CN106757054B - 并行矿浆输送管道阴极保护系统 - Google Patents

并行矿浆输送管道阴极保护系统 Download PDF

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Abstract

本发明为解决现有技术的不足，提供了一种并行矿浆输送管道阴极保护系统，包括阳极床（2）、第一电源（3）和2根以上并行且同向输送的待保护管道（1）；所述阳极床（2）与第一电源（3）的正极连通，所述各待保护管道（1）并联后与第一电源（3）的负极连通；所述待保护管道（1）上设有用于监测管道状态的监测桩（4）；所述各待保护管道（1）在监测桩（4）处通过均压线路并联。本发明可以通过一套阴极保护系统实现对并行的2管道或多管道的，有效的外加电流阴极保护，节约了设备的安装、维护成本。本发明通过在管道的始末端及各检测桩的连接端，使用均压线路进行并联，均衡各管道上的电压，降低了管道间杂散电流的数量和强度。

Description

并行矿浆输送管道阴极保护系统
技术领域
本发明属于长距离管道输送技术领域，具体涉及一种并行矿浆输送管道阴极保护系统。
背景技术
长距离铁精矿管道输送”是新兴、高新技术产业，是低碳、绿色经济的亮点。长距离铁精矿管道为特殊合金材料制作而成，且在所使用的周期中长时间埋藏于地表以下，特殊合金制成的长距离铁精矿输送管道就会受到环境的影响而发生腐蚀。
金属发生腐蚀时，会伴有电流产生，发生腐蚀的这一区域称为阳极。而电流进入到土壤或其他环境介质并流向未腐蚀区域或阴极。同时，等量电子通过金属介质从阳极流入阴极，在阴极正负电子相互抵消，阴极得到保护。腐蚀的发生需要具备电路中的所有四个要素：电流发生器或阳极、环境介质（如土壤、水）、电子路径（必须是金属）和阴极。
腐蚀不仅会大大缩短管道的使用寿命，而且会使管道发生局部泄漏等多种危害。所以采用外加电流阴极保护法保护管道。现有外加电流阴极保护技术防止金属管道腐蚀的方法是：在金属管道外部涂装防腐蚀涂层，为每个单一的输送管道装设阴极保护系统。
同类技术传统防止金属管道腐蚀存在诸多缺陷：一、重复装设的阴极保护系统造价高昂。二、容易在并行的2管道或多管道之间形成乱流电流，导致管道腐蚀加快。三、如并行的2管道或多管道之间形成电势差，会导致对高电势管道的保护效果明显降低，并加速防腐蚀涂层的失效。
发明内容
本发明为解决现有技术对于并行的2管道或多管道上存在的：成本高、管道腐蚀快、难以对所有管道形成有效保护的问题，提供了一种并行矿浆输送管道阴极保护系统，包括阳极床、第一电源和监测桩。所述阳极床与第一电源的正极连通，所述第一电源的负极与2根以上待保护管道并联连通。所述监测桩设在待保护管道上，并设有与各待保护管道并联的均压线路。
进一步的，所述阳极床包括与第一电源正极连通的高硅铸铁阳极。所述高硅铸铁阳极埋设在焦炭渣床体内。所述焦炭渣床体设置在距离待保护管道70-150m位置处。
进一步的，所述监测桩内设有微处理器、第二电源、第一线路开关、牺牲阳极装置和2个以上电流计。所述电流计分别连接管道侧壁两端，并与微处理器的接收端信号连接。所述微处理器的输出端与线路开关信号连接。所述第二电源通过第一线路开关与牺牲阳极装置连通。
进一步的，所述待保护管道外设有2个以上参比电极，所述监测桩内设有2个以上电位计。所述电位计一端与对应的参比电极连通，另一端与对应的管道侧壁连通。
进一步的，所述牺牲阳极装置包括：包括直螺纹套筒和牺牲阳极。所述直螺纹套筒内沿轴向设有螺纹孔，直螺纹套筒筒壁上横向设有传动孔。
进一步的，牺牲阳极螺纹连接在螺纹孔内。所述直螺纹套筒外设有与所述第一线路开关连接的驱动装置。所述驱动装置上安装有传动装置。所述传动装置穿过直螺纹套筒筒壁上的传动孔，与所述牺牲阳极的顶部连接。
进一步的，所述驱动装置固定安装在滑套上。所述滑套套设在直螺纹套筒外部，并在面对直螺纹套筒的内壁上，设有限制板。所述限制板插入直螺纹套筒筒壁上沿轴线设置的凹槽内，限制滑套带动驱动装置沿凹槽竖向上下滑动。
进一步的，所述直螺纹套筒的传动孔处，在靠近地层的一端设有限位块。
进一步的，所述牺牲阳极通过单向二极管连接有电容器。所述电容器上连接有电压计，并通过第二线路开关与蓄电池连通。所述电压计与第二线路开关信号连接。
进一步的，所述待保护管道上设有加压泵站。所述待保护管道与加压泵站内部管道之间通过绝缘法兰连通。位于加压泵站同侧的各待保护管道之间通过均压线路并联。位于加压泵站异侧的各待保护管道与对应的待保护管道通过均压线路串联。
进一步的，所述第一电源为直流电源，所述加压泵站内设有避雷器或接地装置。所述避雷器或接地装置上设有直流绝缘装置。
本发明至少具有以下优点之一：
1. 本发明可以通过一套阴极保护系统实现对并行的2管道或多管道的，有效的外加电流阴极保护，节约了设备的安装、维护成本。
2. 本发明通过在管道的始末端及各检测桩的连接端，使用均压线路进行并联，均衡各管道上的电压。从而降低了部分管道上防腐蚀涂层的失效速度，降低了管道上腐蚀点的侵蚀速度。
3. 本发明在检测桩上加设有牺牲阳极装置，当检测到管道服饰速度异常时，可通过牺牲阳极装置，对地层中的电流通道进行重置，进一步降低杂散电流的形成概率。
4. 本发明针对需要加压泵站的长管线加设了特定的连接设计，使得加压泵站在对物料完成加压的同时，避免了加压泵站对外加电流阴极保护系统的破坏。
附图说明
图1所示为本发明并行矿浆输送管道阴极保护系统结构示意图。
图2所示为本发明检测桩结构示意图。
图3所示为本发明牺牲阳极装置的直螺纹套筒结构示意图。
图4所示为本发明牺牲阳极装置的牺牲阳极、传动装置、驱动装置、滑套连接结构示意图。
图5所示为本发明牺牲阳极装置结构示意图。
图6所示为图5的A向截面视图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种并行矿浆输送管道阴极保护系统，如图1所示，包括阳极床2、第一电源3和2根并行且同向输送的待保护管道1。所述第一电源3为直流电源。所述阳极床2与第一电源3的正极连通，所述各待保护管道1并联后与第一电源3的负极连通。所述待保护管道1上设有用于监测管道状态的监测桩4。所述各待保护管道1在监测桩4处通过均压线路并联。所述阳极床2包括与第一电源3正极连通的高硅铸铁阳极202。所述高硅铸铁阳极202埋设在焦炭渣床体201内。所述焦炭渣床体201设置在距离待保护管道1的100m位置处。所述待保护管道1上设有加压泵站6。所述待保护管道1与加压泵站6内部管道之间通过绝缘法兰601连通。位于加压泵站6同侧的各待保护管道1之间通过均压线路并联。位于加压泵站6异侧的各待保护管道1与对应的待保护管道1通过均压线路串联。所述加压泵站6内设有避雷器或接地装置。所述避雷器或接地装置上设有直流绝缘装置。
其工作过程为：直流电源通过阳极床向待保护运输管道周围的土地层施加高电势，使待保护管道相对其周围的土地层成为低电势的阴极端。直流电源的负极端通过均压线路与待保护管道并联连通，使得各待保护管道之间具有相同的电势。此时，如管道的防腐蚀涂层上出现露点，则土壤中电流流入管道管壁，并沿管壁定向运动，从而形成电源正极-阳极床-管道-电源负极之间的回路，实现一套系统对2根或多跟平行管道的外加电流阴极保护。
此外，申请人研究发现，造成现有技术在平行管道上保护不力、管道腐蚀加速的问题的原因在于，平行管道间产生露点的位置和时间并不均一，并且由于各管道采用单独的外加电源系统，因此各管道上与周围土壤间、管道与管道之间的电势差极难平衡。而管道间出现电势差，就会引导管道间形成流经露点的杂散电流，使得高电势管道上的阴极保护效果严重下降，甚至失效，直至管道间重新平衡电势差。但是，由于管道间电势差的平衡难度极大，因此管道间几乎一致存在高强度的杂散电流，从而加快了露点腐蚀速度，导致管道的使用寿命低于预设值，这也就是现有技术对于平行管道难以形成有效保护的主要原因。申请人通过使用同一外加电流系统并联各运输管道，并在检测桩加设均压并联线路，平衡了各管道之间的电势和电流，实现各管道之间的均压均流，从而有效且明显的降低各平行管道之间形成杂散电流的可能性，从而实现了外加电流系统在平行管道上的有效保护。
同时，申请人研究发现，高硅铸铁阳极和焦炭渣床体配合使用，相比其余现有辅助阳极，可以更稳定的向地层输送直流电流，电流传输波动较小，具有较好的实用性。
实施例2
一种并行矿浆输送管道阴极保护系统，如图1所示，包括阳极床2、第一电源3和2根并行且同向输送的待保护管道1。所述第一电源3为直流电源。所述阳极床2与第一电源3的正极连通，所述各待保护管道1并联后与第一电源3的负极连通。所述待保护管道1上设有用于监测管道状态的监测桩4。所述各待保护管道1在监测桩4处通过均压线路并联。所述阳极床2包括与第一电源3正极连通的高硅铸铁阳极202。所述高硅铸铁阳极202埋设在焦炭渣床体201内。所述焦炭渣床体201设置在距离待保护管道1的50m位置处。所述待保护管道1上设有加压泵站6。所述待保护管道1与加压泵站6内部管道之间通过绝缘法兰601连通。位于加压泵站6同侧的各待保护管道1之间通过均压线路并联。位于加压泵站6异侧的各待保护管道1与对应的待保护管道1通过均压线路串联。所述加压泵站6内设有避雷器或接地装置。所述避雷器或接地装置上设有直流绝缘装置。
实施例3
一种并行矿浆输送管道阴极保护系统，如图1所示，包括阳极床2、第一电源3和2根并行且同向输送的待保护管道1。所述第一电源3为直流电源。所述阳极床2与第一电源3的正极连通，所述各待保护管道1并联后与第一电源3的负极连通。所述待保护管道1上设有用于监测管道状态的监测桩4。所述各待保护管道1在监测桩4处通过均压线路并联。所述阳极床2包括与第一电源3正极连通的高硅铸铁阳极202。所述高硅铸铁阳极202埋设在焦炭渣床体201内。所述焦炭渣床体201设置在距离待保护管道1的150m位置处。所述待保护管道1上设有加压泵站6。所述待保护管道1与加压泵站6内部管道之间通过绝缘法兰601连通。位于加压泵站6同侧的各待保护管道1之间通过均压线路并联。位于加压泵站6异侧的各待保护管道1与对应的待保护管道1通过均压线路串联。所述加压泵站6内设有避雷器或接地装置。所述避雷器或接地装置上设有直流绝缘装置。
实施例4
一种并行矿浆输送管道阴极保护系统，包括阳极床2、第一电源3和2根并行且同向输送的待保护管道1。所述待保护管道1上设有用于监测管道状态的监测桩4。如图2所示，所述监测桩4内设有微处理器、第二电源、第一线路开关、牺牲阳极装置和2个电流计。所述电流计分别连接管道侧壁两端，并与微处理器的接收端信号连接。所述微处理器的输出端与线路开关信号连接。所述第二电源通过第一线路开关与牺牲阳极装置连通。其余结构与实施例1或2或3相同。
上述检测桩的工作过程为：电流计分别检测各管道上流经的电流大小，如电流大小低于预设值或电流变化幅度在预设范围内，则仅记录该信息。如电流大小超过了预设值，则向用户发出过保护报警。如电流大小幅度超过预设值，说明管道间有杂散电流出现，则启动牺牲阳极装置，牺牲阳极装置在第二电源的电力供应下，将牺牲阳极置入地层，使地层中的电流向牺牲阳极流动。一段时间后微处理器控制牺牲阳极回收，实现对地层电流的重置整流，从而降低杂散电流存在的时间。此外，通过对比管道上的实时电流数据和历史数据，可以判断管道防腐蚀涂层的有效性。
申请人经过研究发现，地层间的杂散电流也需要一定的电流通路才能形成长时间的杂散电流。而通过牺牲阳极强行改变地层中的电流一段时间后，地层中原本形成的杂散电流通路被破坏，从而避免了上时间杂散电流对管道的持续腐蚀。
实施例5
一种并行矿浆输送管道阴极保护系统，包括阳极床2、第一电源3和2根并行且同向输送的待保护管道1。所述待保护管道1上设有用于监测管道状态的监测桩4。如图2所示，所述监测桩4内设有微处理器、第二电源、第一线路开关、牺牲阳极装置和2个电流计。如图1所示，所述待保护管道1外设有2个参比电极，一根待保护管道1外设有1个残币电极。所述监测桩4内设有2个电位计。所述电位计一端与对应的参比电极连通，另一端与对应的管道侧壁连通，形成检测管道和管道外设的参比电极之间的电位检测电路。其余结构与实施例1或2或3相同。由于管道通常埋在地下，因此检测难度较大。而通过检测参比电极和管道管壁之间的电位差，可以非常方便且实时的获知外加电流阴极保护系统是否有效工作，无需开土检查。
实施例6
一种并行矿浆输送管道阴极保护系统，包括阳极床2、第一电源3和2根并行且同向输送的待保护管道1。所述待保护管道1上设有用于监测管道状态的监测桩4。所述监测桩4内设有牺牲阳极装置。如图5和图6所示，所述牺牲阳极装置包括：包括直螺纹套筒401和牺牲阳极402。如图3、图5、图6所示，所述直螺纹套筒401内沿轴向设有螺纹孔，直螺纹套筒401筒壁上横向设有传动孔。如图4、图5、图6所示，牺牲阳极402螺纹连接在螺纹孔内。所述直螺纹套筒401外设有与所述第一线路开关连接的驱动装置404。所述驱动装置404上安装有传动装置403。所述传动装置403穿过直螺纹套筒401筒壁上的传动孔，与所述牺牲阳极402的顶部连接。所述驱动装置404固定安装在滑套405上。所述滑套405套设在直螺纹套筒401外部，并在面对直螺纹套筒401的内壁上，设有限制板406。所述限制板406插入直螺纹套筒401筒壁上沿轴线设置的凹槽407内，限制滑套405带动驱动装置404沿凹槽407竖向上下滑动。所述直螺纹套筒401的传动孔处，在靠近地层的一端设有限位块408。所述牺牲阳极402通过单向二极管连接有电容器。所述电容器上连接有电压计，并通过第二线路开关与蓄电池连通。所述电压计与第二线路开关信号连接。其余结构与实施例1或2或3相同。
该装置的运行过程为：微处理器控制线路开关连通第二电源和驱动装置，驱动装置通过传动装置带动牺牲阳极定向转动。牺牲阳极在螺纹的限制下，沿外套向下运动，直至其一端插入地层中，起到引流作用。一段时间后，微处理器控制线路开关反向供电，使驱动装置带动牺牲阳极反向转动，从而使牺牲阳极脱离地层，恢复阴极保护系统的正常运作。
本发明至少具有以下优点之一：
1.本发明可以通过一套阴极保护系统实现对并行的2管道或多管道的，有效的外加电流阴极保护，节约了设备的安装、维护成本。
2.本发明通过在管道的始末端及各检测桩的连接端，使用均压线路进行并联，均衡各管道上的电压。从而降低了部分管道上防腐蚀涂层的失效速度，降低了管道上腐蚀点的侵蚀速度。
3.本发明在检测桩上加设有牺牲阳极装置，当检测到管道服饰速度异常时，可通过牺牲阳极装置，对地层中的电流通道进行重置，进一步降低杂散电流的形成概率。
4.本发明针对需要加压泵站的长管线加设了特定的连接设计，使得加压泵站在对物料完成加压的同时，避免了加压泵站对外加电流阴极保护系统的破坏。
应该注意到并理解，在不脱离本发明权利要求所要求的精神和范围的情况下，能够对上述详细描述的本发明做出各种修改和改进。因此，要求保护的技术方案的范围不受所给出的任何特定示范教导的限制。

Claims (7)

1.并行矿浆输送管道阴极保护系统，其特征在于，包括阳极床(2)、第一电源(3)和监测桩(4)；所述阳极床(2)与第一电源(3)的正极连通，所述第一电源(3)的负极与2根以上待保护管道(1)并联连通；所述监测桩(4)设在待保护管道(1)上，并设有与各待保护管道(1)并联的均压线路，所述监测桩(4)内设有微处理器、第二电源、第一线路开关、牺牲阳极装置和2个以上电流计；所述电流计分别连接管道侧壁两端，并与微处理器的接收端信号连接；所述微处理器的输出端与线路开关信号连接；所述第二电源通过第一线路开关与牺牲阳极装置连通，所述阳极床(2)包括与第一电源(3)正极连通的高硅铸铁阳极(202)；所述高硅铸铁阳极(202)埋设在焦炭渣床体(201)内；所述焦炭渣床体(201)设置在距离待保护管道(1)70-150m位置处，所述待保护管道(1)外设有2个以上参比电极，所述监测桩(4)内设有2个以上电位计；所述电位计一端与对应的参比电极连通，另一端与对应的管道侧壁连通。
2.根据权利要求1所述并行矿浆输送管道阴极保护系统，其特征在于，所述牺牲阳极装置包括：包括直螺纹套筒(401)和牺牲阳极(402)；所述直螺纹套筒(401)内沿轴向设有螺纹孔，直螺纹套筒(401)筒壁上横向设有传动孔；牺牲阳极(402)螺纹连接在螺纹孔内；所述直螺纹套筒(401)外设有与所述第一线路开关连接的驱动装置(404)；所述驱动装置(404)上安装有传动装置(403)；所述传动装置(403)穿过直螺纹套筒(401)筒壁上的传动孔，与所述牺牲阳极(402)的顶部连接。
3.根据权利要求2所述并行矿浆输送管道阴极保护系统，其特征在于，所述驱动装置(404)固定安装在滑套(405)上；所述滑套(405)套设在直螺纹套筒(401)外部，并在面对直螺纹套筒(401)的内壁上，设有限制板(406)；所述限制板(406)插入直螺纹套筒(401)筒壁上沿轴线设置的凹槽(407)内，限制滑套(405)带动驱动装置(404)沿凹槽(407)竖向上下滑动。
4.根据权利要求3所述并行矿浆输送管道阴极保护系统，其特征在于，所述直螺纹套筒(401)的传动孔处，在靠近地层的一端设有限位块(408)。
5.根据权利要求3所述并行矿浆输送管道阴极保护系统，其特征在于，所述牺牲阳极(402)通过单向二极管连接有电容器；所述电容器上连接有电压计，并通过第二线路开关与蓄电池连通；所述电压计与第二线路开关信号连接。
6.根据权利要求1所述并行矿浆输送管道阴极保护系统，其特征在于，所述待保护管道(1)上设有加压泵站(6)；所述待保护管道(1)与加压泵站(6)内部管道之间通过绝缘法兰(601)连通；位于加压泵站(6)同侧的各待保护管道(1)之间通过均压线路并联；位于加压泵站(6)异侧的各待保护管道(1)与对应的待保护管道(1)通过均压线路串联。
7.根据权利要求6所述并行矿浆输送管道阴极保护系统，其特征在于，所述第一电源(3)为直流电源，所述加压泵站(6)内设有避雷器或接地装置；所述避雷器或接地装置上设有直流绝缘装置。
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