КОНТРОЛЬ ОБРАБОТКИ ПРОМЫШЛЕННОЙ ВОДЫ С ПОМОЩЬЮ ЦИФРОВЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ Российский патент 2021 года по МПК G01N17/00 

[0001] Данная заявка представляет собой международную (то есть PCT) заявку, заявляющую приоритет по предварительной заявке на патент США № 62/364,130, поданной 19 июля 2016 г., раскрытие которой включено в данный документ в полном объеме посредством ссылки.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Стандартные испытания с применением индикаторов коррозии, можно использовать для измерения скоростей общей и локальной коррозии в системах промышленного водоснабжения. Стандартные испытания включают помещение стандартного промышленного индикатора коррозии в испытуемое пространство (например, в систему промышленного водоснабжения) и предоставление возможности воздействия на индикатор коррозии условий испытуемого пространства, которые могут вызывать коррозию индикатора коррозии. После периода времени воздействия, как правило, 30-90 дней или больше, индикатор коррозии извлекают из условий испытуемого пространства. Затем выполняют одну или большее количество серий тестов для определения коррозии индикатора коррозии, которая в целом соответствует коррозии, обнаруживаемой на поверхностях испытуемого пространства.

[0003] Стандартные испытания с помощью индикаторов коррозии имеют недостатки. Например, наблюдение и анализ «в режиме реального времени» невозможны, поскольку индикаторы коррозии подвергают воздействию условий испытуемого пространства с ограниченным наблюдением или без него. Если индикаторы расположены таким образом, чтобы их можно было наблюдать, наблюдение невооруженным глазом субъективны и как правило не дают возможности заметить незначительные различия в индикаторах, когда начинается коррозия. Кроме того, системы для обнаружения общей коррозии обычно лишены способности обнаружения или прогнозирования локальной коррозию.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0004] Данное изобретение направлено на использование цифровых изображений поверхности для анализа коррозии в промышленной системе, которая в некоторых вариантах реализации системы по данному изобретению представляет собой систему промышленного водоснабжения.

[0005] Предложен способ анализа поверхности, соприкасающейся с флюидом, присутствующим в промышленной системе. Данный способ включает создание цифрового изображения поверхности, когда указанная поверхность соприкасается с флюидом, присутствующим в промышленной системе. Определяют изучаемый участок на цифровом изображении указанной поверхности. Идентифицируют признаки коррозии на изучаемом участке цифрового изображения указанной поверхности. Анализируют признаки коррозии на изучаемом участке цифрового изображения указанной поверхности.

[0006] Предложен способ анализа поверхности, соприкасающейся с флюидом, присутствующим в промышленной системе. Данный способ включает создание серии цифровых изображений поверхности, когда указанная поверхность соприкасается с флюидом, присутствующим в промышленной системе. Определяют изучаемый участок в серии цифровых изображений указанной поверхности. Идентифицируют признаки коррозии на изучаемом участке в серии цифровых изображений указанной поверхности. Анализируют признаки коррозии на изучаемом участке в серии цифровых изображений указанной поверхности, чтобы определить динамику коррозии промышленной системы.

[0007] Предложен способ анализа поверхности, соприкасающейся с промышленной водой, присутствующей в системе промышленного водоснабжения. Данный способ включает обработку промышленной воды системы промышленного водоснабжения ингибитором коррозии. Создают серию цифровых изображений поверхности, когда указанная поверхность соприкасается с промышленной водой, присутствующей в системе промышленного водоснабжения. Определяют изучаемый участок в серии цифровых изображений указанной поверхности. Идентифицируют признаки коррозии на изучаемом участке в серии цифровых изображений указанной поверхности. Анализируют признаки коррозии на изучаемом участке в серии цифровых изображений указанной поверхности, чтобы определить динамику коррозии системы промышленного водоснабжения и необходимые действия на основании анализа признаков коррозии на изучаемом участке в серии цифровых изображений указанной поверхности.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛАХ

[0008] Фиг. 1 представляет собой схематическое изображение варианта реализации системы, которую можно использовать для исполнения способов, описанных в данном документе.

[0009] Фиг. 2 представляет собой схематическое изображение альтернативного варианта реализации системы, которую можно использовать для исполнения способов, описанных в данном документе.

[0010] Фиг. 3 показывает вариант реализации устройства позиционирования поверхности, которое можно использовать в системах и способах, описанных в данном документе.

[0011] Фиг. 4 представляет собой схематическое изображение альтернативного варианта реализации системы, которую можно использовать для исполнения способов, описанных в данном документе.

[0012] Фиг. 5 показывает изображение из серии изображений вида с ребра поверхности в соответствии со способом, описанным в данном документе.

[0013] Фиг. 6 представляет собой схематическое изображение системы, которая может исполнять способы, описанные в данном документе.

[0014] Фиг. 7 показывает примеры изображений поверхности, подвергающейся коррозии, создаваемых во время практической реализации способа, описанного в данном документе, с четырьмя промежутками времени.

[0015] Фиг. 8 показывает примеры изображений в соответствии со способом, описанным в данном документе.

[0016] Фиг. 9 показывает пример изображения из серии изображений в соответствии со способом, описанным в данном документе.

[0017] Фиг. 10 представляет собой блок-схему алгоритма, используемого в варианте реализации способа, описанного в данном документе.

[0018] Фиг. 11 показывает примеры изображений в соответствии со способом, описанным в данном документе.

[0019] Фиг. 12 показывает примеры изображений в соответствии со способом, описываемым в данном документе.

[0020] Фиг. 13 показывает пример изображения из серии изображений в соответствии со способом, описанным в данном документе.

[0021] Фиг. 14 представляет собой графическую иллюстрацию свойств определенного очага коррозии, присутствующего на изображении по Фиг. 13.

[0022] Фиг. 15 представляет собой график зависимости глубины очага коррозии от времени для некоторых опытов, выполненных на поверхности определенного типа.

[0023] Фиг. 16 показывает примеры изображений в соответствии со способом, описанным в данном документе, которые указывают некоторые особенности изображенной поверхности.

[0024] Фиг. 17 показывает графики по вариантам реализации изобретения, отражающие анализ серии цифровых изображений, по одному для каждого из отражений красного, зеленого и синего света.

[0025] Фиг. 18 показывает примеры изображений поверхности, подвергающейся коррозии, создаваемых во время практической реализации способа, описанного в данном документе, с шестью промежутками времени.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0026] Предложен способ анализа поверхности, соприкасающейся с флюидом, присутствующим в промышленной системе. Данный способ включает создание цифрового изображения поверхности, когда указанная поверхность соприкасается с флюидом, присутствующим в промышленной системе. Определяют изучаемый участок на цифровом изображении указанной поверхности. Идентифицируют признаки коррозии на изучаемом участке цифрового изображения указанной поверхности. Анализируют признаки коррозии на изучаемом участке цифрового изображения указанной поверхности.

[0027] Предложен способ анализа поверхности, соприкасающейся с флюидом, присутствующим в промышленной системе. Данный способ включает создание серии цифровых изображений поверхности во время соприкосновения с флюидом, присутствующим в промышленной системе. Определяют изучаемый участок в серии цифровых изображений указанной поверхности. Идентифицируют признаки коррозии на изучаемом участке в серии цифровых изображений указанной поверхности. Анализируют признаки коррозии на изучаемом участке в серии цифровых изображений указанной поверхности, чтобы определить динамику коррозии промышленной системы. В некоторых вариантах реализации способа по данному изобретению флюид представляет собой промышленную воду, а промышленная система представляет собой систему промышленного водоснабжения.

[0028] В предпочтительном варианте реализации изобретения указанный способ представляет собой способ анализа поверхности, соприкасающейся с промышленной водой в системе промышленного водоснабжения. В некоторых вариантах реализации изобретения, указанный способ представляет собой способ количественной оценки коррозии поверхности, соприкасающейся с промышленной водой в системе промышленного водоснабжения. Фразы «анализ поверхности», «определение изучаемого участка», «синтез динамических показателей» и «количественная оценка коррозии поверхности», а также связанная терминология (например, формы спряжения), использованы в данном документе для описания аспектов указанных способов, при этом термин «анализ поверхности» включает термины «количественную оценку коррозии поверхности», «определение изучаемого участка» и «синтез динамических показателей», которые представляют собой разновидности анализа. Термин «поверхность», «индикатор коррозии» и подобные термины следует толковать как включающие «или их части».

[0029] В некоторых вариантах реализации способов и систем по данному изобретению, представленных в данном документе, поверхность представляет собой индикатор коррозии. В некоторых вариантах реализации способов и систем по данному изобретению, представленных в данном документе, поверхность представляет собой участок трубопровода. В некоторых вариантах реализации способов и систем по данному изобретению, представленных в данном документе, индикатор коррозии выполнен из материала, соответствующего конструкции системы промышленного водоснабжения. В некоторых вариантах реализации способов и систем по данному изобретению, представленных в данном документе, поверхность, например, индикатор коррозии, выполнена из металла, который может быть выбран из стали, железа, алюминия, меди, латуни, никеля, титана и сплавов на их основе. Сталь может представлять собой мягкую низкоуглеродистую сталь, нержавеющую сталь или углеродистую сталь. В некоторых вариантах реализации изобретения, латунь представляет собой адмиралтейскую латунь. В некоторых вариантах реализации изобретения, указанный металл способен к пассивированию, а в других вариантах реализации изобретения, указанный металл неспособен к пассивированию.

[0030] В некоторых вариантах реализации способов и систем по данному изобретению, представленных в данном документе, поверхность (например, индикатор коррозии) пригодна для проведения стандартного испытания на коррозию, например, испытания на коррозию Американского общества испытания материалов («АОИМ»).

[0031] В предпочтительном варианте реализации способов, представленных в данном документе, поверхность соприкасается с промышленной водой, присутствующей в системе промышленного водоснабжения. Примеры систем промышленного водоснабжения включают, но без ограничения, системы водяного отопления (например, котельные системы), системы водяного охлаждения (например, системы, содержащие башенный охладитель), трубопроводы для транспортировки воды (например, транспортировки морской воды, которую могут транспортировать для операций по добыче полезных ископаемых) и тому подобное. Промышленная вода представляет собой любое вещество на водной основе, которое используют или будут использовать в системе промышленного водоснабжения. Как правило, системы промышленного водоснабжения содержат промышленную воду, которая может быть обработана некоторым способом, делающим воду более пригодной для использования в данной системе промышленного водоснабжения. Например, из промышленной воды, используемой в системах водяного отопления (например, котельных системах), может быть удален воздух. Промышленная вода, используемая в системах водяного отопления, может быть дополнительно обработана ингибитором коррозии. Для различных систем промышленного водоснабжения могут быть предусмотрены другие варианты обработки. В некоторых вариантах реализации способов по данному изобретению, представленных в данном документе, промышленная вода системы промышленного водоснабжения обработана ингибитором коррозии. В некоторых вариантах реализации способов по данному изобретению, представленных в данном документе, система промышленного водоснабжения представляет собой систему водяного отопления, которая может представлять собой котельную систему. В некоторых вариантах реализации способов по данному изобретению, представленных в данном документе, из промышленной воды системы водяного отопления удален воздух.

[0032] В целом, промышленная вода присутствует в системе промышленного водоснабжения, когда промышленная вода содержится или другим способом протекает через трубопровод или резервуар указанной системы промышленного водоснабжения. Например, промышленная вода, протекающая через трубопровод, соединенный с технологическим процессом (например, системой охлаждения, котельной системой и т.п.), представляет собой промышленную воду, присутствующую в системе промышленного водоснабжения, при этом указанный трубопровод представляет собой, например, магистральный трубопровод, трубопровод бокового потока, трубопровод питательной линии или трубопровод выпускной линии и так далее.

[0033] Примеры подходящих ингибиторов коррозии включают, но без ограничения, азол, кватернизованное замещенное диэтиламиновое соединение, амин, четвертичный амин, ненасыщенный альдегид, ингибитор на основе фосфора, водорастворимую соль молибдена, поли(аминокислотный) полимер, органическую сульфоновую кислоту, ее производные (например, оксазол, тиазол и т.д.), их кратные (например, более одного азола) и их комбинации. В некоторых вариантах реализации изобретения, представленных в данном документе, ингибитор коррозии, кроме содержания одной или большего количества соединений, перечисленных в предшествующем предложении, дополнительно содержит соль йодистоводородной кислоты. Примеры подходящих солей йодистоводородной кислоты включают, но без ограничения, иодид лития, иодид натрия, иодид калия, иодид кальция, иодид магния, иодид аммония, иодид тетраэтиламмония, иодид тетрапропиламмония, иодид тетрабутиламмония, иодид тетрапентиламмония, иодид тетрагексиламмония, иодид тетраептиламмония, иодид тетрафениламмония, иодид фенилтриметиламмония и иодид (этил)трифенилфосфония. В некоторых вариантах реализации изобретения, представленных в данном документе, ингибитор коррозии прибавляют к промышленной воде системы промышленного водоснабжения в органическом растворителе и в качестве варианта поверхностно-активном веществе.

[0034] Дополнительные примеры ингибиторов коррозии описаны в патентах США №№ 9,175,405, 9,074,289, 8,618,027, 8,585,930, 7,842,127, 6,740,231, 6,696,572, 6,599,445, 6,488,868, 6,448,411, 6,336,058, 5,750,070, 5,320,779 и 5,278,074; опубликованных заявках на патент США №№ 2005/0245411 и 2008/0308770; а также предварительных заявках на патент США №№ 62/167,658, 62/167,697, 62/167,710, и 62/167,719, описания каждого из которых включены в данный документ в полном объеме посредством ссылки во всех отношениях.

[0035] Примеры подходящих азолов включают, но без ограничения, азолсодержащие соединения, пирролинсодержащие соединения, их производные (например, оксазолы, тиазолы, акридины, циннолины, хиноксазолины, пиридазины, пиримидины, хиназолины, хинолины, изохинолины и т.п.), их кратные и их комбинации. Когда речь идет о данном изобретении, азол также можно описать как соединение, имеющее ароматическое азотсодержащее кольцо. Примеры азолсодержащих соединений включают, но без ограничения, имидазолы, пиразолы, тетразолы, триазолы и тому подобное. В частности, подходящие азолы включают, например, меркаптобензотиазол («MBT»), бензотриазол («BT» или «BZT»), бутилбензотриазол («BBT»), толитриазол («TT»), нафтотриазол («NTA») и родственные соединения. Примеры пирролинсодержащих соединений включают, но без ограничения, иминоимидазолины, амидоимидазолины, их производные, их кратные и их комбинации. В некоторых вариантах реализации изобретения, представленных в данном документе, азол кватернизован. Примеры азолов более подробно описаны в патентах США №№ 5,278,074, 6,448,411 и 8,585,930, которые включены в данный документ посредством ссылки.

[0036] Примеры подходящего замещенного диэтиламинового соединения включают, но без ограничения, те, которые описаны в патентах США №№ 6,488,868, 6,599,445 и 6,696,572, которые включены в данный документ посредством ссылки. В некоторых вариантах реализации изобретения, представленных в данном документе, замещенное диэтиламиновое соединение кватернизовано. Указанное замещенное диэтиламиновое соединение может представлять собой также азол, например, кватернизованный диакриламиноимидазолин.

[0037] Примеры подходящих аминов (как кватернизованных, так и других) включают, но без ограничения, те, которые описаны в патентах США №№ 7,842,127, 8,618,027, которые включены в данный документ посредством ссылки.

[0038] Примеры подходящих ненасыщенных альдегидов включают, но без ограничения, те, которые описаны в патенте США № 7,842,127, который включен в данный документ посредством ссылки.

[0039] Примеры подходящего ингибитора на основе фосфора включают, но без ограничения, неорганические ингибиторы на основе фосфора, органические ингибиторы на основе фосфора, фосфорорганические соединения и их комбинации. Примеры неорганических ингибиторов на основе фосфора включают, но без ограничения, ADD и их комбинации. Примеры органических ингибиторов на основе фосфора включают, но без ограничения, органические фосфаты, органические фосфонаты и их комбинации. Примеры органических фосфатов включают неполимерные органические фосфаты и полимерные органические фосфаты. В контексте данного изобретения термин «полимерные» описывает соединения, имеющие повторяющиеся элементы, а термин «неполимерные» описывает соединения без повторяющихся элементов. Примеры органических фосфонатов включают, но без ограничения, 2-фосфонобутан-1,2,4-трикарбоновую кислоту («PBTC»), 1-гидроксиэтилиден-1,1-дифосфоновую кислоту («HEDP»), аминотриметиленфосфоновую кислоту, мононатриевую соль фосфиникобис (янтарной кислоты). Примеры фосфорорганических соединений включают фосфины.

[0040] Примеры подходящих органических сульфоновых кислот включают, но без ограничения, те, которые описаны в патенте США № 8,618,027, который включен в данный документ посредством ссылки. Примеры подходящих органических сульфоновых кислот включают, но без ограничения, бензолсульфоновую кислоту, додецилбензолсульфоновую кислоту («DDBSA»), и предпочтительно разветвленную DDBSA.

[0041] Примеры подходящих водорастворимых солей молибдена включают, но без ограничения, молибдаты щелочных металлов, например, молибдат натрия, молибдат калия, молибдат аммония, молибдат стронция и тому подобное.

[0042] В некоторых вариантах реализации изобретения поли(аминокислотный) полимер имеет боковую цепь, содержащую гидроксамовую кислоту. Пример подходящего поли(аминокислотного) полимера, имеющего боковую цепь, содержащую гидроксамовую кислоту, включает, но без ограничения, тот, который имеет общую формулу (I):

,

где W представляет собой CO₂M^x или CONHOH, где M^x - ион металла; Y представляет собой CH₂CONHOH или CH₂CO₂M^y, где M^y - такой же или другой ион металла, как M^x; M¹ - щелочной металл, щелочноземельный металл или аммоний; (a+b)/(a+b+c+d)*100%+(c+d)/(a+b+c+d)*100%=100% находится в диапазоне от около 0,1% до около 100%, предпочтительно 5%-70%, более предпочтительно 10%-50%; (c+d)/(a+b+c+d)*100% находится в диапазоне от 0% до 99,9%; a/(a+b)*100% находится в диапазоне от 0% до 100%; b/(a+b)*100% находится в диапазоне от 0% до 100%; a/(a+b)*100%+b/(a+b)*100%=100%; c/(c+d)*100% находится в диапазоне от 0% до 100%; d/(c+d)*100% находится в диапазоне от 0% до 100%; c/(c+d)*100%+d/(c+d)*100%=100% и молекулярная масса находится в диапазоне от около 300 до около 200000 дальтон. Дополнительные примеры подходящих поли(аминокислотных) полимеров, имеющих боковую цепь, содержащую гидроксамовую кислоту, описаны в патенте США № 5,750,070, который включен в данный документ посредством ссылки.

[0043] Ингибитор коррозии может присутствовать в промышленной воде в концентрации от около 0,01 ppm до около 1000 ppm по массе, в том числе от около 0,1 ppm или от около 1 ppm до около 500 ppm или до около 200 ppm.

[0044] В некоторых вариантах реализации способов по данному изобретению, представленных в данном документе, измеряют параметр системы промышленного водоснабжения. Параметры включают, но без ограничения, температуру, давление, уровень pH, проводимость, окислительно-восстановительный потенциал, линейное поляризационное сопротивление, их производные и их комбинации. В предпочтительном варианте реализации изобретения способы, описанные в данном документе, дополнительно включают измерение линейного поляризационного сопротивления флюида в промышленной системе и действие на основании по меньшей мере одного из анализа признаков коррозии на изучаемом участке цифрового изображения подложки или их серии и результата измерения линейного поляризационного сопротивления флюида промышленной системы. В предпочтительном варианте реализации изобретение направлено на использование цифровых изображений подложки и линейного поляризационного сопротивления для анализа на коррозию в системе промышленного водоснабжения.

[0045] Подложка достаточно освещена для создания цифровых изображений подложки, расположенной в системе промышленного водоснабжения. В предпочтительном варианте реализации изобретения подложка достаточно освещена с помощью светодиода, а более предпочтительно, множества светодиодов.

[0046] В некоторых вариантах реализации способов по данному изобретению, описанных в данном документе, создают серию цифровых изображений указанной подложки. В некоторых предпочтительных вариантах реализации изобретения, создают серию цифровых изображений подложки, когда указанная подложка расположена в промышленной системе, например, в системе промышленного водоснабжения. Хотя это не предпочтительный вариант, серию цифровых изображений подложки можно создавать, когда подложка не расположена в промышленной системе. В предпочтительных вариантах реализации изобретения, подложка, расположенная в промышленной системе, например, системе промышленного водоснабжения, как правило, соприкасается с флюидом, например, промышленной водой.

[0047] Если она используется, серия цифровых изображений может состоять из двух или большего количества цифровых изображений. В некоторых вариантах реализации способов по данному изобретению, описанных в данном документе, серия цифровых изображений содержит количество цифровых изображений, достаточное для выполнения анализа динамики цифровых изображений, и таким образом, подложки. В предпочтительных вариантах реализации способов по данному изобретению, описанных в данном документе, серия цифровых изображений содержит их количество, достаточное для выполнения анализа динамики коррозии подложки. В некоторых вариантах реализации способов по данному изобретению, описанных в данном документе, серию цифровых изображений создают с фиксированным промежутком времени, то есть, каждое изображение получают после истечения фиксированного количества времени. В некоторых вариантах реализации способов по данному изобретению, описанных в данном документе, серию цифровых изображений создают с фиксированным промежутком времени, если параметр промышленной системы, например, системы промышленного водоснабжения, находится в пределах контрольного диапазона, но серию цифровых изображений создают с промежутком времени, меньшим фиксированного промежутка времени, если параметр промышленной системы не находится в пределах контрольного диапазона. Другими словами, когда процесс находится под контролем, цифровые изображения создают со скоростью одного цифрового изображения за промежуток времени t, но когда процесс выходит из-под контроля, цифровые изображения создают со скоростью, превышающей одно цифровое изображение за промежуток времени t.

[0048] В некоторых вариантах реализации способов по данному изобретению, представленных в данном документе, цифровое изображение подложки или их серию анализируют, чтобы определить динамику коррозии подложки в промышленной системе, например, системе промышленного водоснабжения. В некоторых вариантах реализации изобретения, анализ включает определение изучаемого участка в серии цифровых изображений подложки и синтез динамических показателей изучаемого участка в серии изображений. В некоторых вариантах реализации изобретения, анализ включает математическое преобразование данных для синтеза информации, относящейся к размеру (например, одномерное измерение или вычисление площади поверхности для расчета глубины очага), цветовому профилю, количеству признаков коррозии, проценту площади, покрытой признаками коррозии, общей средней площади поверхности признаков коррозии, проценту признаков активной коррозии и их комбинациям, для расчета динамики коррозии (например, скорости локальной коррозии). Локальная коррозия и примеры математических преобразований данных обсуждаются далее в данном документе. В некоторых вариантах реализации способов по данному изобретению, представленных в данном документе, способ дополнительно включает оценивание глубины очага признака коррозии на основании оценки площади поверхности признака коррозии. В некоторых вариантах реализации способов по данному изобретению, представленных в данном документе, способ дополнительно включает оценивание глубины очага признака коррозии на основании одномерного измерения признака коррозии. Примеры одномерных измерений включают, но без ограничения, длину (например, измерение расстояния от точки до точки поперек признака коррозии), периметр (например, окружность вокруг признака коррозии) и аналогичные измерения, а также их оценочные значения.

[0049] В некоторых вариантах реализации изобретения, способы включают определение изучаемого участка на цифровом изображении подложки или их серии. Изучаемый участок может содержать поверхность подложки. В некоторых вариантах реализации способов по данному изобретению, представленных в данном документе, изучаемый участок представляет собой подложку или ее часть (например, индикатор коррозии).

[0050] В некоторых вариантах реализации способов по данному изобретению, представленных в данном документе, изучаемый участок содержит один или большее количество признаков коррозии. В некоторых вариантах реализации способов по данному изобретению, представленных в данном документе, идентифицируют множество признаков коррозии на изучаемом участке. Признаки коррозии можно подсчитывать и/или отслеживать изменения их количества, что может предоставлять информацию, связанную с коррозионной средой, которая может присутствовать в промышленной системе, например, системе промышленного водоснабжения. В некоторых вариантах реализации изобретения, способ включает идентификацию признаков коррозии на изучаемом участке, что может дополнительно включать прогнозирование будущего хода коррозии на основании указанных признаков коррозии. В некоторых вариантах реализации способов по данному изобретению, представленных в данном документе, рассчитывают площадь поверхности признака коррозии, что позволяет прогнозировать расчетное значение глубины очага признака коррозии на основании площади поверхности признака коррозии.

[0051] Локальная коррозия склонна образовывать очаги на поверхностях материалов, и поэтому иногда ее называют «точечной» коррозией. Локальную коррозию можно описать как стохастический процесс с переменными скоростями. В целом локальная коррозия несет ответственность за многие неисправности промышленных систем, в частности, относящихся к системам промышленного водоснабжения. Хотя общую коррозию промышленных систем можно в некоторой степени прогнозировать с помощью обычного наблюдения коррозии (например, линейного поляризационного сопротивления («ЛПС»)), локальную коррозию было сложнее наблюдать и/или прогнозировать в режиме реального времени, для чего как правило требовались сложные приборы и аналитические процедуры. В некоторых вариантах реализации способов по данному изобретению, представленных в данном документе, динамика коррозии, определяемая для промышленной системы, представляет собой динамику локальной коррозии.

[0052] В некоторых вариантах реализации изобретения, потенциальный будущий ход коррозии прогнозируют на основе анализа серии цифровых изображений или его части. В некоторых вариантах реализации способов по данному изобретению, представленных в данном документе, потенциальный будущий ход коррозии представляет собой одно или более из следующего: скорость коррозии, коррозионное повреждение и их комбинации.

[0053] В некоторых вариантах реализации способов по данному изобретению, представленных в данном документе, принимают меры (то есть, «действуют») на основании анализа признаков коррозии на изучаемом участке цифрового изображения подложки или их серии. В целом, принимаемые меры будут представлять собой одно или большее количество действий, предотвращающих или уменьшающих воздействие коррозии (предпочтительно, локальной коррозии) в промышленной системе, например, системе промышленного водоснабжения. Может быть выполнено одно или большее количество действий, в том числе, но без ограничения, увеличение дозы ингибитора коррозии, выбор другого ингибитора коррозии, модификация ингибитора коррозии, изменение физических свойств промышленной системы, отключение промышленной системы или их комбинации.

[0054] В некоторых вариантах реализации способов по данному изобретению, представленных в данном документе, ограничения промежутка времени и/или измерения конечной точки при наблюдении подложки устраняют путем встраивания системы получения изображений в промышленную систему, например, систему промышленного водоснабжения. В некоторых вариантах реализации способов по данному изобретению, представленных в данном документе, подложка представляет собой индикатор коррозии, а система получения изображений встроена в виде части стандартной индикаторной стойки. В некоторых вариантах реализации способов по данному изобретению, представленных в данном документе, система получения изображений неинтрузивна. В некоторых вариантах реализации способов по данному изобретению, представленных в данном документе, система получения изображений предоставляет возможность получения в режиме реального времени изображений воздействия коррозии на поверхность индикатора, соприкасающегося с флюидом (например, промышленной водой), присутствующей в промышленной системе (например, системе промышленного водоснабжения). Например, Фиг. 1 показывает часть промышленной системы, в этом примере системы промышленного водоснабжения, содержащую систему 1 получения изображений, соединенную с системой промышленного водоснабжения в трубе технологического потока. Указанная часть системы промышленного водоснабжения содержит трубу 100, транспортирующую флюид, в этом примере промышленную воду, к подложке 101 (например, индикатору коррозии), удерживаемой в трубе держателем 102 подложки, соединенным со вставкой 103, вставленной в тройник 104. Подложка 101 может быть изготовлена из металла, который представляет собой один из смачиваемых материалов конструкции наблюдаемой системы промышленного водоснабжения, в некоторых вариантах реализации изобретения содержащий углеродистую сталь, латунь (например, адмиралтейскую латунь), нержавеющую сталь и/или сплавы на их основе. Другие варианты выбора заключаются в том, что одна или большее количество поверхностей подложки обработана определенным образом, например, отшлифована, прошла пескоструйную обработку, отполирована и т.п., а также в том, пассивирована ли подложка. Компоненты 100-104 могут частично или полностью содержать стандартные средства крепления индикаторов, используемые в имеющихся в продаже стойках для индикаторов коррозии (например, EnviroAqua Consultants Inc., 7116 Sophia Ave, Van Nuys, CA, Model ACR-22), разработанных согласно спецификациям АОИМ.

[0055] Системе получения изображений необходим оптический доступ для обзора подложки, соприкасающейся с потоком технологического флюида, то есть, промышленной воды. Как правило, в коммерческих системах индикаторных стоек используют прозрачную трубу из ПВХ для предоставления оператору возможности визуального наблюдения индикатора коррозии, что позволяет непосредственную установку системы получения изображений. Если труба непрозрачна, то необходимы модификации, такие как установка секции прозрачной трубы из ПВХ или модификация трубы, предоставляющая оптический доступ. Фиг. 1 показывает оптический доступ в виде окна 105. Фиг. 2 показывает альтернативный вариант реализации системы 1 получения изображений, содержащей множество элементов, одинаковых с вариантом реализации изобретения, проиллюстрированным на Фиг. 1. Например, системы получения изображений по Фиг. 1 и 2 содержат камеру 106, которая может представлять собой камеру, использующую технологию комплементарных металло-оксидных полупроводников («КМОП»), или камеру, использующую технологию приборов с зарядовой связью («ПЗС»), оборудованную объективом 107. В вариантах реализации изобретения по Фиг. 1 и 2 камера 106 установлена на фиксаторе 108 с помощью стола 109 линейного перемещения, который позволяет регулировать фокус. В альтернативном варианте может быть использована камера с возможностью автофокусировки, такая как, например, камера The Imaging Source, модель DKF72AU02-F (6926 Shannon Willow Road, Charlotte, NC 28226), что устраняет необходимость в столе 109 линейного перемещения. Камера 106 может быть черно-белой или предпочтительно цветной, предоставляющей дополнительное представление динамики коррозии. В вариантах реализации изобретения по Фиг. 1 и 2 использованы источники 110 света, освещающие индикатор, которые необязательно могут зависеть от естественного и/или другого искусственного света, доступного в любой конкретной точке.

[0056] Несколько источников света можно использовать для освещения с различных направлений, подчеркивающего желаемые особенности подложки или ее поверхности, или улучшающего общий профиль освещения. Например, освещение поверхности подложки источником света, расположенным почти перпендикулярно указанной поверхности может обеспечить светлопольное освещение. В этом случае устройство получения изображений улавливает большую часть непосредственно отраженного света. Размещение одного или большего количества источников света с большими углами относительно перпендикуляра поверхности может усилить характерные особенности, такие как царапины или углубления на поверхности. Кроме того, свет может быть направленным или рассеянным. Рассеянный свет обеспечивает более равномерное освещение и ослабляет отраженный компонент при освещении отражающих поверхностей. Источник света может представлять собой один или большее количество светоизлучающих диодов («светодиодов»), лампу накаливания, галогенную лампу накаливания с вольфрамовой нитью, свет, передаваемый через оптическое волокно, или любую комбинацию этих или других стандартных средств, обеспечивающих освещение. В некоторых вариантах реализации систем и способов по данному изобретению, представленных в данном документе, используют четыре светодиодных источника света, расположенные так, что каждый из указанных четырех светодиодных источников света направляет свет в X-образном виде в направлении подложки, пример чего показан на Фиг. 2.

[0057] Пример светодиодного источника света представляет собой CREEXPE2-750-1, который можно приобрести у компании Cree, Inc., 4600 Silicon Drive Durham, North Carolina 27703, в некоторых вариантах реализации изобретения оборудованный линзой Carclo модели 10138, которую можно приобрести у компании Carclo Optics, 6-7 Faraday Road, Rabans Lane Industrial Area, Aylesbury HP19 8RY, England, U.K.

[0058] В вариантах реализации изобретения по Фиг. 1 и 2 источники света 110 установлены на креплениях 111, позволяющих регулировать угол и высоту. Спектр длины волн излучаемого света может охватывать область белого света или определенные диапазоны длины волн, подчеркивающие определенные особенности. Например, определенную длину волны можно использовать, чтобы выделить цвет на поверхности подложки или использовать с черно-белой камерой, чтобы получить цветовую информацию об указанной поверхности. В некоторых вариантах реализации способов по данному изобретению, представленных в данном документе, подложку освещает свет, имеющий диапазон длины волн от около 390 нм до около 700 нм.

[0059] Управление получением изображений может осуществлять ПК, микропроцессор, внешний контроллер и/или встроенный процессор в камере. Коммерческие цифровые камеры как правило имеют стандартную скорость получения изображений 30 кадров в секунду («к/с») или более. Поскольку коррозия происходит в целом в гораздо большем масштабе времени (например, от десятков минут до недель), управление получением изображений представляет собой предпочтительный способ, то есть, получение отдельного изображения или среднего количества N изображений с частотой, которая может быть, например, постоянной, переменной и/или зависеть от событий. Сбор данных таким способом позволяет более эффективно использовать запоминающее устройство для данных. Например, скорость получения изображений, составляющая один раз в день или один раз в неделю, может быть достаточной для некоторых промышленных систем, если интересуют только грубые изменения признаков коррозии. Однако, если в промышленной системе происходят нарушения, например, падение pH, при нечастом получении изображений можно упустить динамику признаков коррозии. В этом случае инициирование увеличения частоты создания цифровых изображений во время нарушения позволяет собирать данные изображений с более высоким разрешением по времени.

[0060] Состыковка системы получения изображений с потоком флюида в промышленной системе (например, с потоком промышленной воды в системе промышленного водоснабжения) может быть выполнена путем непосредственной установки системы получения изображений на технологической трубе, как показано на Фиг. 1 и 2, с помощью, например, крепежных фиксаторов 112. Нижняя пластина 113 и оболочка 114 корпуса обеспечивают защиту внутренних компонентов от внешней среды. Кроме того, нижняя пластина 113 и оболочка 114 корпуса не допускают образования помех со стороны внешнего света для света, получаемого от источников 110 света. Подача электрической энергии и связь для компонентов системы получения изображений может осуществляться через кабельные соединения и/или антенны.

[0061] Дополнительное управление освещением может быть обеспечено посредством использования фильтров и/или поляризаторов на источниках 110 света и/или устройстве получения изображений 106. Например, добавление линейных поляризаторов 115 и 116 позволяет убрать отражения или блики (например, блеск с высокой интенсивностью света) из изображения, получаемого в лучах источника света, которые могут, например, отражаться от прозрачного окна или трубы. Кроме или вместо этого, можно использовать цветные фильтры (например, полосовые, узкополосные, коротковолновые и/или длинноволновые), усиливающие определенные детали изображения или устраняющие фоновые световые эффекты. Фильтрование можно применять к камере, источнику света или к ним обоим. Например, красные детали на поверхности можно усилить с помощью источника света с полосовым или длинноволновым фильтром более 600 нм, например, 600-1100 нм или более предпочтительно 600-700 нм, а еще более предпочтительно 630 нм. В том случае красный свет будет отражаться от красных поверхностей подложки в устройство регистрации изображений, которое также может быть оборудовано аналогичным фильтром. Это позволяет достигать детектора только отраженному от поверхности свету в диапазоне пропускания длины волн фильтра, приводя к усилению красных деталей.

[0062] В некоторых вариантах реализации изобретения, способы предоставляют возможность наблюдения за несколькими точками подложки. Например, множество камер и источников света, установленных в различных положениях относительно подложки, могут предоставлять возможность получения изображений различных сторон, кромок и углов подложки (например, индикатора).

[0063] В альтернативном варианте, как показано на Фиг. 3, может быть использовано устройство 300 позиционирования подложки, позволяющее поворачивать подложку 103 в различные положения для получения изображений обоих сторон подложки (передней и задней), а также видов сбоку и/или под углом. Система, показанная на Фиг. 3, содержит устройство 300 позиционирования подложки, соединенное с держателем 102 подложки, вставленным через вставку 304. Вставка 304 использует уплотнители 301 (например, уплотнительные кольца), обеспечивающие герметизацию, и позволяющие вращать держатель 102 подложки. В других отношениях система 1 получения изображений по Фиг. 2 имеет такую же конфигурацию, как система 1, показанная на Фиг. 1. Устройство 300 позиционирования подложки может представлять собой ручное устройство управления, серводвигатель или шаговый двигатель, управляющий положением индикатора.

[0064] Другой пример устройства 300 позиционирования подложки, показанный на Фиг. 4, для этого варианта реализации изобретения выполнен из закрепленной пробки, модифицированной с возможностью соединения с держателем 102 подложки, соединенным с подложкой 103. Держатель 102 подложки и подложка 103 вставлены через вставку 304. Вставка 304 использует один или большее количество уплотнителей 301, обеспечивающих герметизацию, и позволяющих вращать держатель 102 подложки. Подобно варианту реализации изобретения по Фиг. 3, устройство 300 позиционирования подложки по Фиг. 4 может представлять собой ручное устройство управления, серводвигатель или шаговый двигатель, управляющий положением индикатора. Устройства позиционирования подложки по Фиг. 3 и 4 можно использовать в качестве части систем по любой из Фиг. 1 и 2.

[0065] Типовой случай изображения подложки в другом положении показан на Фиг. 5 для вида сбоку индикатора из мягкой низкоуглеродистой стали после воздействия воды A в течение 22 дней. Изображение индикатора сбоку позволяет получить информацию о высоте (максимальной высоте) продуктов коррозии, образованных на поверхности индикатора. Величина высоты и наблюдение изменения высоты во времени предоставляет представление об уровне коррозионной активности, например, значительное изменение высоты предполагает увеличение уровня коррозионной активности.

[0066] В некоторых вариантах реализации изобретения, используют множество устройств получения изображений, создающих множество цифровых изображений или их серий (множественных) одной или большего количества подложек. Например, несколько систем получения изображений могут быть установлены в системе промышленного водоснабжения для наблюдения в различных точках и/или субстратов из различных металлов. Фиг. 6 показывает пример индикаторной стойки с 4 точками 400 установки индикаторов, дополнительно содержащей стержень держателя индикатора, гайку держателя и индикатор, хотя можно использовать устройства позиционирования подложки по любой из Фиг. 3 и 4. Индикаторная стойка оснащена тремя системами 1 получения изображений (обозначенными 1a-1c, чтобы различать их между собой), как описано ранее и показано на Фиг. 1 и 2. Указанные системы получения изображений соединены непосредственно с контроллером 404, который может представлять собой ПК, микропроцессор, шлюз или комбинацию таких устройств, обеспечивающих электронную связь для получения управления данными изображений, а также их хранения и/или передачи. Фиг. 6 показывает кабельное соединение 405, соединяющие системы получения изображений 1a и 1b. В некоторых вариантах реализации изобретения (например, системы получения изображений 1a и 1b), кабельное соединение 205 обеспечивает питание и двустороннюю передачу данных, то есть, сбор данных изображений или отправку команд управления настройками цифровой камеры. В альтернативном варианте, протокол беспроводной связи (например, один или большее количество из Wi-Fi, Zigbee, LoRa, Thread, BLE OnRamp, RPMA, the EEE 802.11 network family, IEEE 802.15.4, Bluetooth, HiperLAN и т.п.) может быть использован для связи между устройством получения изображений и контроллером 404, как показано для устройства 1c получения изображений, оборудованного устройством беспроводной передачи данных, связанным с контроллером 404 посредством антенны 406. Питание блоков получения изображений может осуществляться через кабель 405, аккумулятор, солнечную батарею или другие механизмы аккумулирования энергии, например, вибрационные или тепловые. Комбинация использования протокола беспроводной связи с автономным питанием позволяет осуществить удобную установку в нескольких точках. Данные изображений, получаемые контроллером 404, можно сохранять, обрабатывать с помощью передовых алгоритмов анализа изображений, обрабатывать и сводить к ключевым динамическим переменным, передавать данные на удаленный сервер или сообщать их в устройство управления, например, распределенную систему управления («РСУ», например, Nalco 3D technology, которую можно приобрести у компании Nalco Water, an Ecolab company, 1601 West Diehl Road, Naperville, Illinois 60563), лабораторную систему управления информацией (например, пакет программных/аппаратных средств «LIMS») и/или облачную вычислительную систему.

[0067] Создавать цифровое изображение можно, просто делая моментальный снимок подложки, а серию цифровых изображений можно получить, сделав два или большее количество моментальных снимков подложки в течение некоторого времени. В некоторых вариантах реализации изобретения цифровые изображения серии цифровых изображений усредняют, что может предоставлять улучшенное отношение сигнала к шуму, как показано на Фиг. 7, что можно использовать, например, для создания покадровой видеозаписи, синхронизированной с данными процесса, полученными путем измерения параметра промышленной воды в системе промышленного водоснабжения. Указанный способ может дополнительно включать анализ (например, синтез) данных, полученных из цифрового изображения или их серии, путем математического преобразования указанных данных, которое может предоставлять дополнительное представление об обнаруженной коррозии. Для простого получения данных моментальных снимков, показанного на Фиг. 7, показан набор из четырех изображений, охватывающий период 21 дня для предварительно обработанного индикатора из мягкой низкоуглеродистой стали. В этом случае на индикатор воздействовала вода следующего состава (пример промышленной воды, далее в данном документе называемый «вода A»):

Таблица 1. Состав воды A

Состав воды A Концентрация
(в ppm CaCO₃) Концентрация
(в ppm вещества) Кальций 450 180 Магний 225 54 Щелочность 100 122 Хлориды 600 426 Сульфаты 225 216

[0068] Вода A была обработана 100 ppm ингибитора коррозии, содержащего 4,5% ортофосфата, 4,5% фосфино-янтарного олигомера, 1,2% бензотриазола, 0,3% толилтриазола и 5,4% меченного полимера высокого напряжения (можно приобрести у компании Nalco, an Ecolab Company, как ингибитор коррозии 3DT189). Изменения признаков коррозии на поверхности индикатора четко видны на цифровых изображениях по Фиг. 7 в виде отмеченных темных зон на фоне индикатора. Размер и внешний вид новых признаков наблюдали в течение 21-дневного испытания. Возможность получения изображения индикатора в различные моменты времени предоставляет средства наблюдения изменений, происходящих на поверхности индикатора, в данном случае, по причине коррозии. Кроме того, возможность хранения данных изображений предоставляет возможность сравнения текущих данных изображений с прошлыми наблюдениями различных подложек всех типов, например, расположенных аналогичным образом подложек в одной системе промышленного водоснабжения, аналогичным образом расположенных подложек в различных системах промышленного водоснабжения, статистического анализа популяции подложек и тому подобное. Например, серию цифровых изображений подложки можно создавать каждые 5, 10, 15... дней и анализировать в сравнении с историческими данными цифровых изображений, полученными с одинаковыми увеличивающимися периодами для одной или большего количества подложек, расположенных в одинаковом месте в пределах системы промышленного водоснабжения. Наблюдаемые различия между данными могут указывать на изменения в процессе благодаря программе обработки и/или качеству воды.

[0069] Используя алгоритмы обработки цифровых изображений, можно получить количественную оценку цифровых изображений, предоставляющую количественную оценку коррозии подложки, и таким образом, коррозии промышленной системы. Данные, полученные из серии цифровых изображений, можно использовать для определения общей динамики, связанной с признаком (или их множеством) или изменений на участке поверхности подложки.

[0070] Пример, указывающий в общих чертах этапы определения количества признаков коррозии и их среднего размера, показан на Фиг. 8. Определяют изучаемый участок, ограничивающий анализ серии цифровых изображений подложки. Применяют пороговый анализ для идентификации признаков коррозии и сведения N-битного изображения к двоичному изображению, показанному в нижней левой четверти Фиг. 8. На двоичном изображении на Фиг. 8 можно наблюдать четкое различие между подложкой, на которой коррозионная активность отсутствует (черный фон), и признаками коррозии (белыми). Вычисляют и группируют площадь поверхности признаков коррозии, генерируя распределение. Из распределения можно рассчитать и сохранить с соответствующей временной меткой общие описательные статистические данные, такие как среднее значение, стандартное отклонение, диапазон и т.п. Выполнение указанных этапов для каждого изображения серии изображений позволяет построить график обработанных данных, например, в виде графика динамики средней площади и количества признаков (смотрите, например, Фиг. 9).

[0071] В некоторых вариантах реализации изобретения применяют двухэтапную пороговую обработку (такую как в предшествующем примере) для идентификации соответствующего признака(ов) коррозии. Двухэтапная пороговая обработка, выполняемая для каждого изображения, учитывает вариации в фоне и изменения в проценте площади, охваченной признаками коррозии. Указанная обработка подразумевает применение приблизительного порогового значения к цифровому изображению для определения положения признака(ов) коррозии. Для предшествующего примера площадь каждого признака из приблизительного порогового значения больше истинной площади. Экранирование изображения применяют к зонам приблизительного порогогового значения для удаления указанного признака(ов) из изображения. Вычисляют гистограмму яркостей, чтобы определить распределение яркости без признаков коррозии, то есть, только для фона подложки. Для определения признака коррозии можно рассчитать точное пороговое значение с помощью пороговых значений 3σ из фонового распределения. Например, применение рассчитанных пороговых значений 3σ к распределению на Фиг. 8 с помощью 2-этапного порогового принципа позволяет идентифицировать признаки коррозии. В некоторых вариантах реализации изобретения используют способы обработки изображений с помощью нормализации и/или идентификации края для распознавания резких переходов между фоном и признаком(ами) коррозии.

[0072] В некоторых вариантах реализации изобретения может быть создано также графическое представление переменных, таких как процент площади охвата и/или отношение средней площади, деленной на количество признаков. Процент площади охвата основан на отношении общей площади признаков коррозии (суммы площади всех идентифицированных признаков), деленной на площадь изучаемого участка. Это предоставляет меру для уровня охвата поверхности коррозией.

[0073] Отношение средней площади, деленной на количество признаков, предоставляет показатель типа коррозии, то есть, общей или локальной. Например, две подложки с одинаковой суммарной площадью признаков коррозии не дают информации относительно типа коррозии. Учитывая количество признаков, определение отношения указанной суммарной площади, деленной на указанное количество, формирует новую переменную, дающую представление о степени локальной коррозии. Для этого примера, подложка с большим количеством признаков коррозии будет иметь значение отношения, меньшее чем в случае с меньшим количеством признаков, что указывает на преобладание локальной коррозии.

[0074] Можно также создавать дополнительные переменные, комбинируя данные о коррозии, связанные с сериями цифровых изображений, с данными, полученными от датчиков наблюдения коррозии, например, датчика наблюдения коррозии Nalco (NCM), основанного на линейном поляризационном сопротивлении («ЛПС»). ЛПС представляет собой стандартный инструмент, используемый для текущего наблюдения общей коррозии, определяющего динамику в тысячных долях дюйма в год («mpy») для различных металлов. Анализируя данные из множества источников, можно определить расчетную скорость локальной коррозии в режиме реального времени и создать схему классификации для сигнализации. Например, схема сигнализации, разработанная на основе данных в Таблице 2 из Mars G. Fontana⁵ (Corrosion Engineering, 3rd Edition) предоставляет пример классификации уровня локальной коррозии. Указанные данные предоставляют начальную точку для разработки схемы сигнализации, сообщающей пользователям о серьезности локальной коррозии для раннего принятия надлежащих коррекционных мер, если они необходимы. Кроме того, информацию о локальной коррозии, сопоставленную с событиями, можно использовать в качестве инструмента для устранения неполадок. Например, для системы промышленного водоснабжения увеличение локальной коррозии после замены подпиточной воды может указывать, что такая вода имеет более коррозионные свойства, чем подпиточная вода, используемая ранее. Коррекционное действие может представлять собой простое добавление дополнительного и/или другого ингибитора коррозии или в более серьезных случаях для уменьшения коррозионного воздействия подпиточной воды может быть необходимо пропускание подпиточной воды через ионообменную колонну.

Таблица 2. Классификация скорости локальной коррозии для мягкой низкоуглеродистой стали, все значения приблизительны

Относительная коррозионная стойкость для распространенных сплавов на основе железа и на основе никеля Тысячные доли дюйма в год мм/г мкм/г нм/ч Превосходно < 1 < 0,02 < 25 < 2 Отлично 1-5 0,02-0,1 25-100 2-10 Хорошо 5-20 0,1-0,5 100-500 10-50 Удовлетворительно 20-50 0,5-1 500-1000 50-150 Плохо 50-200 1-5 1000-5000 150-500 Неприемлемо > 200 > 5 > 5000 > 500

[0075] Для мягкой низкоуглеродистой стали расчетное значение глубины очага коррозии из анализа серии цифровых изображений получают согласно блок-схеме обработки, приведенной на Фиг. 10. Сначала рассчитывают верхний предел глубины очага, предполагая, что после образования очаг растет непрерывно с переносом массы или диффузией в качестве фактора, управляющего скоростью. Для четко определенного очага это считается сценарием по наихудшему варианту. Для предварительно обработанных индикаторов из мягкой низкоуглеродистой стали, имеющих дважды отшлифованную поверхность, было обнаружено, что верхний предел глубины очага можно рассчитать с помощью следующего математического преобразования (Corrosion Science 50, 2008, 3193-3204):

, (1)

где t выражено в днях, а глубина очага d в мкм.

[0076] Анализ подложки из лабораторных и полевых испытаний показывает, что расчетный верхний предел глубины d очага из Уравнения (1) всегда больше фактических результатов измерений глубины очага. Для индикаторов, изготовленных из других металлов и с другой обработкой поверхности верхний предел глубины очага можно получить эмпирически.

[0077] Кроме того, эвристический калибровочный коэффициент, получаемый в ходе анализа подложки в автономном режиме, например, индикатора, извлеченного из рабочих условий и очищенного, показывает, что для четко определенных изолированных очагов (например, имеющих резко измененный цвет по сравнению с фоном подложки) отношение эквивалентного диаметра к глубине очага для металлических индикаторов, подвергаемых воздействию различных условий и продолжительности, составляет m:1, где m составляет от около 1 до около 30. В целом значение m зависит от металла, условий потока флюида и условий обработки ингибитором коррозии. Например, предполагая типовые условия системы водяного охлаждения, для индикаторов из мягкой низкоуглеродистой стали m составляет около 5, а для индикаторов из адмиралтейской латуни m составляет около 15. Таким образом, глубину очага можно вывести из площади очага, за исключением случая, когда очаги начинают соединяться или образуются крупные очаги коррозии по причине нижнего положения, что приводит к гораздо большему эквивалентному диаметру очага, чем у четко определенных очагов. Условие исключения можно определить, как значение максимальной глубины очага, деленное на m, большее верхнего предела глубины очага. Альтернативные принципы расчета глубины очага представлены в данном документе для решения в случае исключения.

[0078] Поскольку коррозия 1) как правило, происходит в n отдельных областей очагов с площадью s₁, s₂, …, s_n и глубиной d₁, d₂,..., d_n, общая площадь в поле обзора каждого цифрового изображения (которое в некоторых вариантах реализации изобретения образует изучаемый участок) составляет S_fieldofview; и 2) как правило, приводит к образованию очагов, имеющих полусферическую или полуэллиптическую форму, объем каждого очага равен s_id_i, где i=1 до n. Таким образом, усредненную глубину очага , взвешенную по площади очагов, можно выразить в виде следующего математического преобразования:

, (2)

где V_total - общая потеря металла из общей площади в поле обзора, а S_total - общая площадь коррозии в общей площади поля обзора.

[0079] Если потеря металла, V_total, равномерно распределена по площади поля обзора S_{field of view}, глубину, которая представляет собой глубину общей коррозии, d_general, можно рассчитать с помощью следующего математического преобразования:

, (3)

где P_corr - процент площади коррозии в поле обзора. Согласно Уравнению (3), средняя глубина локальной коррозии будет пропорциональна величине, обратной проценту площади коррозии.

[0080] Хотя значение d_general неизвестно, его можно рассчитать на основании данных ЛПС. Предполагается, что глубина общей коррозии, d_general, предварительно обработанной подложки пропорциональна интегрированной скорости коррозии ЛПС, χ, за общее время погружения, t, согласно следующему математическому преобразованию:

, (4)

где α - калибровочный коэффициент, χ - скорость общей коррозии ЛПС и t - общее время погружения. Таким образом, среднюю скорость локальной коррозии определяют путем объединения Уравнений (3) и (4), получая математическое преобразование по Уравнению (5):

, (5)

где - усредненная скорость локальной коррозии, - усредненная глубина очага, взвешенная по площади очагов, α - калибровочный коэффициент, то есть, постоянная, χ - интегрированная скорость коррозии ЛПС, t - общее время погружения, P_corr - процент площади коррозии в поле обзора.

[0081] Пример использования описанного выше анализа показан на Фиг. 11 для данных ЛПС и цифровых изображений, полученных для индикатора из мягкой низкоуглеродистой стали, для расчета интегрированного значения локальной коррозии в тысячных долях дюйма в год. Показаны изменения признаков коррозии на поверхности подложки в различные моменты времени. Схема сигнализации, разработанная для оценки локальной коррозии (то есть измерения локальной коррозии или «ИЛК») согласно инструкциям, представлена в Таблице 1. В течение первых 10 дней ИЛК оставались низкими, показывая хорошую коррозионную стойкость только с несколькими незначительными отклонениями на участке с удовлетворительными показателями. Однако, за более длительный период ИЛК продолжали возрастать в направлении участка плохой коррозионной стойкости. Показан также анализ процента времени, проведенного в участках различной коррозионной стойкости. Эта информация предоставляет быструю оценку эффективности программы обработки и идентифицирует периоды, когда борьба с коррозией была слабой, и их продолжительность. Этот пример иллюстрирует то, как комбинацию цифровых изображений во времени и измерений ЛПС можно использовать для уведомления операторов о коррозионной нагрузке в системе и выполнения анализа для управления с обратной связью, которое может включать изменение величины дозы или программы обработки. Указанный пример также иллюстрирует способ динамического получения данных и сведения указанных данных к динамическим переменным для отслеживания, сигнализации и управления с обратной связью.

[0082] Расчетное значение интегрированной скорости локальной коррозии предоставляет пример математического преобразования, дающего показатели уровня локальной и общей коррозии. Дополнительный или альтернативный принцип использует комбинацию цифровых изображений и данных ЛПС на основании предпосылки, что коррозия представляет собой медленный процесс, и регистрация изменений площади и/или глубины очага происходит постепенно во времени. Например, если скорость локальной коррозии составляет, например, около 100 тысячных долей дюйма в год (то есть, около 290 нм/ч), то увеличение глубины очага на 4,6 мкм займет 16 часов. С помощью эвристического отношения диаметра к глубине очага 5:1 выясним, что в этом случае диаметр очага увеличится на 23 микрона за 16 часов, что регистрируется на цифровом изображении. Однако, регистрация текущего хода локальной коррозии лишь на основании анализа изображений ограничена по причине постепенного развития коррозии во времени.

[0083] Второй принцип заключается в расширении анализа для определения текущего значения скорости локальной коррозии путем дифференцирования Уравнения (5) по времени с получением следующего математического преобразования:

, (6)

где r - скорость локальной коррозии в режиме реального времени, α - калибровочный коэффициент, то есть, постоянная, δ - скорость коррозии ЛПС в режиме реального времени, P_corr - процент площади коррозии в поле обзора (например, на изучаемом участке). Как правило, изменение площади очага происходит постепенно, в результате изменение значения P_corr в течение короткого периода времени приблизительно равно нулю, что упрощает Уравнение (6) до следующего математического преобразования:

, (7)

где r - скорость локальной коррозии в режиме реального времени, α - калибровочный коэффициент, то есть, постоянная, δ - скорость коррозии ЛПС в режиме реального времени, и P_corr - процент площади коррозии в поле обзора (например, на изучаемом участке).

[0084] Как правило, учитывая, что все коэффициенты представляют собой постоянные, скорость роста глубины очага не постоянна: сначала этот процесс происходит быстрее, а затем замедляется со временем. Из Уравнения (2), глубина очага пропорциональна t^0,5, то есть,

(8)

и

, (9)

таким образом,

, (10)

каждое из этих выражений представляет собой математическое преобразование, где d - глубина очага, r - средняя скорость локальной коррозии в режиме реального времени, и t - общее время погружения. Таким образом, с помощью Уравнения (10) можно получить прогнозное значение скорости коррозии после трех месяцев эксплуатации на основании более кратковременной обработки. Например, отношение прогнозного значения средней скорости локальной коррозии в режиме реального времени после трех месяцев (в месяце 30 дней) обработки к значению средней скорости локальной коррозии в режиме реального времени в момент времени t можно выразить в виде следующего математического преобразования:

. (11)

С помощью Уравнения (11) получаем, что скорость коррозии 100 тысячных долей дюйма в год через три дня эквивалентна скорости 18 тысячных долей дюйма в год через 90 дней. Уравнение (11) можно объединить с уравнением (7), получив следующее математическое преобразование:

, (12)

где r_projected - нормализованная средняя скорость локальной коррозии в режиме реального времени для 90 дней, α - калибровочный коэффициент, то есть постоянная, δ - скорость коррозии ЛПС в режиме реального времени, P_corr - процент площади коррозии в поле обзора, и t - общее время погружения.

[0085] Пример применения принципа нормализованной средней скорости локальной коррозии в режиме реального времени показан на Фиг. 12 вместе с данными стандартных измерений ЛПС по данным Фиг. 11. На Фиг. 12 комбинация данных изображений и ЛПС использована для нормализации данных, отражающих активность локальной коррозии. Исходный нормализованный результат ИЛК составляет более 60 тысячных долей дюйма в год, согласно показаниям Nalco Corrosion Monitor («NCM») < 2 тысячных долей дюйма в год, что указывает на преобладание локальной коррозии, в соответствии с данными цифровых изображений, показывающими только несколько очень небольших активных участков. С течением времени количество участков коррозии, идентифицированных с помощью анализа цифровых изображений, увеличивается, и нормализованные значения ИЛК и ЛПС составляют приблизительно 55 тысячных долей дюйма в год и приблизительно 10 тысячных долей дюйма в год, соответственно. Это говорит о том, что плотность признаков коррозии относительно высока, например, площадь охвата составляет приблизительно 10%, что указывает на наличие как локальной, так и общей коррозии.

[0086] Дополнительный аспект способов, представленных в данном документе, заключается в отслеживании изменения площади поверхности коррозии и интегрированного времени для отдельных признаков коррозии. Использование анализа цифровых изображений в сочетании с данными других датчиков, например, pH, проводимостью, ORP, ЛПС и т.п. может сократить время оценки программы противокоррозионной обработки. В определенных обстоятельствах ограниченные экспериментальные данные могут позволять получить расчетное значение глубины очага или скорости коррозии намного раньше окончания срока эксплуатации типовой подложки, с которой информацию получают только после вывода из эксплуатации указанной подложки (например, индикатора). Пример, подтверждающий этот вывод, показан на Фиг. 13-15, на которых отдельные очаги точечной коррозии идентифицируют и отслеживают с течением времени. Фиг. 13 показывает нормализованное время существования усредненных признаков точечной коррозии, регистрируемых на цифровых изображениях после приблизительно 15 дней воздействия воды A, обработанной 100 ppm 3DT189. Шкала серого нормализована для общего времени погружения индикатора. Например, светлый затененный участок указывает на присутствие признака в течение долгого времени, а участки более темного цвета появились недавно, как показано на Фиг. 13. Слегка темный цвет указывает на активное расширение признака коррозии, то есть участка точечной коррозии. С помощью усредненного по времени изображения участка можно быстро определить расположение и количество признаков активной точечной коррозии. Фиг. 14 показывает изменение площади каждого признака точечной коррозии, соответствующего отмеченному признаку на Фиг. 13. Например, для признака точечной коррозии, имеющего метку 14, нормализованная усредненная по времени площадь на Фиг. 13 имеет светлый цвет, что указывает на незначительные изменения площади или их отсутствие в течение значительной части общего времени погружения индикатора. В противоположность этому, усредненная по времени площадь участков точечной коррозии с метками 5 и 11 выглядит очень активной. Светлые зоны для этих участков точечной коррозии показывают положение точки начала инициализации, а зона активных изменений выглядит темной.

[0087] В некоторых вариантах реализации изобретения, анализ серии цифровых изображений включает анализ (например, синтез) динамических показателей активности признаков точечной коррозии на изучаемом участке. Для того же набора участков точечной коррозии, идентифицированных на Фиг. 13, на Фиг. 14 показан профиль роста каждого участка точечной коррозии. Указанные данные показывают быстрый рост площади всех участков точечной коррозии, за исключением 5 и 11, в течение относительно короткого периода перед замедлением. Если считать область замедления неактивной, график времени активности по Фиг. 14 демонстрирует хорошую согласованность с результатами автономных измерений глубины очагов коррозии подложки (например, индикатора). В этом случае анализ цифровых изображений позволяет отслеживать изменения площади отдельных изолированных участков точечной коррозии, идентифицирующие период активности, и экстраполировать глубину очагов на основании калибровочной кривой, показанной на Фиг. 15. Этот анализ предоставляет возможность прогнозирования глубины очага или скорости коррозии через три месяца на основании данных о коррозии, полученных в течение гораздо более короткого периода.

[0088] В некоторых вариантах реализации изобретения, способы, описываемые в данном документе, предоставляют возможность идентификации участков коррозии, в том числе участков активной коррозии, на основании анализа и классификации цвета. Например, известно, что при коррозии мягкой низкоуглеродистой стали образуются участки точечной коррозии, содержащие бугры продуктов коррозии. Цвет этих продуктов в целом дает некоторое представление о структуре указанных бугров. Гематит как правило выглядит красновато-коричневым или оранжевым, а магнетит как правило выглядит черным. Цвет может предоставить информацию о том, может ли быть признак коррозии агрессивным. Как правило, для мягкой низкоуглеродистой стали высокоагрессивный участок коррозии имеет скорее оранжево-красный цвет. В некоторых случаях можно заметить изменение цвета с добавлением ингибитора, из-за которого цвет выглядит темнее. С помощью устройства получения цифровых изображений полученные изображения можно связать с системой цветопередачи RGB. Эти отдельные цветовые плоскости можно извлечь для рассмотрения и обработки, а также преобразовать в другие модели цветопередачи, такие как цвет-насыщенность-интенсивность («HSI»), которые близко соответствуют тому, как человеческий глаз передает цвет. Пример, иллюстрирующий изменение цвета с добавлением ингибитора, показан на Фиг. 16 для индикатора из мягкой низкоуглеродистой стали, на который воздействовала вода A в течение 24 часов, затем обработанная ингибитором (в этом случае 3DT189, описанным в данном документе).

[0089] Изображение, показанное на Фиг. 16, представляет извлеченную красную плоскость. Общая яркость признаков коррозии выше в случае без ингибитора по сравнению с тем же индикатором после добавления ингибитора. Разница незначительна, но становится более отчетливой при группировании интенсивности линейных профилей выбранного изучаемого участка для каждой цветовой плоскости. Усредненные значения для групп представляют собой сумму линейных профилей, деленную на количество профилей. Результаты для красного, зеленого и синего показаны на Фиг. 17. Профили, показанные пунктиром, представляют случаи с добавлением ингибитора. В дополнение к отсутствию изменений общего размера после добавления ингибитора, происходит значительное уменьшение интенсивности красного и зеленого, указывающее на уменьшение коррозионной активности. Это изменение цвета представляет собой отличительный признак, идентифицирующий активные и неактивные участки локальной коррозии.

[0090] В некоторых вариантах реализации изобретения способы, описываемые в данном документе, можно использовать для оценки коррозионных свойств посредством ускорения коррозии. Как обсуждалось, образование очага и рост очага в присутствие ингибитора как правило представляют собой медленный процесс, обычно образование очагов занимает 3 дня или более, и еще две недели или более длится дифференциация изменений роста очагов с программой ингибитора коррозии. Пример подложки из мягкой низкоуглеродистой стали, демонстрирующий образование и рост очагов, показан на Фиг. 18 для серии полученных цифровых изображений. В отсутствие ингибитора коррозии образование очагов происходило в течение 30 минут. Управляя продолжительностью соприкосновения подложки с промышленной водой в системе промышленного водоснабжения, управляют также размером очагов признаков коррозии. После достижения желаемого размера очагов можно добавить ингибитор коррозии, уменьшающий скорость (роста площади и/или глубины) коррозии или останавливающий ее. Принцип образования очагов желаемого размера с последующим добавлением ингибитора может ускорить процесс оценки общей эффективности программы ингибитора коррозии.

[0091] В некоторых вариантах реализации изобретения, способы дополнительно включают усиление признаков коррозии на изучаемом участке посредством добавления флуоресцирующего компонента к промышленной воде в системе промышленного водоснабжения. При добавлении флуоресцирующего компонента к промышленной воде указанный флуоресцирующий компонент соединяется или вступает в реакцию с признаками коррозии. Регистрацию можно выполнять с помощью источника возбуждающего освещения подходящей длины волны. Излучаемый свет может поступать в устройство получения изображений, предоставляющее двумерную карту флуоресценции, происходящей от признаков коррозии на поверхности подложки.

[0092] Все ссылки, в том числе публикации, заявки на патент и патенты, цитируемые в данном документе, включены в данный документ посредством ссылки в такой же степени, как если бы каждая ссылка была индивидуально и специально указана, как включенная в данный документ посредством ссылки, и изложена в данном документе в полном объеме.

[0093] Использование терминов в единственном числе в контексте описания данного изобретения (в особенности в контексте следующей формулы изобретения) должно рассматриваться как охватывающее и единственное и множественное число, если только другое не указано в данном документе или не противоречит явным образом его контексту. В частности, слово «серия», встречающееся в данной заявке должно рассматриваться как охватывающее и единственное и множественное число, если только другое не указано в данном документе или не противоречит явным образом его контексту. Использование термина «по меньшей мере один» с последующим перечислением одного или более элементов (например, «по меньшей мере один из A и B») означает один элемент, выбранный из перечисленных элементов (A или B) или любую комбинацию двух или более из перечисленных элементов (A и B), если только другое не указано в данном документе, или если это явно не противоречит контексту. Термины «содержащий», «имеющий» и «включающий» представляют собой неограничивающие термины (то есть, означающие «включающий, но без ограничения»), если только не указано другое. Указание диапазонов значений в данном документе служит просто в качестве краткого способа индивидуальной ссылки на каждое отдельное значение, попадающее в пределы диапазона, если только в данном документе не указано другое, и каждое отдельное значение включено в спецификацию, как если бы оно было индивидуально указано в данном документе. Все способы, описанные в данном документе, могут выполняться в любом подходящем порядке, если только в данном документе не указано другое, или если это явно не противоречит контексту. Использование любых или всех примеров или формулировок, указывающих на примеры (например, «такой как»), представленные в данном документе, предназначено только для лучшего освещения изобретения, и не налагает ограничений на объем изобретения, если только в формуле изобретения не заявлено другое. Ни одна формулировка в спецификации не обозначает какой-либо элемент, не указанный в формуле изобретения, важный для практического применения изобретения.

Предпочтительные варианты реализации данного изобретения описаны в данном документе, в том числе наилучший способ реализации изобретения, известный изобретателям. Вариации таких предпочтительных вариантов реализации изобретения могут стать очевидными для специалистов в данной области техники после прочтения предыдущего описания. Изобретатели ожидают, что специалисты в данной области техники будут применять такие вариации соответствующим образом, а также предполагают, что данное изобретение будет реализовано другим способом, отличающимся от конкретного описания в данном документе. Соответственно данное изобретение включает в себя все модификации и эквиваленты объекта изобретения, указанного в формуле изобретения, приложенной к данному документу, как разрешено применимым законодательством. Кроме того, любые комбинации описанных выше элементов в любых возможных их вариациях охвачены данным изобретением, если только другое не указано в данном документе или не противоречит явным образом его контексту.

Изобретение относится к способам анализа коррозии в промышленной системе. Способ анализа подложки, соприкасающейся с флюидом, присутствующим в промышленной системе, включает создание цифрового изображения подложки, когда указанная подложка соприкасается с флюидом, присутствующим в промышленной системе, определение изучаемого участка на цифровом изображении указанной подложки, идентификацию признаков коррозии на изучаемом участке цифрового изображения указанной подложки, и анализ признаков коррозии на изучаемом участке цифрового изображения указанной подложки. Техническим результатом является возможность определения скорости коррозии в режиме реального времени, увеличение точности анализа, а также возможность обнаружения и прогнозирования локальной коррозии. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 18 ил., 2 табл.

1. Способ анализа подложки, соприкасающейся с флюидом, присутствующим в промышленной системе, включающий следующие этапы:

создание цифрового изображения подложки, когда указанная подложка соприкасается с флюидом, присутствующим в промышленной системе;

определение изучаемого участка на цифровом изображении указанной подложки;

идентификация признаков коррозии на изучаемом участке цифрового изображения указанной подложки; и

анализ признаков коррозии на изучаемом участке цифрового изображения указанной подложки.

2. Способ анализа подложки, соприкасающейся с флюидом, присутствующим в промышленной системе, включающий следующие этапы:

создание серии цифровых изображений подложки, когда указанная подложка соприкасается с флюидом, присутствующим в промышленной системе;

определение изучаемого участка в серии цифровых изображений указанной подложки;

идентификация признаков коррозии на изучаемом участке серии цифровых изображений указанной подложки; и

анализ признаков коррозии на изучаемом участке серии цифровых изображений указанной подложки для определения динамики коррозии промышленной системы.

3. Способ по п. 1 или 2, дополнительно включающий перемещение подложки в промышленной системе для получения цифровых изображений второго изучаемого участка; и повторение этапов указанного способа.

4. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что флюид представляет собой промышленную воду, а промышленная система представляет собой систему промышленного водоснабжения.

5. Способ анализа подложки, соприкасающейся с промышленной водой, присутствующей в системе промышленного водоснабжения, включающий следующие этапы:

обработка промышленной воды системы промышленного водоснабжения ингибитором коррозии;

создание серии цифровых изображений подложки, когда указанная подложка соприкасается с промышленной водой, присутствующей в системе промышленного водоснабжения;

определение изучаемого участка в серии цифровых изображений указанной подложки;

идентификация признаков коррозии на изучаемом участке серии цифровых изображений указанной подложки;

анализ признаков коррозии на изучаемом участке серии цифровых изображений указанной подложки для определения динамики коррозии системы промышленного водоснабжения; и

действия на основании анализа признаков коррозии на изучаемом участке серии цифровых изображений указанной подложки.

6. Способ по п. 4 или 5, дополнительно включающий измерение параметра промышленной воды, присутствующей в системе промышленного водоснабжения, выбранного из pH, проводимости, окислительно-восстановительного потенциала, линейного поляризационного сопротивления, их производных и их комбинаций.

7. Способ по любому из пп. 1-6, дополнительно включающий определение расчетного значения площади поверхности признака коррозии.

8. Способ по п. 7, дополнительно включающий определение расчетного значения глубины очага признака коррозии на основании расчетного значения площади поверхности признака коррозии.

9. Способ по п. 7, дополнительно включающий определение расчетного значения глубины очага признака коррозии на основании одномерного измерения признака коррозии.

10. Способ по любому из пп. 1-9, дополнительно включающий идентификацию множества признаков коррозии на изучаемом участке.

11. Способ по п. 10, дополнительно включающий определение количества в указанном множестве признаков коррозии.

12. Способ по п. 10, дополнительно включающий определение количества и отслеживание в указанном множестве признаков коррозии.

13. Способ по любому из пп. 1-12, отличающийся тем, что подложка представляет собой индикатор коррозии.

14. Способ по п. 13, отличающийся тем, что указанный индикатор коррозии способен пройти испытания на коррозию АОИМ.

15. Способ по п. 13 или 14, отличающийся тем, что индикатор коррозии выполнен из металла, выбранного из стали, железа, алюминия, меди, латуни, никеля и сплавов на их основе.

16. Способ по п. 15, отличающийся тем, что металл представляет собой сталь, выбранную из мягкой низкоуглеродистой стали, нержавеющей стали, углеродистой стали и сплавов на их основе.

17. Способ по п. 16, отличающийся тем, что сталь представляет собой мягкую низкоуглеродистую сталь.

18. Способ по любому из пп. 5-17, отличающийся тем, что действия включают по меньшей мере одно из следующих действий: увеличение дозы ингибитора коррозии, выбор другого ингибитора коррозии, модификации ингибитора коррозии, изменение физических свойств системы промышленного водоснабжения и отключение системы промышленного водоснабжения.

19. Способ по любому из пп. 1-18, отличающийся тем, что анализ признаков коррозии на изучаемом участке серии цифровых изображений включает классификацию коррозии на подложке согласно цветовому профилю изучаемого участка или его части по меньшей мере одного из указанной серии цифровых изображений.

20. Способ по любому из пп. 1-18, дополнительно включающий перемещение подложки в промышленной системе для получения цифровых изображений второго изучаемого участка; и повторение этапов указанного способа.