專利名稱：監(jiān)測壁厚的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及監(jiān)視具有導電壁的對象的壁厚。具體來說，本發(fā)明涉及基于瞬時渦流電流測量的監(jiān)測方法。
在說明書和權利要求中使用術語“監(jiān)測”來表示在所選擇的檢查位置在較長的時間段中對壁厚進行重復測量。該方法可以用足夠的精度(可重復性)檢測檢查位置處的壁厚的細微的變化，以便確定例如管道壁的腐蝕速率。
背景技術：
通過激勵并測量瞬時渦流電流的響應來估計導電對象的壁厚的方法在現(xiàn)有技術中是已知的。一個包括發(fā)射器裝置和接收器裝置的探測器被放置在對象的表面(近表面)的附近。發(fā)射器通過通電并突然斷電來激勵，以便在對象中產(chǎn)生瞬時渦流電流。由于激勵是通過發(fā)射器裝置的脈沖操作頻繁地進行的，因此這些方法也被稱為脈沖渦流電流(PEC)方法。渦流電流產(chǎn)生了隨時間變化的磁場，該磁場在接收器裝置中生成信號。接收到的信號常常被作為時間的函數(shù)來記錄。壁厚可以通過估算該信號的特征值來估計，該特征值涉及信號中的特征時間，而特征時間又涉及壁厚。
PEC方法適用于通過絕緣層或通過腐蝕生成物進行測量。顯然，在說明書和權利要求書中使用術語“涉及PEC方法的壁厚”來指壁的金屬部分的厚度。
歐洲專利申請EP 0 321 112 Al說明了檢測容器裝置的壁上的腐蝕的方法。用這種方法而獲得的接收到的信號隨著時間而衰減。在初始時間部份，在關閉發(fā)射器之后不久，信號以相對較慢的速率衰減。在稍后的時間部分，信號以較快的速率衰減。發(fā)生了從較慢的衰減速率到較快的衰減速率的過渡的特征時間，也被稱為臨界時間，其是對象的壁厚的度量。因此，根據(jù)已知方法，通過將某一時間段內(nèi)的信號的衰減與對于已知壁厚所獲得的參考衰減進行比較，可以獲得壁厚的指示，其中該時間段至少包括臨界時間以外的一部分時間。
歐洲專利申請No.EP 0 910 784 Al說明了用于根據(jù)代表渦流電流的衰減的信號來確定對象的壁厚的另一種方法。用這種方法接收到的信號一般來說與在EP 0 321 112 Al中估算的信號具有類似的形狀。然而，現(xiàn)在根據(jù)信號從信號的第一幅值衰減到第二幅值的時間間隔的長度，并使用此時間間隔的長度和壁厚之間的預先確定的關系來確定壁厚。
文章″Application of a signal-reconstruction method to evaluatepulsed eddy-current signals″H.-M.Thomas and G.Wittig著，NDTInternational，vol.18，No.5，1985年10月，第251-255頁說明了用于確定腐蝕的奧氏體容器壁的剩余壁厚的另一種脈沖渦流電流方法。在這種方法中使用了相對較短的發(fā)射器脈沖串，以便脈沖的上升和下降側都產(chǎn)生渦流電流。用這種方法接收到的信號在大致零振幅時啟動，上升到最大值，隨后它們又通過零振幅以下向著負最大值方向，從那里，它們又衰減到零?？梢愿鶕?jù)發(fā)射器脈沖的開始和第一次零交叉點之間的時間間隔的長度來確定壁厚。
在進行壁厚檢查時使用了已知的脈沖渦流方法，其中，將估計的壁厚與未腐蝕的對象或被檢查的對象的未腐蝕的部分的標稱壁厚進行比較。此外，在檢查不同位置處(例如，沿著或圍繞管道的周邊)的對象時，也使用了已知的方法，以識別發(fā)生了腐蝕的位置。
然而，迄今為止，還不能使用脈沖渦流電流方法來監(jiān)測壁厚，其中，反復地對相同位置進行檢查。這是由于這樣的事實發(fā)現(xiàn)已知的方法不能足夠準確地對在幾天、幾個星期、幾個月甚至幾年的時間內(nèi)的不同時刻所進行的測量結果進行可靠的定量比較。當需要確定腐蝕速率時，這樣長的監(jiān)測時間是需要的。碳鋼管道的典型的腐蝕速率可以為大約每年1毫米或幾毫米，或更小。當要被檢查的對象是用諸如碳鋼之類的磁性材料制成時，已知的方法的可重復性就會出現(xiàn)特定的問題。
因此，本發(fā)明的目的是提供用于監(jiān)測金屬對象的壁厚的方法，該方法可以進行更精確的測量，以便將在較長的時間段中檢查位置的結果進行比較。

發(fā)明內(nèi)容
為此，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種使用包括發(fā)射器裝置和接收器裝置的脈沖渦流電流探測器監(jiān)測具有導電壁的對象的壁厚的方法，該方法包括選擇壁上的檢查位置；在多個檢查時間θm(m＝1...，M；M≥2)，將探測器放置在相對于檢查位置的預先確定的位置，通過激活發(fā)射器裝置感應瞬時渦流電流，用接收器裝置記錄信號Vm；以及根據(jù)每一個信號Vm，確定與檢查時間θm有關的壁厚dm，其中，考慮了在檢查時間θm于檢查位置處的對象的溫度。
申請人發(fā)現(xiàn)，進行壁厚監(jiān)測中的重要的并且一般被低估的誤差的原因是被調查的對象的溫度變化。當使用已知的方法在其他條件都相同的情況下對特定鋼壁進行兩次壁厚測量時，在壁的不同溫度下，對于每10度的溫度差，結果通常會偏離幾個百分比。當將檢測到由于腐蝕而導致的細微的變化時，這種大的誤差是無法接受的。
申請人還發(fā)現(xiàn)，可以對測量進行校正，以便避免在每一個檢查時間溫度的影響，從而獲得可以彼此進行比較的在不同檢查時間的足夠準確的壁厚測量。已經(jīng)知道，在美國專利申請No.US 2002/0149353說明了，可以對用包括兩個接收器線圈的特殊瞬時渦流電流探測器獲得單壁厚測量進行校正，以消除對象的溫度的影響。本發(fā)明進一步地往前前進了一大步，并基于這樣的理解通過校正溫度，一般而言在瞬時渦流電流測量中獲得精確的測量，這允許對在較長的時間段內(nèi)在相同檢查位置的測量進行可靠的定量比較。
適宜地，每一個信號Vm都作為時間t的函數(shù)來記錄，并表現(xiàn)出特征時間τm處的特征變化，其中，確定壁厚dm的步驟包括根據(jù)信號Vm確定特征值Φm，該特征值是特征時間τm的度量，根據(jù)特征值Φm確定壁厚dm，其中，對于溫度是恒定的情況利用特征值和壁厚之間的第一預先確定的關系，對于壁厚是恒定的情況利用特征值和溫度之間的第二預先確定的關系。
本發(fā)明的方法特別適用于確定腐蝕速率，腐蝕速率被定義為在檢查位置由于腐蝕導致的每單位時間金屬壁厚的平均縮小。
通過對于每一個檢查時間θm確定表示檢查位置處的對象的溫度的溫度Tm；以及，根據(jù)每一個信號Vm確定與檢查時間θm有關的壁厚dm，其中考慮了溫度Tm，可以考慮檢查位置處的對象的溫度。
然而，一般而言，不必明確地確定檢查位置處的溫度。根據(jù)本發(fā)明的特定的方面，通過將具有參考厚度的導電參考對象放置在探測器和檢查對象之間并與檢查對象進行熱接觸，可以將溫度考慮在內(nèi)，從而每一個信號Vm都具有與參考對象中的渦流電流有關的分量以及與被監(jiān)測的對象中的渦流電流有關的分量。然后，可以通過使用與參考對象中的渦流電流有關的信號分量來將溫度對信號Vm的影響考慮在內(nèi)。
更一般來說，本發(fā)明進一步提供了使用包括發(fā)射器裝置和接收器裝置的脈沖渦流電流探測器來確定具有導電壁的檢查對象的屬性的方法，該方法包括將具有參考厚度的導電參考對象放置在探測器和檢查對象之間，并與檢查對象進行熱接觸；通過激活發(fā)射器裝置，在檢查對象和參考對象中感應瞬時渦流電流；用接收器裝置記錄信號，其中，該信號具有與參考對象中的渦流電流有關的分量和與被監(jiān)測的對象中的渦流電流有關的分量；以及對信號進行處理，以獲得檢查對象的屬性的指示，其中，通過使用與參考對象中的渦流電流有關的信號分量來將溫度對信號的影響考慮在內(nèi)。適宜地，參考對象是具有參考厚度的板，檢查對象是壁，檢查對象的屬性是壁厚，以及其中，參考厚度小于壁厚。
本發(fā)明還提供了用于測量導電對象的屬性的渦流電流探測器，該探測器包括發(fā)射器裝置和接收器裝置，以及包括導電的參考對象，該參考對象在正常操作過程中位于發(fā)射器和接收器裝置以及被調查的對象之間。
優(yōu)選情況下，該渦流電流探測器進一步包括絕緣裝置，該裝置配置成允許參考對象在正常操作過程中適應于檢查對象的溫度。


下面將參考附圖通過示例比較詳細地描述本發(fā)明，其中圖1概要顯示了用于執(zhí)行本發(fā)明的方法的配置；圖2概要顯示了對于典型的瞬時渦流電流實驗，作為時間的函數(shù)，與對象的不同壁厚值和/或不同溫度有關的兩個信號；圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明的腐蝕監(jiān)測實驗的結果；圖4顯示了在不執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的溫度校正的情況下將獲得的圖3的腐蝕監(jiān)測實驗的結果；圖5概要顯示了執(zhí)行本發(fā)明的方法的配置，包括渦流電流探測器和被監(jiān)測的對象之間的參考板；以及圖6概要顯示了使用圖5的配置獲得的信號。
在圖中使用了類似的參考編號來表示相同或類似的部件。
具體實施例方式
現(xiàn)在請參看圖1，圖1顯示了具有導電壁2的對象1。包括發(fā)射器裝置7和接收器裝置8的脈沖渦流電流探測器5位于與對象的探測器最靠近的表面(近表面)15上的檢查位置12上方的位置10。發(fā)射器和接收器裝置都可以被表示為線圈，且還可以包括一個完全一樣的線圈。發(fā)射器裝置和接收器裝置一起構成了發(fā)射器和接收器裝置。位置10的特征在于提升(lift-off)L、以及探測器5在其他維(未顯示)中的平移以及旋轉方向參數(shù)。檢查位置12的近表面15和遠表面16之間的厚度將在一段時間內(nèi)被監(jiān)測。對象例如可以是管道，其半徑比其壁厚大得多。當檢查管道時，腐蝕常常只在管道內(nèi)側發(fā)生。在此情況下，當從管道的外側監(jiān)測腐蝕時，探測器5和近表面15之間的距離保持相對固定，但探測器5和位于檢查位置12下面的遠表面16之間的距離隨著時間的推移而減小(如圖所示)。當在遠表面16上形成腐蝕生成物(未顯示)時，它們不會影響該方法測量的壁厚。
現(xiàn)在請參看圖2，圖2顯示了作為在檢查時間θm(m＝1，2)測量的、時間t的函數(shù)的典型的信號Vm(t)。如圖所示的形式的信號，例如可以是接收器裝置中的電壓或電流讀數(shù)，其都是響應于瞬時渦流電流而獲得的，通過給靠近金屬對象的發(fā)射線圈通電，等待直到由于通電而產(chǎn)生的任何渦流電流消失，并突然將發(fā)射線圈斷電，就會在壁中生成該渦流電流。在接收線圈中接收到的信號Vm(t)作為發(fā)射器被斷電之后時間t的函數(shù)(以任意單位表示)，以雙對數(shù)表示。V1屬于比V2更大的壁厚。
這樣的信號V(t)可以通過根據(jù)公式(1)的函數(shù)S(t，τc)來描述v(t)≡s(tπc)=s0t-nfor t≤τcs0τc-nene-ntτCfor t>τc---(1)]]>其中n是取決于被檢查的壁的曲度、接收器(線圈布置、霍耳傳感器)的類型和配置，以及作為發(fā)射器/接收器配置與壁的近表面的距離的提升的參數(shù)，請看圖1中的距離L；S0是標準化因數(shù)；以及τc是所謂的臨界時間。
圖2中顯示了臨界時間τc，1和τc，1。臨界時間可以被視為渦流電流從近表面15擴散通過壁2到達遠表面16的時間的度量。臨界時間可以通過下列關系來描述
τC＝σμd2(2)其中σ是對象的電導率(單位Ω-1m-1)；μ是對象的導磁率(V.s/A.m)；以及d是對象的金屬厚度(m)。
當σ和μ是常量時，厚度d直接與臨界時間τC相關。因此，通過確定臨界時間，或一般來說，通過確定與臨界時間相關的信號的特征值，可以得出有關壁厚d的信息，如在已知的瞬時渦流電流方法中所進行的那樣。
然而，當溫度變化時，σ和μ不能被視為常量。金屬導體的導電率常常與絕對溫度T成反比 溫度與導磁率μ的關系不是直接的。在導磁率非常大并還取決于對象的歷史的磁性材料中，μ隨著溫度的增大趨于增大。
從前述的內(nèi)容可以清楚地看出，臨界時間τC是脈沖渦流電流信號中的特征時間τ的一個示例，其中發(fā)生了特征變化，這里即是從較慢的衰減速率到較快的衰減速率的過渡。臨界時間τC本身，或作為臨界時間的函數(shù)Φ＝Φ(τC)的信號V(t)的另一個特征值Φ可以用來確定壁厚。合適的特征值Φ的另一個示例是包括臨界時間之后的時間的時間段內(nèi)的信號V(t)的積分。另一個示例是臨界時間之后某一個時間的信號的值，因為壁越厚，此值就越低。再一個示例是信號從第一幅值衰減到第二幅值所花的時間，其中，至少第二幅值是比臨界時間稍后的某一時間的幅值。公式(2)是更一般的公式的特殊情況Φ(τ)＝F(d，T，Pi) (3)即，作為特征時間τ的函數(shù)的特征值Φ是厚度d、溫度T，以及探測器的提升和屬性是其示例的其他參數(shù)Pi的函數(shù)F。公式(3)可以呈現(xiàn)特殊形式在溫度是恒定的情況下代表特征值和壁厚之間的第一預先確定的關系，或在壁厚是恒定的情況下特征值和溫度之間的第二預先確定的關系。
申請人發(fā)現(xiàn)，瞬時渦流電流信號對溫度的相關性主要由于σ和μ的對溫度的相關性，其他參數(shù)對溫度的任何相關性是次要的。
現(xiàn)在將通過示例來說明如何根據(jù)本發(fā)明來監(jiān)測金屬壁厚，并將測量之間的溫度變化考慮在內(nèi)。
假設在檢查時間θ1，...θM測量了M信號Vm(t)。為此，渦流電流探測器可以固定地安裝在檢查位置的上方的某一特定位置?；蛘?，在每一次測量之前，可以將探測器放置在預先確定的位置。本領域技術人員知道如何使用標記、墊片等等將探測器反復地安裝在某一位置。典型的提升距離大約為毫米數(shù)量級，例如，10毫米。適宜地，應該在垂直提升和橫向上以優(yōu)于大約1毫米的精度重新定位探測器，優(yōu)選情況下，精度優(yōu)于大約0.3毫米。
對于每一個檢查時間θm，測量表示對象在檢查位置12處的溫度的溫度Tm。本領域技術人員知道如何測量溫度，例如，使用靠近檢查位置處的壁上的熱電偶，或使用紅外測溫儀。對于PEC測量的有效溫度校正，需要足夠精確的溫度測量。絕對精度不是那么重要，因為在大多數(shù)情況下，可以應用基于溫差的校正。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，溫度測量的可重復性適宜地優(yōu)于大約5K。
對每一個信號Vm(t)進行估算，以便確定臨界時間τC，m。下面將進一步地討論如何這樣做的一個示例。
現(xiàn)在將考慮時間θ1和時間θm處的信號。適宜地，以時間θ1處的壁厚作為參考，特別是當腐蝕速率將被確定時。顯然，任何其他檢查時間的數(shù)據(jù)也可以被用作參考。
根據(jù)公式(2)，時間θm處的壁厚dm與時間θ1處的壁厚d1的關系如下dm=d1(σ1μ1)(σmμm)τc,mτc,1---(4)]]>現(xiàn)在可以考慮兩種特殊情況。
在第一種情況下，溫度保持恒定，即，Tm＝T1。因此，σ1μ1＝σmμm，公式(4)是厚度dm和特征值Φm＝τC ，m之間的關系。在很多情況下，厚度d1為絕對項是已知的，例如，使用諸如超聲波測量之類的獨立的絕對測量技術。在此情況下，dm也可以絕對地確定。如果d1已知不是絕對項，dm/d1的比率可以確定，即，相對厚度。或者，d1可以被設置為諸如100％之類的任意值。應該理解，在說明書和權利要求中使用了術語“壁厚”來指絕對壁厚，或指相對于預先確定的參考壁厚的相對壁厚。
在第二種特殊情況下，已知時間θ1和θm之間的壁厚不變，但溫度T1和Tm不同。因此，d1＝dm。公式(4)是溫度Tm和特征值Φm＝τC，m之間的關系，因為σ和μ取決于溫度，而所有其他參數(shù)保持恒定。可以在校正實驗中有系統(tǒng)地研究此關系。結果，可以獲得關于臨界時間(更一般地特征值Φ)與溫度的關系的校準曲線。
申請人發(fā)現(xiàn)，可以用下列近似關系很好地描述校正實驗((σ1μ1)(σmμm))=1+λ(T1-Tm)---(5)]]>其中，λ是溫度系數(shù)(單位1/K，在實踐中，常常為％每K)，這是校準常數(shù)，通常對于碳鋼約為(0.03...0.2)％每K。此線性近似關系在小于50K的溫度間隔內(nèi)非常好用。如果需要的話，可以在該近似關系中包括較高次項。單位K(開爾文)用于表示溫差，一個開爾文對應于1攝氏度的溫差。
公式(4)和(5)一起給出dm=d1(1+λ(T1-Tm))τc,mτc,1---(6)]]>在獨立的校正實驗中不需要確定溫度系數(shù)λ。λ例如也可以按以下方式，在壁檢查測量的過程中所測量的信號Vm(t) (m＝1，...，M；M＞2)的估算過程中確定。選擇K個信號Vm(K＜M)的子集，對于該子集，假定由于腐蝕而導致的壁損失在時間方面是線性的。例如，該子集由在一時間段內(nèi)獲得的數(shù)據(jù)構成，該時間段如此之短，以至于由于腐蝕而造成的壁變薄非常小。如此，對于此子集，假設dm＝d1(1-(θm-θ1)) (7)其中ψ是以每時間單位內(nèi)初始壁厚的部分損失(fractional loss)來表示的相對腐蝕速率(一般來說未知)。
可以按迭代方式確定公式(6)和(7)中的兩個未知參數(shù)。例如，選擇溫度系數(shù)λ，且對于整個子集使用公式(6)來計算所有值dm。然后，使用公式(7)通過dm的線性回歸來確定ψ的值。然后，溫度系數(shù)λ變化，直到使用公式(7)的線性回歸為最佳。這相當于最小化下列表示式 這種確定λ的方式也被稱為自助(bootstrap)方法。
公式(6)是公式(4)的特殊形式。通過按照參考公式(4)或(6)所說明的方式確定壁厚dm，在溫度是恒定的情況下利用特征值和壁厚之間的第一預先確定的關系(在此情況下，對于上述第一種特殊情況，公式(4)或(6))，以及在壁厚是恒定的情況下利用特征值和溫度之間的第二預先確定的關系(對于上述第二種特殊情況，公式(4)或(6))。公式(6)顯示，在根據(jù)信號Vm確定壁厚時，通過將與基準溫度的溫差((Tm-T1)，或更一般的(Tm-Tref))考慮在內(nèi)，可以適當?shù)卮_定經(jīng)溫度校正的壁厚dm。優(yōu)選情況下，相同的基準溫度用于估算所有信號Vm。
然而，顯而易見，第一預先確定的關系可以具有其他形式，具體來說，當使用另一個特征時間或另一個特征值來從信號中提取量化的壁厚信息時，例如在EP 321 112或EP 0 910 784中那樣。第一預先確定的關系不必具有分析形式，并且也可以是諸如將信號與壁厚相關聯(lián)的校準圖之類的經(jīng)驗關系。
此外，第二預先確定的關系也可以具有另一種形式。例如，可以使用校準圖代替公式(5)那樣的關系，將溫度(適宜地為溫差)與信號形狀、特征值或壁厚校正相關聯(lián)。
還顯而易見的是，一般來說，對于本發(fā)明的方法，以哪種順序執(zhí)行壁厚的計算和溫度校正無關緊要。例如，可以首先校正相應的信號或從溫度的信號得出來的特征值，然后確定壁厚。或者，首先根據(jù)特征值確定未校正的壁厚，然后使用未校正的壁厚、校正的壁厚和溫度之間的關系進行溫度校正。另一種選擇是同時執(zhí)行溫度校正和壁厚計算，公式(6)中表達了如何這樣做的簡單示例。在所有這些情況下，在溫度是恒定的情況下利用特征值和壁厚之間的第一預先確定的關系，在壁厚是恒定的情況下利用特征值和溫度之間的第二預先確定的關系。
示例作為示例，將討論本發(fā)明的方法的應用，其中，在氫化裂解設備的空氣冷卻器的碳鋼出口管中監(jiān)測由于腐蝕而導致的金屬厚度損失。此特定示例中的精確腐蝕監(jiān)測的需求涉及高達每年3mm的過度的腐蝕速率，這可能是由于對設備的錯誤的操作造成的。在由于安全原因需要關閉設備之前，最大還可以允許金屬壁厚減小1.5mm。如果不利條件占了優(yōu)勢，則設備必須在6個之內(nèi)關閉。
操作條件再次被恢復到正常情況，但需要非常密切地監(jiān)測腐蝕速率。在這種情況下腐蝕監(jiān)測的目標是通過精確地測量腐蝕速率來確保設備的安全操作，以便可以確定可安全地對設備進行操作的剩余時間。此外，可以使用對腐蝕速率的測量來控制操作條件。此外，對腐蝕速率的測量提供了重新發(fā)生過度的腐蝕速率的情形的早期預報。
相應地，在78天的時段內(nèi)執(zhí)行6次測量序列。在每一次測量系列中，獲得了在管道上選擇的9個檢查位置中的每一個檢查位置處的瞬時渦流電流信號。為此，在每一個檢查位置的上方固定地安裝定位框架，與PEC探測器協(xié)同操作，以便可以將PEC探測器重新定位在檢查位置上方的狹窄的容差內(nèi)。
定位框架還包括了9mm厚的陶瓷溫度防護罩，以便最大限度地防止PEC探測器被管道的熱量加熱，這可能會對信號產(chǎn)生影響。PEC測量的一個特別的優(yōu)點是，可以通過絕緣層執(zhí)行測量。仍然會發(fā)生探測器被加熱的現(xiàn)象，然而發(fā)現(xiàn)，這只對信號的總體幅值有影響，而不會對臨界時間產(chǎn)生嚴重的影響。
PEC探測器包括發(fā)射器線圈和接收器線圈。在借助于恒定電流給發(fā)射器線圈通電、突然切斷電流供應并感測在感應線圈中感應的作為時間t的函數(shù)的電壓之后來測量各信號，直到停止電流供應之后290ms。信號被放大，并由模擬-數(shù)字轉換器數(shù)字化，該模擬-數(shù)字轉換器以N個規(guī)律的時間間隔(長度為ΔtADC，通常為60μs)對電壓進行采樣。
對于每一個檢查位置和檢查時間，使用紅外測溫儀測量管道的溫度。
測量的信號具有如圖2所示的總體形狀。現(xiàn)在將討論對于特定的一個檢查位置測量的6個信號Vm(t)(m＝1，...，6)的處理和評價。
對于每一個信號，以下列方式確定臨界時間τC，m。在模擬到數(shù)字轉換器之后，每一個信號Vm都包括數(shù)字的陣列vm(q.ΔtADC)(q＝1，...，Q)，這可以在計算機的存儲器中進行處理。
由于使用了定位框架，在每一個檢查時間θm探測器與管道的近表面的提升Lm的變化很小，L1≅L2≅...≅L6.]]>使用脈沖回波超聲波測量設備測量時間θ1處在檢查開始時的壁厚為d1＝12.8mm。
作為信號V1、V2、V3的平均值來計算參考信號vREF(qΔtADC)=13Σm=13vm(qΔtADC)---(9)]]>當用于進行平均的信號之間的差不太大時，如在此情況下，參考信號代表了信號的總體形狀。參考信號適于公式(1)。通過最小化下列公式來確定參數(shù)s0，REF，n和τc，REFχ02=Σq=Q1Q2(vREF(qΔtADC)-s(t;τc,REF))2---(10)]]>使用S(t；τC，REF)作為在公式(1)中給出的表示式，其中，Q1＝t1/ΔtADC和Q2＝t2/ΔtADC被四舍五入到最近的整數(shù)，t1＝3ms(小于信號的臨界時間)和t2＝100ms(大于信號的臨界時間)。
為了確定信號Vm的臨界時間τC，m，假設下列關系成立vm(t)=smvREF(t)s(t;τc,m)s(t;τc,REF)---(11)]]>
此公式包括因子Sm，該因子在所有提升Lm相同的情況下預計為1，但允許對提升中的小偏差進行補償，或對接收器中的放大器的增益的偏差(例如，由于探測器溫度的變化產(chǎn)生)進行補償。
然后，通過對于每一個信號Vm最小化下列公式，可以確定τc，m和Smχm2=Σq=Q3Q4(vm(qΔtADC)-sms(qΔtADC;τc,m)s(qΔtADC;τc,REF)vREF(qΔtADC))2]]>其中，Q3＝t3/ΔtADC和Q4＝t4/ΔtADC被四舍五入到最近的整數(shù)，t3＝0.2*τC，REF和t4＝4*τC，REF。
6個臨界時間τc，m被直接用作信號Vm的特征值Φm。根據(jù)τc，m，以參考公式(4)-(8)所說明的方式來確定與檢查時間θm有關的并進行了校正以消除溫度的影響的壁厚值dm，其中，利用自助方法來確定λ。在此情況下，在自助方法中使用了所有6個檢查時間的數(shù)據(jù)。表1中顯示了經(jīng)溫度校正的壁厚數(shù)據(jù)的結果。為了進行比較，表1的最后一列顯示了沒有應用根據(jù)本發(fā)明的溫度校正而確定的壁厚值。這相當于公式(6)中的設置λ＝0。
表1

圖3和4分別作為檢查時間的函數(shù)說明了經(jīng)校正的和未校正的壁厚度數(shù)據(jù)。所指出的誤差棒是基于經(jīng)驗估計出來的，并將回歸分析和重復測量的經(jīng)驗的結果考慮在內(nèi)。然而，誤差棒沒有明確考慮溫度的影響。對于已校正的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)點在與壁厚隨著時間而線性下降一致的誤差線之內(nèi)。通過線性回歸，獲得了每年1.1mm的腐蝕速率。這意味著，在檢查位置處管道的剩余使用時間大致為1.5mm/(1.1mm/年)，即，大約1.4年。此外，壁厚數(shù)據(jù)沒有指出具有過高的腐蝕速率的時間段。
顯而易見，如果圖4的未校正的壁厚值將被用于進行評估，將會得出不同的結論。似乎在第三和第五檢查時間之間壁厚增大，這是似是而非的，并會破壞數(shù)據(jù)的可信性。另一方面，示出了第二和第三檢查時間之間的過度的腐蝕速率。如果通過線性回歸根據(jù)數(shù)據(jù)確定腐蝕速率，則會獲得值0.26mm/年，這相當于5.8年估計的剩余使用時間。因此，使用不進行溫度校正的壁厚數(shù)據(jù)來監(jiān)測腐蝕，會導致腐蝕速率被低估，因此會導致不安全的操作條件。
溫度校正的大小取決于設備的溫度變化的程度。甚至在穩(wěn)定的操作條件下，設備的某些部分的溫度可能會由于環(huán)境影響輕易變化20到30℃。在其它情況下，操作條件的變化可能會導致高達250℃的溫度變化。申請人發(fā)現(xiàn)，溫度系數(shù)λ的典型值為0.11％每K。如果沒有進行根據(jù)本發(fā)明的溫度校正，則PEC壁厚讀數(shù)的預期的波動范圍，在穩(wěn)定的操作條件下通常大約為壁厚的σT＝3％，且當操作條件變化時可以高達σT＝30％。σT也被稱為由于溫度改變導致的PEC壁厚測量的可重復性。申請人發(fā)現(xiàn)，此幅度范圍內(nèi)的溫度波動占PEC壁厚測量的總體可重復性的大部分?？芍貜托钥梢员欢x為相同的操作員使用相同設備在不同的時間點對相同對象所進行的測量的標準偏差?？芍貜托砸脖环Q為測量的精度。
精煉廠或化工廠的工藝設備的設計壽命通常是20年。通常選擇在操作條件下耐腐蝕性的材料。在設計壽命內(nèi)壁損失的最大允許值通常不超過初始壁厚的50％，這樣，最大腐蝕速率將是50％/20年＝2.5％每年。當應用腐蝕監(jiān)測方法時，該方法的測量可重復性確定響應時間，即，腐蝕監(jiān)測方法檢測顯著的壁損失所花的時間。例如，當兩次測量之間的壁損失超過 時，則該壁損失被視為顯著的，其中，σtot是壁厚測量的總的可重復性，因子 反映損失是兩次測量值之間的差這樣一個事實。因此，響應時間大約為 年。
甚至在具有穩(wěn)定的操作條件的設備中，使用用于測量的而不進行溫度校正的σtot＝σT＝3％的情況下，計算出1.7年的響應時間。具有這樣長的響應時間的方法不適用于大多數(shù)情況。顯而易見，對于操作條件也將變化從而σtot＝σT≈30％的系統(tǒng)，會產(chǎn)生不現(xiàn)實的很長的響應時間，超過17年。
申請人發(fā)現(xiàn)，對于實際有用的壁厚監(jiān)測方法，至少需要σtot＝1％的可重復性。通過使用本發(fā)明的方法，獲得了σtot≈0.5％的可重復性，甚至低到σtot≈0.2％，其中，溫度變化至少20K。
為了確定腐蝕速率，適于監(jiān)測比較長的時間內(nèi)的壁厚。優(yōu)選情況下至少為兩個星期，更優(yōu)選情況下至少為一個月，至少為兩個月則更佳。優(yōu)選情況下，壁厚在至少3個檢查時間，更優(yōu)選在至少5個檢查時間進行監(jiān)測。
現(xiàn)在將討論本發(fā)明的特定實施例?，F(xiàn)在請參看5。該圖顯示了圖1的被監(jiān)測的檢查對象1和渦流電流探測器5，其中，在探測器5和檢查對象1之間放置了導電板的形式的參考對象31。該板31平行于近表面15，并與近表面15形成了間隙35。該間隙防止了檢查對象和參考對象看來好象形成單個導電壁。在由參考板31和間隙35所限定的空間周圍，提供了熱絕緣裝置38，該裝置可使板31適用于檢查對象1的溫度。適宜地，參考板是比檢查對象1薄得多的片，例如，大約為被檢查的估計壁厚的十分之一。適宜地，間隙35的寬度大約為參考板的厚度。例如，對于壁厚大約為10mm的檢查對象，適宜地，可以選擇厚度約為0.1-2mm的參考板和間隙。
當給發(fā)射器線圈7通電并突然斷電時，在參考板31中產(chǎn)生瞬時渦流電流，該電流通過參考板擴散，在間隙38中產(chǎn)生電磁場，反過來又在檢查對象1中產(chǎn)生渦流電流。參考對象31和檢查對象1中的隨時間變化的渦流電流一起在接收器線圈8的位置產(chǎn)生隨時間變化的輔助電磁場，該輔助電磁場通過接收器線圈感應信號。
現(xiàn)在將討論如何使用探測器和被監(jiān)測的對象之間的參考對象作為測量中的內(nèi)部標準，該標準允許對溫度影響進行校正。
現(xiàn)在請參看6，該圖概要顯示了可以從如圖5所示的測量配置獲取的信號41。該信號具有與參考板31有關的分量43和與檢查對象1有關的分量44。假定信號41是分量43和44的疊加。參考對象和檢查對象具有不同的提升，并且適宜地在厚度方面也不同，并被間隙35分開。這允許區(qū)別和識別與兩個對象有關的信號分量。參考對象31比檢查對象1具有較小的提升和較低的厚度。因此，與和檢查對象1有關的信號分量44的初始值Ii和特征時間τi相比，信號分量43具有較高的初始值Ir和較早的特征時間τr。在總信號41中，參考板的影響在初始部分顯現(xiàn)出來。
當檢查對象1的溫度發(fā)生變化時，參考對象的溫度也會由于熱接觸而發(fā)生變化。適宜地，絕緣裝置38設置成使溫度彼此盡可能地接近。
如上文所討論的，溫度變化對從瞬時渦流電流測量獲取的信號41的形狀產(chǎn)生影響。具體來說，特征時間一般來說將會移動，這種影響涉及特征時間τr和τi兩者。然而，由于已知參考板的厚度仍保持不變，則通過使用信號的初始部分(在臨界時間τr之后)(參考板31的貢獻占主導地位)，可以針對溫度變化對信號進行校正。
例如，如果在不同溫度下在相同檢查位置測量第一和第二信號，信號的初始部分將相對于彼此移動。通過移動整個第二信號以便初始部分重疊第一信號的初始部分，并且臨界時間τr保持不變，第二信號被轉換為第一測量的溫度。在第一信號和移動的第二信號之間的臨界時間τi的差現(xiàn)在可以直接起因于檢查對象的壁厚的變化。顯然，信號的實際移動不是必需的，當對信號進行處理，以便確定在各種時刻檢查對象的諸如壁厚之類的屬性，并對溫度的影響進行校正時，溫度對信號43的影響也可以以另一種方式加以考慮。
取決于在將發(fā)射器7斷電之后接收器8可以被操作之前所花的時間，可以不獲取總信號的最初始的部分。然而，可以檢測在臨界時間τi之后信號43的尾部就足夠了。
權利要求
1.一種使用包括發(fā)射器裝置和接收器裝置的脈沖渦流電流探測器來監(jiān)測具有導電壁的對象的壁厚的方法，該方法包括選擇壁上的檢查位置；在多個檢查時間θm(m＝1...，M；M≥2)，將探測器放置在相對于該檢查位置的預先確定的位置，通過激勵發(fā)射器裝置在對象中感應瞬時渦流電流，用接收器裝置記錄信號Vm；以及根據(jù)每一個信號Vm確定與檢查時間θm有關的壁厚dm，其中，考慮了在檢查時間θm于檢查位置處對象的溫度。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，每一個信號Vm都作為時間t的函數(shù)來記錄并表現(xiàn)出在特征時間τm處的特征變化，其中，確定壁厚dm的步驟包括根據(jù)信號Vm確定特征值Φm，該特征值是特征時間τm的度量，以及包括根據(jù)特征值Φm確定壁厚dm，其中，對于溫度是恒定的情況利用特征值和壁厚之間的第一預先確定的關系，對于壁厚是恒定的情況利用特征值和溫度之間的第二預先確定的關系。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其中，該方法進一步包括根據(jù)壁厚值dm估計每時間單位壁厚變化的速率。
4.根據(jù)權利要求3所述的方法，其中，壁厚變化是由于腐蝕而產(chǎn)生的，以及其中，腐蝕速率被確定。
5.根據(jù)權利要求1-4中的任何一個權利要求所述的方法，其中，絕對壁厚被監(jiān)測。
6.根據(jù)權利要求1-4中的任何一個權利要求所述的方法，其中，選擇參考壁厚，以及其中，監(jiān)測相對于參考壁厚的相對壁厚。
7.根據(jù)權利要求1-6中的任何一個權利要求所述的方法，其中，檢查時間θm跨越至少兩個星期，優(yōu)選情況下為至少一個月的時間段。
8.根據(jù)權利要求1-7中的任何一個權利要求所述的方法，其中，壁厚在至少3個檢查時間θm進行監(jiān)測。
9.根據(jù)權利要求1-8中的任何一個權利要求所述的方法，其中，通過在激勵發(fā)射器裝置之前，將具有參考厚度的導電參考對象放置在探測器和檢查對象之間并與檢查對象進行熱接觸來將在檢查位置處對象的溫度考慮在內(nèi)，以便每一個信號Vm都具有與參考對象中的渦流電流有關的分量以及與被監(jiān)測的對象中的渦流電流有關的分量；以及其中，通過使用與參考對象中的渦流電流有關的信號分量來將溫度對信號Vm的影響考慮在內(nèi)。
全文摘要
一種使用包括發(fā)射器裝置和接收器裝置的脈沖渦流電流探測器來監(jiān)測具有導電壁的對象的壁厚的方法，該方法包括選擇壁上的檢查位置；在多個檢查時間θ
文檔編號G01B7/06GK1726379SQ200380106436
公開日2006年1月25日 申請日期2003年12月17日 優(yōu)先權日2002年12月19日
發(fā)明者保羅斯·卡洛勒斯·尼古拉阿斯·克勞森 申請人:國際殼牌研究有限公司