T-CSCP0002023承壓設備無損檢測電壓矩陣成像法在線監(jiān)測

T/CSCP0003-2023

承壓設備無損檢測電壓矩陣成像法在線監(jiān)測

1范圍

本文件規(guī)定了基于電位矩陣成像方法的無損監(jiān)測技術，包括監(jiān)測系統(tǒng)、監(jiān)測程序、監(jiān)測記錄和

方法概要等方面。

本文件適用于在役承壓設備及管道壁厚的在線連續(xù)監(jiān)測。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用

文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）

適用于本文件。

GB/T9445無損檢測人員資格鑒定與認證

NB/T47013.1承壓設備無損檢測第一部分：通用要求

3術語和定義

下列術語和定義適用于本文件。

承壓設備pressureequipment

是指承受一定壓力的設備，例如鍋爐、壓力容器和管道等。

電壓矩陣成像potentialmatrixmapping

基于電阻網(wǎng)格化測量原理，通過電壓信號測量承壓設備及管道壁厚缺陷的方法。

電壓比voltageratio

電極矩陣相鄰電極對間的實測電壓與該電極對在初始狀態(tài)電壓的比值。

溫度補償temperaturecompensation

依據(jù)被測對象監(jiān)測部位的溫度變化，對電極矩陣測得的電壓數(shù)據(jù)進行補償修正。

分辨率單位resolutionunit

用承壓設備及管道當前腐蝕深度與當前剩余壁厚的百分比，作為電壓矩陣成像的分辨率單位。

監(jiān)測精度monitoringaccuracy

用電壓矩陣監(jiān)測所得的結果與標準人工腐蝕缺陷對比的準確程度。

4監(jiān)測系統(tǒng)

系統(tǒng)組成

主要由控制單元、信號采集單元、直流電源、電極矩陣、溫度補償組件、電纜組件與接口等單

元組成。

控制單元

1

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控制單元對信號采集單元和直流電源進行控制，并具有信號存儲、分析與傳輸功能。參數(shù)設置

與現(xiàn)場條件和待測部位規(guī)格相關，包括電流大小、電極矩陣間距、待測部位原始壁厚、材質(zhì)等參數(shù)。

信號采集單元

信號采集單元應具有單端或差分的電壓信號輸入功能，電壓信號輸入通道應不小于電極矩陣通

道數(shù)。溫度補償組件應配備溫度傳感器，信號采集單元應具有溫度信號輸入功能。

直流電源

直流電源為恒流輸出模式，能夠調(diào)節(jié)輸出電流大小，根據(jù)測試時間間隔進行間斷輸出。

電極矩陣

電極采用矩陣方法布設，與承壓設備及管道的連接可采用螺柱焊接、磁吸、卡箍、粘接等方式，

電極另一端連接采集電壓信號的線纜。

溫度補償組件

4.6.1溫度參考板

在被測部位附近安裝一塊與被測設備相同材質(zhì)的參考板，也可選擇被監(jiān)測結構上遠離待測區(qū)域

的部位作為參考板，在參考板上安裝參考電極，通過對參考電極的測量進行溫度補償。參考板的安

裝位置應在待測區(qū)域附近，以確保與被監(jiān)測區(qū)域溫度梯度盡可能小。參考板不能發(fā)生腐蝕。

4.6.2溫度傳感器

溫度傳感器可安裝在待測區(qū)域進行溫度補償，也可安裝在參考板上。

電纜組件與接口

電纜組件由電連接器、導線、套管、防波套等組成，導線通過壓接方式與電連接器連接，導線

束整體外套防波套，防波套外必須使用套管。接口附近電纜線與機箱固定必須牢固。電連接器與矩

陣電極固定必須牢固。電纜接口與控制單元之間使用饋線或端子連接，必須牢固。

5監(jiān)測程序

監(jiān)測前的準備

5.1.1資料審查

資料審查應包括以下內(nèi)容：

a)承壓設備及管道制造資料：結構圖紙、壁厚和材質(zhì)等；

b)承壓設備及管道運行資料：運行參數(shù)、工作介質(zhì)和溫度變化等；

c)其他資料。

5.1.2現(xiàn)場勘查

應對現(xiàn)場進行勘查，找出自然環(huán)境、振動、內(nèi)部和外部附件、壁厚、涂層、保溫、工作介質(zhì)和

溫度等影響監(jiān)測結果的因素。

5.1.3監(jiān)測作業(yè)指導書編制

2

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對每個監(jiān)測對象，應結合使用儀器和現(xiàn)場實際情況科學選點，確定電壓矩陣成像監(jiān)測部位及其

表面條件，對監(jiān)測部位進行編號，編制電壓矩陣成像監(jiān)測作業(yè)指導書。

確定監(jiān)測方案

5.2.1監(jiān)測電流

監(jiān)測電流密度不能大于監(jiān)測對象允許的最大電流密度范圍。監(jiān)測電流密度按公式（1）計算：

I

JJ······························（1）

S0

式中：

J——電流密度，單位為安培每平方米（A/m2）；

2

J0——監(jiān)測對象允許的最大電流密度，單位為安培每平方米（A/m）；

I——監(jiān)測電流，單位為安培（A）；

S——為監(jiān)測對象電流方向橫截面積。單位為平方米（m2）。

5.2.2電極矩陣布置

5.2.2.1電流饋入饋出電極布置

監(jiān)測部位設置在承壓設備及管道全周向或部分周向區(qū)域，監(jiān)測部位與電流饋入饋出電極位置關

系見圖1，其中間距L應滿足以下關系：

L1.5d······························（2）

式中：

L——監(jiān)測部位與電流饋入饋出電極間距，單位米（m）；

?d——管道外徑，單位米（m）。

123

?d

LL

圖1有效監(jiān)測區(qū)示意圖

說明：

1——電流饋入電極；

2——監(jiān)測部位；

3——電流饋出電極；

?d——管道外徑，單位米（m）；

L——有效監(jiān)測區(qū)與電流饋入饋出電極距離，單位米（m）。

5.2.2.2采集電極矩陣布置

根據(jù)監(jiān)測電流大小和監(jiān)測部位面積確定采集電極矩陣布置方案，電極列間距Dc可按公式3、公

式4進行計算：

3

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VVV······························（3）

4DI

C（4）

V22······························

(D1D2)

式中：

Vα——監(jiān)測儀器最小監(jiān)測電壓，單位伏特（V）；

Vβ——監(jiān)測儀器最大監(jiān)測電壓，單位伏特（V）；

V——監(jiān)測電壓，單位伏特（V）；

ρ——監(jiān)測對象電阻率，單位歐姆米（Ω·m）；

Dc——采集電極列間距，單位米（m）；

I——監(jiān)測電流，單位安培（A）；

D1——管道外徑，單位米（m）；

D2——管道內(nèi)徑，單位米（m）；

確定采集電極間距后，依據(jù)監(jiān)測部位面積大小，確定采集電極矩陣維數(shù)，見圖2。

1

Dc

Dr

IM

N

圖2采集電極矩陣布置圖

說明：

1——信號采集電極；

Dr——電極矩陣行間距，單位米（m）

Dc——電極矩陣列間距，單位米（m）；

I——監(jiān)測電流流向；

M——電極矩陣通道行數(shù)；

N——電極矩陣通道列數(shù)。

5.2.3溫度參考板安裝

溫度參考板必須安裝在監(jiān)測部位附近的相同溫度變化范圍內(nèi)。

系統(tǒng)校準

5.3.1監(jiān)測前，必須使用對比試樣對電壓矩陣成像腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)進行調(diào)試。

5.3.2按下列要求對電壓矩陣成像腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)進行調(diào)試：

4

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在與監(jiān)測對象相同的監(jiān)測條件下，按儀器說明操作調(diào)節(jié)監(jiān)測系統(tǒng)，使儀器能夠顯示出清晰可辨

的人工缺陷信號。

調(diào)試時，用于測試監(jiān)測精度的3個同尺寸人工標準缺陷的形貌參數(shù)結果需要保持一致。

5.3.3根據(jù)5.3.2調(diào)試結果和承壓設備及管道設計要求，對超過腐蝕裕量的缺陷設置報警功能。

結果評價

5.4.1腐蝕深度評價

5.4.1.1經(jīng)監(jiān)測未發(fā)現(xiàn)報警信號，即腐蝕缺陷大小低于腐蝕裕量時，判監(jiān)測對象處于安全運行狀

態(tài)。

5.4.1.2經(jīng)監(jiān)測發(fā)現(xiàn)報警信號，即腐蝕缺陷尺寸大于腐蝕裕量時，判監(jiān)測對象腐蝕損傷超過安全

限制，進行安全校核。

5.4.2腐蝕速率評價

5.4.2.1根據(jù)監(jiān)測得到的局部腐蝕和（或）均勻腐蝕深度與監(jiān)測時間，計算管道腐蝕速率。

5.4.2.2根據(jù)計算得到腐蝕速率進行承壓設備及管道壽命評估。

6記錄和報告

記錄

應按照以上監(jiān)測程序的要求記錄監(jiān)測數(shù)據(jù)和信息，根據(jù)相關法規(guī)、標準和（或）合同的要求保

存所有記錄。

報告

監(jiān)測報告的內(nèi)容根據(jù)監(jiān)測方要求定制。監(jiān)測報告應包括以下內(nèi)容：

a）委托單位和監(jiān)測單位的名稱；

b）執(zhí)行或參考的國家標準、行業(yè)標準、團體標準或企業(yè)標準；

c）被監(jiān)測對象名稱及編號；

d）監(jiān)測方法的簡單描述；

e）監(jiān)測電極布置方案；

f）監(jiān)測電流參數(shù)；

g）監(jiān)測對象損傷部位位置信息；

h）監(jiān)測對象損傷部位缺陷形貌參數(shù)信息；

i）監(jiān)測結果和結論；

j）監(jiān)測人員和審核人簽字；

k）監(jiān)測日期和地點。

A

7方法概要

技術原理與依據(jù)

7.1.1技術原理

5

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電壓矩陣成像技術，基于歐姆定律原理，也被稱為場指紋或電場矩陣技術。該技術對承壓設備

及管道的監(jiān)測部位施加直流電，當被測部位因腐蝕導致厚度發(fā)生變化時，其表面電壓會發(fā)生變化，

通過測量監(jiān)測區(qū)域的微小電位差，計算電壓值變化量與管道壁厚缺陷之間的關系，實現(xiàn)對承壓設備

及管道腐蝕缺陷的定位和監(jiān)測。

7.1.2依據(jù)

[1]中國石油大學（華東）.用于電壓檢測的溫度補償方法、電場指紋檢測方法及系

統(tǒng):201810108252.4[P].2018-07-24.

[2]中國石油大學（華東）.一種基于掛片的模塊化電場指紋檢測系統(tǒng)及檢測方

法:201810108250.5[P].2018-07-24.

[3]中國石油大學（華東）.一種管道中腐蝕點的參數(shù)測量方法及其設

備:202011067309.4[P].2020-12-14.

[4]恩迪檢測技術（青島）有限公司.一種用于電位矩陣缺陷面檢測及監(jiān)測的磁吸式探

頭:202223286993.2[P].2023-03-31.

技術特點

原位在線測量，監(jiān)測精度高；適用范圍廣；使用壽命長；安全性和靈活性優(yōu)異。

推薦使用范圍

a）監(jiān)測碳鋼、低合金鋼、不銹鋼、銅合金等金屬材料制承壓設備及管道服役過程的均勻腐蝕、

點蝕等腐蝕缺陷的位置和形貌參數(shù)；

b）監(jiān)測直管、彎頭等管道及儲罐、鍋爐等大型壓力容器的腐蝕行為；

c）電壓矩陣成像的監(jiān)測精度主要由監(jiān)測對象的壁厚、電極矩陣的間距和監(jiān)測電流大小確定。

人員要求

技術使用和維護人員需要培訓，培訓要求參照無損檢測人員資格鑒定與認證標準。

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中國腐蝕與防護學會標準

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承壓設備無損檢測電壓矩陣成像法在線監(jiān)測

Non-destructivetestingofpressureequipment:in-situ

PotentialMatirxMappingmonitoringmethod

xxxx-xx-xx發(fā)布xxxx-xx-xx實施

中國腐蝕與防護學會發(fā)布

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承壓設備無損檢測電壓矩陣成像法在線監(jiān)測

1范圍

本文件規(guī)定了基于電位矩陣成像方法的無損監(jiān)測技術，包括監(jiān)測系統(tǒng)、監(jiān)測程序、監(jiān)測記錄和

方法概要等方面。

本文件適用于在役承壓設備及管道壁厚的在線連續(xù)監(jiān)測。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用

文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）

適用于本文件。

GB/T9445無損檢測人員資格鑒定與認證

NB/T47013.1承壓設備無損檢測第一部分：通用要求

3術語和定義

下列術語和定義適用于本文件。

承壓設備pressureequipment

是指承受一定壓力的設備，例如鍋爐、壓力容器和管道等。

電壓矩陣成像potentialmatrixmapping

基于電阻網(wǎng)格化測量原理，通過電壓信號測量承壓設備及管道壁厚缺陷的方法。

電壓比voltageratio

電極矩陣相鄰電極對間的實測電壓與該電極對在初始狀態(tài)電壓的比值。

溫度補償temperaturecompensation

依據(jù)被測對象監(jiān)測部位的溫度變化，對電極矩陣測得的電壓數(shù)據(jù)進行補償修正。

分辨率單位resolutionunit

用承壓設備及管道當前腐蝕深度與當前剩余壁厚的百分比，作為電壓矩陣成像的分辨率單位。

監(jiān)測精度monitoringaccuracy

用電壓矩陣監(jiān)測所得的結果與標準人工腐蝕缺陷對比的準確程度。

4監(jiān)測系統(tǒng)

系統(tǒng)組成

主要由控制單元、信號采集單元、直流電源、電極矩陣、溫度補償組件、電纜組件與接口等單

元組成。

控制單元

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