[发明专利]基于多传感器融合的高温炼化管道在线监测方法

说明书

本发明涉及一种基于多传感器融合的高温炼化管道在线监测方法，属于管道检测技术领域；在传统FSM技术的基础上，发现了FSM技术在测量时存在信号处理单元发生漂移，即信号处理单元放大倍数发生了变化，并产生了零点失调电压，造成数据处理过程中壁厚测量产生巨大误差的问题。本文在保留传统直流FSM优点的基础上,结合FSM和超声波的优点，利用多传感器融合手段，研究一种监测范围大、长期稳定性良好的高温管道缺陷在线监测技术，很好地克服了传统FSM的不足，提高了作为长期在线监测技术的准确性和可靠性，对FSM技术在高危管道的应用有很大的实用意义。

技术领域

本发明属于管道检测技术领域，具体涉及基于多传感器融合的高温炼化管道在线监测方法。

背景技术

在石化行业，必须对高温管道的安全性加以足够的重视，因为高温管道一旦发生泄漏，其内的高温介质将会喷涌而出，与空气接触后会立即起火爆炸。因此为了保障生命财产安全，应该定时对高温管道进行检测，而更好的方式是对其进行不间断的在线监测。目前很多石化企业大量采用超声波定点监测技术对管道进行安全监测，该种技术具有性能稳定、监测精度高等特点。但是由于管道发生缺陷的位置非常随机，而超声波检测的范围非常有限，因此极易造成漏检。而场指纹技术(Field Signature Method，FSM)是一种监测范围很广的管道缺陷在线监测技术，能够以较高精度检测均匀腐蚀、局部腐蚀、点蚀等缺陷，但其高温下的长期稳定性较差。因此本文将结合FSM和超声波的优点，利用多传感器融合技术，研究一种监测范围大、长期稳定性良好的高温管道缺陷在线监测技术。

场指纹技术是一种基于电位降法(Potential Drop，PD)的金属管道缺陷在线监测技术，在被测管道外壁上按照一定规律布置测量电极矩阵，管道轴线上相邻两个测量电极对应的金属区域可以等效为一个电阻。在被测管道两端施加恒流激励电流，当管道发生腐蚀等缺陷时，等效电阻的阻值增大，从而导致测量电极间的电压升高，通过信号的变化即可分析被测管道的缺陷情况。为了消除背景噪声等干扰因素对测量的影响，FSM系统中有一块参考板，参考板放置在被测管道外壁并进行良好保护，不会发生腐蚀等缺陷。如图1所示。

一对测量电极所监测的测量区域的腐蚀情况由指纹系数(FC值)判断：

式中：Vi(t0),Vi(tx)为电极对i在t0和tx时刻的电压；Vref(t0)，Vref(tx)—参考电极对在t0和tx时刻的电压。

当前计算壁厚(wall thickness，WT)的公式为：

相对于其它常用无损检测技术而言，FSM具备以下优点：

①监测面积大。FSM可以同时布置数百对测量电极，实现对被测管道大面积的在线监测；

②使用寿命长。FSM的测量电极不存在损耗问题，因此理论上其使用寿命等同于被测管道的使用寿命；

③工作温度高。FSM可以对500℃以上的金属管道进行长期在线监测。

但是根据公式(1)可知，FSM每次测量的数据都必须与设备安装时测量的原始数据进行比对，然而在高温环境下，被测管道的强噪声以及仪器系统的老化等因素，会造成测量数据发生非常明显的漂移现象，从而导致最终的管道壁厚检测结果发生很大的误差。如图2所示，某FSM系统的壁厚值在某段时间内发生了严重的波动，甚至发生了壁厚损失量为负值的情况，等效于管壁增厚，这显然是有悖于自然规律的。

电如图3和4所示，磁超声检测是一种无需耦合剂的超声波检测方法，它利用电磁感应的原理结合机械力场作用直接在被测金属表面产生超声波，被测金属将作为换能器的一部分参与到超声波的产生中，其中将不存在传感器与被测金属的声场耦合，取而代之的是电磁场的耦合，故使用时不需要任何介质来做耦合剂，甚至传感器都不需要跟被测金属接触。与压电超声波检测相比较，电磁超声检测具有以下突出的优点：