T/CSCP0004-2023

中國腐蝕與防護學會標準

T/CSCP0004-2023

承壓設備無損檢測電壓矩陣成像法在線監測

Non-destructivetestingofpressureequipment:in-situ

PotentialMatirxMappingmonitoringmethod

2023年12月4日發布2023年12月5日實施

中國腐蝕與防護學會發布

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承壓設備無損檢測電壓矩陣成像法在線監測

1范圍

本文件規定了基于電位矩陣成像方法的無損監測技術，包括監測系統、監測程序、監測記錄和

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監測。

2規范性引用文件

下列文件中的內容通過文中的規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。

3.1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。

3.2電壓矩陣成像potentialmatrixmapping

基于電阻網格化測量原理，通過電壓信號測量承壓設備及管道壁厚缺陷的方法。

3.3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電壓的比值。

3.4溫度補償temperaturecompensation

依據被測對象監測部位的溫度變化，對電極矩陣測得的電壓數據進行補償修正。

3.5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。

3.6監測精度monitoringaccuracy

用電壓矩陣監測所得的結果與標準人工腐蝕缺陷對比的準確程度。

4監測系統

4.1系統組成

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。

4.2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。參數設置

與現場條件和待測部位規格相關，包括電流大小、電極矩陣間距、待測部位原始壁厚、材質等參數。

4.3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。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。

4.4直流電源

直流電源為恒流輸出模式，能夠調節輸出電流大小，根據測試時間間隔進行間斷輸出。

4.5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。

4.6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的參考板，也可選擇被監測結構上遠離待測區域

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

裝位置應在待測區域附近，以確保與被監測區域溫度梯度盡可能小。參考板不能發生腐蝕。

4.6.2溫度傳感器

溫度傳感器可安裝在待測區域進行溫度補償，也可安裝在參考板上。

4.7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監測程序

5.1監測前的準備

5.1.1資料審查

資料審查應包括以下內容：

a)承壓設備及管道制造資料：結構圖紙、壁厚和材質等；

b)承壓設備及管道運行資料：運行參數、工作介質和溫度變化等；

c)其他資料。

5.1.2現場勘查

應對現場進行勘查，找出自然環境、振動、內部和外部附件、壁厚、涂層、保溫、工作介質和

溫度等影響監測結果的因素。

5.1.3監測作業指導書編制

2

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

表面條件，對監測部位進行編號，編制電壓矩陣成像監測作業指導書。

5.2確定監測方案

5.2.1監測電流

監測電流密度不能大于監測對象允許的最大電流密度范圍。監測電流密度按公式（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——監測電流，單位為安培（A）；

S——為監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

監測部位設置在承壓設備及管道全周向或部分周向區域，監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有效監測區示意圖

說明：

1——電流饋入電極；

2——監測部位；

3——電流饋出電極；

?d——管道外徑，單位米（m）；

L——有效監測區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

根據監測電流大小和監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——監測儀器最小監測電壓，單位伏特（V）；

Vβ——監測儀器最大監測電壓，單位伏特（V）；

V——監測電壓，單位伏特（V）；

ρ——監測對象電阻率，單位歐姆米（Ω·m）；

Dc——采集電極列間距，單位米（m）；

I——監測電流，單位安培（A）；

D1——管道外徑，單位米（m）；

D2——管道內徑，單位米（m）；

確定采集電極間距后，依據監測部位面積大小，確定采集電極矩陣維數，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——監測電流流向；

M——電極矩陣通道行數；

N——電極矩陣通道列數。

5.2.3溫度參考板安裝

溫度參考板必須安裝在監測部位附近的相同溫度變化范圍內。

5.3系統校準

5.3.1監測前，必須使用對比試樣對電壓矩陣成像腐蝕監測系統進行調試。

5.3.2按下列要求對電壓矩陣成像腐蝕監測系統進行調試：

4

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在與監測對象相同的監測條件下，按儀器說明操作調節監測系統，使儀器能夠顯示出清晰可辨

的人工缺陷信號。

調試時，用于測試監測精度的3個同尺寸人工標準缺陷的形貌參數結果需要保持一致。

5.3.3根據5.3.2調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。

5.4結果評價

5.4.1腐蝕深度評價

5.4.1.1經監測未發現報警信號，即腐蝕缺陷大小低于腐蝕裕量時，判監測對象處于安全運行狀

態。

5.4.1.2經監測發現報警信號，即腐蝕缺陷尺寸大于腐蝕裕量時，判監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根據監測得到的局部腐蝕和（或）均勻腐蝕深度與監測時間，計算管道腐蝕速率。

5.4.2.2根據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

6.1記錄

應按照以上監測程序的要求記錄監測數據和信息，根據相關法規、標準和（或）合同的要求保

存所有記錄。

6.2報告

監測報告的內容根據監測方要求定制。監測報告應包括以下內容：

a）委托單位和監測單位的名稱；

b）執行或參考的國家標準、行業標準、團體標準或企業標準；

c）被監測對象名稱及編號；

d）監測方法的簡單描述；

e）監測電極布置方案；

f）監測電流參數；

g）監測對象損傷部位位置信息；

h）監測對象損傷部位缺陷形貌參數信息；

i）監測結果和結論；

j）監測人員和審核人簽字；

k）監測日期和地點。

A

7方法概要

7.1技術原理與依據

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

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

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

及管道腐蝕缺陷的定位和監測。

7.1.2依據

[1]中國石油