CN105780016B - 一种无电绝缘区域阴极保护系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种无电绝缘区域阴极保护系统，涉及腐蚀与技术防护领域，该系统包括阴极电流源、设置在埋地管道上的溃电补电点、钳位电位保护电路和高负电位电极，阴极电流源用于产生阴极电流，阴极电流能沿埋地管道的表面延伸，使埋地管道保持低电位，溃电补电点设置在埋地管道的两端，且，溃电补电点与钳位电位保护电路的输入端相连，钳位电位保护电路的输出端连接高负电位电极的输入端，本发明无需加装电绝缘装置，就能实现对埋地管道的阴极保护。

Description

一种无电绝缘区域阴极保护系统

技术领域

本发明涉及腐蚀与技术防护领域，具体而言，涉及一种无电绝缘区域阴极保护系统。

背景技术

外加电流阴极保护技术是一种电化学保护装置，通过向金属管道表面施加外电流，使被保护的金属管道为阴极，进而抑制金属管道表面的电子迁移，减弱腐蚀的发生。

目前，外加电阴极保护是埋地金属管道防腐保护最经济有效的装置措施，具体应用方式参见图1，它是由电源、深井阳极、参比电极、通电点也就是零接阴点组成，而且在应用时，必须在金属管道的两端加装电绝缘装置。使用时，在金属管道的两端不加装电绝缘装置的情况下，阴极电流会大量流失，管道达不到极化的要求，难以抑制电子迁移，进而起不到保护的作用。另外，某些金属管道防腐层质量差、破损导致的露铁点较多，还有些金属管道是串接搭接在一起的，这种情况下，阴极电流无法在金属管道上正常工作，更不能实施外加阴极保护。

在实际使用中，常见的是在每条主管道上连接着几十口或者上百口的油、水井，每口油、水井的支线都连接有深达两千米以上的套管，在这样的管网系统中加装电绝缘装置，需要关闭油、水井，并清理管道中的液体。加上，很多油、水井是连续生产的，不允许随意停产，这样导致油、水井管道中难以实施阴极保护措施。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种无电绝缘区域阴极保护系统，通过阴极电流源、设置在埋地管道上的溃电补电点、钳位电位保护电路和高负电位电极，能使埋地管道的阴极电流保持在一定范围内，从而实现了对埋地管道的阴极防护。

第一方面，本发明实施例提供了一种无电绝缘区域阴极保护系统，包括阴极电流源、设置在埋地管道上的溃电补电点、钳位电位保护电路和高负电位电极；

阴极电流源用于产生阴极电流，阴极电流对埋地管道进行阴极极化，使埋地管道保持低电位；

埋地管道包括埋地主管道，溃电补电点设置在埋地主管道的两端，且，溃电补电点与钳位电位保护电路的输入端相连，钳位电位保护电路的输出端连接高负电位电极的输入端；

当阴极电流在埋地管道中的的保护电位正于－0.86V时，钳位电位保护电路正向导通，高负电位电极中的电子流向溃电补电点；当阴极电流在埋地管道的保护电位负于－0.86V时，钳位电位保护电路反向导通，埋地管道中的阴极电流流向高负电位电极。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，还包括回流点、辅助保护电极和阴极电流监测调控装置；

回流点分布在埋地管道的中间位置，回流点、辅助保护电极、阴极电流监测调控装置和溃电补电点顺序串联形成闭合回路。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，阴极电流监测调控装置，用于监测回流点的电位值，当电位值与预先设定的阴极电流值不一致时，生成阴极屏蔽电流；辅助保护电极接收到阴极屏蔽电流，对阴极电流进行屏蔽处理。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，阴极电流源与埋地管道的个数比大于等于1：25，且小于等于1：20。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，阴极电流监测调控装置还包括显示模块，显示模块用于显示监测到的电位值。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，高负电位电极包括第一高负电位电极和第二高负电位电极，第一高负电位电极和第二高负电位电极对称设置在溃电补电点的两侧。

结合第一方面的第五种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，埋地管道还包括水井管道和油井管道，溃电补电点包括第一溃电补电点和第二溃电补电点，第一溃电补电点和第二溃电补电点分别设置在水井管道和油井管道上。

结合第一方面的第六种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，辅助保护电极包括第一辅助保护电极和第二辅助保护电极，第一辅助保护电极和第二辅助保护电极均与阴极电流监测调控装置相连，且，第一辅助保护电极和第二辅助保护电极分别设置在水井管道和油井管道两侧。

结合第一方面的第五种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，第一高负电位电极和第二高负电位电极设置在埋地主管道一侧，第一高负电位电极和第二高负电位电极均竖直设置。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第九种可能的实施方式，其中，高负电位电极为锌合金电极。

本发明实施例提供的一种无电绝缘区域阴极保护系统包括阴极电流源、设置在埋地管道上的溃电补电点、钳位电位保护电路和高负电位电极，阴极电流源产生阴极电流，以对埋地管道进行阴极极化，使埋地管道保持低电位，埋地管道包括埋地主管道，溃电补电点设置在埋地主管道的两端，且，溃电补电点与钳位电位保护电路的输入端相连，钳位电位保护电路的输出端连接高负电位电极的输入端，当阴极电流在埋地管道中的的保护电位正于－0.86V时，钳位电位保护电路正向导通，高负电位电极中的电子流向溃电补电点；当阴极电流在埋地管道的保护电位负于－0.86V时，钳位电位保护电路反向导通，埋地管道中的阴极电流流向高负电位电极。与现有技术相比，在本系统中无需加装电绝缘装置，就能实现对埋地管道的阴极保护。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了常见的阴极保护装置的结构示意图；

图2示出了本发明实施例所提供的一种无电绝缘区域阴极保护系统的结构连接图；

图3示出了本发明实施例所提供的一种无电绝缘区域阴极保护系统的示意图。

主要元件符号说明：

1-电源 2-参比电极

3-深井阳极 4-埋地管道

5-电绝缘装置 6-钳位电位保护电路

7-第一高负电位电极 8-第二高负电位电极

9-溃电补电点 10-回流点

11-阴极电流监测调控装置 12-第一辅助保护电极

13-第二辅助保护电极 14-阴极电流源

15-水井管道 16-油井管道

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明的简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“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。

在现有技术中，埋地管道4的防腐保护中都会加入电绝缘装置5，在图1所示的埋地管道4的两端加装电绝缘装置5。但是，实际使用中，一般都是埋地管道4连接着几十口、甚至上百口的埋地管道4，而且，埋地管道4的支线连接着深两千米以上的套管，对于这样的管道加装电绝缘装置5，需要关停这些埋地管道4，并清扫管道里的液体，例如，油和水，这样除了增加实施工作量以外，还加大了实施难度。另外，油、水井多是连续生产，不允许随意关停，更不允许大面积的随意关停，故上述埋地管道4中无法实施阴极保护。

如图2和图3所示，本发明实施例提供了一种无电绝缘区域阴极保护系统，包括：阴极电流源14、设置在埋地管道4上的溃电补电点9、钳位电位保护电路6和高负电位电极；

阴极电流源14用于产生阴极电流，阴极电流对埋地管道4进行阴极极化，使埋地管道4保持低电位；

埋地管道4包括埋地主管道，溃电补电点9设置在埋地主管道的两端，且，溃电补电点9与钳位电位保护电路6的输入端相连，钳位电位保护电路6的输出端连接高负电位电极的输入端；

当阴极电流在埋地管道4中的的保护电位正于-0.86V时，钳位电位保护电路正向导通，高负电位电极中的电子流向溃电补电点9；当阴极电流在埋地管道4的保护电位负于-0.86V时，钳位电位保护电路反向导通，埋地管道4中的阴极电流流向高负电位电极。

在实际使用中，外加电流阴极保护是通过外部电源11来改变周围环境的电位，使得需要保护的设备的电位一直处在低于周围环境的状态下，从而成为整个环境中的阴极，这样需要保护的设备就不会因为失去电子而发生腐蚀了。

在本发明中，埋地管道4长年处于地下，埋地管道4的表面很容易发生腐蚀。通过阴极电流源14产生阴极电流，阴极电流能沿埋地管道4的表面延伸，使埋地管道4保持低电位，同时，在埋地管道4表面的阴极电流也会逐步流失，或者被土壤中的其他物质中和。

为了使阴极电流在埋地管道4中维持一个合理范围的电位，在本装置中设置钳位电位保护电路6和高负电位电极，溃电补电点9设置在埋地主管道的两端，溃电补电点9与钳位电位保护电路6的输入端相连，钳位电位保护电路6的输出端连接高负电位电极的输入端。这样，当阴极电流在埋地管道4中的电位正于-0.86V时，钳位电位保护电路6正向导通，高负电位电极中的电子流向溃电补电点9；当阴极电流在埋地管道4中的电位负于-0.86V时，钳位电位保护电路6反向导通，埋地管道4中的阴极电流流向高负电位电极。

其中，在一种实施例中，钳位电位保护电路6是由四个二极管组成，如图2所示，两个二极管为一组，一组内的二极管连接方向相同，即二极管的负极连接组内下一个二极管的正极，但是，组与组之间的二极管连接方向相反。当钳位电位保护电路6正向导通时，负极与高负电位电极相连的一组二极管导通，当钳位电位保护电路6反向导通时，正极与高负电位电极相连的一组二极管导通。

进一步的，还包括回流点10、辅助保护电极和阴极电流监测调控装置11；回流点10分布在埋地管道4的中间位置，回流点10、辅助保护电极、阴极电流监测调控装置11和溃电补电点9顺序串联形成闭合回路。

进一步的，阴极电流监测调控装置11，用于监测回流点10的电位值，当电位值与预先设定的阴极电流值不一致时，生成阴极屏蔽电流；辅助保护电极接收到阴极屏蔽电流，对阴极电流进行屏蔽处理。

回流点10分布在埋地管道4的中间位置，回流点10、辅助保护电极、阴极电流监测调控装置11和溃电补电点9顺序串联形成闭合回路；

阴极电流监测调控装置11，用于监测回流点10的电位值，当电位值与预先设定的阴极电流值不一致时，生成阴极屏蔽电流；

辅助保护电极接收到阴极屏蔽电流，对阴极电流进行屏蔽处理。

另外，在实际情况中埋地管道4一般都较长，埋地管道4中的阴极电流经常受到非保护金属构筑物的干扰，使阴极保护的埋地管道4处于非保护的状态。因此，在埋地管道4的中间位置设置回流点10，回流点10连接阴极电流监测调控装置11，阴极电流监测调控装置11监测回流点10的电位值，当电位值与预先设定的阴极电流值不一致时，生成阴极屏蔽电流，辅助保护电极接收到阴极屏蔽电流，对阴极电流进行屏蔽处理。即通过设置辅助保护电极使得埋地管道4中的阴极电流被限制在辅助保护电极的范围内，避免了埋地管道4中的阴极电流损失的现象。

进一步的，阴极电流源14与埋地管道4的个数比大于等于1：25，且小于等于1：20。

由经验可得，为了阴极保护装置的效果能达到最好，通常都是按照区域形式进行无电绝缘装置5的阴极保护，设定20到25个埋地管道4为一个阴极保护区域，也就是设定阴极电流源14与埋地管道4的个数比大于等于1：25，且小于等于1：20。这样，使得阴极保护装置的效果能达到最好。

进一步的，阴极电流监测调控装置11还包括显示模块，显示模块用于显示监测到的电位值。

进一步的，高负电位电极包括第一高负电位电极7和第二高负电位电极8，第一高负电位电极7和第二高负电位电极8对称设置在溃电补电点9的两侧。

由于埋地管道4的两侧均有阴极电流的损耗，故在埋地管道4的两侧对称设置第一高负电位电极7和第二高负电位电极8，这样，第一高负电位电极7通过钳位电位保护电路6，对设置在埋地管道4中的溃电补电点9进行阴极电流的补充。同时，第二高负电位电极8通过钳位电位保护电路6，对设置在埋地管道4中的溃电补电点9也能进行阴极电流的补充。

进一步的，埋地管道4还包括水井管道15和油井管道16，溃电补电点9包括第一溃电补电点9和第二溃电补电点9，第一溃电补电点9和第二溃电补电点9分别设置在水井管道15和油井管道16上。

在实际中，通常都是水井管道15和油井管道16都设置在土壤中，阴极保护也是同时对水井管道15和油井管道16都加以实施。如果只对其中的水井管道15实施阴极保护，那么油井管道16的腐蚀会影响水井管道15的保护效果，如果只对其中的油井管道16实施阴极保护，那么水井管道15的腐蚀会相应影响油井管道16的保护效果。故在水井管道15和油井管道16上分别设置第一溃电补电点9和第二溃电补电点9，使得阴极保护能同时进行。

进一步的，辅助保护电极包括第一辅助保护电极12和第二辅助保护电极13，第一辅助保护电极12和第二辅助保护电极13均与阴极电流监测调控装置11相连，且，第一辅助保护电极12和第二辅助保护电极13分别设置在水井管道15和油井管道16两侧。

同理，辅助保护电极的设置与溃电补电点9的设置都是考虑到水井管道15和油井管道16的同时存在，为了使阴极保护达到良好的效果，第一辅助保护电极12和第二辅助保护电极13分别设置在水井管道15和油井管道16上。

进一步的，第一高负电位电极7和第二高负电位电极8设置在埋地主管道一侧，第一高负电位电极7和第二高负电位电极8均竖直设置。

使用中，第一高负电位电极7和第二高负电位电极8中的电子是通过电极所在的平面向外发送的，阴极电流的补给主要依赖于其中的电子，将第一高负电位电极7和第二高负电位电极8设置在埋地主管道一侧，第一高负电位电极7和第二高负电位电极8均竖直设置，可以使第一高负电位电极7和第二高负电位电极8发射的电子直接朝埋地管道4流动，从而能将高负电位电极的作用发挥到最大。

进一步的，高负电位电极为锌合金电极。

锌合金电极电化学性能高，尤其在海水及含有氯离子的其他介质中，性能良好，发出的电流的自调节能力强。在阴极保护装置中采用锌合金电极作为高负电位电极能使阴极保护的效果较好。

高负电位电极，采用的是闭路电位在-0.86V的锌合金电极，当阴极电流在埋地管道4中产生的电位负于-0.86V时，经溃电补电点9到钳位电位保护电路6正向导通，当埋地管道4的保护电位正于-0.86V时，高负电位电极自身产生电流经钳位电位保护电路6反向导通，溃电补电点9处的保护电位始终保持在-0.86V的微保护下运行。

实施例一

工作时，阴极电流源14产生阴极电流，阴极电流能沿埋地管道4的表面延伸，使埋地管道4保持低电位。溃电补电点9设置在埋地管道4的两端，溃电补电点9与钳位电位保护电路6的输入端相连，钳位电位保护电路6的输出端连接高负电位电极的输入端，当阴极电流在埋地管道中的的保护电位正于-0.86V时，钳位电位保护电路正向导通，高负电位电极中的电子流向溃电补电点；当阴极电流在埋地管道4的保护电位负于-0.86V时，钳位电位保护电路反向导通，埋地管道中的阴极电流流向高负电位电极。同时，回流点10分布在埋地管道4的中间位置，回流点10、辅助保护电极、阴极电流监测调控装置11和溃电补电点9顺序串联形成闭合回路，阴极电流监测调控装置11，用于监测回流点10的电位值，当电位值与预先设定的阴极电流值不一致时，生成阴极屏蔽电流，辅助保护电极接收到阴极屏蔽电流，对阴极电流进行屏蔽处理。

本实施例提供的一种无电绝缘区域阴极保护系统，该实施例的装置效果是：在本装置中无需加装电绝缘装置5，方便了安装人员的作业，通过钳位电位保护电路6和高负电位电极的设置，通过屏蔽处理的方法，有效减少了阴极电流向区域以外的流失，避免了埋地管道4中的阴极电流因为流失而导致的腐蚀现象。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种无电绝缘区域阴极保护系统，其特征在于，包括：阴极电流源、设置在埋地管道上的溃电补电点、钳位电位保护电路和高负电位电极；

所述阴极电流源用于产生阴极电流，所述阴极电流对埋地管道进行阴极极化，使埋地管道保持低电位；

埋地管道包括埋地主管道，所述溃电补电点设置在埋地主管道的两端，且，所述溃电补电点与所述钳位电位保护电路的输入端相连，所述钳位电位保护电路的输出端连接所述高负电位电极的输入端；

当所述阴极电流在埋地管道中的保护电位正于-0.86V时，所述钳位电位保护电路正向导通，所述高负电位电极中的电子流向所述溃电补电点；当所述阴极电流在埋地管道的保护电位负于-0.86V时，所述钳位电位保护电路反向导通，所述埋地管道中的阴极电流流向所述高负电位电极；

还包括回流点、辅助保护电极和阴极电流监测调控装置；

所述回流点分布在埋地管道的中间位置，回流点、辅助保护电极、阴极电流监测调控装置和溃电补电点顺序串联形成闭合回路。

2.根据权利要求1所述的一种无电绝缘区域阴极保护系统，其特征在于，所述阴极电流监测调控装置，用于监测所述回流点的电位值，当所述电位值与预先设定的阴极电流值不一致时，生成阴极屏蔽电流；

所述辅助保护电极接收到所述阴极屏蔽电流，对所述阴极电流进行屏蔽处理。

3.根据权利要求1所述的一种无电绝缘区域阴极保护系统，其特征在于，所述阴极电流源与所述埋地管道的个数比大于等于1：25，且小于等于1：20。

4.根据权利要求2所述的一种无电绝缘区域阴极保护系统，其特征在于，所述阴极电流监测调控装置还包括显示模块，所述显示模块用于显示监测到的所述电位值。

5.根据权利要求1所述的一种无电绝缘区域阴极保护系统，其特征在于，所述高负电位电极包括第一高负电位电极和第二高负电位电极，所述第一高负电位电极和第二高负电位电极对称设置在所述溃电补电点的两侧。

6.根据权利要求5所述的一种无电绝缘区域阴极保护系统，其特征在于，埋地管道还包括水井管道和油井管道，所述溃电补电点包括第一溃电补电点和第二溃电补电点，所述第一溃电补电点和第二溃电补电点分别设置在所述水井管道和油井管道上。

7.根据权利要求6所述的一种无电绝缘区域阴极保护系统，其特征在于，所述辅助保护电极包括第一辅助保护电极和第二辅助保护电极，所述第一辅助保护电极和第二辅助保护电极均与所述阴极电流监测调控装置相连，且，所述第一辅助保护电极和第二辅助保护电极分别设置在所述水井管道和油井管道两侧。

8.根据权利要求5所述的一种无电绝缘区域阴极保护系统，其特征在于，所述第一高负电位电极和第二高负电位电极设置在埋地主管道一侧，所述第一高负电位电极和第二高负电位电极均竖直设置。

9.根据权利要求1所述的一种无电绝缘区域阴极保护系统，其特征在于，所述高负电位电极为锌合金电极。