本發(fā)明涉及在各種環(huán)境中的構(gòu)件的腐蝕。更具體地，本發(fā)明涉及對該腐蝕的監(jiān)測。

背景技術(shù)：

腐蝕是指與材料的環(huán)境的化學(xué)反應(yīng)或其它反應(yīng)而導(dǎo)致的對材料的逐漸破壞。腐蝕使材料和結(jié)構(gòu)的有用的特性降低，包括強度、外觀和對流體的滲透性。許多結(jié)構(gòu)合金僅因暴露于空氣中的濕氣而受腐蝕，但是通過暴露于某些物質(zhì)可能強烈影響該過程。腐蝕可能局部集中以形成凹坑或裂縫，或者腐蝕可能在較大區(qū)域內(nèi)延伸，均勻地腐蝕表面。

腐蝕的測量、控制和預(yù)防的技術(shù)領(lǐng)域非常寬泛。腐蝕測量采用多種技術(shù)來確定環(huán)境多么具有腐蝕性，以及金屬損失正在以什么速率進行。一些腐蝕測量技術(shù)可以被在線地使用，不斷地暴露于過程流，而其它技術(shù)提供在實驗室分析中確定的離線測量。一些技術(shù)給出金屬損失或腐蝕速率的直接測量，而其它技術(shù)被用于推斷腐蝕性環(huán)境可能存在。

腐蝕速率指示，在多長時間內(nèi)，任何工藝裝置可以有效地并且安全地運行。腐蝕的測量以及對較高腐蝕速率的補救行動允許獲得最節(jié)省成本的裝置運行，同時降低與運行有關(guān)的壽命周期成本。

下面的列表詳細說明了常見的用于工業(yè)應(yīng)用中的腐蝕監(jiān)測技術(shù)。

腐蝕試片(重量損失測量)

電阻(ER)

線性極化電阻(LPR)

電流(ZRA)I電位

氫氣滲透

微生物

沙粒/侵蝕

重量損失技術(shù)是最公知并且最簡單的腐蝕監(jiān)測技術(shù)。該方法包括，在一段給定時間內(nèi)，將材料的樣品(試片)暴露于過程環(huán)境，然后移除樣品進行分析。由腐蝕試片確定的基礎(chǔ)測量是重量的損失?？梢酝ㄟ^將重量損失除以材料密度、試片表面面積和暴露時間來計算腐蝕速率。試片監(jiān)測在腐蝕速率在較長時間內(nèi)不會顯著改變的環(huán)境中最有用。然而，它們可以提供與其它技術(shù)有用的關(guān)聯(lián)。

ER探針可以被看作是“電子的”腐蝕試片。ER探針提供金屬損失的基礎(chǔ)測量，并且當探針就位時可以在任何時候可以測量金屬損失的值。ER技術(shù)測量暴露于該過程的腐蝕金屬元件的電阻的改變。在該元件的表面上的腐蝕作用導(dǎo)致其截面面積的降低和其電阻的相應(yīng)的增加。

LPR技術(shù)基于電化學(xué)理論。較小的電壓被施加在溶液中的電極上。需要保持特定電壓偏移(通常為10mV)的電流直接與在溶液中的電極的表面上的腐蝕相關(guān)。通過測量電流可以得到腐蝕速率。LPR技術(shù)的優(yōu)點在于瞬間地進行腐蝕速率的測量，而使用試片或ER，則需要一定的暴露周期來確定腐蝕速率。LPR技術(shù)只能在清潔的水電解質(zhì)環(huán)境中實施，而不能在氣體中工作。

在許多系統(tǒng)中腐蝕是高代價的。腐蝕的影響包括降低的產(chǎn)量、系統(tǒng)停機時間、系統(tǒng)故障以及維修時間和成本。非常需要預(yù)防并監(jiān)測腐蝕。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

一種腐蝕測量系統(tǒng)包括，腐蝕傳感器，所述腐蝕傳感器具有與由于暴露到過程流體而導(dǎo)致的腐蝕有關(guān)的腐蝕傳感器輸出。過程變量傳感器提供與過程流體的過程變量有關(guān)的過程變量輸出。與腐蝕傳感器和過程變量傳感器連接的測量電路，提供基于腐蝕傳感器輸出和過程變量輸出的、與腐蝕有關(guān)的輸出。

本發(fā)明內(nèi)容以及摘要被提供用于以簡化方式引入選擇的概念，所述概念將在下面在具體實施方式部分進一步描述。本發(fā)明內(nèi)容以及摘要并不旨在確定所要求保護的主題的關(guān)鍵特征或?qū)嵸|(zhì)特征，它們也不旨在被用作輔助確定所要求保護的主題的范圍。

附圖說明

圖1是圖示腐蝕速率與溫度之間的關(guān)系的曲線圖。

圖2A和2B為圖示壓力與腐蝕速率之間的關(guān)系的曲線圖。

圖3是圖示流量與腐蝕速率之間的關(guān)系的曲線圖。

圖4是用于基于來自腐蝕傳感器和輔助過程變量傳感器的輸出以測量腐蝕的腐蝕測量系統(tǒng)的簡化的方框圖。

圖5是圖4的應(yīng)用在過程變量變送器中的腐蝕測量系統(tǒng)的側(cè)剖視圖。

具體實施方式

提供了一種用于測量腐蝕和工業(yè)過程的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括腐蝕傳感器以及附加的(或輔助)過程變量傳感器。來自腐蝕傳感器和過程變量傳感器的輸出被用于提供附加信息，例如具有改進精度的腐蝕速率的確定、預(yù)測性的腐蝕相關(guān)信息、補償相關(guān)信息、性能相關(guān)信息或其它信息。腐蝕傳感器可以依照任何合適的技術(shù)。類似地，過程變量傳感器可以感測任何過程變量，包括但不限于壓力、溫度、流量、液位、濁度、pH、導(dǎo)電性等等。

目前許多操作員以固定或計劃外的間隔在定期維修和維護過程中檢查腐蝕。新的技術(shù)使得能夠使用裝置控制和自動化系統(tǒng)實時監(jiān)測腐蝕。這允許以更短的時間間隔評估腐蝕，能夠控制并且減緩損壞速率。

通過將腐蝕測量集成到自動化系統(tǒng)中，腐蝕監(jiān)測更容易用其它過程變量執(zhí)行、自動操作并且觀察。該方法比傳統(tǒng)的獨立系統(tǒng)更節(jié)省成本、需要更少的體力勞動、提供與系統(tǒng)更大的集成度，以記錄、控制和優(yōu)化。

對裝置操作者來說，期望即使非常小程度地提高效率和生產(chǎn)力。然而，腐蝕成本是裝置運行的幾個方面之一，在這幾個方面中，較大的改善可能伴隨相關(guān)的成本降低。腐蝕測量可能被視為易于過程中的控制和優(yōu)化的主要變量。

由于多種因素影響腐蝕測量，包括多種類型的腐蝕、各種腐蝕劑、各種容器材料、獨特的化學(xué)作用以及腐蝕對諸如溫度和壓力的變量的依賴。提供了一種多變量腐蝕傳感器，其不僅包括直接感測腐蝕的傳感器，還包括輔助的過程變量傳感器。

腐蝕速率可能受多種因素影響，例如溫度、壓力和流量。例如，圖1為曲線圖，示出了在不同溫度下作為溶氧濃度的函數(shù)的腐蝕。除了在過程中出現(xiàn)的溫度變化，腐蝕過程本身可以是放熱的，導(dǎo)致溫度上升，該溫度上升可以需要被考慮，以精確地確定腐蝕速率。

類似地，在許多情況下，腐蝕速率隨著壓力上升而上升。這可能是由于諸如重要著的腐蝕劑(例如CO₂、H₂S和O₂)的多種源在更高的壓力下更易溶于水。圖2A和2B是在兩個不同的溫度下腐蝕速率相對于壓力的曲線圖。

與壓力和溫度類似，流量也可能導(dǎo)致腐蝕速率的增大。增大的腐蝕速率可能是由于來自過程流體中諸如沙粒的固體顆粒的出現(xiàn)而增大的侵蝕。增大的流量也會通過不同的機制增大化學(xué)腐蝕，例如通過揭去防腐膜或補充例如溶解氧的腐蝕劑。圖3是流速相對于不同的硫化物濃度的曲線圖，示出了腐蝕速率隨著流速增大而增大。

如前所述，期望提供改進的腐蝕測量信息。該改進包括易用性、改進的性能、獲取多過程變量測量、提供預(yù)測性的分析和針對獨特的過程條件的可定制化的應(yīng)用信息。

圖4是示出根據(jù)一個示例性實施例的、與過程容器102連接的多變量腐蝕速率測量系統(tǒng)100的簡化方框圖。過程容器102承載腐蝕性過程流體104。系統(tǒng)100包括過程變量傳感器106，程變量傳感器106被配置為感測過程流體104的過程變量。腐蝕傳感器110被設(shè)置為提供與腐蝕相關(guān)的輸出。腐蝕傳感器110依照任何合適的技術(shù)運行，包括在本文中具體討論的那些技術(shù)以及其它技術(shù)。腐蝕傳感器110可以直接與過程流體104連接或者能夠遠程監(jiān)測流體104。腐蝕傳感器110還可以被實施用于非侵入式腐蝕測量。腐蝕傳感器110與傳感器電路120連接，該傳感器電路被配置為測量腐蝕傳感器110的輸出或特性。示例性特性包括電阻、電容、電壓等。過程變量傳感器106還為傳感器電路120提供與過程變量相關(guān)的輸出。如上所述，特定的過程變量可以為工業(yè)過程的任意過程變量。

控制器122與傳感器電路120連接，并且被配置為根據(jù)存儲在存儲器124中的指令工作。然而，控制器可以為更基礎(chǔ)的電路，例如比較器，或者可以包括更復(fù)雜的電路，諸如微處理器?；趤碜詡鞲衅麟娐?20的輸 出，控制器可以通過I/O電路126通信，并且提供與腐蝕速率相關(guān)的、由傳感器106感測的輸出。傳感器電路120、控制器122和存儲器124提供用于確定腐蝕的測量電路的一個示例性構(gòu)造。

圖4所示的系統(tǒng)100提供對腐蝕傳感器110的多變量測量。過程變量傳感器106可以為壓力、溫度、液位、流量傳感器或包括分析傳感器的其它傳感器，所述分析傳感器例如為，pH、氧氣、導(dǎo)電性傳感器等。也可以應(yīng)用任意數(shù)量的附加的過程變量傳感器。系統(tǒng)100可以以標準構(gòu)造實施，所述標準構(gòu)造例如為與如下所述的現(xiàn)有的過程變量變送器一起使用的構(gòu)造。

圖5是一個示例性的構(gòu)造的剖視圖，其中腐蝕測量系統(tǒng)100被應(yīng)用在傳統(tǒng)的過程變量變送器構(gòu)造中。如圖5所示的構(gòu)造允許來自單個過程滲透的多過程變量的測量。在圖5的示例中，過程變量傳感器110被圖示為作為壓力傳感器被實施。如圖5所示，腐蝕傳感器106被設(shè)置為測量材料的由于暴露于過程流體104而導(dǎo)致的腐蝕。壓力傳感器110通過隔離膜片200與過程流體104隔離。隔離膜片200響應(yīng)于從過程流體104施加的壓力而偏斜，并且使用承載在毛細管系統(tǒng)202中的隔離填充流體將該壓力傳遞給壓力傳感器110。變送器100被示出為使用法蘭204與過程管道102連接。然而，可以應(yīng)用任何合適的連接技術(shù)。

傳感器電路120被圖示為與變送器電路210連接，該變送器提供輸出。該輸出可以通過諸如過程控制回路212的有線連接進行。也可以應(yīng)用無線控制回路。有線通信技術(shù)的實例包括4-20mA的信號以及這種模擬信號，所述模擬信號具有例如根據(jù)通信協(xié)議在其上被調(diào)制的附加數(shù)字信息。也可以應(yīng)用完全的數(shù)字通信技術(shù)。示例性無線通信技術(shù)包括根據(jù)IEC 62591標準的無線通信協(xié)議。腐蝕測量系統(tǒng)100可以使用通過過程控制回路212接收的電力被供電，或者通過一些其它源被供電，所述源包括諸如電池的內(nèi)部電源。

如圖4所示的存儲器124可以被用于存儲構(gòu)造信息，包括與過程流體、容器材料、腐蝕劑、補償信息有關(guān)的常量，例如多項式系數(shù)、查閱表等。該信息可以從諸如過程控制室的遠程位置被存儲在存儲器中，或者使用圖5所示的手持式校準儀220被存儲在存儲器中。該信息還可以在系統(tǒng)100的制造或安裝過程中被配置。在工作過程中，控制器122根據(jù)需要確定腐蝕 速率、總腐蝕量、預(yù)測性腐蝕等，并且通過回路212響應(yīng)地提供輸出。諸如查閱表的信息可以被存儲在存儲器124中并且被用于存儲構(gòu)造信息，該構(gòu)造信息例如為不同的容器材料，與由于在特定的溫度、壓力、流量下暴露于特定的腐蝕劑而導(dǎo)致的其腐蝕速率之間的相關(guān)性。

腐蝕通常在相對較慢的速率下發(fā)生。因此，腐蝕速率測量不需要頻繁的更新并且系統(tǒng)100非常適于無線環(huán)境。使用附加的過程變量可以獲得更精確的腐蝕速率確定。該信息可以被用于驗證，對于特定的構(gòu)造或過程，腐蝕速率是否處于設(shè)計極限內(nèi)。該信息可以被用于基于存儲在存儲器中的常量以及測量變量，以預(yù)測腐蝕速率和容器壽命。系統(tǒng)100可以提供實用的信息，而不僅是未經(jīng)處理的輸出。例如，操作員可以被警示，過程中的特定構(gòu)件由于腐蝕應(yīng)當被更換或維修。系統(tǒng)100可以應(yīng)用在例如圖5所示的單個殼體中。然而，在該構(gòu)造中，很難更換或維修腐蝕傳感器。在另一種構(gòu)造中，系統(tǒng)100可以從諸如遠程傳感器的遠程位置接收過程變量?？梢赃h程地應(yīng)用腐蝕傳感器和附加的過程變量傳感器中的一個或兩個。在另一個示例性構(gòu)造中，來自腐蝕傳感器和附加的過程變量的信息與諸如通信網(wǎng)關(guān)的遠程位置通信。在通信網(wǎng)關(guān)中或在遠程位置處，進行實際的腐蝕速率確定。當與非侵入式腐蝕傳感器探針，例如超聲波系統(tǒng)等，一起使用時，該構(gòu)造是有用的。

系統(tǒng)100提供與腐蝕相關(guān)的輸出?？梢酝ㄟ^任何合適的技術(shù)確定該腐蝕相關(guān)的輸出，包括存儲在存儲器124中的查閱表的使用、使用存儲在存儲器124中的多項式系數(shù)的曲線擬合技術(shù)、基于規(guī)則的分析、模糊邏輯實現(xiàn)等。腐蝕傳感器可以為任何類型的腐蝕傳感器，包括本文討論的類型。在2015年3月13日提交的名稱為腐蝕速率測量的序列號14/656,850的美國申請，以及2014年9月30日提交的名稱為使用犧牲探針的腐蝕速率測量的序列號14/501,755的美國申請中，說明了示例性的腐蝕測量系統(tǒng)，所述申請以其全部內(nèi)容通過引用并入本文中。

在一種構(gòu)造中，過程變量傳感器110包括溫度傳感器，所述溫度傳感器定位在腐蝕傳感器106附近。這允許溫度傳感器檢測由于腐蝕傳感器106的腐蝕而導(dǎo)致的放熱溫度變化。其它腐蝕源也可能導(dǎo)致放熱溫度變化，所述放熱溫度變化被該溫度傳感器測量。腐蝕測量可以被用于補償能夠由溫 度傳感器感測到的放熱溫度變化。類似地，感測溫度可以被用于補償腐蝕測量。

遠程編程技術(shù)可以被用于將信息存儲在系統(tǒng)100中。這可以通過手持式校準儀或者來自諸如過程控制室的中央位置的通信進行?？梢酝ㄟ^設(shè)備接收與諸如過程流體、容器材料等常量相關(guān)的輸入。與腐蝕依賴性相關(guān)的其它信息，例如腐蝕速率相對于過程變量，也可以被接收和存儲?？梢曰谝阎淖兞恳约皽y量的過程變量和測量的腐蝕速率進行預(yù)測性的分析。來自腐蝕傳感器的輸出和來自另一個過程變量傳感器的輸出之間的關(guān)系可以被用于診斷目的，包括確定裝置中的故障或可能已經(jīng)在過程中發(fā)生的一些事件。

在一些構(gòu)造中，控制器122包括時鐘。來自時鐘的信息可以被用于對測量的腐蝕速率或附加的過程變量進行時間標記，例如用于確定直方圖以及確定變化率。包括時間信息的信息也可以被記錄用于后續(xù)的分析。

在一個示例性的構(gòu)造中，系統(tǒng)是自學(xué)習(xí)的并且監(jiān)測測量的腐蝕與測量的輔助過程變量之間關(guān)系。自學(xué)習(xí)特征的示例包括提供警報、采樣率確定等。在一個示例性的構(gòu)造中，腐蝕傳感器和/或過程變量傳感器中的至少一個的采樣率可以基于其它傳感器的輸出而改變。例如，如果流量測量實質(zhì)上增大，則可以相應(yīng)地增大來自腐蝕傳感器的輸出的采樣率。這允許設(shè)備在減小的腐蝕的期間使用減小的電力運行。

雖然已經(jīng)參照優(yōu)選的實施例描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以在形式和細節(jié)方面作出改變。如本文所使用的，附加的過程變量傳感器測量除了腐蝕傳感器外的附加的(或輔助的)過程變量。系統(tǒng)可以被用于測量腐蝕速率、預(yù)測的腐蝕速率、過程構(gòu)件的預(yù)期壽命或健康狀況、以及執(zhí)行診斷。