基于電位矩陣法的

鋼制管道腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)及系統(tǒng)

FieldSignatureMethod-FSM

四川大學(xué)測(cè)控系

2012年12月4日

基于電位矩陣法的

鋼制管道腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)及系統(tǒng)

FieldS1目錄背景原理簡(jiǎn)介國(guó)內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀系統(tǒng)研究性能及前景目錄背景21、背景管道腐蝕是一個(gè)緩慢的過程，除均勻腐蝕外，還存在沖蝕，坑蝕。實(shí)踐表明，坑蝕（pitcorrosion)、沖蝕(localcorrosion)，危害性遠(yuǎn)大于均勻腐蝕（generalcorrosion）。（以四川的天然氣主管道為例，有的管段在兩年左右就發(fā)生了腐蝕穿孔，有的管段則可達(dá)十余年。）1、背景管道腐蝕是一個(gè)緩慢的過程，除均勻腐蝕外，還存在沖蝕，3失效的基本形式穿孔油管及鉆具管體、地面集輸管線、注水管線開裂油管接箍開裂、油管及鉆具管體斷裂、地面管線開裂減薄油管管體、地面管線腐蝕的基本類型沖刷腐蝕縫隙腐蝕電偶腐蝕細(xì)菌腐蝕H2S/CO2電化學(xué)腐蝕失效的基本形式4設(shè)計(jì)余量：70%（3mm/10mm)上圖中普遍坑深：2-3.5mm?？游g一但發(fā)生，容易發(fā)展。設(shè)計(jì)余量：70%（3mm/10mm)上圖中5鋼制管道腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)及系統(tǒng)課件6塔里木某聯(lián)合作業(yè)區(qū)歷年腐蝕穿孔統(tǒng)計(jì)

塔里木某聯(lián)合作業(yè)區(qū)7大量調(diào)研表明，當(dāng)一小段管道發(fā)生坑蝕時(shí)，內(nèi)外環(huán)境相似的相鄰數(shù)公里管道內(nèi)腐蝕狀況是相似的，這就為監(jiān)測(cè)局部進(jìn)而推斷全局提供了依據(jù)。目前國(guó)外的情況是10至20公里設(shè)一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。(基于電位矩陣法的鋼制管道腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng))

由于煉油廠中管道系統(tǒng)各處的管徑，管厚，材質(zhì)、流量、流速、壓力、溫度和介質(zhì)變化大，故在煉油廠對(duì)重要和易出問題的部位應(yīng)逐一安裝該系統(tǒng)。大量調(diào)研表明，當(dāng)一小段管道發(fā)生坑蝕時(shí)，內(nèi)外環(huán)境相似的相鄰數(shù)公81.電位矩陣法（FSM）原理簡(jiǎn)介

IUi，j=IxRi，jRi，j=ρL/（whi，j）原理說明：電指紋法（FSM-FieldSignatureMethod）Ui，j︱t0=IxRi，jRi，j︱t0=ρL/（whi，j）Ui，j︱tm=IxRi，jRi，j︱tm=ρL/（whi，j）>…>…>1.電位矩陣法（FSM）原理簡(jiǎn)介

IUi，j=IxR9一個(gè)比較實(shí)際的系統(tǒng)(單位：ppt,Partperthousand)由公式可知:初始測(cè)量時(shí)，F(xiàn)Ci=0tx時(shí)刻測(cè)量時(shí)，如果局部區(qū)域（坑蝕）腐蝕存在，測(cè)量電極之間的電阻將增加，相應(yīng)的電壓增加使得FC值大于零。溫度變化,激勵(lì)電流變化使Vi和Vref同比例變化,測(cè)量不受影。由于腐蝕/沖蝕是一種不可逆的化學(xué)和物理現(xiàn)象，故FC值理論上是隨時(shí)間而單調(diào)增加的。

任一對(duì)測(cè)量電極所代表的局部腐蝕(坑蝕)程度由指紋系數(shù)（FC值）判斷：一個(gè)比較實(shí)際的系統(tǒng)102、國(guó)外現(xiàn)狀及動(dòng)態(tài)

1983年，由挪威學(xué)者H.Hangestad首次提出。該方法和技術(shù)具有可靠性特別高，安全性好和溫度適應(yīng)范圍特別大的優(yōu)點(diǎn)。由于極間電壓也只有幾十μV，而腐蝕引起的電壓變化只有0.1μV數(shù)量級(jí)。受當(dāng)時(shí)元器件和儀表工業(yè)水平的限制，這一技術(shù)沒有得到發(fā)展和實(shí)際應(yīng)用。2、國(guó)外現(xiàn)狀及動(dòng)態(tài)1983年，由挪威學(xué)者H.Hanges11

1995年以后，在海底管道腐蝕監(jiān)測(cè)的迫切需求下，挪威CorrOcean公司和英國(guó)的Rowan公司開發(fā)了比較實(shí)用的FSM產(chǎn)品。很多學(xué)者對(duì)相關(guān)技術(shù)做出大量的研究和貢獻(xiàn)。最具代表性的有： 1995年，挪威R.Strommen等人提出了改進(jìn)的FSM的模型，通過增加一參考板，減少了溫度變化的影響；提出了場(chǎng)指紋系數(shù)Fc概念和算法，使FSM在海底管道和海底重要構(gòu)件的腐蝕監(jiān)測(cè)上得到了較廣泛地應(yīng)用。受當(dāng)時(shí)計(jì)算技術(shù)的限制，F(xiàn)SM在原理上的局限性還沒有被認(rèn)識(shí)到，坑蝕的計(jì)算還是以經(jīng)驗(yàn)公式為主，例如當(dāng)諸Fc不均勻時(shí)，采用3-5倍的系數(shù)來給出坑蝕量。1995年以后，在海底管道腐蝕監(jiān)測(cè)的迫切需求下，挪威Cor122008年，英國(guó)學(xué)者D.MFarrell和A.Daaland等人在仿真計(jì)算的基礎(chǔ)上，認(rèn)識(shí)到了當(dāng)電流經(jīng)過坑蝕區(qū)域時(shí)，均勻電流將受到擾動(dòng)，導(dǎo)致系統(tǒng)的精度下降。由于坑蝕大小、深度和位置的隨機(jī)性，使電流場(chǎng)的分布計(jì)算變得很復(fù)雜且沒有確定性。2008年，英國(guó)學(xué)者D.MFarrell和A.Daalan132009年英國(guó)帝國(guó)理工ImperialCollege的G.Sposito,P.Cawley等人認(rèn)識(shí)到了因坑蝕導(dǎo)致電流重新分配，導(dǎo)致電位變化不再呈線性的問題。在坑蝕位置已有先驗(yàn)知識(shí)的條件下，提出了用電位圖（PotentialDropMapping）來檢測(cè)坑蝕情況，給出的電位探針間距最優(yōu)解沒有普適性。2009年英國(guó)帝國(guó)理工ImperialCollege的G142007年，美國(guó)KjellWold、GeirfinnSimes等人提出FSM新的發(fā)展方向?yàn)檫h(yuǎn)距離無線監(jiān)控。下面介紹FSM系統(tǒng)在海底管道,化工廠和埋地管道腐蝕監(jiān)測(cè)方面的應(yīng)用:2007年，美國(guó)KjellWold、GeirfinnSi152.國(guó)內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀海底管道，重要構(gòu)件檢測(cè)2.國(guó)內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀海底管道，重要構(gòu)件檢測(cè)16海底管道應(yīng)用BPExploration(NorthAfrica),(GulfofMexico)世界上最大的石油/石化集團(tuán)。全球500強(qiáng)中排前五名.(中海油2套)注意:1有三種傳感器。2安裝方式:同質(zhì)測(cè)量管.海底管道應(yīng)用BPExploration(NorthA17鋼制管道腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)及系統(tǒng)課件18煉油廠應(yīng)用煉油廠應(yīng)用19鋼制管道腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)及系統(tǒng)課件20煉油廠應(yīng)用：(英國(guó)Humber煉油廠,99年4套,00年1套,由于效果很好2001年加8套).應(yīng)用1(常溫,設(shè)計(jì)檢測(cè)的腐蝕類型:均勻腐蝕)管徑:76mm管厚:6.7mm(30%=2.04mm)溫度:65oC年腐蝕率:0.08mm/Year!25年煉油廠應(yīng)用：(英國(guó)Humber煉油廠,99年4套21煉油廠應(yīng)用2(常溫)管徑:254mm管厚:9.7mm(30%=2.91mm)溫度:65.5oC類型:均勻/沖蝕★★★★年腐蝕率:0.38mm/Year.!!(7.6年2.91mm)只能用7.6年,需要當(dāng)心了!!!煉油廠應(yīng)用2(常溫)22煉油廠應(yīng)用3(高溫)★★★★管徑:355mm管厚:13mm(30%=3.9mm)溫度:349oC類型:局部腐蝕年腐蝕率:0.08mm/Year!(48年3.9mm)煉油廠應(yīng)用3(高溫)★★★★23埋地管道應(yīng)用(龍崗2,普光23,克拉瑪依2,吉林?)埋地管道應(yīng)用(龍崗2,普光23,克拉瑪依2,吉林?)24鋼制管道腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)及系統(tǒng)課件25鋼制管道腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)及系統(tǒng)課件26鋼制管道腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)及系統(tǒng)課件27埋地管道應(yīng)用(中東)埋地管道應(yīng)用(中東)281.便攜式(已有產(chǎn)品)2.電纜連接(已有產(chǎn)品)3.太陽能+無線數(shù)據(jù)(有研究動(dòng)向報(bào)道,未見應(yīng)用產(chǎn)品)4.產(chǎn)品國(guó)內(nèi)空白1.便攜式(已有產(chǎn)品)29TZ721井進(jìn)站管線FSM腐蝕監(jiān)測(cè)TZ721井進(jìn)站管線FSM腐蝕監(jiān)測(cè)30特點(diǎn)!和漏磁法、超聲波法、渦流傳感器、電阻探針和電感探針相比較[4,5,6]，基于FSM的測(cè)試系統(tǒng)在概念上有傳感器，但在實(shí)體上沒有傳感器。(傳感器三要素:敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和轉(zhuǎn)換電路即管體本身。)基于FSM特別突出的特點(diǎn)，它在實(shí)用上有如下優(yōu)點(diǎn)：特點(diǎn)!和漏磁法、超聲波法、渦流傳感器、電阻探針和電感探31國(guó)外FSM產(chǎn)品和技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)不再次開挖掩埋層、在線、可靠性和精度高。直接檢測(cè)局部典型范圍內(nèi)的腐蝕量、腐蝕速率、坑蝕、焊縫腐蝕、沖蝕。測(cè)量元器件在測(cè)量過程中不暴露在易腐蝕、易磨損和高壓環(huán)境中。（參閱下面二個(gè)對(duì)比的反例）在管道(容器)上進(jìn)行裝配時(shí)無需開孔和停產(chǎn)，不會(huì)導(dǎo)致泄漏危險(xiǎn)。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的使用期限由管道的使用壽命決定。測(cè)量系統(tǒng)在整個(gè)使用過程中幾乎沒有消耗?？梢栽诟哌_(dá)500℃的溫度下使用。國(guó)外FSM產(chǎn)品和技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)不再次開挖掩埋層、在線、可靠性和精322009年9月份塔中6氣體站電阻探針腐蝕形貌2008.10.30～2009.9.17，監(jiān)測(cè)周期：322天，腐蝕速度0.4941mm/a水平1井卸油臺(tái)至1#2#閥組試片腐蝕形貌腐蝕如此嚴(yán)重結(jié)果已不可靠2009年9月份塔中6氣體站電阻探針腐蝕形貌2008.1033國(guó)外FSM產(chǎn)品和技術(shù)的不足理論上不完善（牽扯效應(yīng)，小腐蝕坑不可分問題）數(shù)據(jù)解釋較復(fù)雜。（坑蝕和焊縫損失數(shù)據(jù)要傳回CorrOcean公司數(shù)據(jù)處理中心處理。）產(chǎn)品價(jià)格昂貴。后續(xù)服務(wù)昂貴、不便。國(guó)外FSM產(chǎn)品和技術(shù)的不足理論上不完善數(shù)據(jù)解釋較復(fù)雜。產(chǎn)品價(jià)343.FSM技術(shù)和系統(tǒng)研究、研制3.1目標(biāo)

研制的系統(tǒng)，充分保持上述優(yōu)點(diǎn)，克服上述缺點(diǎn)，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白。3.2牽扯效應(yīng)，小腐蝕坑不可分問題的解決3.FSM技術(shù)和系統(tǒng)研究、研制3.1目標(biāo)3.2牽扯效35牽扯效應(yīng)（Drageffect）的解決一個(gè)電阻增加10%時(shí)

電壓差

理論計(jì)算局部區(qū)域減薄10%時(shí)電壓差

實(shí)際測(cè)試（高精度銑床，恒流源，電壓表）結(jié)論：牽扯效應(yīng)確實(shí)存在。對(duì)坑蝕精度有很大的影響。牽扯效應(yīng)（Drageffect）的解決一個(gè)電阻增加10%時(shí)36鋼制管道腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)及系統(tǒng)課件37

消去牽扯效應(yīng)后兩個(gè)電阻變化10%的FC值圖

消除牽扯效應(yīng)后三個(gè)電阻變化10%的FC值圖兩個(gè)電阻均變化10%FC值圖

三個(gè)電阻均變化10%FC值圖EI核心期刊《基于電位列陣的金屬管道坑蝕監(jiān)測(cè)研究》儀器儀表學(xué)報(bào),2011/01p.19-25。2.SCI期刊《Investigationofdrageffectinfieldsignaturemethod》,MeasurementScienceandTechnology.2012/01消去牽扯效應(yīng)后兩個(gè)電阻變化10%的FC值圖消除牽扯效應(yīng)38小腐蝕坑不可分問題在實(shí)際測(cè)量中，一個(gè)面積較大而深度較淺的腐蝕坑所產(chǎn)生的極間電壓變化值（當(dāng)前電壓值–初始電壓值）與一個(gè)面積較小而深度較深的腐蝕坑所產(chǎn)生的極間電壓變化值可能是相同的。

小腐蝕坑不可分問題在實(shí)際測(cè)量中，一個(gè)面積較大而深度較淺的腐蝕39主輔電壓法-判斷小蝕坑的直徑和深度

精度±10%(±1mm/10mm)主輔電壓法-判斷小蝕坑的直徑和深度

精度±10%(±1mm403.3研制的FSM系統(tǒng)類型、方案遙測(cè)型：GJ-T2（非防爆型），GJ-TF2（防爆型）(太陽能供電，無線通訊，可同時(shí)監(jiān)測(cè)2處，適合用于野外，沙漠，戈壁等。)市電型：GJ-S4(非防爆型)，GJ-SF4(防爆型)（市電供電，可同時(shí)在線監(jiān)測(cè)4處，適用于煉油廠，凈化廠等)便攜型：GJ-BF1(防爆型)，,GJ-B1(非防爆型)（每次檢測(cè)1處，適用于多處定期巡檢）3.3研制的FSM系統(tǒng)類型、方案遙測(cè)型：GJ-T2（非防41無線發(fā)收模塊遠(yuǎn)程主機(jī)中國(guó)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)太陽能充電器狀態(tài)電池容量狀態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)狀態(tài)啟動(dòng)檢測(cè)命令溫度激勵(lì)電流被測(cè)管道電位場(chǎng)，指紋系數(shù)日期短信貓RS485也可是：T型，L型，Y型管焊縫安裝在外部的電極矩陣數(shù)據(jù)采集箱控制箱可同時(shí)監(jiān)測(cè)2處遙測(cè)型：GJ-T2（非防爆型），GJ-TF2（防爆型）(太陽能供電，無線通訊，可同時(shí)監(jiān)測(cè)2處，適合用于野外，沙漠，戈壁等。)太陽能電池DC5V無線發(fā)收模塊遠(yuǎn)程主機(jī)中國(guó)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)太陽能充電器狀態(tài)短信貓RS442RS485（最大500米）中央控制室市電220V也可是：T型，L型，Y型管焊縫安裝在外部的電極矩陣本安數(shù)據(jù)采集箱防爆控制箱可同時(shí)監(jiān)測(cè)4處市電型：GJ-S4(非防爆型)，GJ-SF4(防爆型)（市電供電，可同時(shí)在線監(jiān)測(cè)4處，適用于煉油廠，凈化廠等)RS485（最大500米）中央控制室市電220V也可是：T型43通訊線電源線To：中央控制室（20-60米）220V交流300W恒流源模塊3V120A直流變壓器+全波整流+超級(jí)電容主控單片機(jī)+多路DCDC模塊隔爆型控制電箱3-6米防爆電纜1本電箱全部插頭、插座為防爆型3-6米防爆電纜23-6米防爆電纜33-6米防爆電纜4防爆電纜5多路互隔離超高精度AD多路互隔離單片機(jī)組模擬開關(guān)組（8點(diǎn)一組最大48組）多路互隔離精密前置放大器組本安型集電箱485防爆電纜線6中心控制室通訊線電源線To：中央控制室（20-60米）220V交流3044插頭可現(xiàn)場(chǎng)插拔RS232

PC機(jī)辦公室充電器也可是：T型，L型，Y型管焊縫安裝在外部的電極矩陣本安數(shù)據(jù)采集箱防爆控制箱每次檢測(cè)1處便攜型：GJ-BF1(防爆型)，,GJ-B1(非防爆型)（每次檢測(cè)1處，適用于多處定期巡檢）......便攜箱插頭可現(xiàn)場(chǎng)插拔RS232PC機(jī)充電器也可是：454.目前的研制結(jié)果及前景4.1結(jié)果（已完成原理樣機(jī)，下一步三臺(tái)工程樣機(jī)在中石油，中石化，煉油廠試用）程序界面4.目前的研制結(jié)果及前景46鋼制管道腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)及系統(tǒng)課件47管道腐蝕報(bào)告地點(diǎn)：時(shí)間：2011年7月19日均勻腐蝕率：1.087mm/yr最大腐蝕量：0.27mm0.19mm0.16mm0.12mm0.09mm對(duì)應(yīng)位置：P29-30P34-35P27-28P22-23P51-52管道腐蝕報(bào)告地點(diǎn)：時(shí)間：2011年7月19日均勻腐蝕率：484.2前景及時(shí)發(fā)現(xiàn)坑蝕/沖蝕腐蝕速率和腐蝕狀態(tài)，損傷和缺陷，根據(jù)輕重緩急,安排必要的維護(hù)和更換,確保供應(yīng)的可靠性，在經(jīng)濟(jì)和環(huán)保上有重大意義。碳鋼管道在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)仍然是高壓大孔徑長(zhǎng)距離的管道主選，本技術(shù)有良好和長(zhǎng)遠(yuǎn)的前景。（不銹鋼管成本是碳鋼管道的15到30余倍；而高分子材料管道在耐壓和老化方面有弱點(diǎn)）4.2前景49謝謝！謝謝！50基于電位矩陣法的

鋼制管道腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)及系統(tǒng)

FieldSignatureMethod-FSM

四川大學(xué)測(cè)控系

2012年12月4日

基于電位矩陣法的

鋼制管道腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)及系統(tǒng)

FieldS51目錄背景原理簡(jiǎn)介國(guó)內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀系統(tǒng)研究性能及前景目錄背景521、背景管道腐蝕是一個(gè)緩慢的過程，除均勻腐蝕外，還存在沖蝕，坑蝕。實(shí)踐表明，坑蝕（pitcorrosion)、沖蝕(localcorrosion)，危害性遠(yuǎn)大于均勻腐蝕（generalcorrosion）。（以四川的天然氣主管道為例，有的管段在兩年左右就發(fā)生了腐蝕穿孔，有的管段則可達(dá)十余年。）1、背景管道腐蝕是一個(gè)緩慢的過程，除均勻腐蝕外，還存在沖蝕，53失效的基本形式穿孔油管及鉆具管體、地面集輸管線、注水管線開裂油管接箍開裂、油管及鉆具管體斷裂、地面管線開裂減薄油管管體、地面管線腐蝕的基本類型沖刷腐蝕縫隙腐蝕電偶腐蝕細(xì)菌腐蝕H2S/CO2電化學(xué)腐蝕失效的基本形式54設(shè)計(jì)余量：70%（3mm/10mm)上圖中普遍坑深：2-3.5mm?？游g一但發(fā)生，容易發(fā)展。設(shè)計(jì)余量：70%（3mm/10mm)上圖中55鋼制管道腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)及系統(tǒng)課件56塔里木某聯(lián)合作業(yè)區(qū)歷年腐蝕穿孔統(tǒng)計(jì)

塔里木某聯(lián)合作業(yè)區(qū)57大量調(diào)研表明，當(dāng)一小段管道發(fā)生坑蝕時(shí)，內(nèi)外環(huán)境相似的相鄰數(shù)公里管道內(nèi)腐蝕狀況是相似的，這就為監(jiān)測(cè)局部進(jìn)而推斷全局提供了依據(jù)。目前國(guó)外的情況是10至20公里設(shè)一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。(基于電位矩陣法的鋼制管道腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng))

由于煉油廠中管道系統(tǒng)各處的管徑，管厚，材質(zhì)、流量、流速、壓力、溫度和介質(zhì)變化大，故在煉油廠對(duì)重要和易出問題的部位應(yīng)逐一安裝該系統(tǒng)。大量調(diào)研表明，當(dāng)一小段管道發(fā)生坑蝕時(shí)，內(nèi)外環(huán)境相似的相鄰數(shù)公581.電位矩陣法（FSM）原理簡(jiǎn)介

IUi，j=IxRi，jRi，j=ρL/（whi，j）原理說明：電指紋法（FSM-FieldSignatureMethod）Ui，j︱t0=IxRi，jRi，j︱t0=ρL/（whi，j）Ui，j︱tm=IxRi，jRi，j︱tm=ρL/（whi，j）>…>…>1.電位矩陣法（FSM）原理簡(jiǎn)介

IUi，j=IxR59一個(gè)比較實(shí)際的系統(tǒng)(單位：ppt,Partperthousand)由公式可知:初始測(cè)量時(shí)，F(xiàn)Ci=0tx時(shí)刻測(cè)量時(shí)，如果局部區(qū)域（坑蝕）腐蝕存在，測(cè)量電極之間的電阻將增加，相應(yīng)的電壓增加使得FC值大于零。溫度變化,激勵(lì)電流變化使Vi和Vref同比例變化,測(cè)量不受影。由于腐蝕/沖蝕是一種不可逆的化學(xué)和物理現(xiàn)象，故FC值理論上是隨時(shí)間而單調(diào)增加的。

任一對(duì)測(cè)量電極所代表的局部腐蝕(坑蝕)程度由指紋系數(shù)（FC值）判斷：一個(gè)比較實(shí)際的系統(tǒng)602、國(guó)外現(xiàn)狀及動(dòng)態(tài)

1983年，由挪威學(xué)者H.Hangestad首次提出。該方法和技術(shù)具有可靠性特別高，安全性好和溫度適應(yīng)范圍特別大的優(yōu)點(diǎn)。由于極間電壓也只有幾十μV，而腐蝕引起的電壓變化只有0.1μV數(shù)量級(jí)。受當(dāng)時(shí)元器件和儀表工業(yè)水平的限制，這一技術(shù)沒有得到發(fā)展和實(shí)際應(yīng)用。2、國(guó)外現(xiàn)狀及動(dòng)態(tài)1983年，由挪威學(xué)者H.Hanges61

1995年以后，在海底管道腐蝕監(jiān)測(cè)的迫切需求下，挪威CorrOcean公司和英國(guó)的Rowan公司開發(fā)了比較實(shí)用的FSM產(chǎn)品。很多學(xué)者對(duì)相關(guān)技術(shù)做出大量的研究和貢獻(xiàn)。最具代表性的有： 1995年，挪威R.Strommen等人提出了改進(jìn)的FSM的模型，通過增加一參考板，減少了溫度變化的影響；提出了場(chǎng)指紋系數(shù)Fc概念和算法，使FSM在海底管道和海底重要構(gòu)件的腐蝕監(jiān)測(cè)上得到了較廣泛地應(yīng)用。受當(dāng)時(shí)計(jì)算技術(shù)的限制，F(xiàn)SM在原理上的局限性還沒有被認(rèn)識(shí)到，坑蝕的計(jì)算還是以經(jīng)驗(yàn)公式為主，例如當(dāng)諸Fc不均勻時(shí)，采用3-5倍的系數(shù)來給出坑蝕量。1995年以后，在海底管道腐蝕監(jiān)測(cè)的迫切需求下，挪威Cor622008年，英國(guó)學(xué)者D.MFarrell和A.Daaland等人在仿真計(jì)算的基礎(chǔ)上，認(rèn)識(shí)到了當(dāng)電流經(jīng)過坑蝕區(qū)域時(shí)，均勻電流將受到擾動(dòng)，導(dǎo)致系統(tǒng)的精度下降。由于坑蝕大小、深度和位置的隨機(jī)性，使電流場(chǎng)的分布計(jì)算變得很復(fù)雜且沒有確定性。2008年，英國(guó)學(xué)者D.MFarrell和A.Daalan632009年英國(guó)帝國(guó)理工ImperialCollege的G.Sposito,P.Cawley等人認(rèn)識(shí)到了因坑蝕導(dǎo)致電流重新分配，導(dǎo)致電位變化不再呈線性的問題。在坑蝕位置已有先驗(yàn)知識(shí)的條件下，提出了用電位圖（PotentialDropMapping）來檢測(cè)坑蝕情況，給出的電位探針間距最優(yōu)解沒有普適性。2009年英國(guó)帝國(guó)理工ImperialCollege的G642007年，美國(guó)KjellWold、GeirfinnSimes等人提出FSM新的發(fā)展方向?yàn)檫h(yuǎn)距離無線監(jiān)控。下面介紹FSM系統(tǒng)在海底管道,化工廠和埋地管道腐蝕監(jiān)測(cè)方面的應(yīng)用:2007年，美國(guó)KjellWold、GeirfinnSi652.國(guó)內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀海底管道，重要構(gòu)件檢測(cè)2.國(guó)內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀海底管道，重要構(gòu)件檢測(cè)66海底管道應(yīng)用BPExploration(NorthAfrica),(GulfofMexico)世界上最大的石油/石化集團(tuán)。全球500強(qiáng)中排前五名.(中海油2套)注意:1有三種傳感器。2安裝方式:同質(zhì)測(cè)量管.海底管道應(yīng)用BPExploration(NorthA67鋼制管道腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)及系統(tǒng)課件68煉油廠應(yīng)用煉油廠應(yīng)用69鋼制管道腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)及系統(tǒng)課件70煉油廠應(yīng)用：(英國(guó)Humber煉油廠,99年4套,00年1套,由于效果很好2001年加8套).應(yīng)用1(常溫,設(shè)計(jì)檢測(cè)的腐蝕類型:均勻腐蝕)管徑:76mm管厚:6.7mm(30%=2.04mm)溫度:65oC年腐蝕率:0.08mm/Year!25年煉油廠應(yīng)用：(英國(guó)Humber煉油廠,99年4套71煉油廠應(yīng)用2(常溫)管徑:254mm管厚:9.7mm(30%=2.91mm)溫度:65.5oC類型:均勻/沖蝕★★★★年腐蝕率:0.38mm/Year.!!(7.6年2.91mm)只能用7.6年,需要當(dāng)心了!!!煉油廠應(yīng)用2(常溫)72煉油廠應(yīng)用3(高溫)★★★★管徑:355mm管厚:13mm(30%=3.9mm)溫度:349oC類型:局部腐蝕年腐蝕率:0.08mm/Year!(48年3.9mm)煉油廠應(yīng)用3(高溫)★★★★73埋地管道應(yīng)用(龍崗2,普光23,克拉瑪依2,吉林?)埋地管道應(yīng)用(龍崗2,普光23,克拉瑪依2,吉林?)74鋼制管道腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)及系統(tǒng)課件75鋼制管道腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)及系統(tǒng)課件76鋼制管道腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)及系統(tǒng)課件77埋地管道應(yīng)用(中東)埋地管道應(yīng)用(中東)781.便攜式(已有產(chǎn)品)2.電纜連接(已有產(chǎn)品)3.太陽能+無線數(shù)據(jù)(有研究動(dòng)向報(bào)道,未見應(yīng)用產(chǎn)品)4.產(chǎn)品國(guó)內(nèi)空白1.便攜式(已有產(chǎn)品)79TZ721井進(jìn)站管線FSM腐蝕監(jiān)測(cè)TZ721井進(jìn)站管線FSM腐蝕監(jiān)測(cè)80特點(diǎn)!和漏磁法、超聲波法、渦流傳感器、電阻探針和電感探針相比較[4,5,6]，基于FSM的測(cè)試系統(tǒng)在概念上有傳感器，但在實(shí)體上沒有傳感器。(傳感器三要素:敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和轉(zhuǎn)換電路即管體本身。)基于FSM特別突出的特點(diǎn)，它在實(shí)用上有如下優(yōu)點(diǎn)：特點(diǎn)!和漏磁法、超聲波法、渦流傳感器、電阻探針和電感探81國(guó)外FSM產(chǎn)品和技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)不再次開挖掩埋層、在線、可靠性和精度高。直接檢測(cè)局部典型范圍內(nèi)的腐蝕量、腐蝕速率、坑蝕、焊縫腐蝕、沖蝕。測(cè)量元器件在測(cè)量過程中不暴露在易腐蝕、易磨損和高壓環(huán)境中。（參閱下面二個(gè)對(duì)比的反例）在管道(容器)上進(jìn)行裝配時(shí)無需開孔和停產(chǎn)，不會(huì)導(dǎo)致泄漏危險(xiǎn)。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的使用期限由管道的使用壽命決定。測(cè)量系統(tǒng)在整個(gè)使用過程中幾乎沒有消耗?？梢栽诟哌_(dá)500℃的溫度下使用。國(guó)外FSM產(chǎn)品和技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)不再次開挖掩埋層、在線、可靠性和精822009年9月份塔中6氣體站電阻探針腐蝕形貌2008.10.30～2009.9.17，監(jiān)測(cè)周期：322天，腐蝕速度0.4941mm/a水平1井卸油臺(tái)至1#2#閥組試片腐蝕形貌腐蝕如此嚴(yán)重結(jié)果已不可靠2009年9月份塔中6氣體站電阻探針腐蝕形貌2008.1083國(guó)外FSM產(chǎn)品和技術(shù)的不足理論上不完善（牽扯效應(yīng)，小腐蝕坑不可分問題）數(shù)據(jù)解釋較復(fù)雜。（坑蝕和焊縫損失數(shù)據(jù)要傳回CorrOcean公司數(shù)據(jù)處理中心處理。）產(chǎn)品價(jià)格昂貴。后續(xù)服務(wù)昂貴、不便。國(guó)外FSM產(chǎn)品和技術(shù)的不足理論上不完善數(shù)據(jù)解釋較復(fù)雜。產(chǎn)品價(jià)843.FSM技術(shù)和系統(tǒng)研究、研制3.1目標(biāo)

研制的系統(tǒng)，充分保持上述優(yōu)點(diǎn)，克服上述缺點(diǎn)，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白。3.2牽扯效應(yīng)，小腐蝕坑不可分問題的解決3.FSM技術(shù)和系統(tǒng)研究、研制3.1目標(biāo)3.2牽扯效85牽扯效應(yīng)（Drageffect）的解決一個(gè)電阻增加10%時(shí)

電壓差

理論計(jì)算局部區(qū)域減薄10%時(shí)電壓差

實(shí)際測(cè)試（高精度銑床，恒流源，電壓表）結(jié)論：牽扯效應(yīng)確實(shí)存在。對(duì)坑蝕精度有很大的影響。牽扯效應(yīng)（Drageffect）的解決一個(gè)電阻增加10%時(shí)86鋼制管道腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)及系統(tǒng)課件87

消去牽扯效應(yīng)后兩個(gè)電阻變化10%的FC值圖

消除牽扯效應(yīng)后三個(gè)電阻變化10%的FC值圖兩個(gè)電阻均變化10%FC值圖

三個(gè)電阻均變化10%FC值圖EI核心期刊《基于電位列陣的金屬管道坑蝕監(jiān)測(cè)研究》儀器儀表學(xué)報(bào),2011/01p.19-25。2.SCI期刊《Investigationofdrageffectinfieldsignaturemethod》,MeasurementScienceandTechnology.2012/01消去牽扯效應(yīng)后兩個(gè)電阻變化10%的FC值圖消除牽扯效應(yīng)88小腐蝕坑不可分問題在實(shí)際測(cè)量中，一個(gè)面積較大而深度較淺的腐蝕坑所產(chǎn)生的極間電壓變化值（當(dāng)前電壓值–初始電壓值）與一個(gè)面積較小而深度較深的腐蝕坑所產(chǎn)生的極間電壓變化值可能是相同的。

小腐蝕坑不可分問題在實(shí)際測(cè)量中，一個(gè)面積較大而深度較淺的腐蝕89主輔電壓法-判斷小蝕坑的直徑和深度

精度±10%(±1mm/10mm)主輔電壓法-判斷小蝕坑的直徑和深度

精度±10%(±1mm903.3研制的FSM系統(tǒng)類型、方案遙測(cè)型：GJ-T2（非防爆型），GJ-TF2（防爆型）(太陽能供電，無線通訊，可同時(shí)監(jiān)測(cè)2處，適合用于野外，沙漠，戈壁等。)市電型：GJ-S4(非防爆型)，GJ-SF4(防爆型)（市電供電，可同時(shí)在線監(jiān)測(cè)4處，適用于煉油廠，凈化廠等)便攜型：GJ-BF1(防爆型)，,GJ-B1(非防爆型)（每次檢測(cè)1處，適用于多處定期巡檢）3.3研制的FSM系統(tǒng)類型、方案遙測(cè)型：GJ-T2（非防91無線發(fā)收模塊遠(yuǎn)程主機(jī)中國(guó)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)太陽能充電器狀態(tài)電池容量狀態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)狀態(tài)啟動(dòng)檢測(cè)命令溫度激勵(lì)電流被測(cè)管道電位場(chǎng)，