CN102313696B - 一种杂散干扰腐蚀风险评价的室内模拟方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明是一种快速评价及预测实际埋地钢质管道上存在的杂散干扰危害的杂散干扰腐蚀风险评价的室内模拟方法及装置。其特征是将设置有多处模拟漏点(5)和试片(6)的模拟用带涂层钢管(4)埋于土壤池(1)中模拟埋地管道，在土壤池(1)的上方设置模拟降雨系统(15)，土壤池(1)的上部设置模拟干扰源系统(16)，土壤池(1)的下部设置地下水渗透系统(9)；在模拟用带涂层钢管(4)的一端用导线接有整流器(3)后接阳极(2)；模拟用带涂层钢管(4)上的试片(6)接差分电阻电路后至数据采集器(17)；在模拟用带涂层钢管(4)的试片(6)下方安装有温度湿度传感器(8)并接模拟降雨系统(15)。

Description

一种杂散干扰腐蚀风险评价的室内模拟方法及装置

技术领域

本发明是一种快速评价及预测实际埋地钢质管道上存在的杂散干扰危害的杂散干扰腐蚀风险评价的室内模拟方法及装置。涉及管道系统技术领域。

背景技术

目前，对于外部电气设施产生的杂散电流对埋地油气管道构成的腐蚀风险主要是通过测量管道-土壤电位，然后与相关标准规定的评判值进行比较。由于很难测试出杂散干扰影响区管道的真实管道-土壤电位，而且电位只能反映腐蚀发生的驱动力和可能性，因此不能真实、有效地评价管道的干扰腐蚀风险及其危害程度；而传统的腐蚀挂片方法存在耗时比较长、功能单一，以及误差大的问题，并且挂片试验过程中不便观测干扰腐蚀情况，因此挂片法亦难以适用于遭受杂散干扰管道的干扰腐蚀快速评估和预测的实际需求。

发明内容

本发明的目的是发明一种真实、有效、精确度高的快速评价及预测实际埋地钢质管道上存在的杂散干扰危害的杂散干扰腐蚀风险评价的室内模拟方法及装置。

为了克服现有杂散电流干扰腐蚀测试方法和评价指标方面存在的不足，本发明提供一种室内模拟评价方法及装置，不仅可以测试杂散干扰电流及其大小与腐蚀的关系，而且可以通过改变土壤电阻率来分析土壤与杂散干扰评价指标之间的关系，从而为不同情况的杂散干扰腐蚀快速评价奠定基础。

本发明的室内模拟评价方法是将设置有多处模拟漏点5和试片6的模拟用带涂层钢管4埋于土壤池1中，在土壤池1的上方设置模拟降雨系统15，土壤池1的下部设置地下水渗透系统9，土壤池1的上部设置模拟干扰源系统16;在模拟用带涂层钢管4的一端用导线接有整流器3后接阳极2;模拟用带涂层钢管4上的试片6接差分电阻电路后至数据采集器17;在模拟用带涂层钢管4的试片6下方安装有温度湿度传感器8并接模拟降雨系统15。

由埋于土壤池1中的模拟用带涂层钢管4模拟埋地管道,在模拟用带涂层钢管4上设置多处模拟漏点5和试片6模拟埋地管道的腐蚀状况，在土壤池1的上方设置模拟降雨系统15和地下水渗透系统9模拟管道环境的季节性变化、地下水位变化对管道杂散干扰的影响,由模拟干扰源系统16模拟管道杂散干扰,在此室内模拟环境下,本发明的室内模拟评价方法分为腐蚀速度的分析方法和管道杂散干扰危害程度的评价。腐蚀速度的分析方法是对模拟探头采用差分电阻技术，通过测量模拟探头电阻值随时间的变化来计算模拟探头厚度随时间的变化函数关系，再求导出腐蚀速度与时间的关系；同时通过模拟探头腐蚀速度积分出模拟探头质量的变化，再结合法拉第第一定律推导出腐蚀速度与电流（密度）的关系。而管道杂散干扰危害程度的评价是结合相关标准规范中关于杂散干扰电压、电流（密度）和腐蚀速度的判据，根据模拟分析结果中的杂散干扰电压、电流和腐蚀速度数据进行评价。

对于长L宽W厚σ的简单几何形状结构的金属元件，其电阻值为

整理后得 $\mathrm{\σ}=\mathrm{\ρ}\left(T\right)\·\frac{L}{W}\·\frac{1}{R},$ 求导后可以得出腐蚀速度 $V_{\mathrm{corr}}=-\frac{\mathrm{d\σ}}{\mathrm{dt}}=\frac{\mathrm{dR}}{\mathrm{dt}}\·\frac{W}{L}\·\frac{{\mathrm{\σ}}^2}{\mathrm{\ρ}\left(T\right)}.$

而模拟探头因腐蚀而发生的质量变化可以表述为： $\mathrm{\Δm}=\mathrm{\ρ}\left(\mathrm{\ΔV}\right)=\mathrm{\ρ}(\mathrm{\Δ\σ}\·L\·W)$ $=\mathrm{\ρ}({\∫V}_{\mathrm{corr}}\·\mathrm{dt}\·L\·W)=\mathrm{\ρ}({\∫W}^2\·\frac{{\mathrm{\σ}}^2}{\mathrm{\ρ}\left(T\right)}\mathrm{dR}).$ 根据法拉第第一定律Q=znF，电量Q＝∫Idt，以及物质的量z=△m)/M，整理后可得：

综合可得电流与腐蚀速度之间的关系为：

本发明的装置构成如图1所示,它由土壤池1、阳极2、整流器3、模拟用带涂层钢管4、模拟漏点5、试片6、标准电阻7、温度湿度传感器8、地下水渗透系统9、湿度控制器10、电磁继电器11、溶液池12、阀门13、水泵14、模拟降雨系统15、模拟干扰源系统16、数据采集器17、干扰源接地18、数据分析处理器19、参比电极20组成;将设置有多处模拟漏点5和试片6的模拟用带涂层钢管4埋于土壤池1中,在土壤池1的上方设置模拟降雨系统15,土壤池1的下部设置地下水渗透系统9,土壤池1的上部设置模拟干扰源系统16;在模拟用带涂层钢管4的一端用导线接有整流器3后接阳极2和参比电极20;模拟用带涂层钢管4上的每个试片6由导线接至数据采集器17的输入,每个试片6各接一标准电阻7后两标准电阻7的接点一接管道,二接数据采集器17的输入,同时位于试片6外侧的两参比电极20也接数据采集器17的输入,数据采集器17输出接数据分析处理器19;在模拟用带涂层钢管4的试片6下方安装有温度湿度传感器8,温度湿度传感器8由导线接出土壤池1后依次串接湿度控制器10、电磁继电器11、水泵14控制端,地下水渗透系统9出土壤池1后经阀门13通于溶液池12,进水管通于溶液池12的水泵14输出口接模拟降雨系统15。

其中:

温度湿度传感器8选市销产品;

地下水渗透系统9是由带大量微孔的塑料管制作而成,埋在模拟用带涂层钢管4的下方;具体是长管状结构,管壁上均匀分布着大量用于水渗流的微孔.

湿度控制器10是通用的市销产品;

模拟降雨系统15是设有多个喷淋头的管道;

模拟干扰源系统16的构成如图2所示,它是直流电源DC与可变电阻R_A及低通滤波器L串联再与依次串联的电阻R、无极性电容C、交流电源AC、无极性电容C、电阻R相并联,并联后两端个接干扰源接地18;

数据采集器17是具有多路输出的市销产品NI;

数据分析处理器19主要由普通电脑及常用的数据分析软件(比如Excel、Mathlab、origin等均可)组成。

技术原理是：在模拟装置的模拟用带涂层钢管4上设置不同类型的模拟涂层缺陷,通过手动方式将试片6放置在管道轴向的不同位置来测量其上流动的干扰电流大小与方向、试片-土壤电位、探头腐蚀情况,并经过数据分析模拟探头的腐蚀速度并评价管道杂散干扰得危害程度；在装置上通过一个对应的模拟降雨系统15和地下水渗透系统9来模拟管道环境的季节性变化、地下水位变化对管道杂散干扰的影响，以及改变模拟溶液的组成及电阻率来研究不同类型的土壤对杂散干扰的影响。

本发明能真实、有效、精确度高的快速评价及预测实际埋地钢质管道上存在的杂散干扰危害,且具有功能的多样性、模块化构造、结构紧凑和操作控制简便的优点。

附图说明

图1杂散电流干扰模拟装置结构示意图

图2模拟干扰源系统的示意图

其中1—土壤池            2—阳极

3—整流器                4—模拟用带涂层钢管

5—模拟漏点              6—试片

7—标准电阻              8—温度湿度传感器

9—地下水渗透系统        10—湿度控制器

11—电磁继电器           12—溶液池

13—阀门                 14—水泵

15—模拟降雨系统        16—模拟干扰源系统

17—数据采集器          18—干扰源接地

19—数据分析处理器      20—参比电极

DC—直流电源            R_A—可变电阻器

L—低通滤波器           R—电阻

C—无极性电容           AC—交流电源

具体实施方式

实施例.以本例来说明本发明的具体实施方式并对本发明作进一步的说明。本例是一实验样机，其构成如图所示。

本例的装置构成如图1所示，它由土壤池1、阳极2、整流器3、模拟用带涂层钢管4、模拟漏点5、试片6、标准电阻7、温度湿度传感器8、地下水渗透系统9、湿度控制器10、电磁继电器11、溶液池12、阀门13、水泵14、模拟降雨系统15、模拟干扰源系统16、数据采集器17、干扰源接地18、数据分析处理器19组成;将设置有多处模拟漏点5和试片6的模拟用带涂层钢管4埋于土壤池1中，在土壤池1的上方设置模拟降雨系统15，土壤池1的下部设置地下水渗透系统9，土壤池1的上部设置模拟干扰源系统16;在模拟用带涂层钢管4的一端用导线接有整流器3后接阳极2;模拟用带涂层钢管4上的每个试片6由导线接至数据采集器17的输入，每个试片6各接一标准电阻7后两标准电阻7的接点一接管道，二接数据采集器17的输入，同时位于试片6外侧的两参比电极20也接数据采集器17的输入，数据采集器17输出接数据分析处理器19;在模拟用带涂层钢管4的试片6下方安装有温度湿度传感器8，温度湿度传感器8由导线接出土壤池1后依次串接湿度控制器10、电磁继电器11、水泵14控制端，地下水渗透系统9出土壤池1后经阀门13通于溶液池12，进水管通于溶液池12的水泵14输出口接模拟降雨系统15。

其中:

地下水渗透系统9是带大量微孔的硬质塑料管，埋在模拟用带涂层钢管4的下方;

湿度控制器10选用RY-DS;

模拟降雨系统15是设有多个喷淋头的管道;

模拟干扰源系统16的构成如图2所示，它是30V直流电源DC的负极与可变电阻RA及低通滤波器L串联再与依次串联的电阻R、无极性电容C、交流电源AC、无极性电容C、电阻R相并联，并联后两端各接干扰源接地18;所述可变电阻R_A选ZX92E直流电阻器，低通滤波器L选LPF–108，电阻R选500欧姆标准电阻，无极性电容C选300V200μF，交流电源AC用TDGC2J-3kVA接触式自耦调压器;

数据采集器17选NI PCI6251;

数据分析处理器19选IBM THinkpad T60笔记本电脑和Excel 2003系统。

本例的室内模拟评价方法是将设置有两处模拟漏点5和两个试片6的模拟用带涂层钢管4埋于土壤池1中，在土壤池1的上方设置模拟降雨系统15，土壤池1的下部设置地下水渗透系统9，土壤池1的上部设置模拟干扰源系统16;在模拟用带涂层钢管4的一端用导线接有整流器3后接阳极2;模拟用带涂层钢管4上的试片6接差分电阻式模拟探头后至数据采集器17;在模拟用带涂层钢管4的试片6下方安装有温度湿度传感器8并接模拟降雨系统15。

本例的腐蚀速度的分析方法是对模拟探头采用差分电阻技术，通过测量模拟探头电阻值随时间的变化来计算模拟探头厚度随时间的变化函数关系，再求导出腐蚀速度与时间的关系；同时通过模拟探头腐蚀速度积分出模拟探头质量的变化，再结合法拉第第一定律推导出腐蚀速度与电流（密度）的关系。而管道杂散干扰危害程度的评价是结合相关标准规范中关于杂散干扰电压、电流（密度）和腐蚀速度的判据，根据模拟分析结果中的杂散干扰电压、电流和腐蚀速度数据进行评价。

Claims (5)

1.一种杂散干扰腐蚀风险评价的室内模拟方法,其特征是将设置有多处模拟漏点(5)和试片(6)的模拟用带涂层钢管(4)埋于土壤池(1)中模拟埋地管道,在土壤池(1)的上方设置模拟降雨系统(15),土壤池(1)的上部设置模拟干扰源系统(16),土壤池(1)的下部设置地下水渗透系统(9);在模拟用带涂层钢管(4)的一端用导线接有整流器(3)后接阳极(2);模拟用带涂层钢管(4)上的试片(6)接差分电阻电路后至数据采集器(17);在模拟用带涂层钢管(4)的试片(6)下方安装有温度湿度传感器(8)并接模拟降雨系统(15);腐蚀速度的分析方法是对模拟探头采用差分电阻技术，通过测量模拟探头电阻值随时间的变化来计算模拟探头厚度随时间的变化函数关系，再求导出腐蚀速度与时间的关系；同时通过模拟探头腐蚀速度积分出模拟探头质量的变化，再结合法拉第第一定律推导出腐蚀速度与电流或密度的关系；而管道杂散干扰危害程度的评价是结合相关标准规范中关于杂散干扰电压、电流或密度和腐蚀速度的判据，根据模拟分析结果中的杂散干扰电压、电流和腐蚀速度数据进行评价。 

2.根据权利要求1所述的杂散干扰腐蚀风险评价的室内模拟方法,其特征是所述腐蚀速度的分析方法是: 

对于长L宽W厚σ的简单几何形状结构的金属元件，其电阻

整理后得

求导后可以得出腐蚀速度

所述管道杂散干扰危害程度的评价是:模拟探头因腐蚀而发生的质量变化 

根据法拉第第一定律Q=znF，电量Q＝∫Idt，以及物质的量z=(△m)/M，整理后可得：

综合可得电流与腐蚀速度之间的关系为：

3.一种实施权利要求1所述方法的杂散干扰腐蚀风险评价的室内模拟装置,其特征在于它由土壤池(1)、阳极(2)、整流器(3)、模拟用带涂层钢管(4)、模拟漏点(5)、试片(6)、标准电阻(7)、温度湿度传感器(8)、地下水渗透系统(9)、湿度控制器(10)、电磁继电器(11)、溶液池(12)、阀门(13)、水泵(14)、模拟降雨系统(15)、模拟干扰源系统(16)、数据采集器(17)、干扰源接地(18)、数据分析处理器(19)、参比电极(20)组成;将设置有多处模拟漏点(5)和试片(6)的模拟用带涂层钢管(4)埋于土壤池(1)中,在土壤池(1)的上方设置模拟降雨系统(15),土壤池(1)的下部设置地下水渗透系统(9),土壤池(1)的上部设置模拟干扰源系统(16);在模拟用带涂层钢管(4)的一端用导线接有整流器(3)后接阳极(2)和参比电极(20);模拟用带涂层钢管(4)上的每个试片(6)由导线接至数据采集器(17)的输入,每个试片(6)各接一标准电阻(7)后两标准电阻(7)的接点一接管道,二接数据采集器(17)的输入,同时位于试片(6)外侧的两参比电极(20)也接数据采集器(17)的输入,数据采集器(17)输出接数据分析处理器(19);在模拟用带涂层钢管(4)的试片(6)下方安装有温度湿度传感器(8),温度湿度传感器(8)由导线接出土壤池(1)后依次串接湿度控制器(10)、电磁继电器(11)、水泵(14)控制端,地下水渗透系统(9)出土壤池(1)后经阀门(13)通于溶液池(12),进水管通于溶液池(12)的水泵(14)输出口接模拟降雨系统(15)。 

4.根据权利要求3所述的杂散干扰腐蚀风险评价的室内模拟装置,其特征是所述地下水渗透系统(9)是塑料长管状结构,管壁上均匀分布着大量用于水渗流的微孔埋在模拟用带涂层钢管(4)的下方。 

5.根据权利要求3所述的杂散干扰腐蚀风险评价的室内模拟装置,其特征是所述模拟干扰源系统(16)是直流电源DC与可变电阻R_A及低通滤波器L串联再与依次串联的第一电阻R、第一无极性电容C、交流电源AC、第二无极性电容C、第二电阻R相并联,并联后两端各接干扰源接地(18)。 

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