CN102818762B - 一种油气管道极化电位监测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种油气管道极化电位监测装置。涉及金属材料的一般防蚀和管道系统技术领域。它由电流中断器、电偶腐蚀计、可调电阻、数据采集器、探头、便携参比电极、计算机组成；负端接管道测试桩或恒电位仪负极的电流中断器其正端接电偶腐蚀计的一端，电偶腐蚀计的另一端经可调电阻分别接探头的棒状管钢电极引线、数据采集器的AI8和AI9；数据采集器的AI GND 3和AI GND 6连在一起，然后接数据采集器的AI9或经可调电阻后接AI9；数据采集器的AI0和AI1分别接探头的长效参比电极引线和便携参比电极，数据采集器的USB接口与接计算机USB口相连。它能实现真实极化电位的长期监测、探头极化电流密度精确计算。

Description

一种油气管道极化电位监测装置
技术领域
本发明是一种油气管道极化电位监测装置。涉及金属材料的一般防蚀和管道系统技术领域。
背景技术
目前，已有一些单位和研究机构设计了一些管道极化电位测量装置，但是受探头结构和仪器设备限制，实现真实极化电位的监测存在很大难度，通常手段是采用一定裸露面积的带涂层钢试片为测试探头，并且采用电位测量设备读出特定的电位值，消除杂散电流干扰的原理多集中在探头外壁材质绝缘和多腔式参比电极，无法对油气管道阴极保护的真实极化电位和流经探头的电流进行监测，无法有效动态反映油气管道极化电位情况。
CN102012355A公开了一种智能高速恒电量腐蚀监测系统，该系统包括：恒电量模块，完成恒电量扰动信号的产生和极化电位随时间衰减信号的输出；恒电量仪接口模块，通过单片机控制A/D转换器对极化电位进行模数转换器，控制A/D转换器对极化电位和自然腐蚀电位进行数模转换；通过单片机与主机进行通信，将采集的数据通过USB总线接口高速上传到主机，并接收主机指令控制标准电容充电电位和自腐蚀补偿电位；数据处理模块对接收到的数据进行小波变换去噪，根据不同的等效模型进行非线性拟合，最后得出电化学参数。该腐蚀监测系统同样无法对油气管道阴极保护的真实极化电位和流经探头的电流进行监测，无法有效动态反映油气管道极化电位情况。
发明内容
本发明的目的是发明一种油气管道埋地结构真实极化电位的长期监测、探头极化电流密度精确计算的油气管道极化电位监测装置。
本发明由电流中断器、电偶腐蚀计、可调电阻、数据采集器、探头、便携参比电极、计算机组成(见图1)。
负端接管道测试桩或恒电位仪负极的电流中断器其正端接电偶腐蚀计的一端，电偶腐蚀计的另一端经可调电阻分别接探头的棒状管钢电极引线、数据采集器的AI8和AI9；数据采集器的AI GND 3和AI GND 6连在一起，然后接数据采集器的AI9或经可调电阻后接AI9；数据采集器的AI0和AI1分别接探头的长效参比电极引线和便携参比电极，数据采集器的USB接口与接计算机USB口相连(见图2)。
所述探头由陶瓷外壳1、长效参比电极2、注水孔3、棒状管钢电极4、电极螺栓5、棒状管钢电极引线6、长效参比电极引线7、土壤模拟溶液或其他电解质溶液8、刻度9、有机玻璃外壳10和密封盖11组成(见图4)。
在上为有机玻璃外壳10、下为陶瓷外壳1的密闭容器上盖处有带密封盖11的注水孔3，在上盖处开孔由电极螺栓5将上有棒状管钢电极引线6的棒状管钢电极4插到容器的下部，连有长效参比电极引线7的长效参比电极2置于容器的下部；容器内盛有土壤模拟溶液或其他电解质溶液8，有机玻璃外壳10的上部有刻度9。
其中陶瓷外壳1采用微孔陶瓷半透膜外壳；
电流中断器采用Cath-Tech CI-25 GPS Synchronized Current Interrupter；
数据采集器采用NI USB-6251；
电偶腐蚀计采用北京中腐防蚀工程技术有限公司ZRA型。
本发明通过将管道测量处所取土壤配置的土壤模拟溶液(或其他电解质溶液)注入到探头内腔中，通过控制溶液注入量淹没棒状管钢电极的面积或棒状管钢电极浸入特定容量内腔的深度来确定电极极化面积；在电流中断器中断时不连入电偶腐蚀计，在管道IR降较小时通过可调电阻阻值来调节电极对地电阻；将探头埋入监测位置的土壤环境；如果电位稳定后测得探头的极化电位与恒电位仪同步瞬时中断法测得的断电电位相同，即可用该装置进行极化电位的监测，并可依据此时的电极面积和IR降的大小对防腐层的状况进行定性评价；电流中断器停止中断后(或撤下后)接通电偶腐蚀计测量流经探头管钢电极的电流。
采集过程可采用NI USB-6251高速数据采集器进行数据采集(见图2)，使用Labview signalexpress软件对NI USB-6251高速数据采集器采集的数据进行数据采集编程控制和信号处理，电流中断器通断周期可设为任意周期(如800ms通、200ms断，频率为1Hz)，高速数据采集器可以高于1KHz的采样率进行连续采样得到锯齿状波形，对所采数据进行IIR或FIR滤波，可设置截止频率为10Hz或其他高于通断频率的频率，将工频50Hz和中断频率以外的其他干扰信号或杂散电流信号去除，再将消除IR降后的测量结果数据或外延数据作为真实极化电位。
本发明可通过通用数据采集器和滤波方法进行电位的监测，将在管道测量处取土配置的土壤模拟溶液(也可直接采用其他电解质溶液)注入到探头内腔中，通过控制溶液注入量淹没过的棒状管钢电极的面积或棒状管钢电极浸入特定容量内腔的深度来确定电极极化面积；在管道IR降较小时通过可调电阻阻值来调节电极对地电阻；将探头埋入监测位置的土壤环境，如果电位稳定后测得探头的极化电位与恒电位仪同步瞬时中断法测得的断电电位相同，即可用该装置进行极化电位的长期监测，并可依据此时的电极面积和IR降的大小对防腐层的状况进行定性评价。
本发明是一种一种油气管道极化电位监测装置，可以在管道现场和实验室条件下实现管道极化电位的长期监测和探头极化电流密度的精确计算，用来监测管道阴极保护极化电位随时间的变化情况、评价阴极保护水平和定性判断涂层状况。
本发明的有益效果：通过设计的探头结构辅以电流中断器、高速数据采集器实现油气管道埋地结构真实极化电位的长期监测，利用电偶腐蚀计测量探头极化电流，根据管钢电极浸泡面积精确计算探头极化电流密度并可定性判断涂层的状况；通过高速数据采集器的采样频率和滤波设置可有效消除电流中断器中断频率以外的各种干扰和杂散电流影响。
附图说明
图1油气管道极化电位监测装置原理框图
图2油气管道极化电位监测装置电原理图(高速数据采集器)
图3探头结构图
图4数据采集结果及滤波后效果示意图
其中1-陶瓷外壳 2-长效参比电极
3-注水孔 4-棒状管钢电极
5-电极螺栓 6-棒状管钢电极引线
7-长效参比电极引线 8-土壤模拟溶液或其他电解质溶液
9-刻度 10-有机玻璃外壳
11-密封盖
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。
本例由电流中断器、电偶腐蚀计、可调电阻、数据采集器、探头、便携参比电极、计算机组成(见图1)。
电原理图见图2，负端接管道测试桩或恒电位仪负极的电流中断器其正端接电偶腐蚀计的一端，电偶腐蚀计的另一端经可调电阻分别接探头的棒状管钢电极引线、数据采集器的AI8和AI9；数据采集器的AI GND 3和AI GND 6连在一起，然后接数据采集器的AI9(也可经可调电阻后接AI9)；数据采集器的AI0和AI1分别接探头的长效参比电极引线和便携参比电极，数据采集器的USB接口与接计算机USB口相连(见图2)。
所述探头由陶瓷外壳1、长效参比电极2、注水孔3、棒状管钢电极4、电极螺栓5、棒状管钢电极引线6、长效参比电极引线7、土壤模拟溶液或其他电解质溶液8、刻度9、有机玻璃外壳10和密封盖11组成(见图3)。
采集过程用NI USB-6251高速数据采集器进行数据采集(见图2)，使用Labview signalexpress软件进行数据采集编程控制和信号处理，电流中断器通断周期可设为任意周期(如800ms通、200ms断，频率为1Hz)，高速数据采集器可以高于1KHz的采样率进行连续采样得到锯齿状波形，对所采数据进行IIR或FIR滤波，可设置截止频率为10Hz或其他高于通断频率的频率，将工频50Hz和其他中断频率以外的干扰信号或杂散电流信号去除，再将消除IR降后的测量结果数据或外延数据作为真实极化电位。
本例数据采集结果及滤波后效果示意图如图4所示。
本例试验，能有效消除电流中断器中断频率以外的各种干扰和杂散电流影响；并能实现管道极化电位的长期监测和探头极化电流密度的精确计算。

Claims (3)

1.一种油气管道极化电位监测装置，它由电流中断器、电偶腐蚀计、可调电阻、数据采集器、探头、便携参比电极、计算机组成;其特征是：
负端接管道测试桩或恒电位仪负极的电流中断器其正端接电偶腐蚀计的一端，电偶腐蚀计的另一端经可调电阻分别接探头的棒状管钢电极引线、数据采集器的AI8和AI9；数据采集器的AI GND3和AI GND6连在一起，然后接数据采集器的AI9或经可调电阻后接AI9；数据采集器的AI0和AI1分别接探头的长效参比电极引线和便携参比电极，数据采集器的USB接口与接计算机USB口相连。
2.根据权利要求1所述的一种油气管道极化电位监测装置，其特征是所述探头由陶瓷外壳（1）、长效参比电极（2）、注水孔（3）、棒状管钢电极（4）、电极螺栓（5）、棒状管钢电极引线（6）、长效参比电极引线（7）、土壤模拟溶液或其他电解质溶液（8）、刻度（9）、有机玻璃外壳（10）和密封盖（11）组成；
在上为有机玻璃外壳（10）、下为陶瓷外壳（1）的密闭容器上盖处有带密封盖（11）的注水孔（3），在上盖处开孔由电极螺栓（5）将上有棒状管钢电极引线（6）的棒状管钢电极（4）插到容器的下部，连有长效参比电极引线（7）的长效参比电极（2）置于容器的下部；容器内盛有土壤模拟溶液或其他电解质溶液（8），有机玻璃外壳（10）的上部有刻度（9）；其中陶瓷外壳（1）采用微孔陶瓷半透膜外壳。
3.根据权利要求1所述的一种油气管道极化电位监测装置，其特征是监测装置的电原理为：负端接管道测试桩或恒电位仪负极的电流中断器其正端接电偶腐蚀计的一端，电偶腐蚀计的另一端经可调电阻分别接探头的棒状管钢电极引线、数据采集器NI USB-6251的AI8和AI9；数据采集器NI USB-6251的AI GND3和AI GND6连在一起，然后接数据采集器NI USB-6251的AI9,或经可调电阻后接AI9；数据采集器NI USB-6251的AI0和AI1分别接探头的长效参比电极引线和便携参比电极，数据采集器的USB接口与接计算机USB口相连；
电流中断器通断周期设为任意周期，数据采集器以高于1KHz的采样率进行连续采样得到锯齿状波形，对所采数据进行IIR或FIR滤波，设置截止频率为10Hz或其他高于通断频率的频率，去除工频50Hz和其他中断频率以外的干扰信号或杂散电流信号，再将消除IR降后的测量结果数据或外延数据作为真实极化电位。
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