专利名称：监测壁厚的制作方法
技术领域：
本发明涉及监视具有导电壁的对象的壁厚。具体来说，本发明涉及基于瞬时涡流电流测量的监测方法。
在说明书和权利要求中使用术语“监测”来表示在所选择的检查位置在较长的时间段中对壁厚进行重复测量。该方法可以用足够的精度(可重复性)检测检查位置处的壁厚的细微的变化，以便确定例如管道壁的腐蚀速率。
背景技术：
通过激励并测量瞬时涡流电流的响应来估计导电对象的壁厚的方法在现有技术中是已知的。一个包括发射器装置和接收器装置的探测器被放置在对象的表面(近表面)的附近。发射器通过通电并突然断电来激励，以便在对象中产生瞬时涡流电流。由于激励是通过发射器装置的脉冲操作频繁地进行的，因此这些方法也被称为脉冲涡流电流(PEC)方法。涡流电流产生了随时间变化的磁场，该磁场在接收器装置中生成信号。接收到的信号常常被作为时间的函数来记录。壁厚可以通过估算该信号的特征值来估计，该特征值涉及信号中的特征时间，而特征时间又涉及壁厚。
PEC方法适用于通过绝缘层或通过腐蚀生成物进行测量。显然，在说明书和权利要求书中使用术语“涉及PEC方法的壁厚”来指壁的金属部分的厚度。
欧洲专利申请EP 0 321 112 Al说明了检测容器装置的壁上的腐蚀的方法。用这种方法而获得的接收到的信号随着时间而衰减。在初始时间部份，在关闭发射器之后不久，信号以相对较慢的速率衰减。在稍后的时间部分，信号以较快的速率衰减。发生了从较慢的衰减速率到较快的衰减速率的过渡的特征时间，也被称为临界时间，其是对象的壁厚的度量。因此，根据已知方法，通过将某一时间段内的信号的衰减与对于已知壁厚所获得的参考衰减进行比较，可以获得壁厚的指示，其中该时间段至少包括临界时间以外的一部分时间。
欧洲专利申请No.EP 0 910 784 Al说明了用于根据代表涡流电流的衰减的信号来确定对象的壁厚的另一种方法。用这种方法接收到的信号一般来说与在EP 0 321 112 Al中估算的信号具有类似的形状。然而，现在根据信号从信号的第一幅值衰减到第二幅值的时间间隔的长度，并使用此时间间隔的长度和壁厚之间的预先确定的关系来确定壁厚。
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页说明了用于确定腐蚀的奥氏体容器壁的剩余壁厚的另一种脉冲涡流电流方法。在这种方法中使用了相对较短的发射器脉冲串，以便脉冲的上升和下降侧都产生涡流电流。用这种方法接收到的信号在大致零振幅时启动，上升到最大值，随后它们又通过零振幅以下向着负最大值方向，从那里，它们又衰减到零。可以根据发射器脉冲的开始和第一次零交叉点之间的时间间隔的长度来确定壁厚。
在进行壁厚检查时使用了已知的脉冲涡流方法，其中，将估计的壁厚与未腐蚀的对象或被检查的对象的未腐蚀的部分的标称壁厚进行比较。此外，在检查不同位置处(例如，沿着或围绕管道的周边)的对象时，也使用了已知的方法，以识别发生了腐蚀的位置。
然而，迄今为止，还不能使用脉冲涡流电流方法来监测壁厚，其中，反复地对相同位置进行检查。这是由于这样的事实发现已知的方法不能足够准确地对在几天、几个星期、几个月甚至几年的时间内的不同时刻所进行的测量结果进行可靠的定量比较。当需要确定腐蚀速率时，这样长的监测时间是需要的。碳钢管道的典型的腐蚀速率可以为大约每年1毫米或几毫米，或更小。当要被检查的对象是用诸如碳钢之类的磁性材料制成时，已知的方法的可重复性就会出现特定的问题。
因此，本发明的目的是提供用于监测金属对象的壁厚的方法，该方法可以进行更精确的测量，以便将在较长的时间段中检查位置的结果进行比较。
发明内容
为此，根据本发明，提供了一种使用包括发射器装置和接收器装置的脉冲涡流电流探测器监测具有导电壁的对象的壁厚的方法，该方法包括选择壁上的检查位置；在多个检查时间θm(m＝1...，M；M≥2)，将探测器放置在相对于检查位置的预先确定的位置，通过激活发射器装置感应瞬时涡流电流，用接收器装置记录信号Vm；以及根据每一个信号Vm，确定与检查时间θm有关的壁厚dm，其中，考虑了在检查时间θm于检查位置处的对象的温度。
申请人发现，进行壁厚监测中的重要的并且一般被低估的误差的原因是被调查的对象的温度变化。当使用已知的方法在其他条件都相同的情况下对特定钢壁进行两次壁厚测量时，在壁的不同温度下，对于每10度的温度差，结果通常会偏离几个百分比。当将检测到由于腐蚀而导致的细微的变化时，这种大的误差是无法接受的。
申请人还发现，可以对测量进行校正，以便避免在每一个检查时间温度的影响，从而获得可以彼此进行比较的在不同检查时间的足够准确的壁厚测量。已经知道，在美国专利申请No.US 2002/0149353说明了，可以对用包括两个接收器线圈的特殊瞬时涡流电流探测器获得单壁厚测量进行校正，以消除对象的温度的影响。本发明进一步地往前前进了一大步，并基于这样的理解通过校正温度，一般而言在瞬时涡流电流测量中获得精确的测量，这允许对在较长的时间段内在相同检查位置的测量进行可靠的定量比较。
适宜地，每一个信号Vm都作为时间t的函数来记录，并表现出特征时间τm处的特征变化，其中，确定壁厚dm的步骤包括根据信号Vm确定特征值Φm，该特征值是特征时间τm的度量，根据特征值Φm确定壁厚dm，其中，对于温度是恒定的情况利用特征值和壁厚之间的第一预先确定的关系，对于壁厚是恒定的情况利用特征值和温度之间的第二预先确定的关系。
本发明的方法特别适用于确定腐蚀速率，腐蚀速率被定义为在检查位置由于腐蚀导致的每单位时间金属壁厚的平均缩小。
通过对于每一个检查时间θm确定表示检查位置处的对象的温度的温度Tm；以及，根据每一个信号Vm确定与检查时间θm有关的壁厚dm，其中考虑了温度Tm，可以考虑检查位置处的对象的温度。
然而，一般而言，不必明确地确定检查位置处的温度。根据本发明的特定的方面，通过将具有参考厚度的导电参考对象放置在探测器和检查对象之间并与检查对象进行热接触，可以将温度考虑在内，从而每一个信号Vm都具有与参考对象中的涡流电流有关的分量以及与被监测的对象中的涡流电流有关的分量。然后，可以通过使用与参考对象中的涡流电流有关的信号分量来将温度对信号Vm的影响考虑在内。
更一般来说，本发明进一步提供了使用包括发射器装置和接收器装置的脉冲涡流电流探测器来确定具有导电壁的检查对象的属性的方法，该方法包括将具有参考厚度的导电参考对象放置在探测器和检查对象之间，并与检查对象进行热接触；通过激活发射器装置，在检查对象和参考对象中感应瞬时涡流电流；用接收器装置记录信号，其中，该信号具有与参考对象中的涡流电流有关的分量和与被监测的对象中的涡流电流有关的分量；以及对信号进行处理，以获得检查对象的属性的指示，其中，通过使用与参考对象中的涡流电流有关的信号分量来将温度对信号的影响考虑在内。适宜地，参考对象是具有参考厚度的板，检查对象是壁，检查对象的属性是壁厚，以及其中，参考厚度小于壁厚。
本发明还提供了用于测量导电对象的属性的涡流电流探测器，该探测器包括发射器装置和接收器装置，以及包括导电的参考对象，该参考对象在正常操作过程中位于发射器和接收器装置以及被调查的对象之间。
优选情况下，该涡流电流探测器进一步包括绝缘装置，该装置配置成允许参考对象在正常操作过程中适应于检查对象的温度。
下面将参考附图通过示例比较详细地描述本发明，其中图1概要显示了用于执行本发明的方法的配置；图2概要显示了对于典型的瞬时涡流电流实验，作为时间的函数，与对象的不同壁厚值和/或不同温度有关的两个信号；图3显示了根据本发明的腐蚀监测实验的结果；图4显示了在不执行根据本发明的温度校正的情况下将获得的图3的腐蚀监测实验的结果；图5概要显示了执行本发明的方法的配置，包括涡流电流探测器和被监测的对象之间的参考板；以及图6概要显示了使用图5的配置获得的信号。
在图中使用了类似的参考编号来表示相同或类似的部件。
具体实施例方式
现在请参看图1，图1显示了具有导电壁2的对象1。包括发射器装置7和接收器装置8的脉冲涡流电流探测器5位于与对象的探测器最靠近的表面(近表面)15上的检查位置12上方的位置10。发射器和接收器装置都可以被表示为线圈，且还可以包括一个完全一样的线圈。发射器装置和接收器装置一起构成了发射器和接收器装置。位置10的特征在于提升(lift-off)L、以及探测器5在其他维(未显示)中的平移以及旋转方向参数。检查位置12的近表面15和远表面16之间的厚度将在一段时间内被监测。对象例如可以是管道，其半径比其壁厚大得多。当检查管道时，腐蚀常常只在管道内侧发生。在此情况下，当从管道的外侧监测腐蚀时，探测器5和近表面15之间的距离保持相对固定，但探测器5和位于检查位置12下面的远表面16之间的距离随着时间的推移而减小(如图所示)。当在远表面16上形成腐蚀生成物(未显示)时，它们不会影响该方法测量的壁厚。
现在请参看图2，图2显示了作为在检查时间θm(m＝1，2)测量的、时间t的函数的典型的信号Vm(t)。如图所示的形式的信号，例如可以是接收器装置中的电压或电流读数，其都是响应于瞬时涡流电流而获得的，通过给靠近金属对象的发射线圈通电，等待直到由于通电而产生的任何涡流电流消失，并突然将发射线圈断电，就会在壁中生成该涡流电流。在接收线圈中接收到的信号Vm(t)作为发射器被断电之后时间t的函数(以任意单位表示)，以双对数表示。V1属于比V2更大的壁厚。
这样的信号V(t)可以通过根据公式(1)的函数S(t，τc)来描述v(t)≡s(tπc)=s0t-nfor t≤τcs0τc-nene-ntτCfor t>τc---(1)]]>其中n是取决于被检查的壁的曲度、接收器(线圈布置、霍耳传感器)的类型和配置，以及作为发射器/接收器配置与壁的近表面的距离的提升的参数，请看图1中的距离L；S0是标准化因数；以及τc是所谓的临界时间。
图2中显示了临界时间τc，1和τc，1。临界时间可以被视为涡流电流从近表面15扩散通过壁2到达远表面16的时间的度量。临界时间可以通过下列关系来描述
τC＝σμd2(2)其中σ是对象的电导率(单位Ω-1m-1)；μ是对象的导磁率(V.s/A.m)；以及d是对象的金属厚度(m)。
当σ和μ是常量时，厚度d直接与临界时间τC相关。因此，通过确定临界时间，或一般来说，通过确定与临界时间相关的信号的特征值，可以得出有关壁厚d的信息，如在已知的瞬时涡流电流方法中所进行的那样。
然而，当温度变化时，σ和μ不能被视为常量。金属导体的导电率常常与绝对温度T成反比 温度与导磁率μ的关系不是直接的。在导磁率非常大并还取决于对象的历史的磁性材料中，μ随着温度的增大趋于增大。
从前述的内容可以清楚地看出，临界时间τC是脉冲涡流电流信号中的特征时间τ的一个示例，其中发生了特征变化，这里即是从较慢的衰减速率到较快的衰减速率的过渡。临界时间τC本身，或作为临界时间的函数Φ＝Φ(τC)的信号V(t)的另一个特征值Φ可以用来确定壁厚。合适的特征值Φ的另一个示例是包括临界时间之后的时间的时间段内的信号V(t)的积分。另一个示例是临界时间之后某一个时间的信号的值，因为壁越厚，此值就越低。再一个示例是信号从第一幅值衰减到第二幅值所花的时间，其中，至少第二幅值是比临界时间稍后的某一时间的幅值。公式(2)是更一般的公式的特殊情况Φ(τ)＝F(d，T，Pi) (3)即，作为特征时间τ的函数的特征值Φ是厚度d、温度T，以及探测器的提升和属性是其示例的其他参数Pi的函数F。公式(3)可以呈现特殊形式在温度是恒定的情况下代表特征值和壁厚之间的第一预先确定的关系，或在壁厚是恒定的情况下特征值和温度之间的第二预先确定的关系。
申请人发现，瞬时涡流电流信号对温度的相关性主要由于σ和μ的对温度的相关性，其他参数对温度的任何相关性是次要的。
现在将通过示例来说明如何根据本发明来监测金属壁厚，并将测量之间的温度变化考虑在内。
假设在检查时间θ1，...θM测量了M信号Vm(t)。为此，涡流电流探测器可以固定地安装在检查位置的上方的某一特定位置。或者，在每一次测量之前，可以将探测器放置在预先确定的位置。本领域技术人员知道如何使用标记、垫片等等将探测器反复地安装在某一位置。典型的提升距离大约为毫米数量级，例如，10毫米。适宜地，应该在垂直提升和横向上以优于大约1毫米的精度重新定位探测器，优选情况下，精度优于大约0.3毫米。
对于每一个检查时间θm，测量表示对象在检查位置12处的温度的温度Tm。本领域技术人员知道如何测量温度，例如，使用靠近检查位置处的壁上的热电偶，或使用红外测温仪。对于PEC测量的有效温度校正，需要足够精确的温度测量。绝对精度不是那么重要，因为在大多数情况下，可以应用基于温差的校正。已经发现，温度测量的可重复性适宜地优于大约5K。
对每一个信号Vm(t)进行估算，以便确定临界时间τC，m。下面将进一步地讨论如何这样做的一个示例。
现在将考虑时间θ1和时间θm处的信号。适宜地，以时间θ1处的壁厚作为参考，特别是当腐蚀速率将被确定时。显然，任何其他检查时间的数据也可以被用作参考。
根据公式(2)，时间θm处的壁厚dm与时间θ1处的壁厚d1的关系如下dm=d1(σ1μ1)(σmμm)τc,mτc,1---(4)]]>现在可以考虑两种特殊情况。
在第一种情况下，温度保持恒定，即，Tm＝T1。因此，σ1μ1＝σmμm，公式(4)是厚度dm和特征值Φm＝τC ，m之间的关系。在很多情况下，厚度d1为绝对项是已知的，例如，使用诸如超声波测量之类的独立的绝对测量技术。在此情况下，dm也可以绝对地确定。如果d1已知不是绝对项，dm/d1的比率可以确定，即，相对厚度。或者，d1可以被设置为诸如100％之类的任意值。应该理解，在说明书和权利要求中使用了术语“壁厚”来指绝对壁厚，或指相对于预先确定的参考壁厚的相对壁厚。
在第二种特殊情况下，已知时间θ1和θm之间的壁厚不变，但温度T1和Tm不同。因此，d1＝dm。公式(4)是温度Tm和特征值Φm＝τC，m之间的关系，因为σ和μ取决于温度，而所有其他参数保持恒定。可以在校正实验中有系统地研究此关系。结果，可以获得关于临界时间(更一般地特征值Φ)与温度的关系的校准曲线。
申请人发现，可以用下列近似关系很好地描述校正实验((σ1μ1)(σmμm))=1+λ(T1-Tm)---(5)]]>其中，λ是温度系数(单位1/K，在实践中，常常为％每K)，这是校准常数，通常对于碳钢约为(0.03...0.2)％每K。此线性近似关系在小于50K的温度间隔内非�：糜�。如果需要的话，可以在该近似关系中包括较高次项。单位K(开尔文)用于表示温差，一个开尔文对应于1摄氏度的温差。
公式(4)和(5)一起给出dm=d1(1+λ(T1-Tm))τc,mτc,1---(6)]]>在独立的校正实验中不需要确定温度系数λ。λ例如也可以按以下方式，在壁检查测量的过程中所测量的信号Vm(t) (m＝1，...，M；M＞2)的估算过程中确定。选择K个信号Vm(K＜M)的子集，对于该子集，假定由于腐蚀而导致的壁损失在时间方面是线性的。例如，该子集由在一时间段内获得的数据构成，该时间段如此之短，以至于由于腐蚀而造成的壁变薄非常小。如此，对于此子集，假设dm＝d1(1-(θm-θ1)) (7)其中ψ是以每时间单位内初始壁厚的部分损失(fractional loss)来表示的相对腐蚀速率(一般来说未知)。
可以按迭代方式确定公式(6)和(7)中的两个未知参数。例如，选择温度系数λ，且对于整个子集使用公式(6)来计算所有值dm。然后，使用公式(7)通过dm的线性回归来确定ψ的值。然后，温度系数λ变化，直到使用公式(7)的线性回归为最佳。这相当于最小化下列表示式 这种确定λ的方式也被称为自助(bootstrap)方法。
公式(6)是公式(4)的特殊形式。通过按照参考公式(4)或(6)所说明的方式确定壁厚dm，在温度是恒定的情况下利用特征值和壁厚之间的第一预先确定的关系(在此情况下，对于上述第一种特殊情况，公式(4)或(6))，以及在壁厚是恒定的情况下利用特征值和温度之间的第二预先确定的关系(对于上述第二种特殊情况，公式(4)或(6))。公式(6)显示，在根据信号Vm确定壁厚时，通过将与基准温度的温差((Tm-T1)，或更一般的(Tm-Tref))考虑在内，可以适当地确定经温度校正的壁厚dm。优选情况下，相同的基准温度用于估算所有信号Vm。
然而，显而易见，第一预先确定的关系可以具有其他形式，具体来说，当使用另一个特征时间或另一个特征值来从信号中提取量化的壁厚信息时，例如在EP 321 112或EP 0 910 784中那样。第一预先确定的关系不必具有分析形式，并且也可以是诸如将信号与壁厚相关联的校准图之类的经验关系。
此外，第二预先确定的关系也可以具有另一种形式。例如，可以使用校准图代替公式(5)那样的关系，将温度(适宜地为温差)与信号形状、特征值或壁厚校正相关联。
还显而易见的是，一般来说，对于本发明的方法，以哪种顺序执行壁厚的计算和温度校正无关紧要。例如，可以首先校正相应的信号或从温度的信号得出来的特征值，然后确定壁厚。或者，首先根据特征值确定未校正的壁厚，然后使用未校正的壁厚、校正的壁厚和温度之间的关系进行温度校正。另一种选择是同时执行温度校正和壁厚计算，公式(6)中表达了如何这样做的简单示例。在所有这些情况下，在温度是恒定的情况下利用特征值和壁厚之间的第一预先确定的关系，在壁厚是恒定的情况下利用特征值和温度之间的第二预先确定的关系。
示例作为示例，将讨论本发明的方法的应用，其中，在氢化裂解设备的空气冷却器的碳钢出口管中监测由于腐蚀而导致的金属厚度损失。此特定示例中的精确腐蚀监测的需求涉及高达每年3mm的过度的腐蚀速率，这可能是由于对设备的错误的操作造成的。在由于安全原因需要关闭设备之前，最大还可以允许金属壁厚减小1.5mm。如果不利条件占了优势，则设备必须在6个之内关闭。
操作条件再次被恢复到正常情况，但需要非常密切地监测腐蚀速率。在这种情况下腐蚀监测的目标是通过精确地测量腐蚀速率来确保设备的安全操作，以便可以确定可安全地对设备进行操作的剩余时间。此外，可以使用对腐蚀速率的测量来控制操作条件。此外，对腐蚀速率的测量提供了重新发生过度的腐蚀速率的情形的早期预报。
相应地，在78天的时段内执行6次测量序列。在每一次测量系列中，获得了在管道上选择的9个检查位置中的每一个检查位置处的瞬时涡流电流信号。为此，在每一个检查位置的上方固定地安装定位框架，与PEC探测器协同操作，以便可以将PEC探测器重新定位在检查位置上方的狭窄的容差内。
定位框架还包括了9mm厚的陶瓷温度防护罩，以便最大限度地防止PEC探测器被管道的热量加热，这可能会对信号产生影响。PEC测量的一个特别的优点是，可以通过绝缘层执行测量。仍然会发生探测器被加热的现象，然而发现，这只对信号的总体幅值有影响，而不会对临界时间产生严重的影响。
PEC探测器包括发射器线圈和接收器线圈。在借助于恒定电流给发射器线圈通电、突然切断电流供应并感测在感应线圈中感应的作为时间t的函数的电压之后来测量各信号，直到停止电流供应之后290ms。信号被放大，并由模拟-数字转换器数字化，该模拟-数字转换器以N个规律的时间间隔(长度为ΔtADC，通常为60μs)对电压进行采样。
对于每一个检查位置和检查时间，使用红外测温仪测量管道的温度。
测量的信号具有如图2所示的总体形状。现在将讨论对于特定的一个检查位置测量的6个信号Vm(t)(m＝1，...，6)的处理和评价。
对于每一个信号，以下列方式确定临界时间τC，m。在模拟到数字转换器之后，每一个信号Vm都包括数字的阵列vm(q.ΔtADC)(q＝1，...，Q)，这可以在计算机的存储器中进行处理。
由于使用了定位框架，在每一个检查时间θm探测器与管道的近表面的提升Lm的变化很�。琇1≅L2≅...≅L6.]]>使用脉冲回波超声波测量设备测量时间θ1处在检查开始时的壁厚为d1＝12.8mm。
作为信号V1、V2、V3的平均值来计算参考信号vREF(qΔtADC)=13Σm=13vm(qΔtADC)---(9)]]>当用于进行平均的信号之间的差不太大时，如在此情况下，参考信号代表了信号的总体形状。参考信号适于公式(1)。通过最小化下列公式来确定参数s0，REF，n和τc，REFχ02=Σq=Q1Q2(vREF(qΔtADC)-s(t;τc,REF))2---(10)]]>使用S(t；τC，REF)作为在公式(1)中给出的表示式，其中，Q1＝t1/ΔtADC和Q2＝t2/ΔtADC被四舍五入到最近的整数，t1＝3ms(小于信号的临界时间)和t2＝100ms(大于信号的临界时间)。
为了确定信号Vm的临界时间τC，m，假设下列关系成立vm(t)=smvREF(t)s(t;τc,m)s(t;τc,REF)---(11)]]>
此公式包括因子Sm，该因子在所有提升Lm相同的情况下预计为1，但允许对提升中的小偏差进行补偿，或对接收器中的放大器的增益的偏差(例如，由于探测器温度的变化产生)进行补偿。
然后，通过对于每一个信号Vm最小化下列公式，可以确定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数，t3＝0.2*τC，REF和t4＝4*τC，REF。
6个临界时间τc，m被直接用作信号Vm的特征值Φm。根据τc，m，以参考公式(4)-(8)所说明的方式来确定与检查时间θm有关的并进行了校正以消除温度的影响的壁厚值dm，其中，利用自助方法来确定λ。在此情况下，在自助方法中使用了所有6个检查时间的数据。表1中显示了经温度校正的壁厚数据的结果。为了进行比较，表1的最后一列显示了没有应用根据本发明的温度校正而确定的壁厚值。这相当于公式(6)中的设置λ＝0。
表1
图3和4分别作为检查时间的函数说明了经校正的和未校正的壁厚度数据。所指出的误差棒是基于经验估计出来的，并将回归分析和重复测量的经验的结果考虑在内。然而，误差棒没有明确考虑温度的影响。对于已校正的数据，数据点在与壁厚随着时间而线性下降一致的误差线之内。通过线性回归，获得了每年1.1mm的腐蚀速率。这意味着，在检查位置处管道的剩余使用时间大致为1.5mm/(1.1mm/年)，即，大约1.4年。此外，壁厚数据没有指出具有过高的腐蚀速率的时间段。
显而易见，如果图4的未校正的壁厚值将被用于进行评估，将会得出不同的结论。似乎在第三和第五检查时间之间壁厚增大，这是似是而非的，并会破坏数据的可信性。另一方面，示出了第二和第三检查时间之间的过度的腐蚀速率。如果通过线性回归根据数据确定腐蚀速率，则会获得值0.26mm/年，这相当于5.8年估计的剩余使用时间。因此，使用不进行温度校正的壁厚数据来监测腐蚀，会导致腐蚀速率被低估，因此会导致不安全的操作条件。
温度校正的大小取决于设备的温度变化的程度。甚至在稳定的操作条件下，设备的某些部分的温度可能会由于环境影响轻易变化20到30℃。在其它情况下，操作条件的变化可能会导致高达250℃的温度变化。申请人发现，温度系数λ的典型值为0.11％每K。如果没有进行根据本发明的温度校正，则PEC壁厚读数的预期的波动范围，在稳定的操作条件下通常大约为壁厚的σT＝3％，且当操作条件变化时可以高达σT＝30％。σT也被称为由于温度改变导致的PEC壁厚测量的可重复性。申请人发现，此幅度范围内的温度波动占PEC壁厚测量的总体可重复性的大部分。可重复性可以被定义为相同的操作员使用相同设备在不同的时间点对相同对象所进行的测量的标准偏差。可重复性也被称为测量的精度。
精炼厂或化工厂的工艺设备的设计寿命通常是20年。通常选择在操作条件下耐腐蚀性的材料。在设计寿命内壁损失的最大允许值通常不超过初始壁厚的50％，这样，最大腐蚀速率将是50％/20年＝2.5％每年。当应用腐蚀监测方法时，该方法的测量可重复性确定响应时间，即，腐蚀监测方法检测显著的壁损失所花的时间。例如，当两次测量之间的壁损失超过 时，则该壁损失被视为显著的，其中，σtot是壁厚测量的总的可重复性，因子 反映损失是两次测量值之间的差这样一个事实。因此，响应时间大约为 年。
甚至在具有稳定的操作条件的设备中，使用用于测量的而不进行温度校正的σtot＝σT＝3％的情况下，计算出1.7年的响应时间。具有这样长的响应时间的方法不适用于大多数情况。显而易见，对于操作条件也将变化从而σtot＝σT≈30％的系统，会产生不现实的很长的响应时间，超过17年。
申请人发现，对于实际有用的壁厚监测方法，至少需要σtot＝1％的可重复性。通过使用本发明的方法，获得了σtot≈0.5％的可重复性，甚至低到σtot≈0.2％，其中，温度变化至少20K。
为了确定腐蚀速率，适于监测比较长的时间内的壁厚。优选情况下至少为两个星期，更优选情况下至少为一个月，至少为两个月则更佳。优选情况下，壁厚在至少3个检查时间，更优选在至少5个检查时间进行监测。
现在将讨论本发明的特定实施例。现在请参看5。该图显示了图1的被监测的检查对象1和涡流电流探测器5，其中，在探测器5和检查对象1之间放置了导电板的形式的参考对象31。该板31平行于近表面15，并与近表面15形成了间隙35。该间隙防止了检查对象和参考对象看来好象形成单个导电壁。在由参考板31和间隙35所限定的空间周围，提供了热绝缘装置38，该装置可使板31适用于检查对象1的温度。适宜地，参考板是比检查对象1薄得多的片，例如，大约为被检查的估计壁厚的十分之一。适宜地，间隙35的宽度大约为参考板的厚度。例如，对于壁厚大约为10mm的检查对象，适宜地，可以选择厚度约为0.1-2mm的参考板和间隙。
当给发射器线圈7通电并突然断电时，在参考板31中产生瞬时涡流电流，该电流通过参考板扩散，在间隙38中产生电磁�。垂从衷诩觳槎韵�1中产生涡流电流。参考对象31和检查对象1中的随时间变化的涡流电流一起在接收器线圈8的位置产生随时间变化的辅助电磁�。酶ㄖ绱懦⊥ü邮掌飨呷Ω杏π藕�。
现在将讨论如何使用探测器和被监测的对象之间的参考对象作为测量中的内部标准，该标准允许对温度影响进行校正。
现在请参看6，该图概要显示了可以从如图5所示的测量配置获取的信号41。该信号具有与参考板31有关的分量43和与检查对象1有关的分量44。假定信号41是分量43和44的叠加。参考对象和检查对象具有不同的提升，并且适宜地在厚度方面也不同，并被间隙35分开。这允许区别和识别与两个对象有关的信号分量。参考对象31比检查对象1具有较小的提升和较低的厚度。因此，与和检查对象1有关的信号分量44的初始值Ii和特征时间τi相比，信号分量43具有较高的初始值Ir和较早的特征时间τr。在总信号41中，参考板的影响在初始部分显现出来。
当检查对象1的温度发生变化时，参考对象的温度也会由于热接触而发生变化。适宜地，绝缘装置38设置成使温度彼此尽可能地接近。
如上文所讨论的，温度变化对从瞬时涡流电流测量获取的信号41的形状产生影响。具体来说，特征时间一般来说将会移动，这种影响涉及特征时间τr和τi两者。然而，由于已知参考板的厚度仍保持不变，则通过使用信号的初始部分(在临界时间τr之后)(参考板31的贡献占主导地位)，可以针对温度变化对信号进行校正。
例如，如果在不同温度下在相同检查位置测量第一和第二信号，信号的初始部分将相对于彼此移动。通过移动整个第二信号以便初始部分重叠第一信号的初始部分，并且临界时间τr保持不变，第二信号被转换为第一测量的温度。在第一信号和移动的第二信号之间的临界时间τi的差现在可以直接起因于检查对象的壁厚的变化。显然，信号的实际移动不是必需的，当对信号进行处理，以便确定在各种时刻检查对象的诸如壁厚之类的属性，并对温度的影响进行校正时，温度对信号43的影响也可以以另一种方式加以考虑。
取决于在将发射器7断电之后接收器8可以被操作之前所花的时间，可以不获取总信号的最初始的部分。然而，可以检测在临界时间τi之后信号43的尾部就足够了。
权利要求
1.一种使用包括发射器装置和接收器装置的脉冲涡流电流探测器来监测具有导电壁的对象的壁厚的方法，该方法包括选择壁上的检查位置；在多个检查时间θm(m＝1...，M；M≥2)，将探测器放置在相对于该检查位置的预先确定的位置，通过激励发射器装置在对象中感应瞬时涡流电流，用接收器装置记录信号Vm；以及根据每一个信号Vm确定与检查时间θm有关的壁厚dm，其中，考虑了在检查时间θm于检查位置处对象的温度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，每一个信号Vm都作为时间t的函数来记录并表现出在特征时间τm处的特征变化，其中，确定壁厚dm的步骤包括根据信号Vm确定特征值Φm，该特征值是特征时间τm的度量，以及包括根据特征值Φm确定壁厚dm，其中，对于温度是恒定的情况利用特征值和壁厚之间的第一预先确定的关系，对于壁厚是恒定的情况利用特征值和温度之间的第二预先确定的关系。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，该方法进一步包括根据壁厚值dm估计每时间单位壁厚变化的速率。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，壁厚变化是由于腐蚀而产生的，以及其中，腐蚀速率被确定。
5.根据权利要求1-4中的任何一个权利要求所述的方法，其中，绝对壁厚被监测。
6.根据权利要求1-4中的任何一个权利要求所述的方法，其中，选择参考壁厚，以及其中，监测相对于参考壁厚的相对壁厚。
7.根据权利要求1-6中的任何一个权利要求所述的方法，其中，检查时间θm跨越至少两个星期，优选情况下为至少一个月的时间段。
8.根据权利要求1-7中的任何一个权利要求所述的方法，其中，壁厚在至少3个检查时间θm进行监测。
9.根据权利要求1-8中的任何一个权利要求所述的方法，其中，通过在激励发射器装置之前，将具有参考厚度的导电参考对象放置在探测器和检查对象之间并与检查对象进行热接触来将在检查位置处对象的温度考虑在内，以便每一个信号Vm都具有与参考对象中的涡流电流有关的分量以及与被监测的对象中的涡流电流有关的分量；以及其中，通过使用与参考对象中的涡流电流有关的信号分量来将温度对信号Vm的影响考虑在内。
全文摘要
一种使用包括发射器装置和接收器装置的脉冲涡流电流探测器来监测具有导电壁的对象的壁厚的方法，该方法包括选择壁上的检查位置；在多个检查时间θ
文档编号G01B7/06GK1726379SQ200380106436
公开日2006年1月25日 申请日期2003年12月17日 优先权日2002年12月19日
发明者保罗斯·卡洛勒斯·尼古拉阿斯·克劳森 申请人:国际壳牌研究有限公司
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