專利名稱：用于檢查絕緣層下腐蝕的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于檢查設(shè)備中絕緣層下腐蝕的方法。具體地，本發(fā)明涉及一種用于絕緣層下檢查的方法，該方法能夠在絕緣層覆蓋的設(shè)備中以較低的成本簡(jiǎn)單地且精確地檢查所述腐蝕。
背景技術(shù)：
由于在由碳鋼或者低合金鋼制成的設(shè)備中保溫層下腐蝕是造成泄漏故障的主要原因，因此絕緣層下的腐蝕是在已經(jīng)運(yùn)營(yíng)多年的化工廠中監(jiān)測(cè)的嚴(yán)重退化現(xiàn)象之一。通常，在化工廠等中，用絕緣層覆蓋諸如塔和容器、閥門(mén)和插頭以及熱交換器之類的許多設(shè)備。需要拆除所述絕緣層，以便直觀地檢查絕緣層下腐蝕(以下稱作“⑶I”)。此外， 當(dāng)搭建腳手架以便拆除(去除)所述絕緣層時(shí)，需要數(shù)以千計(jì)的工時(shí)(長(zhǎng)時(shí)間)和大的成本。例如，在一個(gè)工廠中管道的總長(zhǎng)度是非常長(zhǎng)的，諸如一個(gè)工廠幾十公里，但是在 1000個(gè)系統(tǒng)中的2至3個(gè)系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)了管道的腐蝕。因此，存在非常差的效率的問(wèn)題。為此原因，對(duì)于CUI檢查技術(shù)(對(duì)于管道系統(tǒng))的發(fā)展有強(qiáng)烈的需求，所述技術(shù)不需要所述絕緣層的拆除操作并且可以用于通常要求防爆的工廠設(shè)備。已經(jīng)發(fā)展了各種無(wú)損檢查技術(shù)，以便應(yīng)用于管道系統(tǒng)的⑶I檢查。例如，已經(jīng)發(fā)展并實(shí)施了福射透射(radiation transmission)方法和采用導(dǎo)波(guide wave)的超聲波探傷方法(ultrasonic flaw detection)。輻射透射方法是這樣一種的測(cè)試方法，其中使用輻射源以及與所述源相對(duì)放置的傳感器，并且通過(guò)確定穿過(guò)所述絕緣層和所述管道的輻射的透射強(qiáng)度來(lái)評(píng)估存在或者不存在管道損傷。此外，通過(guò)使用配置有輻射源和傳感器的掃描器來(lái)沿管道軸方向掃描可以獲取管壁腐蝕減薄圖。輻射透射方法能夠在不從管道上拆除所述絕緣層的情況下直觀地體現(xiàn)腐蝕狀態(tài)(非專利文獻(xiàn)I)。超聲波探傷方法是這樣一種測(cè)試方法，其中所述導(dǎo)波(超聲波)在管道中長(zhǎng)距離傳播并且通過(guò)確定在橫截面積發(fā)生變化的位置上反射的回波來(lái)評(píng)估存在或者不存在管道損傷。這種超聲波探傷方法具有以下特點(diǎn)由于所述導(dǎo)波在管道中傳播而能夠長(zhǎng)距離檢查， 并且能夠高速地檢查管道系統(tǒng)的狀態(tài)(非專利文獻(xiàn)2)?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)非專利文獻(xiàn)I :Hidetoshi KAffABE, ^Corrosion Inspection Technique for Piping，Automatic Inspection of Petroleum Piping using RT,Real Time Radiography, Thru-VU”，Inspection Engineering, JAPAN INDUSTRIAL PUBLISHING CO.，LTD. ,2006 年 I 月，第18-24頁(yè)。非專利文獻(xiàn)2 :Yoshiaki NAGASHIMA、Masao END0、Masahiro MIKI、Kazuhiko MANIWA，“Pipe Wall Thinning Inspection Technique Using Guide Wave”， The PipingCN 102549420 A
Engineering, JAPAN INDUSTRIAL PUBLISHING CO.，2008 年 6 月，第 19-24 頁(yè)。

發(fā)明內(nèi)容
然而，現(xiàn)有技術(shù)檢查方法的問(wèn)題是它們適用于有限的條件。具體地，掃描器附著于所述管道并且要求沿所述管道軸向掃描以便獲取例如當(dāng)使用輻射透射方法時(shí)對(duì)于整個(gè)管道系統(tǒng)的腐蝕減薄圖。因此，這只能應(yīng)用于所述管道系統(tǒng)的直管部分。此外，所述方法的另外一個(gè)問(wèn)題是可以應(yīng)用該方法的位置受限于管道系統(tǒng)，其中管道之間距離較小并且所述管道由于需要空間來(lái)安裝諸如由所述輻射源和探測(cè)器提供的掃描器的系統(tǒng)而具有復(fù)雜的形狀(諸如在化工廠)。另一方面，超聲波探傷方法能夠在諸如數(shù)米的長(zhǎng)距離上檢測(cè)缺陷，因?yàn)樗鰧?dǎo)波在管道系統(tǒng)中長(zhǎng)距離傳播。然而，所述回波不僅出現(xiàn)在管道系統(tǒng)中腐蝕減薄發(fā)生的位置，還出現(xiàn)在橫截面積變化的位置，諸如管道系統(tǒng)的焊接部分或者凸緣部分。為此原因，需要預(yù)先知道所述管道系統(tǒng)的形狀，以便精確地評(píng)估在所述管道系統(tǒng)中存在或者不存在缺陷。此外， 來(lái)自焊接部分和凸緣部分的回波強(qiáng)度很強(qiáng)，導(dǎo)致存在由于回波響聲而不能檢測(cè)的區(qū)域。此外，該方法的問(wèn)題在于需要從所述管道系統(tǒng)中拆除所述絕緣層以便實(shí)施檢查。上述問(wèn)題不僅出現(xiàn)在所述管道系統(tǒng)中，還出現(xiàn)在所述閥門(mén)和插頭以及所述熱交換器中。在這種情況下完成了本發(fā)明，并且本發(fā)明的目的旨在實(shí)現(xiàn)一種用于檢查絕緣層下腐蝕的方法，所述方法能夠在用所述絕緣層覆蓋的設(shè)備中以較低的成本簡(jiǎn)單地且精確地檢查所述腐蝕。考慮到上述問(wèn)題，本發(fā)明的發(fā)明人深入研究用于檢查絕緣層下腐蝕的方法，該方法能夠在連接有絕緣層的設(shè)備中簡(jiǎn)單地、精確地并且經(jīng)濟(jì)地檢查腐蝕。因此，本發(fā)明的發(fā)明人注意到了以下事實(shí)通過(guò)已腐蝕部分(下文中，已腐蝕部分稱作“腐蝕結(jié)節(jié)”，corrosion tubercle)處的剝落(flaking)或者開(kāi)裂(crack)產(chǎn)生作為彈性波的聲學(xué)發(fā)射(acoustic emission)(以下稱作“AE”)，并且發(fā)現(xiàn)了可以利用光纖多普勒傳感器檢測(cè)AE來(lái)檢測(cè)所述腐蝕的存在，從而完成了本發(fā)明。本發(fā)明是一種用于在絕緣層覆蓋的設(shè)備中檢查絕緣層下腐蝕的方法，其特征在于從附著到所述設(shè)備的光纖多普勒傳感器中獲取信號(hào)，并且在振幅超過(guò)閾值的點(diǎn)前后的預(yù)定時(shí)間內(nèi)對(duì)波形進(jìn)行計(jì)數(shù)，作為一個(gè)聲學(xué)發(fā)射信號(hào)(AE信號(hào))；記錄所述聲學(xué)發(fā)射信號(hào)以及所述聲學(xué)發(fā)射信號(hào)的最大振幅；使所述聲學(xué)發(fā)射信號(hào)經(jīng)歷濾波處理以去除噪聲信號(hào)；確定相對(duì)于各種最大振幅值的順序獲取的聲學(xué)發(fā)射信號(hào)命中(hit) (AE命中)數(shù)量的頻率分布；從通過(guò)所述頻率分布的雙對(duì)數(shù)表達(dá)所獲取的散點(diǎn)圖中確定相對(duì)于最大振幅的聲學(xué)發(fā)射命中數(shù)的回歸線；以及基于所述回歸線的梯度來(lái)確定所述設(shè)備中存在或者不存在腐蝕。由于將光纖多普勒傳感器附著于所述設(shè)備來(lái)檢查設(shè)備中的腐蝕，根據(jù)本發(fā)明所述的用于檢查絕緣層下腐蝕的方法能夠以較低的成本簡(jiǎn)單地且精確地檢查所述腐蝕。


圖I是表不光纖的多普勒效應(yīng)的框圖。圖2是表示激光多普勒干涉儀的框圖。圖3是表示來(lái)自FOD傳感器的信號(hào)的AE波形示例的視圖。圖4是表示示例I中每30分鐘AE命中數(shù)的視圖。圖5是表示相對(duì)于最大振幅值的AE命中的頻率分布的視圖。圖6是表示通過(guò)示例中所獲取的頻率分布的雙對(duì)數(shù)表達(dá)所獲取的散點(diǎn)圖以及回歸線的視圖。圖7是表示在去除腐蝕之后示例I中每30分鐘AE命中數(shù)的另一個(gè)視圖。圖8是表示示例2中相對(duì)于最大振幅值的AE命中的頻率分布的視圖。圖9是截面圖，示意性地表示了用在本發(fā)明示例中的模型管道系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式在本發(fā)明中，所述“設(shè)備”包括附著絕緣層的塔和容器、管道系統(tǒng)、閥門(mén)和插頭以及熱交換器等，即由所述絕緣層覆蓋的塔和容器、管道系統(tǒng)、閥門(mén)和插頭以及熱交換器等。在根據(jù)本發(fā)明所述的用于檢查絕緣層下腐蝕的方法中，將光纖多普勒傳感器(F0D 傳感器)附著于所述設(shè)備的表面，針對(duì)已獲取的信號(hào)建立一個(gè)AE信號(hào)，因而記錄所述AE信號(hào)和所述最大振幅，去除所述噪聲AE信號(hào)，確定相對(duì)于各種最大振幅值的所述AE命中的結(jié)果數(shù)量的頻率分布，從由所述頻率分布的雙對(duì)數(shù)表達(dá)所獲取的散點(diǎn)圖中確定相對(duì)于所述最大振幅的AE命中的回歸線，以及基于所述回歸線的梯度確定存在或者不存在腐蝕。所述FOD傳感器附著于所述設(shè)備的位置沒(méi)有特別地限制，只要該位置能夠使所述 FOD傳感器與所述設(shè)備的表面保持接觸，即所述設(shè)備(例如現(xiàn)場(chǎng)的管道系統(tǒng))的表面。用于使所述FOD傳感器附著于所述設(shè)備的方法不限于特定的方法，只要所述FOD 傳感器能夠與所述設(shè)備的表面保持接觸。所述FOD傳感器采用附著構(gòu)件(attachment member)或者市售的接觸(contact medium)附著。作為所述“市售的接觸劑”，用作超聲波探傷檢測(cè)的市售介質(zhì)Sony Coat(商標(biāo)名由Saan Gas Nichigo公司制造)以及粘合劑 Aronalpha(商標(biāo)名由Konishi有限公司制造)可以作為例證。此外，所述FOD傳感器可以在建造化工廠時(shí)附著所述絕緣層之前附著于所述設(shè)備，或者可以附著于現(xiàn)有化工廠中的設(shè)備。附著所述FOD傳感器的時(shí)間可以是在實(shí)施用于檢查絕緣層下腐蝕的方法之前的任何時(shí)間。由于所述FOD傳感器的耐用性非常高，從減小用于拆除所述絕緣層的工時(shí)和成本的角度，在所述設(shè)備中總是(即恒定地或者非暫時(shí)地)安裝所述FOD傳感器是優(yōu)選的。優(yōu)選地，在所述設(shè)備中安裝2個(gè)或者2個(gè)以上FOD傳感器，使得能夠在較寬范圍或者較長(zhǎng)距離上延伸的設(shè)備中方便地實(shí)施絕緣層下腐蝕的檢查。附著于設(shè)備的FOD傳感器的數(shù)量沒(méi)有限制，只要所述FOD傳感器能夠成功地接收所述AE，并且可以依賴于作為檢查對(duì)象的設(shè)備的尺寸(或者寬度)或者長(zhǎng)度最優(yōu)地選擇所述數(shù)量。例如，可以考慮所述FOD傳感器的靈敏度來(lái)選擇FOD傳感器的數(shù)量，使得可以檢測(cè)所述設(shè)備中的任何腐蝕。下面將詳細(xì)描述在根據(jù)本發(fā)明所述的檢查絕緣層下腐蝕的方法中采用的FOD傳感器和AE檢測(cè)方法。
I、FOD 傳感器FOD傳感器是一種利用光纖多普勒效應(yīng)的傳感器，并且可以通過(guò)讀取進(jìn)入光纖中的光的頻率調(diào)制(或者變化)來(lái)檢測(cè)施加在所述光纖上的應(yīng)變(由應(yīng)變?cè)斐傻膹椥圆ɑ蛘邞?yīng)力變化)。這里將參考圖I描述上述“多普勒效應(yīng)”。圖I是用于解釋光纖的多普勒效應(yīng)的框圖。例如，當(dāng)具有聲速C和頻率&的光波從光源2進(jìn)入光纖I時(shí)，所述光纖I以伸長(zhǎng)速度V伸長(zhǎng)長(zhǎng)度L。假定入射光的頻率因?yàn)槎嗥绽招?yīng)從&被調(diào)制到，可以用多普勒效應(yīng)的公式來(lái)表達(dá)調(diào)制之后的頻率，如公式(I)。/i = ----/0 = /0 f0 …(1)其中，f0是入射光的頻率，f:是調(diào)制之后的頻率，C是聲速，V是光纖的伸長(zhǎng)速度。假定入射光的頻率從&調(diào)制了 fd并且在調(diào)制之后變成了頻率，光纖頻率調(diào)制fd 的量可以表示成公式(2)。/</ =/0 ~ …⑵其中，f0是入射光的頻率，fd是光纖的頻率調(diào)制量，C是聲速，V是光纖的伸長(zhǎng)速度。此外，當(dāng)使用由公式(3)表示的波的公式時(shí)，光纖的頻率調(diào)制fd的量可以表達(dá)為公式⑷。C = f0 X …⑶其中，&是頻率，C是聲速，A是波長(zhǎng)。f, ===.. .(4)
Jd JQ C C A dt其中，fo是入射光的頻率，f:是調(diào)制之后的頻率，C是聲速，t是時(shí)間，L是光纖的長(zhǎng)度，以及dL/dt是光纖隨時(shí)間的長(zhǎng)度變化。公式(4)表明，可以檢測(cè)光纖伸長(zhǎng)和收縮的速度作為所述光波的頻率調(diào)制量。換言之，可以通過(guò)讀取光纖頻率調(diào)制fd的量來(lái)檢測(cè)施加在光纖上的應(yīng)變(彈性波、應(yīng)力變化等
此外，當(dāng)構(gòu)建所述FOD傳感器使得通過(guò)纏繞至線圈而堆疊(或者堆積)光纖時(shí)，由于在公式(4)中較大的L值可以提高所述傳感器的靈敏度并且所述傳感器可以沿各個(gè)方向接收信號(hào)。2、AE檢測(cè)方法配置有FOD傳感器的激光多普勒干涉儀用于檢測(cè)AE。因此，參考圖2的框圖描述配置有FOD傳感器的激光多普勒干涉儀。除了 FOD傳感器3之外，所述激光多普勒干涉儀主要配置有與所述FOD傳感器相連的光纖4、將輸入光輸入到光纖4中的光源5以及檢測(cè)來(lái)自光纖4的輸出光與來(lái)自光源5的輸入光之間的頻率調(diào)制的量的探測(cè)器6。光源5是利用半導(dǎo)體、氣體等并且適用于輸入激光束(相干光)作為輸入光進(jìn)入光纖4的激光器。來(lái)自光源5的輸入光的波長(zhǎng)不局限于特定的波長(zhǎng),并且可以是可見(jiàn)光范圍或者紅外區(qū)域(或者在該范圍之內(nèi))。波長(zhǎng)為1550nm的半導(dǎo)體激光器是優(yōu)選的，因?yàn)樗菀资褂谩?br> 探測(cè)器6可以檢測(cè)來(lái)自光纖4的輸出光與來(lái)自光源5的輸入光之間的頻率調(diào)制的量，并且優(yōu)選地是能夠檢測(cè)聲學(xué)發(fā)射的低噪聲類型的探測(cè)器。激光多普勒干涉儀還配置有AOM 7 (聲光調(diào)制器,acoustic optical modulator) > 將輸入光的一部分遞送到AOM 7的半反射鏡8以及將由AOM 7調(diào)制的輸入光遞送到所述探測(cè)器6的半反射鏡9。AOM 7具有傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)并且適用于將輸入光的頻率&調(diào)制為頻率 (f0+f )(其中fM是頻率的變化量并且可以是正值或者負(fù)值)。當(dāng)FOD傳感器3接收由于設(shè)備中的腐蝕造成的剝落或者開(kāi)裂導(dǎo)致的AE時(shí)，將從光源5經(jīng)由光纖4進(jìn)入FOD傳感器3的具有頻率f0的光波調(diào)制為頻率“fcrf/’。將調(diào)制的光波經(jīng)由光纖4輸入至探測(cè)器6。在探測(cè)器6中，調(diào)制分量(光纖的頻率調(diào)制量)fd由光學(xué)外差干涉儀檢測(cè)。檢測(cè)到的調(diào)制分量fd由FV轉(zhuǎn)換器(未示出)轉(zhuǎn)換為電壓V并且從激光多普勒干涉儀輸出。輸出信號(hào)的頻率從大約IOkHz至大約250kHz。將來(lái)自激光多普勒干涉儀的輸出信號(hào)記錄在執(zhí)行數(shù)據(jù)處理和分析的記錄和分析設(shè)備中。在本發(fā)明中，基于相對(duì)于AE信號(hào)最大振幅值的AE命中數(shù)來(lái)確定存在或者不存在腐蝕。對(duì)于從FOD傳感器中獲取的信號(hào)，將針對(duì)預(yù)定時(shí)間的波形計(jì)數(shù)為一個(gè)(或者單個(gè)) AE信號(hào)，所述預(yù)定時(shí)間包括振幅超過(guò)閾值的點(diǎn)(觸發(fā)點(diǎn))之前和之后的預(yù)定時(shí)間，并且將波形號(hào)(文件號(hào))分配給該信號(hào)。該號(hào)碼與波形的最大振幅一起順序地記錄。選擇大約±300mV作為閾值，選擇大約500 ii s作為在觸發(fā)點(diǎn)之前的時(shí)間，并且選擇大約1500 y s作為在觸發(fā)點(diǎn)之后的時(shí)間，因此選擇大約2000 y s作為用于記錄波形的總時(shí)間，但是不局限于此。通常，基于光纖AE傳感器所特有的基礎(chǔ)噪聲來(lái)選擇閾值。選擇用于記錄一個(gè)AE信號(hào)的時(shí)間(時(shí)間段)，使得可以容易地識(shí)別AE信號(hào)的波形。可以根據(jù)試驗(yàn)確定這一時(shí)間。除了由于腐蝕造成的AE之外，從FOD傳感器獲取的信號(hào)包括由于設(shè)備振動(dòng)(環(huán)境噪聲)造成的AE，它可能影響腐蝕的檢測(cè)。為此原因，記錄和分析設(shè)備執(zhí)行數(shù)據(jù)處理以分離該環(huán)境噪聲。首先，執(zhí)行濾波處理。相對(duì)于觸發(fā)點(diǎn)前后的波形振幅，分別確定由公式(5)表示的均方根(RMS)值。
權(quán)利要求
1.一種用于在絕緣層覆蓋的設(shè)備中檢查絕緣層下腐蝕的方法，其特征在于從附著到所述設(shè)備的光纖多普勒傳感器中獲取信號(hào)，并且在振幅超過(guò)閾值的點(diǎn)前后的預(yù)定時(shí)間內(nèi)對(duì)波形進(jìn)行計(jì)數(shù)，作為一個(gè)聲學(xué)發(fā)射信號(hào)；記錄所述聲學(xué)發(fā)射信號(hào)以及所述聲學(xué)發(fā)射信號(hào)的最大振幅；使所述聲學(xué)發(fā)射信號(hào)經(jīng)歷濾波處理以去除噪聲聲學(xué)信號(hào)；確定相對(duì)于各種最大振幅值的順序獲取的聲學(xué)發(fā)射信號(hào)命中數(shù)的頻率分布；從通過(guò)所述頻率分布的雙對(duì)數(shù)表達(dá)所獲取的散點(diǎn)圖中確定相對(duì)于所述最大振幅的聲學(xué)發(fā)射命中數(shù)的回歸線；以及基于所述回歸線的梯度來(lái)確定所述設(shè)備中存在或者不存在腐蝕。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于檢查絕緣層下腐蝕的方法，其特征在于所述閾值是 +/-300mV并且將獲得振幅超過(guò)所述閾值的點(diǎn)之前500 u s以及該點(diǎn)之后1500 u s的波形作為所述一個(gè)聲學(xué)發(fā)射信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于檢查絕緣層下腐蝕的方法，其特征在于通過(guò)確定獲得振幅超過(guò)所述閾值的點(diǎn)前后的波形振幅的均方根值、并且作為噪聲聲學(xué)信號(hào)去除具有該點(diǎn)之前的均方根值與該點(diǎn)之后的均方根值之比率是預(yù)定數(shù)值或者更低的波形，來(lái)完成濾波處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于檢查絕緣層下腐蝕的方法，其中該點(diǎn)之前的均方根值與該點(diǎn)之后的均方根值之比率的預(yù)定值是I : 2。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于檢查絕緣層下腐蝕的方法，其特征在于當(dāng)所述回歸線的梯度大于-2時(shí)，確定存在腐蝕。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于在較低成本下簡(jiǎn)單地且精確地檢查絕緣層下腐蝕的方法。用于檢查CUI的所述方法的特征在于從附著到設(shè)備上的光纖多普勒傳感器獲取信號(hào)，并且在振幅超過(guò)閾值的點(diǎn)前后的預(yù)定時(shí)間內(nèi)對(duì)波形進(jìn)行計(jì)數(shù)，作為一個(gè)聲學(xué)發(fā)射(AE)信號(hào)，記錄所述AE信號(hào)以及所述聲學(xué)發(fā)射信號(hào)的最大振幅，使所述AE信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波處理以便去除噪聲信號(hào)，確定相對(duì)于各種最大幅值的AE信號(hào)命中數(shù)的頻率分布，從通過(guò)頻率分布的雙對(duì)數(shù)表達(dá)獲取的散點(diǎn)圖中確定相對(duì)于所述最大振幅的AE命中數(shù)的回歸線，以及基于所述回歸線的梯度判斷腐蝕的存在與否。
文檔編號(hào)G01N29/14GK102549420SQ20108004531
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2010年10月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月9日
發(fā)明者多田豐和, 末次秀彥, 森久和, 町島祐一 申請(qǐng)人:住友化學(xué)株式會(huì)社