CN102305817A - 监测输水管道腐蚀与防护用多功能探头 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种监测输水管道腐蚀与防护用多功能探头，包括探头支架、固定设置在探头支架上的第一接线柱、第二接线柱、第三接线柱和第四接线柱，探头支架上还设置有参比电极、辅助电极、第一工作电极及第二工作电极，第一接线柱、第二接线柱、第三接线柱及第四接线柱分别对应电连接至参比电极、辅助电极、第一工作电极及第二工作电极，探头支架通过法兰盘安装在管道壁上。包括自然腐蚀三电极体系和阴极保护三电极体系，不仅可以监测通电状况下管道的腐蚀特性、自然状态下的腐蚀特性，还可以监测阴极保护状态下的保护度，同时通过不同腐蚀监测技术监测管道的腐蚀状态及阴极保护度测试，从而可以实时、准确地监测管道的自然腐蚀状态及腐蚀速率。

Description

监测输水管道腐蚀与防护用多功能探头

技术领域

本发明涉及输水管道，特别是，涉及一种监测输水管道腐蚀与防护用多功能探头。

背景技术

流体管道广泛应用于海水、自来水及其他领域中各种流体物料的输送，在国民经济中起着举足轻重的作用，但管道给我们提供众多便利的同时，其腐蚀问题给管道输送带来了极大的安全隐患。

管道为延长使用寿命，一般采用防腐涂料、阴极保护或两者联合防护措施对腐蚀状况进行控制。目前，对于管道腐蚀状态的监测方法主要包括物理方法与电化学方法。物理方法主要通过测定锈蚀引起材料的电阻、电磁、热传导、声波传播等物理性质的变化来反映情况。主要包括：电阻法、涡流法、射线法、红外热像法、声发射法、超声波、冲击-回声法和磁场等。由于管道腐蚀的本质是电化学过程，所以电化学方法除了可以探测管道腐蚀的位置、程度、以及速率之外，也有可能得到反映腐蚀过程机理的信息，特别适合用于腐蚀状态的评价。近年来电化学方法日益受到重视，取得很大的发展，已经成为金属腐蚀的无损监测的常规手段，主要包括：电位、电化学阻抗谱（交流阻抗谱）、极化电阻、恒电量法、电化学噪声、谐波法等。

目前，管道腐蚀的监测方式较为单一，主要都是采用电位监测技术，但是由于管道周围的环境状况较为复杂，采用单一的监测技术并不能真实的体现管道的腐蚀状态。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够实时、真实准确地监测管道的腐蚀与防护状态的多功能探头。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种监测输水管道腐蚀与防护用多功能探头，包括探头支架、固定设置在所述的探头支架上的第一接线柱、第二接线柱、第三接线柱和第四接线柱，所述的探头支架上还设置有参比电极、辅助电极、第一工作电极及第二工作电极，所述的第一接线柱、所述的第二接线柱、所述的第三接线柱及所述的第四接线柱分别对应电连接至所述的参比电极、所述的辅助电极、所述的第一工作电极及所述的第二工作电极，所述的探头支架通过法兰盘安装在所述的管道壁上。

优选地，所述的第一接线柱、所述的第二接线柱、所述的第三接线柱及所述的第四接线柱位于所述的探头支架的同一端，所述的参比电极、所述的辅助电极、所述的第一工作电极及所述的第二工作电极位于所述的探头支架的另一端。

优选地，所述的第一接线柱、所述的第二接线柱、所述的第三接线柱及所述的第四接线柱与所述的参比电极、所述的辅助电极、所述的第一工作电极及所述的第二工作电极一一对应通过导电螺杆相连接，四根所述的导电螺杆之间相互平行，进一步地，四根所述的导电螺杆之间相互绝缘。

优选地，所述的第一工作电极为自腐蚀电极，所述的自腐蚀电极、所述的参比电极与所述的辅助电极构成自然腐蚀三电极体系，所述的第二工作电极为阴极保护电极，所述的阴极保护电极、所述的参比电极及所述的辅助电极构成阴极保护三电极体系。

进一步优选地，所述的参比电极、所述的辅助电极、所述的第一工作电极及所述的第二工作电极之间相互绝缘设置。

本发明的有益效果在于：探头上设置自然腐蚀三电极体系和阴极保护三电极体系，不仅可以监测通电状况下管道的腐蚀特性，而且可以监测自然状态下的腐蚀特性，还可以监测阴极保护状态下的保护度，同时通过不同腐蚀监测技术：电化学阻抗谱（交流阻抗谱）、极化电阻、电化学噪声等监测管道的腐蚀状态及阴极保护度测试，从而可以实时、准确地监测管道的自然腐蚀状态及腐蚀速率。

附图说明

附图1为本发明的监测输水管道腐蚀与防护用多功能探头的俯视示意图；

附图2为本发明的监测输水管道腐蚀与防护用多功能探头的纵向部分剖视图；

附图3为本发明的监测输水管道腐蚀与防护用多功能探头的仰视示意图。

附图中：1、探头支架；2、第一接线柱；3、第二接线柱；4、第三接线柱；5、第四接线柱；6、参比电极；7、辅助电极；8、第一工作电极；9、第二工作电极；10、导电螺杆。

具体实施方式

下面结合附图所示的实施例对本发明作以下详细描述：

如附图1、附图2及附图3所示，本发明的监测输水管道腐蚀与防护用多功能探头包括探头支架1、固定设置在探头支架1上的第一接线柱2、第二接线柱3、第三接线柱4和第四接线柱5，探头支架1上还设置有参比电极6、辅助电极7、第一工作电极8及第二工作电极9，第一接线柱2、第二接线柱3、第三接线柱4及第四接线柱5分别对应电连接至参比电极6、辅助电极7、第一工作电极8及第二工作电极9，探头支架1通过法兰盘安装在管道壁上，第一接线柱2、第二接线柱3、第三接线柱4及第四接线柱5位于探头支架1的同一端，参比电极6、辅助电极7、第一工作电极8及第二工作电极9位于探头支架1的另一端，第一接线柱2、第二接线柱3、第三接线柱4及第四接线柱5与参比电极6、辅助电极7、第一工作电极8及第二工作电极9一一对应通过导电螺杆10相连接，四根导电螺杆10之间相互平行，进一步地，四根导电螺杆10之间相互绝缘，参比电极6、辅助电极7、第一工作电极8及第二工作电极9之间相互绝缘设置。

其中，第一工作电极8为自腐蚀电极，自腐蚀电极、参比电极6与辅助电极7构成自然腐蚀三电极体系，第二工作电极9为阴极保护电极，阴极保护电极、参比电极6及辅助电极7构成阴极保护三电极体系。

本发明的监测输水管道腐蚀与防护用多功能探头的工作原理：

结构上存在的腐蚀因素：输水管道在腐蚀性介质中的腐蚀是由于其组织成分的不稳定性和电化学不均匀性造成的。从外观看，金属的材质是均一的，但是，当它浸入液体中，由于金属材料本身组织结构及表面物理状态的不均匀性，在金属表面形成许多宏观或微观的阳极区和阴极区，阴极和阳极之间通过液体产生微电流，电子从阳极区向阴极区移动，阳极区部分金属失去电子成为离子，溶解于液体中，使得阳极区金属受到腐蚀。对于整个管道来讲，这些微电流迭加起来可能达到相当大的数量。

阴极保护：阴极保护是对被保护金属结构提供阴极保护电流，使之阴极极化，从而消除电化学腐蚀的一种方法。在液体中金属的腐蚀是由电化学反应引起的，如能阻止这一电化学反应，就可以抑制金属的电化学腐蚀。当金属进行阴极极化时，通过阴极表面的阴极电流，大部分优先流到阳极区，从而降低了原有的电位，使之阴极极化，随着电流的增大，金属表面阴极区的负极化也增大，当极化到阴极区和阳极区的电位差为零时，腐蚀电流消失，因而抑制了腐蚀过程，达到了保护的目的。阴极保护是防止以上腐蚀的最有效措施，通过施加阴极保护电流，使上述金属结构件的电位极化至保护电位范围时，金属材料在水溶液中就会停止腐蚀。

本发明的监测输水管道腐蚀与防护用多功能探头作为一种监测管道腐蚀与防护状态的新型技术，可采用多种不同检测技术：腐蚀状态测试、电化学阻抗谱（交流阻抗谱）、极化电阻、恒电量法、电化学噪声等，监测管道的腐蚀状态及阴极保护度测试。

腐蚀状态测试：金属或合金的腐蚀电位与他们的腐蚀状态之间存在对应关系，通过检测参比电极6与自腐蚀电极或阴极保护电极之间的电位差，可获得未施加阴极保护的电极的自然腐蚀电位及施加阴极保护的电极保护电位，由电位-pH图可获得电位检测结果所对应的材料的腐蚀状态。

保护度测试：

a）线性极化法测量自然腐蚀电流

采用三电极体系（参比电极6、辅助电极7与自腐蚀电极），在自腐蚀电极的腐蚀电位附近进行极化,利用腐蚀电流与极化曲线在腐蚀电位附近的斜率成反比的关系求腐蚀速率。线性极化技术对腐蚀情况变化的响应快,可以快速灵敏地实时测定金属的瞬时全面腐蚀速度,也可以及时连续地跟踪设备腐蚀速度及变化。此外,还可以根据在相同的阴阳极极化条件下的响应电流的不对称性,来提供设备发生孔蚀或其它局部腐蚀的信息。

）电化学阻抗谱法测量阴极保护状态下的腐蚀电流

用理想元件(如电阻和电容等)来表示体系的法拉第过程、空间电荷以及电子和离子的传导过程,说明非均态物质的微观性质分布。对处于稳态的电化学三电极体系施加一个无限小的正弦波扰动，可获得施加阴极保护的阴极保护电极的腐蚀电流。

）保护度

保护度由a）、b）测得的数据按照下面公式进行计算：

式中：

    η—保护度；

    icorr —自然腐蚀电流；

    icp —阴极保护状态下的腐蚀电流。

涂层状况测试：涂层随管道运行时间的延长，会表现出老化和破损的趋势，与系统电化学参数密切相关，电化学阻抗谱能够通过直观的谱图，准确诊断涂层的各种变化状态。

现有技术中的单一检测探头，并不能够真实、全面的反应管道的腐蚀状态。

采用本发明的多功能监测探头可进行定期的多方位信息测量和监测，从而综合评价自然状态下管道的腐蚀特性、施加阴极保护系统的管道的腐蚀特性以及涂层的老化和破损状况，以确保其管道在整个使用寿命中得到监测。采用多功能腐蚀探头不仅实现对管道的监检测，从而提供相对独立的系统诊断信息,同时可确保管道阴极保护系统的稳定性与实效（可靠）性，并提供管道多方面腐蚀信息。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种监测输水管道腐蚀与防护用多功能探头，其特征在于：包括探头支架、固定设置在所述的探头支架上的第一接线柱、第二接线柱、第三接线柱和第四接线柱，所述的探头支架上还设置有参比电极、辅助电极、第一工作电极及第二工作电极，所述的第一接线柱、所述的第二接线柱、所述的第三接线柱及所述的第四接线柱分别对应电连接至所述的参比电极、所述的辅助电极、所述的第一工作电极及所述的第二工作电极，所述的探头支架通过法兰盘安装在所述的管道壁上。

2.根据权利要求1所述的监测输水管道腐蚀与防护用多功能探头，其特征在于：所述的第一接线柱、所述的第二接线柱、所述的第三接线柱及所述的第四接线柱位于所述的探头支架的同一端，所述的参比电极、所述的辅助电极、所述的第一工作电极及所述的第二工作电极位于所述的探头支架的另一端。

3.根据权利要求1所述的监测输水管道腐蚀与防护用多功能探头，其特征在于：所述的第一接线柱、所述的第二接线柱、所述的第三接线柱及所述的第四接线柱与所述的参比电极、所述的辅助电极、所述的第一工作电极及所述的第二工作电极一一对应通过导电螺杆相连接，四根所述的导电螺杆之间相互平行。

4.根据权利要求3所述的监测输水管道腐蚀与防护用多功能探头，其特征在于：四根所述的导电螺杆之间相互绝缘。

5.根据权利要求1所述的监测输水管道腐蚀与防护用多功能探头，其特征在于：所述的第一工作电极为自腐蚀电极，所述的自腐蚀电极、所述的参比电极与所述的辅助电极构成自然腐蚀三电极体系，所述的第二工作电极为阴极保护电极，所述的阴极保护电极、所述的参比电极及所述的辅助电极构成阴极保护三电极体系。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的监测输水管道腐蚀与防护用多功能探头，其特征在于：所述的参比电极、所述的辅助电极、所述的第一工作电极及所述的第二工作电极之间相互绝缘设置。

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