管道外壁的浅层里，随着激励电流频率的降低，管道上的电流将逐渐从管道外壁向管道内壁渗透，因此不同频率电流对应的测量电压是不同的。由于缺陷的存在会改变测量电压的幅值，同时也会更加显著地改变测量电压的相位，因此可计算出每个电压值的相位角，记为Ψ_f，然后寻找出一个最大的相位角Ψ_fmax，然后利用Ψ_fmax即可求出缺陷的深度。

传统的直流场指纹法（Direct Current Field Signature Method，DCFSM）本质上是一种相对壁厚检测技术，即必须精确测量出被测管道的原始厚度，然后根据电压信号的变化判断出相对壁厚的变化情况，如果DCFSM电路系统维修更换之后，则必须重新测量被测管道的实际壁厚值，对于埋地管道或者海底管道而言，这显然是很难实现。其次，DCFSM技术在系统安装之初，必须准确测量并记录下原始电压值，之后在仪器系统的整个服役期间，测量得到的电压都需要与原始电压进行比值运算；而作为长期在线监测设备，元器件的老化、工作环境的变化等都会引起仪器系统发生明显的漂移，因此DCFSM的工作原理决定了其无法克服漂移引起的测量误差。再者，传统的DCFSM还设置有参考板，参考板上布置有参考电极，参考板与被测管道之间仅通过激励电流电缆进行电气连接，参考板与被测管道之间填充有绝缘材料；研究表明，参考板与被测管道之间的温度差会引起很大的测量误差，工业现场一般通过温度修正的办法减小温差所引起的误差，但如果温度传感器损坏，对于埋地管道、尤其是海底管道等很难或者无法修复温度传感器的工作环境，整个DCFSM系统将不再能正常工作。

因此，本发明的有效益处在于：首先本发明可实现对缺陷深度的绝对测量，即不再需要测量被测管道的原始壁厚值；其次本发明不需要设置参考板，避免了温度变化造成的不利影响；再者本发明无需测量原始电压，仅通过测量信号本身的相位信息即可求解出被测缺陷的深度值。

背景技术

腐蚀是造成油气金属管道泄漏的最主要的因素，我国油气管道泄漏事故频发，因此开发一种安全、高效、可靠的金属管道腐蚀检测技术显得至关重要。而且随着完整性管理概念的深入，离线式的检测技术必然会被在线式的实时监测技术所取代。目前石化行业广泛采用的一种腐蚀监测技术——基于直流电位降法的场指纹法，其工作原理如下：

1、在被测金属管道待测区域的两端间隔一定距离固定安装两个激励电流电极，通过这两个电极向被测管道注入一定幅值的直流激励电流；在被测管道待测量区域固定安装测量电极矩阵，轴向上两个相邻的电极构成一对测量电极对；设置一块与被测管道材料相同的同质参考板，参考板上设置参考电极，参考板与被测管道通过电流电缆电气连接，参考板与被测管道之间填充有绝缘材料，防止两者发生电缆连接点之外的电气连接。