一种工业环境腐蚀金属安全评估方法与流程

1.本发明涉及环境腐蚀性安全评估技术领域，具体而言，涉及一种工业环境腐蚀金属安全评估方法。


背景技术：

2.金属腐蚀是金属材料由于受到介质的作用而发生状态的改变、转变成新相，从而遭受破坏的现象。金属材料的腐蚀不仅使设备、设施和各种产品提前失效、寿命降低，导致维修成本增加，而且由于腐蚀产物生成、设备报废和各种次生事故，给人类和自然环境带来巨大的破坏。每年金属腐蚀都会直接或间接的造成重大经济损失。
3.金属大气腐蚀是指其在服役过程中，与大气环境发生化学或电化学反应而失效的过程。相比其他类型的金属腐蚀，大气腐蚀是一种更加普遍的现象，无论是在室内还是室外，金属都会发生大气腐蚀。大部分金属都是在大气环境下存放和使用，金属因大气腐蚀造成的经济损失超过其他类型的总损失。现在大气污染对变电站金属材料的腐蚀导致的供电事故已经成为影响电网安全运行的一个重要问题，大气腐蚀作为影响材料服役安全的重要因素之一，使得环境腐蚀的监测对于保障工程装备的安全服役非常重要。
4.cn111341396a 《一种大气环境对材料腐蚀安全评估方法及系统》中公开了“一种大气环境对材料腐蚀安全评估方法及系统，属于电网材料应用技术领域。本发明的方法包括：基于大气环境对材料腐蚀的检测方法，构建大气环境对材料腐蚀的安全评估模型；针对大气环境对材料腐蚀的特点，设计材料安全的评估流程；获取材料腐蚀数据，并且根据安全评估模型确定要进行评估的数据对象；根据材料安全评估的需求选择评估指标；结合材料腐蚀寿命预测方法设计相应的评估规则；确定安全评估指标的权值，并赋予每个评估指标的期望值；由每个评估指标的合格百分比计算出安全评分”，该发明本发明能对金属材料腐蚀安全进行准确有效的评估，进而能够对金属材料的安全提供更加准确的分析和评价，但试验周期过长，无法满足当下工业环境工程工期需求，且对试验设备的要求高，适用性低。


技术实现要素：

5.为了解决现有技术所存在的上述问题，本技术提供了一种工业环境腐蚀金属安全评估方法，本技术的技术方案如下：
6.一种工业环境腐蚀金属安全评估方法，具体步骤包括：
7.利用重力平衡金属腐蚀监测装置获取工业环境下各个时间节点下不同金属的腐蚀速率与腐蚀图像；
8.对工业环境下不同金属的腐蚀速率进行图表分析获取金属腐蚀速率指标；
9.对工业环境下不同金属的腐蚀图像进行图像分析获取金属腐蚀程度指标；
10.对工业环境下不同金属进行安全评估，具体为结合金属腐蚀速率指标、金属腐蚀程度指标及时间节点计算各个时间节点下不同金属的安全系数，将不同金属的安全系数以趋势图的形式可视化呈现安全评估结果，选取安全系数数值最大且变化最小的金属作为工
业环境设备材料。
11.优选的，重力平衡金属腐蚀监测装置包括检测模块、平衡模块、无线通信模块，其中，所述平衡模块包括定位仪、固定块和支撑杆；所述支撑杆可转动地设置于所述固定块，支撑杆的一端与检测模块连接，另一端与待测试的金属样本连接；所述定位仪与所述无线通信模块电连接，定位仪设置于所述支撑杆与固定块连接处，用于检测所述支撑杆相对于所述固定块转动的角度并通过无线通信模块将角度信号输出至控制终端。
12.优选的，所述检测模块包括应力传感器与标准件，其中，所述标准件一端通过细绳与支撑杆连接，另一端通过细绳与所述应力传感器连接，所述应力传感器与无线通信模块电连接，用于检测所述支撑杆受到的应力变化并通过无线通信模块输出应力信号至控制终端。
13.优选的，所述金属样本正上方还设置有图像采集模块，所述图像采集模块与无线通信模块电连接，用于采集金属样本腐蚀图像并通过无线通信模块传输至控制终端。
14.优选的，所述重力平衡金属腐蚀监测装置还包括保护箱，所述检测模块、平衡模块的定位仪与固定块均设置于所述保护箱内，所述支撑杆中与金属样本连接的一端穿透保护箱侧壁位于所述保护箱的外部。
15.优选的，利用重力平衡金属腐蚀监测装置获取工业环境下的不同金属腐蚀速率具体为控制终端根据获取的角度信号与应力信号分别确定角度变化值与应力变化值，将角度变化值与应力变化值结合金属样本进行试验的试验时间计算获得金属样本的腐蚀速率，其中具体的腐蚀速率计算公式为：
16.腐蚀速率＝[金属样本原始重量
×
tan(角度变化值)+(应力变化值/9.8)]/(金属样本试验面积
×
试验时间)。
[0017]
优选的，对工业环境下不同金属的腐蚀速率进行图表分析获取金属速率指标具体为：
[0018]
将不同金属的腐蚀速率列入图表，根据腐蚀速率数值大小从大到小顺序排列后均匀划分为m个等级，每个等级进行数字化表征对应金属腐蚀速率指标，其中，同一时间节点的金属腐蚀速率归入一个表。
[0019]
优选的，所述对工业环境下不同金属的腐蚀图像进行图像分析判断金属腐蚀程度具体为：
[0020]
对获取的不同时间段的金属腐蚀图像进行标准化处理与灰度转换，读取标准化处理后的金属腐蚀图像灰度值；利用金属腐蚀图像灰度值采用迭代求取金属腐蚀图像的最佳阈值进行阈值分割，根据阈值分割后的金属腐蚀图像的灰度直方图统计出金属腐蚀区域，通过金属腐蚀区域占金属样本试验面积的百分比判断金属腐蚀程度。
[0021]
优选的，所述灰度转换具体数学表达式为：
[0022]
z(i，j)＝0.114r(i，j)+0.587g(i，j)+0.299b(i，j)；
[0023]
式中，z(i，j)为转换后的灰度图像在(i，j)点处的灰度值，r(i，j)、g(i，j)、b(i，j)为金属腐蚀图像彩色图像在(i，j)点处三原色光亮度值。
[0024]
优选的，利用金属腐蚀图像灰度值采用迭代求取金属腐蚀图像的最佳阈值进行阈值分割具体为：
[0025]
获取灰度转化后金属腐蚀图像的初始阈值：
[0026][0027]
式中，t0为初始阈值，z
max
、z
min
分别为灰度转换后金属腐蚀图像中的灰度最大值、灰度最小值；
[0028]
以初始阈值t0为界将金属腐蚀图像分割为前景a0与背景b0，分别计算获得a0、b0的平均灰度值za、zb；
[0029]
利用平均灰度值za、zb获取新的阈值tk：
[0030][0031]
以初始阈值tk为界将金属腐蚀图像分割为前景ak与背景bk，分别计算获得ak、bk的平均灰度值并依据ak、bk的平均灰度值获取新的阈值t
k+1
；
[0032]
迭代计算直至t
k+1
与tk差值小于预设值，获得的t
k+1
即为最佳阈值，金属腐蚀图像根据最佳阈值进行阈值分割。
[0033]
优选的，对工业环境下不同金属的腐蚀图像进行图像分析获取金属腐蚀程度指标还包括：
[0034]
根据金属腐蚀区域占金属样本试验面积的百分比按照百分比数值大小从大到小顺序排列后划分n个等级，每个等级进行数字化表征对应金属腐蚀程度指标。
[0035]
优选的，结合金属腐蚀速率指标、金属腐蚀程度指标及时间节点计算安全系数具体数学表达式为：
[0036]qt
＝ωcc
t
×
ωdd
t
；
[0037]
式中，q
t
、c
t
、d
t
分别为在t时间节点金属安全系数、金属腐蚀速率指标、金属腐蚀程度指标，ωc、ωd分别为金属腐蚀速率指标及金属腐蚀程度指标的权重值。
[0038]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0039]
本发明为一种工业环境腐蚀金属安全评估方法，通过设置重力平衡金属腐蚀监测装置获取工业环境下各个时间节点下不同金属的腐蚀速率与腐蚀图像；分别对腐蚀速率与腐蚀图像进行分析获得其对应的指标，并依据所述指标进行安全评估获得安全评估结果，根据安全评估结果选取最优金属作为工业环境设备材料，其中，获取腐蚀速率与腐蚀图像的装置结构简单，获取时间可把控，而控制终端对获取数据的处理与分析使得本发明对金属材料的腐蚀安全评估准确有效，对于工程实践具有十分重要的意义。
附图说明
[0040]
图1是本技术实施例的方法流程图；
[0041]
图2是本技术实施例的重力平衡金属腐蚀监测装置结构图；
[0042]
附图标记：
[0043]
1-应力传感器；2-标准件；3-保护箱；4-定位仪；5-支撑杆杆6-固定块；7-无线通信模块；8-金属样本；9-细绳；10-电缆线；11-图像采集模块。
具体实施方式
[0044]
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发
明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
[0045]
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0046]
本发明提供以下技术方案：一种工业环境腐蚀金属安全评估方法。
[0047]
实施例1
[0048]
本实施例提供了一种工业环境腐蚀金属安全评估方法，具体步骤为：
[0049]
s1、利用重力平衡金属腐蚀监测装置获取工业环境下各个时间节点下不同金属的腐蚀速率与腐蚀图像；
[0050]
s2、对工业环境下不同金属的腐蚀速率进行图表分析获取金属腐蚀速率指标；
[0051]
具体为将不同金属的腐蚀速率列入图表，根据腐蚀速率数值大小从大到小顺序排列后均匀划分为m个等级，每个等级进行数字化表征对应金属腐蚀速率指标，其中，同一时间节点的金属腐蚀速率归入一个表。
[0052]
s3、对工业环境下不同金属的腐蚀图像进行图像分析获取金属腐蚀程度指标；
[0053]
对获取的不同时间段的金属腐蚀图像进行标准化处理与灰度转换，读取标准化处理后的金属腐蚀图像灰度值；利用金属腐蚀图像灰度值采用迭代求取金属腐蚀图像的最佳阈值进行阈值分割，根据阈值分割后的金属腐蚀图像的灰度直方图统计出金属腐蚀区域，通过金属腐蚀区域占金属样本试验面积的百分比判断金属腐蚀程度。
[0054]
优选的，所述灰度转换具体数学表达式为：
[0055]
z(i，j)＝0.114r(i，j)+0.587g(i，j)+0.299b(i，j)；
[0056]
式中，z(i，j)为转换后的灰度图像在(i，j)点处的灰度值，r(i，j)、g(i，j)、b(i，j)为金属腐蚀图像彩色图像在(i，j)点处三原色光亮度值。
[0057]
优选的，利用金属腐蚀图像灰度值采用迭代求取金属腐蚀图像的最佳阈值进行阈值分割具体为：
[0058]
获取灰度转化后金属腐蚀图像的初始阈值：
[0059][0060]
式中，t0为初始阈值，z
max
、z
min
分别为灰度转换后金属腐蚀图像中的灰度最大值、灰度最小值；
[0061]
以初始阈值t0为界将金属腐蚀图像分割为前景a0与背景b0，分别计算获得a0、b0的平均灰度值za、zb；
[0062]
利用平均灰度值za、zb获取新的阈值tk：
[0063][0064]
以初始阈值tk为界将金属腐蚀图像分割为前景ak与背景bk，分别计算获得ak、bk的
平均灰度值并依据ak、bk的平均灰度值获取新的阈值t
k+1
；
[0065]
迭代计算直至t
k+1
与tk差值小于预设值，获得的t
k+1
即为最佳阈值，金属腐蚀图像根据最佳阈值进行阈值分割。
[0066]
优选的，对工业环境下不同金属的腐蚀图像进行图像分析获取金属腐蚀程度指标还包括：
[0067]
根据金属腐蚀区域占金属样本试验面积的百分比按照百分比数值大小从大到小顺序排列后划分n个等级，每个等级进行数字化表征对应金属腐蚀程度指标。
[0068]
优选的，结合金属腐蚀速率指标、金属腐蚀程度指标及时间节点计算安全系数具体数学表达式为：
[0069]qt
＝ωcc
t
×
ωdd
t
；
[0070]
式中，q
t
、c
t
、d
t
分别为在t时间节点金属安全系数、金属腐蚀速率指标、金属腐蚀程度指标，ωc、ωd分别为金属腐蚀速率指标及金属腐蚀程度指标的权重值，所述权重值通过专家咨询法确定具体的数值。
[0071]
s4、对工业环境下不同金属进行安全评估，具体为结合金属腐蚀速率指标、金属腐蚀程度指标及时间节点计算各个时间节点下不同金属的安全系数，将不同金属的安全系数以趋势图的形式可视化呈现安全评估结果，选取安全系数数值最大且变化最小的金属作为工业环境设备材料。
[0072]
实施例二
[0073]
本实施例提供了一种重力平衡金属腐蚀监测装置，所述重力平衡金属腐蚀监测装置包括检测模块、平衡模块、无线通信模块，其中，所述平衡模块包括定位仪、固定块和支撑杆；所述支撑杆可转动地设置于所述固定块，支撑杆的一端与检测模块连接，另一端与待测试的金属样本连接；所述定位仪与所述无线通信模块电连接，定位仪设置于所述支撑杆与固定块连接处，用于检测所述支撑杆相对于所述固定块转动的角度并通过无线通信模块将角度信号输出至控制终端。
[0074]
在本实施例中，为了使支撑杆在金属样本被大气腐蚀时能够相对于固定块更加灵敏的发生转动，支撑杆为平衡杆，固定块为三角支撑块，平衡杆直接放置于三角支撑块的顶角处，由三角支撑块的顶角支撑，即平衡杆直接与三角支撑块的顶角接触连接。在其他实施例中，平衡杆还可以是平衡块等形状，固定块还可以是圆柱、立方体等形状；在其他实施例中，平衡杆还可以通过转轴等转动连接件与固定块可转动地连接。
[0075]
优选的，所述检测模块包括应力传感器与标准件，其中，所述标准件一端通过细绳与支撑杆连接，另一端通过细绳与所述应力传感器连接，细绳连接简化了连接物体间的连接方式，所述应力传感器与无线通信模块电连接，用于检测所述支撑杆受到的应力变化并通过无线通信模块输出应力信号至控制终端。
[0076]
优选的，所述金属样本正上方还设置有图像采集模块，所述图像采集模块与无线通信模块电连接，用于采集金属样本腐蚀图像并通过无线通信模块传输至控制终端。
[0077]
优选的，所述重力平衡金属腐蚀监测装置还包括保护箱，所述检测模块、平衡模块的定位仪与固定块均设置于所述保护箱内，所述支撑杆中与金属样本连接的一端穿透保护箱侧壁位于所述保护箱的外部。
[0078]
优选的，上述控制终端包括智能手机、平板电脑、笔记本电脑或台式电脑等，在此
不作具体限定；上述无线通信模块包括蓝牙通信、wifi通信或zigbee通信等常规无线通信模块，在此不作具体限定。需要进一步说明的是，上述各类型的控制终端和无线通信模块的工作原理均与相关技术类似，在此不再赘述。
[0079]
本实施例中，在使用该重力平衡金属腐蚀监测装置监测金属样板的腐蚀速率时，在初始状态下设置检测模块中标准件的重量使得支撑杆两端的检测模块和金属样本相互平衡，即可转动的支撑杆处于水平状态，此时定位仪的角度值为初始值零，在监测金属样本的大气腐蚀速率的过程中，金属样本会受到大气的腐蚀而生锈，从而产生重量的变化，金属样本的重量变化会破坏支撑杆原本的平衡，使得支撑杆相对于固定块转动，定位仪检测到支撑杆相对于固定块转动的角度，即可实时输出对应的角度信号，以便于控制终端根据实时获取的角度信号确定金属样本的大气腐蚀速率，实时获取的方式可使控制终端在试验周期内获取多个时间节点的数据，其中，具体的腐蚀速率计算公式为：
[0080]
腐蚀速率＝[金属样本原始重量
×
tan(角度变化值)+(应力变化值/9.8)]/(金属样本试验面积
×
试验时间)。
[0081]
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

技术特征：
1.一种工业环境腐蚀金属安全评估方法，其特征在于，具体步骤包括：利用重力平衡金属腐蚀监测装置获取工业环境下各个时间节点下不同金属的腐蚀速率与腐蚀图像；对工业环境下不同金属的腐蚀速率进行图表分析获取金属腐蚀速率指标；对工业环境下不同金属的腐蚀图像进行图像分析获取金属腐蚀程度指标；对工业环境下不同金属进行安全评估，具体为结合金属腐蚀速率指标、金属腐蚀程度指标及时间节点计算各个时间节点下不同金属的安全系数，将不同金属的安全系数以趋势图的形式可视化呈现安全评估结果，选取安全系数数值最大且变化最小的金属作为工业环境设备材料。2.根据权利要求1所述的一种工业环境腐蚀金属安全评估方法，其特征在于，重力平衡金属腐蚀监测装置包括检测模块、平衡模块、无线通信模块，其中，所述平衡模块包括定位仪、固定块和支撑杆；所述支撑杆可转动地设置于所述固定块，支撑杆的一端与检测模块连接，另一端与待测试的金属样本连接；所述定位仪与所述无线通信模块电连接，定位仪设置于所述支撑杆与固定块连接处，用于检测所述支撑杆相对于所述固定块转动的角度并通过无线通信模块将角度信号输出至控制终端。3.根据权利要求2所述的一种工业环境腐蚀金属安全评估方法，其特征在于，所述检测模块包括应力传感器与标准件，其中，所述标准件一端通过细绳与支撑杆连接，另一端通过细绳与所述应力传感器连接，所述应力传感器与无线通信模块电连接，用于检测所述支撑杆受到的应力变化并通过无线通信模块输出应力信号至控制终端。4.根据权利要求2所述的一种工业环境腐蚀金属安全评估方法，其特征在于，所述金属样本正上方还设置有图像采集模块，所述图像采集模块与无线通信模块电连接，用于采集金属样本腐蚀图像并通过无线通信模块传输至控制终端。5.根据权利要求2所述的一种工业环境腐蚀金属安全评估方法，其特征在于，所述重力平衡金属腐蚀监测装置还包括保护箱，所述检测模块、平衡模块的定位仪与固定块均设置于所述保护箱内，所述支撑杆中与金属样本连接的一端穿透保护箱侧壁位于所述保护箱的外部。6.根据权利要求3所述的一种工业环境腐蚀金属安全评估方法，其特征在于，利用重力平衡金属腐蚀监测装置获取工业环境下的不同金属腐蚀速率具体为控制终端根据获取的角度信号与应力信号分别确定角度变化值与应力变化值，将角度变化值与应力变化值结合金属样本进行试验的试验时间计算获得金属样本的腐蚀速率，其中具体的腐蚀速率计算公式为：腐蚀速率＝[金属样本原始重量
×
tan(角度变化值)+(应力变化值/9.8)]/(金属样本试验面积
×
试验时间)。7.根据权利要求1所述的一种工业环境腐蚀金属安全评估方法，其特征在于，对工业环境下不同金属的腐蚀速率进行图表分析获取金属速率指标具体为：将不同金属的腐蚀速率列入图表，根据腐蚀速率数值大小从大到小顺序排列后均匀划分为m个等级，每个等级进行数字化表征对应金属腐蚀速率指标，其中，同一时间节点的金属腐蚀速率归入一个表。8.根据权利要求1所述的一种工业环境腐蚀金属安全评估方法，其特征在于，所述对工
业环境下不同金属的腐蚀图像进行图像分析判断金属腐蚀程度具体为：对获取的不同时间段的金属腐蚀图像进行标准化处理与灰度转换，读取标准化处理后的金属腐蚀图像灰度值；利用金属腐蚀图像灰度值采用迭代求取金属腐蚀图像的最佳阈值进行阈值分割，根据阈值分割后的金属腐蚀图像的灰度直方图统计出金属腐蚀区域，通过金属腐蚀区域占金属样本试验面积的百分比判断金属腐蚀程度。9.根据权利要求8所述的一种工业环境腐蚀金属安全评估方法，其特征在于，所述灰度转换具体数学表达式为：z(i，j)＝0.114r(i，j)+0.587g(i，j)+0.299b(i，j)；式中，z(i，j)为转换后的灰度图像在(i，j)点处的灰度值，r(i，j)、g(i，j)、b(i，j)为金属腐蚀图像彩色图像在(i，j)点处三原色光亮度值。10.根据权利要求9所述的一种工业环境腐蚀金属安全评估方法，其特征在于，利用金属腐蚀图像灰度值采用迭代求取金属腐蚀图像的最佳阈值进行阈值分割具体为：获取灰度转化后金属腐蚀图像的初始阈值：式中，t0为初始阈值，z
max
、z
min
分别为灰度转换后金属腐蚀图像中的灰度最大值、灰度最小值；以初始阈值t0为界将金属腐蚀图像分割为前景a0与背景b0，分别计算获得a0、b0的平均灰度值z
a
、z
b
；利用平均灰度值z
a
、z
b
获取新的阈值t
k
：以初始阈值t
k
为界将金属腐蚀图像分割为前景a
k
与背景b
k
，分别计算获得a
k
、b
k
的平均灰度值并依据a
k
、b
k
的平均灰度值获取新的阈值t
k+1
；迭代计算直至t
k+1
与t
k
差值小于预设值，获得的t
k+1
即为最佳阈值，金属腐蚀图像根据最佳阈值进行阈值分割。11.根据权利要求1所述的一种工业环境腐蚀金属安全评估方法，其特征在于，对工业环境下不同金属的腐蚀图像进行图像分析获取金属腐蚀程度指标还包括：根据金属腐蚀区域占金属样本试验面积的百分比按照百分比数值大小从大到小顺序排列后划分n个等级，每个等级进行数字化表征对应金属腐蚀程度指标。12.根据权利要求1所述的一种工业环境腐蚀金属安全评估方法，其特征在于，结合金属腐蚀速率指标、金属腐蚀程度指标及时间节点计算安全系数具体数学表达式为：q
t
＝ω
c
c
t
×
ω
d
d
t
；式中，q
t
、c
t
、d
t
分别为在t时间节点金属安全系数、金属腐蚀速率指标、金属腐蚀程度指标，ω
c
、ω
d
分别为金属腐蚀速率指标及金属腐蚀程度指标的权重值。

技术总结
本发明提出了一种工业环境腐蚀金属安全评估方法，通过设置重力平衡金属腐蚀监测装置获取工业环境下各个时间节点下不同金属的腐蚀速率与腐蚀图像；分别对腐蚀速率与腐蚀图像进行分析获得其对应的指标，并依据所述指标进行安全评估获得安全评估结果，根据安全评估结果选取最优金属作为工业环境设备材料，其中，获取腐蚀速率与腐蚀图像的装置结构简单，获取时间可把控，而控制终端对获取数据的处理与分析使得本发明对金属材料的腐蚀安全评估准确有效，对于工程实践具有十分重要的意义。对于工程实践具有十分重要的意义。对于工程实践具有十分重要的意义。


技术研发人员：严康骅 林德源 夏晓健 万芯瑗 洪毅成 陈云翔 韩纪层
受保护的技术使用者：国网福建省电力有限公司
技术研发日：2023.02.27
技术公布日：2023/7/11