如何知道氣體管道腐蝕情況呢?正確追蹤腐蝕速率的變化對于天然氣管道操作員來說是個嚴峻的挑戰(zhàn)。可以利用光纖傳感器監(jiān)控腐蝕狀態(tài)。通過使用光纖傳感器測量管壁厚度,氣體管道工作人員可以追蹤并監(jiān)控管道腐蝕的速度,將傳感器與網絡控制儀表相連,可使工作人員遠程完成工作。
Fiber Optic systems Technology公司(FOX-TEK)開發(fā)出的一個解決方案,是將非常靈敏的FT光纖壁厚傳感器和網絡監(jiān)控儀器以及一個衛(wèi)星或者電池調制解調器結臺起來。這個系統(tǒng)可以從任何地方精確地遠距離追蹤管道腐蝕情況。該系統(tǒng)利用FT傳感器以及相連的監(jiān)控器表來測由腐蝕導致的每分鐘的壁厚變化。這個系統(tǒng)是非侵入式的,可以在管道外表面進行測量。位于管道或者壓力容器的外表面應力在不變的壓力和溫度下,其變化量與管壁厚度的變化成反比。通過比較所測應力變化與FT傳感器監(jiān)控器記錄的數據,以及設備的幾何信息,公司可以將來自傳感器的原始數據轉化成包含溫度,壓力彎曲應變和管壁變薄程度的有用參數。
FOX-TEK系統(tǒng)在監(jiān)控腐蝕方面有著廣泛的應用,可以監(jiān)控多種類型管道的腐蝕情況,尤其適用于追蹤通常的管壁損耗。利用FT傳感監(jiān)控器的“細胞”能力以及遠程供電,FOX-TEK可以遠程監(jiān)視管道。
傳感器的實用原則是低相干光干涉。傳感器是利用傳統(tǒng)的單模光纖制成的;光纖的小直徑和靈活性使傳感器能夠被封裝到那些適于監(jiān)控多種問題(包括腐蝕和管道彎曲問題)的外形結構中。
根據管道腐蝕情況來計算管道壁損耗,通常需要來自3個FT傳感器的應力信息。一個是位于受關注位置的傳感器,根據內部壓力、管道壁厚度表面溫度得出相應的應力信息。另兩個傳感器提供補償信號,使系統(tǒng)能夠根據操作溫度和壓力的差異分離信號成分。一旦完成補償,在關注區(qū)域測得的應力就與殘存的壁厚成反比(公式1):
此處ε=應力;P=內部壓力;
D=管道直徑;v=Poisson比率;
E=Young系數; t="壁厚"。
利用兩個FT傳感器之一來解調傳感器的光學信號。FT 3405主要用于連續(xù)監(jiān)控應用,并且通過交流電源供電,FT 3410由電池供電,并且外形更加緊湊,適用于室外階段性監(jiān)控應用。
FT 3405的可編程特性能夠對所有連接的FT傳感器制定一個自動掃描的時間表。所有從傳感器收集的數據都被儲存到永久性存儲器中??梢允苟鄠€3405相互連接,并將它們連接到一個數據傳輸系統(tǒng)中,使公司可以每天直接將數據傳輸到異地辦公室,減少所需的訪問數量。
操作人員安裝了額外的腐蝕取樣管端口,FOX-TEK人員則在兩個管道上的三處安裝了24個FT傳感器。15個線圈FT傳感器被安裝在底部或者時鐘6點處,4個FT傳感器被安裝在時鐘12點處作為壓力參考,還安裝了5個專用FT溫度傳感器。經過環(huán)氧處理后,引導光纜通過PVC管道迂回到一個外殼中。所有從管道線路上的FT傳感器系統(tǒng)中收集的信息都通過公司的數據管理和分析工具(DMAT)程序進行分析。DMAT被設計成與FOX-TEK設備協同工作,可模擬真實過程并生成報告。
壓力參考傳感器和壁厚傳感器受機械和熱應力的支配。DMAT內置調制解調器可以分離包含與壓力/溫度相關的原始應力信號,只有那些暗示壁厚變化的信號才可以被繪制出來。當DMAT被用于消除整體應力、壓力和溫度之間的耦合時,FOX-TEK分析人員獲得了一份曲線圖,圖中通過對其中一個壁厚傳感器的分析,顯示出目前的壁厚趨勢。
通過四個月收集到的數據與目前通過傳感器的平均管壁損耗速率最匹配的約為0.0012英寸每年。由于系統(tǒng)的敏感度為0.002英寸,這個腐蝕速度低于系統(tǒng)可測的靈敏度。
利用FOX-TEK FT傳感器系統(tǒng)監(jiān)控腐蝕具有可回收成本的好處,從難于接近的地方更快獲得腐蝕數據; 通過直接測量管道上受關注區(qū)域,獲得更可靠的數據;通過維持可靠的即時數據更好地進行檢查記錄;減少與檢查相關的人力成本;通過壽命終期評估獲得更長的運行時間等。