CN107145685B - 基于北斗的管道动态直流干扰监测系统及风险评估方法 - Google Patents

基于北斗的管道动态直流干扰监测系统及风险评估方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及基于北斗的管道动态直流干扰监测系统及风险评估方法，所述监测系统包括分散布置且与燃气管网中的测试桩对应设置的多个监测单元，以及与监测单元通讯连接的服务器单元，监测单元包括电位记录仪、检查片和参比电极，检查片和参比电极埋设于燃气管道的一侧并分别通过电缆与电位记录仪连接，电位记录仪通过测试桩中的阴极测试线与燃气管道连接。监测系统具有结构简单、实施容易、精确度高、实时性强的优点，可实现燃气管网的智能化和可视化管理，降低燃气管道的腐蚀风险，提高安全运行的可靠性。风险评估方法具有工艺简单、实现方便、科学合理的优点。

Description

基于北斗的管道动态直流干扰监测系统及风险评估方法
技术领域
本发明涉及埋地金属结构物的杂散电流监测技术，具体涉及一种基于北斗的管道动态直流干扰监测系统，以及管道受动态直流干扰被腐蚀的风险评估方法。
背景技术
随着城市化进程的不断推进，越来越多的埋地管道与轨道交通线路并行或者交叉铺设，埋地管道面临的动态直流干扰风险不断升高，严重威胁着埋地管道、城市基础设施的安全。对于本领域而言，对埋地管道动态直流干扰进行实时监检测以及风险评估，可及时掌握埋地管道的运行状态，为管理运营提供可靠依据。目前常用的对埋地管道动态直流干扰进行监检测的方法是在某一条管线上取个别点进行动态直流的检测，这种方法在实际应用中主要存在以下问题：检测的准确性较低，往往与管道的实际情况不符；标准化程度较低，检查片的大小、埋设位置、埋设深度，以及极化时间、断电电位采集延迟时间、参比电极与极化试片的相对位置等均没有统一标准；检测工作主要是人工完成，需要处理大量的数据，工作效率较低，及时性较差。
发明内容
本发明的目的是提供基于北斗的管道动态直流干扰监测系统及风险评估方法，所述监测系统具有结构简单、实施容易、精确度高、实时性强的优点，采用本发明可实现燃气管网的智能化和可视化管理，降低燃气管道的腐蚀风险，提高安全运行的可靠性；所述风险评估方法具有工艺简单、实现方便、科学合理的优点。
为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了基于北斗的管道动态直流干扰监测系统，包括分散布置且与燃气管网中的测试桩对应设置的多个监测单元，以及与监测单元通讯连接的服务器单元，所述监测单元包括电位记录仪、检查片和参比电极，所述电位记录仪带有通断电功能并集成有北斗定位模块和信号收发模块，所述检查片和参比电极埋设于燃气管道的一侧并分别通过电缆与电位记录仪连接，电位记录仪通过测试桩中的阴极测试线与燃气管道连接；电位记录仪用于监测燃气管道的断电电位，并通过信号收发模块将监测的电位参数以及北斗定位模块的定位参数传输给服务器单元，服务器单元用于处理和显示电位参数和定位参数。
进一步的，本发明基于北斗的管道动态直流干扰监测系统，其中，所述检查片和参比电极的埋设深度与燃气管道同深，检查片的裸露面积为6.5～100cm2并使其裸露面背对燃气管道。
进一步的，本发明基于北斗的管道动态直流干扰监测系统，其中，所述检查片与燃气管道之间的水平间距为0.1m～0.3m；所述参比电极与检查片之间的水平距离为小于0.1m。
本发明还提供了基于北斗的管道动态直流干扰监测及风险评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
一、准备监测单元和服务器单元，其中，监测单元的数量与燃气管网中测试桩的数量对应，每个监测单元均包括电位记录仪、检查片和参比电极，电位记录仪具有通断电功能并集成有北斗定位模块和信号收发模块；
二、让各监测单元与燃气管网中的测试桩对应设置，并使各监测单元与服务器单元通讯连接，其中，将检查片和参比电极埋设于与测试桩对应的燃气管道一侧，并让检查片和参比电极通过电缆分别与电位记录仪连接，同时让电位记录仪通过测试桩中的阴极测试线与燃气管道连接；
三、各监测单元待检查片极化后，让电位记录仪以设定的通断电时间间隔转换通断电状态并在每次断电时以设定的延迟时间采集对应燃气管道的断电电位，让信号收发模块将监测的断电电位参数以及北斗定位模块的定位参数传输给服务器单元；其中，通断电状态是指检查片与燃气管道的连接与断开；
四、根据各监测单元传来的断电电位参数，以及正于阴极保护电位准则不同程度的电位基准值和设定的评估周期，让服务器单元对各监测单元对应的燃气管道受动态直流干扰被腐蚀的风险等级进行评估；
五、让服务器单元根据燃气管网的基础信息画出燃气管网图，并根据监测单元传来的定位参数将步骤四得到的风险等级评估结果标注在燃气管网图上，得到腐蚀风险云图。
进一步的，本发明基于北斗的管道动态直流干扰监测及风险评估方法，其特征在于，在步骤一中，所述检查片的裸露面积为6.5～100cm2；在步骤二中，所述检查片和参比电极的埋设深度与燃气管道同深，并使检查片的裸露面背对燃气管道，且使检查片与燃气管道之间的水平间距在0.1m～0.3m之间，使参比电极与检查片之间的水平距离小于0.1m。
进一步的，本发明基于北斗的管道动态直流干扰监测及风险评估方法，其特征在于，在步骤三中，所述检查片的极化时间为3～24h，所述通断电时间分别为通电12s、断电3s，所述延迟时间为200～300ms。
进一步的，本发明基于北斗的管道动态直流干扰监测及风险评估方法，其特征在于，在步骤四中，所述评估周期为24h，所述正于阴极保护电位准则不同程度的电位基准值分别为-0.85V、-0.8V、-0.75V、0V；所述服务器单元对各监测单元对应的燃气管道受动态直流干扰被腐蚀的风险进行评估，按以下方法实现：
以下列公式统计各监测单元对应的燃气管道的断电电位正于阴极保护电位准则各电位基准值的时间百分比；
公式中，Vi表示监测得到的断电电位；表示正于阴极保护电位准则不同程度的电位基准值，其中，j＝1表示电位基准值为-0.85V，j＝2表示电位基准值为-0.8V，j＝3表示电位基准值为-0.75V，j＝4表示电位基准值为0V；Δt表示采样时间间隔，单位为s；T表示评估周期，单位为s；表示断电电位正于阴极保护电位准则各电位基准值的总数；
当某监测单元对应的燃气管道的断电电位正于-0.85V电位基准值的时间百分比<5％，且正于-0.8V电位基准值的时间百分比<2％，且正于-0.75V电位基准值的时间百分比<1％，且正于0V电位基准值的时间百分比<0.2％；则判定该燃气管道受动态直流干扰被腐蚀的风险等级为无风险；
当某监测单元对应的燃气管道的断电电位正于-0.85V电位基准值的时间百分比在5％～50％之间，或正于-0.8V电位基准值的时间百分比在2％～20％之间，或正于-0.75V电位基准值的时间百分比在1％～5％之间，或正于0V电位基准值的时间百分比在0.2％～1％之间；则判定该燃气管道受动态直流干扰被腐蚀的风险等级为中等风险；
当某监测单元对应的燃气管道的断电电位正于-0.85V电位基准值的时间百分比＞50％，或正于-0.8V电位基准值的时间百分比＞20％，或正于-0.75V电位基准值的时间百分比＞5％，或正于0V电位基准值的时间百分比＞1％；则判定该燃气管道受动态直流干扰被腐蚀的风险等级为高等风险。
本发明基于北斗的管道动态直流干扰监测系统及风险评估方法与现有技术相比，具有以下优点：本发明通过设置分散布置且与燃气管网中的测试桩对应的多个监测单元，以及与监测单元通讯连接的服务器单元，让各监测单元具体包括电位记录仪、检查片和参比电极，其中，电位记录仪带有通断电功能并集成有北斗定位模块和信号收发模块，让检查片和参比电极埋设于燃气管道的一侧并分别通过电缆与电位记录仪连接，并让电位记录仪通过测试桩中的阴极测试线与燃气管道连接。电位记录仪用于监测燃气管道的断电电位，并通过信号收发模块将监测的电位参数以及北斗定位模块的定位参数传输给服务器单元，服务器单元用于处理和显示电位参数和定位参数。由此就构成了一种结构简单、实施容易、精确度高、实时性强的基于北斗的管道动态直流干扰监测系统。在实际应用中，让电位记录仪以设定的通断电时间间隔转换通断电状态并在每次断电时以设定的延迟时间采集对应燃气管道的断电电位，让信号收发模块将监测的断电电位参数以及北斗定位模块的定位参数传输给服务器单元，通过服务器单元对电位参数和定位参数进行处理和显示，即可实理掌握各监测单元对应的燃气管道的断电电位，依据断电电位即可评价各管道受动态直流干扰的情况，且根据监测的断电电位，以及正于阴极保护电位准则不同程度的电位基准值和设定的评估周期，可确定各管道受动态直流干扰被腐蚀的风险大小或等级，以便为管理决策提供可靠依据。采用本发明可实现燃气管网的智能化和可视化管理，降低燃气管道的腐蚀风险，提高安全运行的可靠性。本发明提供的基于北斗的管道动态直流干扰监测及风险评估方法，具有工艺简单、实现方便、科学合理、实时性强、可靠性高的优点。
下面结合附图所示具体实施方式对本发明基于北斗的管道动态直流干扰监测系统及风险评估方法作进一步详细说明：
附图说明
图1为本发明基于北斗的管道动态直流干扰监测系统的示意图；
图2为本发明基于北斗的管道动态直流干扰监测及风险评估方法得到的腐蚀风险云图。
具体实施方式
如图1所示本发明基于北斗的管道动态直流干扰监测系统的具体实施方式，包括分散布置且与燃气管网中的测试桩对应设置的多个监测单元，以及与监测单元通讯连接的服务器单元。监测单元具体包括电位记录仪1、检查片2和参比电极3，其中，电位记录仪1带有通断电功能并集成有北斗定位模块11和信号收发模块12。让检查片2和参比电极3埋设于燃气管道的一侧并分别通过电缆与电位记录仪1连接，并让电位记录仪1通过测试桩中的阴极测试线与燃气管道4连接。其中，电位记录仪1用于监测燃气管道4的断电电位，并通过信号收发模块12将监测的电位参数以及北斗定位模块11的定位参数传输给服务器单元，服务器单元用于处理和显示电位参数和定位参数。
通过以上结构设置就构成了一种结构简单、实施容易、精确度高、实时性强的基于北斗的管道动态直流干扰监测系统。在实际应用中，让电位记录仪1以设定的通断电时间间隔转换通断电状态并在每次断电时以设定的延迟时间采集对应燃气管道的断电电位，其中，通断电状态是指检查片2与燃气管道的连接与断开，让信号收发模块11将监测的断电电位参数以及北斗定位模块12的定位参数传输给服务器单元，通过服务器单元对电位参数和定位参数进行处理和显示，即可实理掌握各监测单元对应的燃气管道的断电电位，根据监测的断电电位即可评价各管道受动态直流干扰的情况，且根据监测的断电电位，以及正于阴极保护电位准则不同程度的电位基准值和设定的评估周期，可确定各管道受动态直流干扰被腐蚀的风险大小或等级，以便为管理决策提供可靠依据。采用本发明可实现燃气管网的智能化和可视化管理，降低燃气管道的腐蚀风险，提高安全运行的可靠性。作为优化方案，本发明让检查片2和参比电极3的埋设深度与燃气管道4同深，让检查片的裸露面背对燃气管道；并让检查片与燃气管道之间的水平间距为0.1m～0.3m；让参比电极与检查片之间的水平距离为小于0.1m。这一结构设置可最大程地模拟燃气管道的真实环境，提高监测的精确度和可靠性。需要说明的是，在实际应用中，检查片2的裸露面积大小应根据所监测燃气管道可能产生的防腐层最大缺陷接近，其裸露面积宜通常在6.5～100cm2。对于三层PE防腐层的燃气管道可采用6.5cm2的检查片，对于裸露和防腐层较差的燃气管道可采用100cm2的检查片。不同裸露面积的检查片其充分极化所需的时间也不一样，通常需要3～24小时。
本发明还提供了基于北斗的管道动态直流干扰监测及风险评估方法，具体包括以下步骤：
一、准备监测单元和服务器单元，其中监测单元的数量与燃气管网中测试桩的数量对应，每个监测单元均包括电位记录仪1、检查片2和参比电极3。其中，电位记录仪1具有通断电功能并集成有北斗定位模块11和信号收发模块12。
二、让各监测单元与燃气管网中的测试桩对应设置，并使各监测单元与服务器单元通讯连接，其中，将检查片2和参比电极3埋设于与测试桩对应的燃气管道一侧，并让检查片2和参比电极3通过电缆分别与电位记录仪1连接，同时让电位记录仪1通过测试桩中的阴极测试线与燃气管道连接。
三、各监测单元待检查片2极化后，让电位记录仪1以设定的通断电时间间隔转换通断电状态并在每次断电时以设定的延迟时间采集对应燃气管道的断电电位，让信号收发模块12将监测的断电电位参数以及北斗定位模块11的定位参数传输给服务器单元。其中，通断电状态是指检查片2与燃气管道的连接与断开。
四、根据各监测单元传来的断电电位参数，以及正于阴极保护电位准则不同程度的电位基准值和设定的评估周期，让服务器单元对各监测单元对应的燃气管道受动态直流干扰被腐蚀的风险等级进行评估；
五、让服务器单元根据燃气管网的基础信息画出燃气管网图，并根据监测单元传来的定位参数将步骤四得到的风险等级评估结果标注在燃气管网图上，得到腐蚀风险云图。
作为优化方案，在上述步骤一中，使检查片2的裸露面积为6.5～100cm2。在上述步骤二中，让检查片2和参比电极3的埋设深度与燃气管道4同深，并使检查片2的裸露面背对燃气管道，且使检查片2与燃气管道4之间的水平间距在0.1m～0.3m之间，使参比电极3与检查片2之间的水平距离小于0.1m。这一方法可最大程度地模拟燃气管道的真实环境，提高监测的精确度和可靠性。进一步的，在上述步骤三中，让检查片2的极化时间为3～24h，以保证检查片得到充分极化，让通断电时间分别为通电12s、断电3s，让延迟时间为200～300ms，可保证检测参数的有效性和可靠性。
作为具体实施方式，在上述步骤四中，通常将评估周期设为24h。对于燃气管道这类钢铁构筑物而言，其阴极保护电位需设为-850mV。正于阴极保护电位准则不同程度的电位基准值分别为-0.85V、-0.8V、-0.75V、0V，分别表示正于阴极保护电位0mV，正于阴极保护电位+50mV，正于阴极保护电位+100mV，正于阴极保护电位+850mV。服务器单元对各监测单元对应的燃气管道受动态直流干扰被腐蚀的风险进行评估，按以下方法实现：
以下列公式统计各监测单元对应的燃气管道的断电电位正于阴极保护电位准则各电位基准值的时间百分比；
公式中，Vi表示监测得到的断电电位；表示正于阴极保护电位准则不同程度的电位基准值，其中，j＝1表示电位基准值为-0.85V，j＝2表示电位基准值为-0.8V，j＝3表示电位基准值为-0.75V，j＝4表示电位基准值为0V；Δt表示采样时间间隔，单位为s；T表示评估周期，单位为s；表示断电电位正于阴极保护电位准则各电位基准值的总数。
根据下表对各监测单元对应的燃气管道受动态直流干扰被腐蚀的风险进行评估：
当某监测单元对应的燃气管道的断电电位正于-0.85V电位基准值的时间百分比<5％，且正于-0.8V电位基准值的时间百分比<2％，且正于-0.75V电位基准值的时间百分比<1％，且正于0V电位基准值的时间百分比<0.2％；则判定该燃气管道受动态直流干扰被腐蚀的风险等级为无风险；
当某监测单元对应的燃气管道的断电电位正于-0.85V电位基准值的时间百分比在5％～50％之间，或正于-0.8V电位基准值的时间百分比在2％～20％之间，或正于-0.75V电位基准值的时间百分比在1％～5％之间，或正于0V电位基准值的时间百分比在0.2％～1％之间；则判定该燃气管道受动态直流干扰被腐蚀的风险等级为中等风险；
当某监测单元对应的燃气管道的断电电位正于-0.85V电位基准值的时间百分比＞50％，或正于-0.8V电位基准值的时间百分比＞20％，或正于-0.75V电位基准值的时间百分比＞5％，或正于0V电位基准值的时间百分比＞1％；则判定该燃气管道受动态直流干扰被腐蚀的风险等级为高等风险。
本发明提供的基于北斗的管道动态直流干扰监测系统及风险评估方法，通过采用北斗定位和物联网，将各个监测单元的监测数据传回云端服务器进行处理，不但节省了人力物力，提高了效率，而且具体精确度高、实时性强的特点。可实现对燃气管网的智能化和可视化管理，降低燃气管道的腐蚀风险，提高安全运行的可靠性。
以上实施例仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对本发明请求保护范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域工程技术人员依据本发明的技术方案做出的各种形式的变形，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (4)

1.基于北斗的管道动态直流干扰监测系统，其特征在于，包括分散布置且与燃气管网中的测试桩对应设置的多个监测单元，以及与监测单元通讯连接的服务器单元，所述监测单元包括电位记录仪(1)、检查片(2)和参比电极(3)，所述电位记录仪(1)带有通断电功能并集成有北斗定位模块(11)和信号收发模块(12)，所述检查片(2)和参比电极(3)埋设于燃气管道的一侧并分别通过电缆与电位记录仪(1)连接，电位记录仪(1)通过测试桩中的阴极测试线与燃气管道连接；电位记录仪(1)用于监测燃气管道的断电电位，并通过信号收发模块(12)将监测的电位参数以及北斗定位模块(11)的定位参数传输给服务器单元，服务器单元用于处理和显示电位参数和定位参数；
所述检查片(2)和参比电极(3)的埋设深度与燃气管道同深，检查片(2)的裸露面积为6.5～100cm2并使其裸露面背对燃气管道；
所述检查片(2)与燃气管道之间的水平间距为0.1m～0.3m；所述参比电极(3)与检查片(2)之间的水平距离为小于0.1m。
2.基于北斗的管道动态直流干扰监测及风险评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
一、准备监测单元和服务器单元，其中监测单元的数量与燃气管网中测试桩的数量对应，每个监测单元均包括电位记录仪(1)、检查片(2)和参比电极(3)，电位记录仪(1)具有通断电功能并集成有北斗定位模块(11)和信号收发模块(12)；
二、让各监测单元与燃气管网中的测试桩对应设置，并使各监测单元与服务器单元通讯连接，其中，将检查片(2)和参比电极(3)埋设于与测试桩对应的燃气管道一侧，并让检查片(2)和参比电极(3)通过电缆分别与电位记录仪(1)连接，同时让电位记录仪(1)通过测试桩中的阴极测试线与燃气管道连接；
三、各监测单元待检查片(2)极化后，让电位记录仪(1)以设定的通断电时间间隔转换通断电状态并在每次断电时以设定的延迟时间采集对应燃气管道的断电电位，让信号收发模块(12)将监测的断电电位参数以及北斗定位模块(11)的定位参数传输给服务器单元；其中，通断电状态是指检查片(2)与燃气管道的连接与断开；
四、根据各监测单元传来的断电电位参数，以及正于阴极保护电位准则不同程度的电位基准值和设定的评估周期，让服务器单元对各监测单元对应的燃气管道受动态直流干扰被腐蚀的风险等级进行评估；
五、让服务器单元根据燃气管网的基础信息画出燃气管网图，并根据监测单元传来的定位参数将步骤四得到的风险等级评估结果标注在燃气管网图上，得到腐蚀风险云图；
在步骤四中，所述评估周期为24h，所述正于阴极保护电位准则不同程度的电位基准值分别为-0.85V、-0.8V、-0.75V、0V；所述服务器单元对各监测单元对应的燃气管道受动态直流干扰被腐蚀的风险进行评估，按以下方法实现：
以下列公式统计各监测单元对应的燃气管道的断电电位正于阴极保护电位准则各电位基准值的时间百分比；
<mrow> <msub> <mi>&amp;eta;</mi> <mi>j</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msubsup> <mi>&amp;Sigma;</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>K</mi> </msubsup> <mi>n</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>V</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>&gt;</mo> <msub> <mover> <mi>V</mi> <mo>&amp;OverBar;</mo> </mover> <mi>j</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&amp;times;</mo> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>t</mi> </mrow> <mi>T</mi> </mfrac> </mrow>
公式中，Vi表示监测得到的断电电位；表示正于阴极保护电位准则不同程度的电位基准值，其中，j＝1表示电位基准值为-0.85V，j＝2表示电位基准值为-0.8V，j＝3表示电位基准值为-0.75V，j＝4表示电位基准值为0V；Δt表示采样时间间隔，单位为s；T表示评估周期，单位为s；表示断电电位正于阴极保护电位准则各电位基准值的总数；
当某监测单元对应的燃气管道的断电电位正于-0.85V电位基准值的时间百分比<5％，且正于-0.8V电位基准值的时间百分比<2％，且正于-0.75V电位基准值的时间百分比<1％，且正于0V电位基准值的时间百分比<0.2％；则判定该燃气管道受动态直流干扰被腐蚀的风险等级为无风险；
当某监测单元对应的燃气管道的断电电位正于-0.85V电位基准值的时间百分比在5％～50％之间，或正于-0.8V电位基准值的时间百分比在2％～20％之间，或正于-0.75V电位基准值的时间百分比在1％～5％之间，或正于0V电位基准值的时间百分比在0.2％～1％之间；则判定该燃气管道受动态直流干扰被腐蚀的风险等级为中等风险；
当某监测单元对应的燃气管道的断电电位正于-0.85V电位基准值的时间百分比＞50％，或正于-0.8V电位基准值的时间百分比＞20％，或正于-0.75V电位基准值的时间百分比＞5％，或正于0V电位基准值的时间百分比＞1％；则判定该燃气管道受动态直流干扰被腐蚀的风险等级为高等风险。
3.按照权利要求2所述的基于北斗的管道动态直流干扰监测及风险评估方法，其特征在于，在步骤一中，所述检查片(2)的裸露面积为6.5～100cm2；在步骤二中，所述检查片(2)和参比电极(3)的埋设深度与燃气管道同深，并使检查片(2)的裸露面背对燃气管道，且使检查片(2)与燃气管道之间的水平间距在0.1m～0.3m之间，使参比电极(3)与检查片(2)之间的水平距离小于0.1m。
4.按照权利要求3所述的基于北斗的管道动态直流干扰监测及风险评估方法，其特征在于，在步骤三中，所述检查片(2)的极化时间为3～24h，所述通断电时间分别为通电12s、断电3s，所述延迟时间为200～300ms。
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