CN107449800B - 一种高含硫气田集输管道腐蚀监测预警装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高含硫气田集输管道腐蚀监测预警装置及方法，集腐蚀挂片不停气取放作业、管道腐蚀在线监测、腐蚀状态分级预警等功能为一体。设计挂片取放机构，通过残余气体吸收装置，完成挂片箱的不停气取放作业及上下腔室内残余气体的吹扫。设计笼型挂片箱，安装多组、多规格挂片，通过挂片取放机构与伸展机构将其置于管道腐蚀环境中，依据不同规格的挂片依次腐蚀失效，触发弹性卡紧结构产生不同程度的伸长度，改变监测电路中滑动电阻阻值，实现管道的平均腐蚀速率连续测量与多级预警。本装置的腐蚀预警方法是依据管道的腐蚀监测数据，利用声光报警系统，对管道不同剩余厚度进行分级预警。

Description

一种高含硫气田集输管道腐蚀监测预警装置及方法

技术领域

本发明涉及一种高含硫气田集输管道腐蚀监测预警装置及方法，属于油气田管道及设备腐蚀监测技术领域。

背景技术

高含硫气田是指产出的天然气中硫化氢含量在2％～70％的气田，我国气田大多属于高含硫气田。在多年的开采输送过程中，含硫气田的管材腐蚀问题一直是气田生产过程中一个相当棘手的问题。管材的腐蚀常常会增加管材的投入成本、人力的管理成本、严重时甚至还会影响现场的生产，引起严重的安全事故，带来巨大的经济损失，因此在高含硫气田的开采输送过程中，选取适宜的腐蚀监测手段对掌握设备及管线的腐蚀状况，优化腐蚀防治工艺，降低生产成本尤为重要。

目前高含硫气田采用的腐蚀监测技术手段主要有挂片失重、线性极化、电阻探针、磁阻探针、电指纹法等。不同的腐蚀监测技术手段都具有独特的适用性，其中，挂片失重法操作简单，能提供全面腐蚀与局部腐蚀信息，适用腐蚀环境广，测试结果准确性高，是目前国内外普遍采用的现场腐蚀情况监测方法。但其监测周期较长，并且在管道使用寿命范围内实施腐蚀监测需分多批次进行，不能对设备或管道的腐蚀或破坏进行连续的监测，大大增加了生产管理人员的工作量。其次，由于高含硫天然气毒性较大，生产管理过程中存在的风险也远大于普通气田，多次进行换取挂片操作容易引起中毒事故，危害操作人员健康。此外，挂片失重法不能对管道不同的腐蚀状态进行早期预警，以便管理人员采取有效的工艺防腐措施，减小安全事故发生的可能性。

因此，针对高含硫气田生产设备及管线的严重腐蚀问题、输送气体毒性大以及发生的事故后果严重等特点，采用经济合理的腐蚀监测手段进行连续的腐蚀监测与腐蚀预警对管道及设备的安全、经济运行，提高生产经济效益具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高含硫气田集输管道腐蚀监测预警装置及方法，从确保管线安全运行的高度出发，综合分析影响腐蚀检测数据可靠性的因素，进行腐蚀挂片监测预警装置设计，为管道腐蚀分析与判定、指导生产、防腐措施优选等提供可靠的参考依据。

本发明主要解决以下问题：

(1)设计腐蚀挂片取放机构，转动上下腔室手轮，实现高含硫气田腐蚀挂片不停气取放作业，通过残余气体吸收装置，吹扫腐蚀监测装置内的残余气体。

(2)设计腐蚀监测电路，不同规格的腐蚀挂片失效引发弹性卡紧结构产生不同程度的伸长度，改变监测电路中滑动电阻阻值，实现管道平均腐蚀速率监测。

(3)设计伸展机构、笼型挂片箱，在管道监测点安装多组、多规格腐蚀挂片，在管道使用寿命内实现管道腐蚀状态的连续监测，为科学评价腐蚀管道剩余强度提供参考依据。

(4)通过数据传输模块传递腐蚀监测信息，利用声光报警系统对管道腐蚀程度进行多级预警，指导生产运行过程中工艺防腐措施选取。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下。

一种高含硫气田集输管道腐蚀监测预警装置包括装置筒体1、挂片取放机构2、残余气体吸收装置3、伸展机构4、笼型挂片箱5、法兰6、安装座7、生产管线8；

所述装置筒体1通过法兰6与安装座7连接，所述安装座7焊接在生产管线8上，所述挂片取放机构2安装在装置筒体1内，通过伸展机构4进行辅助定位，所述伸展机构4与笼型挂片箱5连接；

所述的挂片取放机构2包括上、下传动机构，上传动机构与下传动机构具有相同结构；

上、下传动机构包括转动手轮201、主动轴202、第一转动轴203、第二转动轴204、主动轮205、第一从动轮206、第二从动轮207、传动皮带208、限位块209、传动箱210、传动轨道211、限位环212；

所述转动手轮201与主动轴202连接，所述主动轮205安装在主动轴202上，与第一从动轮206、第二从动轮207啮合，所述第一从动轮206、第二从动轮207分别安装在第一转动轴203、第二转动轴204上，所述第一转动轴203、第二转动轴204上设有传动皮带208与限位块209，所述限位块209限定传动皮带208在转动轴上的偏移量，所述传动皮带208与传动箱210连接，所述传动箱210上下底部设有通气孔，经传动轨道211运动至限位环212，所述限位环212配合伸展机构4对传动箱210进行锁紧固定；

所述的残余气体吸收装置3包括进气单向阀301、排气单向阀302、导气管303、碱液304、捕雾丝网305、活性炭306、硅胶307、换向手柄308、第一进气口309，第二进气口310、平衡室31；

所述平衡室31包括平衡塞311、加重块312、增压柱313、挡环314；平衡室31的平衡压力值通过增减平衡塞311上的加重块312进行改变；

所述残余气体吸收装置3内部设有底部腔室、左腔室、右腔室，所述底部腔室内部从下到上依次设有碱液304、捕雾丝网305、活性炭306、硅胶307，右腔室底部设有第一进气口309，顶部与大气联通，左腔室底部设有第二进气口310，顶部设有挡环314，内部设有平衡塞311，所述平衡塞311上设有加重块312和增压柱313；

所述残余气体吸收装置3的底部腔室外部设有进气单向阀301，左腔室外部设有排气单向阀302，中部设有换向手柄308；

所述残余气体吸收装置3的进气单向阀301通过第一连接软管与装置筒体1连接，排气单向阀302通过第二连接软管与装置筒体1连接，所述第一连接软管上设有排气阀121，所述第二连接软管上设有进气阀111。

进一步的，所述的伸展机构4包括信号传输线401、转柄402、下压杆403、O型密封圈404、固定塞405、下压联杆406、挂杆407、承接件408、第一上连接环409、上连杆410、U型弹簧411、下连杆412、第一下连接环413、固定盘414；

所述信号传输线401封装在下压杆403、固定塞405、下压联杆406、上连杆410内，所述下压杆403设有转柄402，通过O型密封圈404双向密封，所述固定塞405位于传动箱210内，通过下压杆403辅助定位，所述下压联杆406安装在固定塞405上，与承接件408连接，所述承接件408与第一上连接环409连接，所述第一上连接环409与第一下连接环413通过U型弹簧411连接，所述第一上连接环409、第一下连接环413分别通过上连杆410、下连杆412与笼型挂片箱5连接，所述第一下连接环413与固定盘414连接，所述承接件408、第一上连接环409、第一下连接环413、固定盘414安装在挂杆407上，所述挂杆407一端固定在传动箱210内。

进一步的，DN80～DN200管道，所述的伸展机构4包括第一上连接环409与第一下连接环413，第一上连接环409与第一下连接环413通过2个U型弹簧411连接；DN200以上管道，所述的伸展机构4包括第一上连接环409、第二上连接环415、第一下连接环413、第二下连接环416，第一上连接环409与第一下连接环413通过4个U型弹簧连接，第二上连接环415与第二下连接环416通过2个U型弹簧连接，每个U型弹簧采用聚四氟乙烯材料进行保护。

进一步的，所述的笼型挂片箱5包括上底盘501、下底盘502、连接柱503、保护盖504、腐蚀挂片505、上立柱506、下立柱507、弹簧508、锁紧环509、垫片510、连杆511、螺母512、滑动器513、滑动电阻箱514；

所述上底盘501与下底盘502通过连接柱503连接，所述上底盘501设有保护盖504，所述下底盘502焊接有下立柱507，所述上立柱506、下立柱507与腐蚀挂片505通过螺纹连接，所述上立柱506穿过上底盘501与锁紧环509通过螺纹连接，所述弹簧508套于上立柱506，一端固定于上底盘501，另一端由锁紧环509压缩固定，所述锁紧环509设有连杆511，通过垫片510、螺母512进行固定，所述连杆511末端位于滑动器513下端，所述滑动器513与滑动电阻箱514连接。

进一步的，所述的笼型挂片箱5可悬挂8～12种不同规格的腐蚀挂片505。

进一步的，所述的腐蚀挂片505为两端带螺纹的圆柱体形状的腐蚀挂片505，其尺寸计算方法为：

其中：d_k为所述腐蚀挂片505的直径，mm；k为所述腐蚀挂片505的编号；C为管道的使用余量或剩余余量，mm；n为安装的所述腐蚀挂片505的个数。

进一步的，一种高含硫气田集输管道腐蚀监测预警方法，包括以下步骤：

S1、根据所述的腐蚀挂片505的尺寸计算方法确定8～12种不同规格的腐蚀挂片505的尺寸；

S2、将不同规格的所述腐蚀挂片505通过螺纹连接方式依次安装于笼型挂片箱5中，选取相同数量的弹簧508，其自然伸长量各不相同，按照弹簧508自然伸长量依次增大对应所述腐蚀挂片505的规格逐渐增大的次序依次安装于上底盘501并压缩至同一高度水平，装置筒体1通过法兰6连接安装在安装座7上；

S3、打开平衡阀72，旋开空心旋塞阀71，转动下腔室的转动手轮201，主动轮205分别与第一从动轮206、第二从动轮207啮合传动，第一转动轴203与第二转动轴204通过传动皮带208带动传动箱210沿传动轨道211向下运动，将笼型挂片箱5放置于生产管线8中；

S4、转动转柄402，下压杆403向下移动至固定塞405处，此时信号传输线401处于闭合状态，继续转动转柄402，下压杆403推动固定塞405向下移动，与固定塞405连接的下压联杆406经承接件408对连接于第一上连接环409与第一下连接环413间的U型弹簧411进行压缩，连接第一上连接环409的上连杆410与连接第一下连接环413的下连杆412带动笼型挂片箱5在生产管线中进行伸展；

S5、腐蚀监测预警装置安装完成，此时所述的腐蚀挂片505未发生失效，滑动器没有发生位移，滑动电阻阻值为最大值，腐蚀监测电路电流为I₀；

其中：I₀为所述腐蚀挂片505失效前的监测电路电流，A；U为电源电压，V；R₀为定值电阻阻值，Ω；R_i为滑动电阻i的最大阻值，Ω；n为滑动电阻总数，i为滑动电阻编号；

S6、一段时间后，所述的腐蚀挂片505发生腐蚀失效，固定于上底盘501的弹簧508由压缩状态恢复至自然伸缩状态，在弹簧508带动下上立柱506向上跳起，起跳高度为弹簧的压缩长度，此时与锁紧环509相连的连杆511带动滑动器513上移，滑动电阻阻值减小，监测电路电流增大，不同规格的所述腐蚀挂片505腐蚀失效引起弹簧发生不同的压缩长度，腐蚀监测电路电流为I；

其中：I为所述腐蚀挂片505失效后腐蚀监测电路电流，A；x_i为滑动电阻的有效长度，mm，L为滑动电阻总长度，mm；

滑动电阻的有效长度x_i：

x_i＝L-l

其中，l为发生腐蚀失效的所述腐蚀挂片505发生失效前对应弹簧508的压缩长度，mm，不同规格的所述腐蚀挂片505发生腐蚀失效前对应弹簧508的安装高度相同，弹簧508的自然伸长度不同导致安装时各弹簧508的压缩长度不同，不同的压缩长度使得所述腐蚀挂片505失效后滑动电阻阻值变化值不相同，改变监测电路电流；

此时，发生腐蚀失效的所述腐蚀挂片505的尺寸d:

所述腐蚀挂片505的平均腐蚀速率v：

其中，v为所述腐蚀挂片505的腐蚀速率，mm/a；d为所述腐蚀挂片505的直径，mm；Δt为所述腐蚀挂片505发生失效的时间间隔，a；I₁为所述腐蚀挂片505发生失效前的监测电路电流，A；k_i为转换系数；

S7、模拟电流信号经前置放大、数模转换后进入智能仪表CPU处理器进行数据处理，通过无线传输网络将腐蚀数据传输至站控系统；

S8、采用声光报警系统，依据管道的使用余量或腐蚀余量C，对管道腐蚀厚度为C/4、2C/4、3C/4、C的4种腐蚀状态进行四级预警或对管道腐蚀厚度为C/6、2C/6、3C/6、4C/6、5C/6、C的6种腐蚀状态进行六级预警；

S9、腐蚀监测预警结束，反向转动转柄402，下压杆403向上移动，U型弹簧411逐渐恢复自然伸长状态，与U型弹簧411连接的第一上连接环409向上移动，连接第一上连接环409的上连杆410带动笼型挂片箱5进行收缩；

S10、转动上腔室手轮，传动箱210沿传动轨道211带动笼型挂片箱5向上移动，依次关闭空心旋塞阀71、平衡阀72，连接残余气体吸收装置3；

S11、打开位于装置筒体下腔室12的排气阀121，装置筒体1的残余气体通过进气单向阀301沿导气管303进入残余气体吸收装置3，经碱液304、捕雾丝网305、活性炭306、硅胶307对残余气体进行吸收处理后由第二进气口310进入平衡室31并推动平衡塞311向上移动，当平衡塞311停止移动或移动至挡环314下方，向外拉动换向手柄308，第一进气口309开启，第二进气口310关闭，下压增压柱313，气体由平衡室31经排气单向阀302进入装置筒体1，装置筒体1的残余气体经进气单向阀301沿导气管303进入残余气体吸收装置3，经碱液304、捕雾丝网305、活性炭306、硅胶307吸收处理后经第一进气口309排出，完成装置筒体1的残余气体吹扫。

该发明的有益效果在于：

(1)本发明主要针对高含硫气田集输系统，通过设计腐蚀挂片取放机构、残余气体吸收装置，实现高含硫气田腐蚀挂片不停气取放作业以及腐蚀监测装置内残余气体吹扫，避免残余气体危害人体健康。

(2)笼型挂片箱在管道腐蚀监测点安装多种规格的腐蚀挂片，通过挂片取放机构、伸展机构置于生产管线中，依据腐蚀监测周期内不同尺寸的腐蚀挂片依次失效，通过腐蚀监测电路与数据传输模块，实现不同生产工况下管线的平均腐蚀速率连续监测，为科学评价腐蚀管道剩余强度提供参考依据。

(3)依据腐蚀监测数据，通过声光报警系统，对管道的腐蚀状态进行早期预警，以便选取合适的工艺防腐措施，延长生产设备或管道的使用寿命，降低生产成本，提高经济效益。

附图说明

图1是本发明实施例中不带保护壳的三分笼型挂片箱伸展的立体示意图。

图2是本发明实施例中高含硫气田集输管道腐蚀监测预警装置的结构示意图。

图3是本发明实施例中高含硫气田集输管道腐蚀监测预警装置进行腐蚀挂片取放示意图。

图4是本发明实施例中腐蚀监测预警装置的“A-A”视图。

图5是本发明实施例中高含硫气田集输管道腐蚀监测预警装置的左视图。

图6是本发明实施例中笼型挂片箱的伸展示意图。

图7是本发明实施例中管线中安装一个笼型挂片箱的伸展示意图。

图8是本发明实施例中管线中安装两个笼型挂片箱的伸展示意图。

图9是本发明实施例中腐蚀挂片失效前腐蚀监测预警装置的局部结构示意图。

图10是本发明实施例中腐蚀挂片失效后腐蚀监测预警装置的局部结构示意图。

图11是本发明实施例中腐蚀监测电路的原理示意图。

图12是本发明实施例中腐蚀在线监测模块的示意图。

图13是本发明实施例中残余气体吸收装置的结构示意图。

图14是本发明实施例中二分笼型挂片箱闭合的俯视图。

图15是本发明实施例中二分笼型挂片箱伸展的俯视图。

图16是本发明实施例中三分笼型挂片箱闭合的俯视图。

图17是本发明实施例中三分笼型挂片箱伸展的俯视图。

图中：1、装置筒体；11、上腔室；12、下腔室；111、进气阀；121、排气阀；2、挂片取放机构；201、转动手轮；202、主动轴；203、第一转动轴；204、第二转动轴；205、主动轮；206、第一从动轮；207、第二从动轮；208、传动皮带；209、限位块；210、传动箱；211、传动轨道；212、限位环；3、残余气体吸收装置；301、进气单向阀；302、排气单向阀；303、导气管；304、碱液；305、捕雾丝网；306、活性炭；307、硅胶；308、换向手柄；309、第一进气口；310、第二进气口；31、平衡室；311、平衡塞；312、加重块；313、增压柱；314、挡环；4、伸展机构；401、信号传输线；402、转柄；403、下压杆；404、O型密封圈；405、固定塞；406、下压联杆；407、挂杆；408、承接件；409、第一上连接环；410、上连杆；411、U型弹簧；412、下连杆；413、第一下连接环；414、固定盘；415、第二上连接环；416、第二下连接环；5、笼型挂片箱；501、上底盘；502、下底盘；503、连接柱；504、保护盖；505、腐蚀挂片；506、上立柱；507、下立柱；508、弹簧；509、锁紧环；510、垫片；511、连杆；512、螺母；513、滑动器；514、滑动电阻箱；6、法兰；7、安装座；71、空心旋塞阀；72、平衡阀；8、生产管线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便更好的理解本发明。

实施例

本实施例中，如图1所示，腐蚀挂片505为两端带螺纹的圆柱体形状的腐蚀挂片505，每个笼型挂片箱5可悬挂8～12种不同规格的腐蚀挂片505，腐蚀挂片505的尺寸计算公式为：

其中：d_k为所述腐蚀挂片505的直径，mm；k为所述腐蚀挂片505的编号；C为管道的使用余量或剩余余量，mm；n为安装的所述腐蚀挂片505的个数。

腐蚀挂片505的安装方法：将不同规格的腐蚀挂片505通过螺纹连接方式依次安装于笼型挂片箱5中，选取相同数量的弹簧508，其自然伸长量各不相同，按照弹簧508自然伸长量依次增大对应腐蚀挂片505的规格逐渐增大的次序依次安装于上底盘501并压缩至同一高度水平。

图2为高含硫气田集输管道腐蚀监测预警装置的结构示意图，腐蚀监测预警装置包括装置筒体1、挂片取放机构2、残余气体吸收装置3、伸展机构4、笼型挂片箱5、法兰6、安装座7、生产管线8。

所述装置筒体1通过法兰6与安装座7连接，所述安装座7焊接在生产管线8上，所述挂片取放机构2安装在装置筒体1内，通过伸展机构4辅助定位，所述伸展机构4与笼型挂片箱5连接。

投放腐蚀挂片505：先将安装座7安装于生产管线8上，再将腐蚀挂片505已安装完毕的装置筒体1通过法兰6安装于安装座7上，打开平衡阀72，旋开空心旋塞阀71，依次转动挂片取放机构2、伸展机构4，将笼型挂片箱5置于生产管线8中。

如图3所示，是本发明实施例中高含硫气田集输管道腐蚀监测预警装置进行腐蚀挂片取放的示意图，图4是该装置的“A-A”视图，图5是该装置的左视图，转动下腔室的转动手轮201，主动轮205分别与第一从动轮206、第二从动轮207啮合传动，第一转动轴203与第二转动轴204通过传动皮带208带动传动箱210沿传动轨道211向下运动，将笼型挂片箱5放置于生产管线8中。如图所示，挂片取放机构2包括上传动机构与下传动机构，上、下传动机构具有相同结构。

上传动机构包括手轮201、主动轴202、第一转动轴203、第二转动轴204、主动轮205、第一从动轮206、第二从动轮207、传动皮带208、限位块209、传动箱210、传动轨道211、限位环212；

所述转动手轮201与主动轴202连接，所述主动轮205安装于主动轴202上，与第一从动轮206、第二从动轮207啮合，所述第一从动轮206、第二从动轮207分别安装在第一转动轴203、第二转动轴204上，所述第一转动轴203、第二转动轴204上设有传动皮带208与限位块209，所述传动皮带208与传动箱210连接，所述传动箱上下底部设有通气孔，210经传动轨道211运动至限位环212，联合伸展机构4进行锁紧定位。

图6是本发明实施例中笼型挂片箱进行伸展的示意图。伸展机构4包括信号传输线401、转柄402、下压杆403、O型密封圈404、固定塞405、下压联杆406、挂杆407、承接件408、第一上连接环409、上连杆410、U型弹簧411下连杆412、第一下连接环413、固定盘414；

信号传输线401封装在下压杆403、固定塞405、下压联杆406、上连杆410内，转动转柄402，下压杆403向下移动至固定塞405处，此时信号传输线401处于闭合状态，继续转动转柄402，下压杆403推动固定塞405向下移动，与固定塞405连接的下压联杆406通过承接件408对连接于第一上连接环409与第一下连接环413间的U型弹簧411进行压缩，连接第一上连接环409的上连杆410与连接第一下连接环413的下连杆412带动笼型挂片箱5在生产管线中进行伸展。腐蚀监测预警结束，反向转动转柄402，下压杆403向上移动，U型弹簧411逐渐恢复自然伸长状态，与U型弹簧411连接的第一上连接环409向上移动，连接第一上连接环409的上连杆410带动笼型挂盘箱5进行收缩。

图7为本发明实施例中DN80～DN200管线安装1个笼型挂片箱的示意图，所述的伸展机构4设置左右对称的U形弹簧各1个；图8为DN200以上管线中安装2个笼型挂片箱的示意图，伸展机构4包括第一上连接环、第二上连接环、第一下连接环、第二下连接环，第一上连接环409与第一下连接环413通过4个U型弹簧连接，第二上连接环415与第二下连接环416通过2个U型弹簧连接。

图9、10分别是腐蚀挂片505失效前与失效后腐蚀监测预警装置的局部结构示意图，笼型挂片箱5包括上底盘501、下底盘502、连接柱503、保护盖504、腐蚀挂片505、上立柱506、下立柱507、弹簧508、锁紧环509、垫片510、连杆511、螺母512、滑动器513、滑动电阻箱514。图11是本发明实施例中腐蚀监测电路原理的示意图，腐蚀挂片505失效前，接入腐蚀监测电路的滑动电阻阻值处于最大值，发生失效后，滑动器位置改变，滑动电阻阻值减小，监测电路电流增大，通过失效前后电路电流发生变化进行腐蚀挂片505的平均腐蚀速率的连续监测。

图9，腐蚀挂片505未发生失效，滑动器没有发生位移，滑动电阻阻值为最大值，腐蚀监测电路电流为I₀；

其中：I₀为腐蚀挂片505失效前的监测电路电流，A；U为电源电压，V；R₀为定值电阻阻值，Ω；R_i为滑动电阻i的最大阻值，Ω；n为滑动电阻总数，i为滑动电阻编号；

图10为一段时间后腐蚀挂片505发生腐蚀失效，固定于上底盘501的弹簧508由压缩状态恢复至自然伸缩状态，在弹簧508带动下上立柱506向上跳起，起跳高度为弹簧的压缩长度，此时与锁紧环509相连的连杆511带动滑动器513上移，滑动电阻阻值减小，监测电路电流增大，不同规格的腐蚀挂片505腐蚀失效后引起弹簧发生不同的压缩长度，腐蚀监测电路电流为I；

其中：I为腐蚀挂片505失效后腐蚀监测电路电流，A；L为滑动电阻总长度，mm；x_i为滑动电阻的有效长度，mm，

x_i＝L-l

其中，l为发生腐蚀失效的腐蚀挂片505发生失效前对应弹簧508的压缩长度，mm，不同规格的腐蚀挂片505发生腐蚀失效前对应弹簧508的安装高度相同，弹簧508的自然伸长度不同导致安装时各弹簧508的压缩长度不同，不同的压缩长度使得腐蚀挂片505失效后滑动电阻阻值变化值不相同，改变监测电路电流；

此时，发生腐蚀失效的腐蚀挂片505的尺寸d：

腐蚀挂片505的平均腐蚀速率v：

其中，v为腐蚀挂片505的腐蚀速率，mm/a；d为腐蚀挂片505的直径，mm；Δt为腐蚀挂片505发生失效的时间间隔，a；I₁为腐蚀挂片505发生失效前的监测电路电流，A；k_i为转换系数；

图12是本发明实施例中腐蚀在线监测模块示意图，腐蚀监测电路将腐蚀挂片505的腐蚀信号转换为电路电流信号，经前置放大、数模转换后进入智能仪表CPU处理器进行数据处理与分析，通过无线传输网络将腐蚀数据传输至站场控制系统。采用声光报警系统，依据管道的使用余量或腐蚀余量C，对管道腐蚀厚度为C/4、2C/4、3C/4、C的4种腐蚀状态进行四级预警或对管道腐蚀厚度为C/6、2C/6、3C/6、4C/6、5C/6、C的6种腐蚀状态进行六级预警。

监测完毕后，转动伸展机构4、挂片取放机构2，将笼型挂片箱5取出生产管线8，依次关闭空心旋塞阀71与平衡阀72，连接残余气体吸收装置3，打开位于装置筒体下腔室12的排气阀121，对装置筒体1内的残余气体进行吹扫。

图13为本发明实施例中残余气体吸收装置结构示意图，残余气体吸收装置3包括进气单向阀301、排气单向阀302、导气管303、碱液304、捕雾丝网305、活性炭306、硅胶307、换向手柄308、第一进气口309，第二进气口310、平衡室31；平衡室31包括平衡塞311、加重块312、增压柱313、挡环314；平衡室31的平衡压力值通过增减平衡塞311上的加重块312进行改变。

所述残余气体吸收装置3内部设有底部腔室、左腔室、右腔室，所述底部腔室内部从下到上依次设有碱液304、捕雾丝网305、活性炭306、硅胶307，右腔室底部设有第一进气口309，顶部与大气联通，左腔室底部设有第二进气口310，顶部设有挡环314，内部设有平衡塞311，所述平衡塞311上设有加重块312和增压柱313；

所述残余气体吸收装置3的底部腔室外部设有进气单向阀301，左腔室外部设有排气单向阀302，中部设有换向手柄308；

所述残余气体吸收装置3的进气单向阀301通过第一连接软管与装置筒体1连接，排气单向阀302通过第二连接软管与装置筒体1连接，所述第一连接软管上设有排气阀121，所述第二连接软管上设有进气阀111。

装置筒体1的残余气体通过进气单向阀301沿导气管303进入残余气体吸收装置3，经碱液304、捕雾丝网305、活性炭306、硅胶307对残余气体进行吸收处理后由第二进气口310进入平衡室31并推动平衡塞311向上移动，当平衡塞311停止移动或移动至挡环314下方，向外拉动换向手柄308，第一进气口309开启，第二进气口310关闭，下压增压柱313，气体由平衡室31经排气单向阀302进入装置筒体1，装置筒体1的残余气体经进气单向阀301沿导气管303进入吸收装置3，经碱液304、捕雾丝网305、活性炭306、硅胶307吸收处理后经第一进气口309排出，完成装置筒体1的残余气体吹扫。

图14、15分别是本发明实施例中二分笼型挂片箱处于闭合状态与伸展状态的平面俯视图，图16、17分别是三分笼型挂片箱处于闭合状态与伸展状态的平面俯视图，二分笼型挂片箱安装8种不同规格的腐蚀挂片505，用于高含硫气田管道的4级腐蚀预警，三分笼型挂片箱安装12种不同规格的腐蚀挂片505，用于高含硫气田管道的6级腐蚀预警。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种高含硫气田集输管道腐蚀监测预警装置，其特征在于：包括、挂片取放机构(2)、残余气体吸收装置(3)、伸展机构(4)、笼型挂片箱(5)、法兰(6)、安装座(7)、生产管线(8)；

所述挂片取放机构(2)包括上、下传动机构，上传动机构与下传动机构具有相同结构；

所述上、下传动机构包括转动手轮(201)、主动轴(202)、第一转动轴(203)、第二转动轴(204)、主动轮(205)、第一从动轮(206)、第二从动轮(207)、传动皮带(208)、限位块(209)、传动箱(210)、传动轨道(211)、限位环(212)；

所述残余气体吸收装置(3)包括进气单向阀(301)、排气单向阀(302)、导气管(303)、碱液(304)、捕雾丝网(305)、活性炭(306)、硅胶(307)、换向手柄(308)、第一进气口(309)，第二进气口(310)、平衡室(31)；

所述平衡室(31)包括平衡塞(311)、加重块(312)、增压柱(313)、挡环(314)；平衡室(31)的平衡压力值通过增减平衡塞(311)的加重块(312)进行改变；

装置筒体(1)通过法兰(6)与安装座(7)连接，所述安装座(7)焊接在生产管线(8)上，所述挂片取放机构(2)安装在装置筒体(1)内，通过伸展机构(4)进行辅助定位，所述伸展机构(4)与笼型挂片箱(5)连接；

所述转动手轮(201)与主动轴(202)连接，所述主动轮(205)安装在主动轴(202)上，与第一从动轮(206)、第二从动轮(207)啮合，所述第一从动轮(206)、第二从动轮(207)分别安装在第一转动轴(203)、第二转动轴(204)上，所述第一转动轴(203)、第二转动轴(204)上设有传动皮带(208)与限位块(209)，所述限位块(209)限定传动皮带(208)在转动轴上的偏移量，所述传动皮带(208)与传动箱(210)连接，所述传动箱(210)上下底部设有通气孔，经传动轨道(211)运动至限位环(212)，所述限位环(212)配合伸展机构(4)对传动箱(210)进行锁紧固定；

所述残余气体吸收装置(3)内部设有底部腔室、左腔室、右腔室，所述底部腔室内部从下到上依次设有碱液(304)、捕雾丝网(305)、活性炭(306)、硅胶(307)，右腔室底部设有第一进气口(309)，顶部与大气联通，左腔室底部设有第二进气口(310)，顶部设有挡环(314)，内部设有平衡塞(311)，所述平衡塞(311)上设有加重块(312)和增压柱(313)；

所述残余气体吸收装置(3)的底部腔室外部设有进气单向阀(301)，左腔室外部设有排气单向阀(302)，中部设有换向手柄(308)；

所述残余气体吸收装置(3)的进气单向阀(301)通过第一连接软管与装置筒体(1)连接，排气单向阀(302)通过第二连接软管与装置筒体(1)连接，所述第一连接软管上设有排气阀(121)，所述第二连接软管上设有进气阀(111)。

2.根据权利要求1所述的高含硫气田集输管道腐蚀监测预警装置，其特征在于：所述的伸展机构(4)包括信号传输线(401)、转柄(402)、下压杆(403)、O型密封圈(404)、固定塞(405)、下压联杆(406)、挂杆(407)、承接件(408)、第一上连接环(409)、上连杆(410)、U型弹簧(411)、下连杆(412)、第一下连接环(413)、固定盘(414)；

所述信号传输线(401)封装在下压杆(403)、固定塞(405)、下压联杆(406)、上连杆(410)内，所述下压杆(403)设有转柄(402)，通过O型密封圈(404)双向密封，所述固定塞(405)位于传动箱(210)内，通过下压杆(403)辅助定位，所述下压联杆(406)安装在固定塞(405)上，与承接件(408)连接，所述承接件(408)与第一上连接环(409)连接，所述第一上连接环(409)与第一下连接环(413)通过U型弹簧(411)连接，所述第一上连接环(409)、第一下连接环(413)分别通过上连杆(410)、下连杆(412)与笼型挂片箱(5)连接，所述第一下连接环(413)与固定盘(414)连接，所述承接件(408)、第一上连接环(409)、第一下连接环(413)、固定盘(414)安装在挂杆(407)上，所述挂杆(407)一端固定在传动箱(210)内。

3.根据权利要求2所述的高含硫气田集输管道腐蚀监测预警装置，其特征在于：DN80～DN200管道，伸展机构(4)包括第一上连接环(409)与第一下连接环(413)，第一上连接环(409)与第一下连接环(413)通过2个U型弹簧(411)连接；DN200以上管道，伸展机构(4)包括第一上连接环(409)、第二上连接环(415)、第一下连接环(413)、第二下连接环(416)，第一上连接环(409)与第一下连接环(413)通过4个U型弹簧连接，第二上连接环(415)与第二下连接环(416)通过2个U型弹簧连接，每个U型弹簧采用聚四氟乙烯材料进行保护。

4.根据权利要求1所述的高含硫气田集输管道腐蚀监测预警装置，其特征在于：所述的笼型挂片箱(5)包括上底盘(501)、下底盘(502)、连接柱(503)、保护盖(504)、腐蚀挂片(505)、上立柱(506)、下立柱(507)、弹簧(508)、锁紧环(509)、垫片(510)、连杆(511)、螺母(512)、滑动器(513)、滑动电阻箱(514)；

所述上底盘(501)与下底盘(502)通过连接柱(503)连接，所述上底盘(501)设有保护盖(504)，所述下底盘(502)焊接有下立柱(507)，所述上立柱(506)、下立柱(507)与腐蚀挂片(505)通过螺纹连接，所述上立柱(506)穿过上底盘(501)与锁紧环(509)通过螺纹连接，所述弹簧(508)套于上立柱(506)，一端固定于上底盘(501)，另一端由锁紧环(509)压缩固定，所述锁紧环(509)设有连杆(511)，通过垫片(510)、螺母(512)进行固定，所述连杆(511)末端位于滑动器(513)下端，所述滑动器(513)与滑动电阻箱(514)连接。

5.根据权利要求4所述的高含硫气田集输管道腐蚀监测预警装置，其特征在于：所述的笼型挂片箱(5)可悬挂8～12种不同规格的腐蚀挂片(505)。

6.根据权利要求5所述的高含硫气田集输管道腐蚀监测预警装置，其特征在于：所述的腐蚀挂片(505)为两端带螺纹的圆柱体形状的腐蚀挂片(505)，其尺寸计算方法为：

其中：d_k为所述腐蚀挂片(505)的直径，mm；k为所述腐蚀挂片(505)的编号；C为管道的使用余量或剩余余量，mm；n为安装的所述腐蚀挂片(505)的个数。

7.一种高含硫气田集输管道腐蚀监测预警方法，其特征在于：所述方法应用于权利要求6中所述的装置，所述方法包括以下步骤：

S1、根据所述的腐蚀挂片(505)的尺寸计算方法确定8～12种不同规格的腐蚀挂片(505)的尺寸；

S2、将不同规格的所述腐蚀挂片(505)通过螺纹连接方式依次安装于笼型挂片箱(5)中，选取相同数量的弹簧(508)，其自然伸长量各不相同，按照弹簧(508)自然伸长量依次增大对应所述腐蚀挂片(505)的规格逐渐增大的次序依次安装于上底盘(501)并压缩至同一高度水平，装置筒体(1)通过法兰(6)连接安装在安装座(7)上；

S3、打开平衡阀(72)，旋开空心旋塞阀(71)，转动下腔室的转动手轮(201)，主动轮(205)分别与第一从动轮(206)、第二从动轮(207)啮合传动，第一转动轴(203)与第二转动轴(204)通过传动皮带(208)带动传动箱(210)沿传动轨道(211)向下运动，将笼型挂片箱(5)放置于生产管线(8)中；

S4、转动转柄(402)，下压杆(403)向下移动至固定塞(405)处，此时信号传输线(401)处于闭合状态，继续转动转柄(402)，下压杆(403)推动固定塞(405)向下移动，与固定塞(405)连接的下压联杆(406)经承接件(408)对连接于第一上连接环(409)与第一下连接环(413)间的U型弹簧(411)进行压缩，连接第一上连接环(409)的上连杆(410)与连接第一下连接环(413)的下连杆(412)带动笼型挂片箱(5)在生产管线中进行伸展；

S5、腐蚀监测预警装置安装完成，此时所述的腐蚀挂片(505)未发生失效，滑动器没有发生位移，滑动电阻阻值为最大值，腐蚀监测电路电流为I₀；

其中：I₀为所述腐蚀挂片(505)失效前的监测电路电流，A；U为电源电压，V；R₀为定值电阻阻值，Ω；R_i为滑动电阻i的最大阻值，Ω；n为滑动电阻总数，i为滑动电阻编号；

S6、一段时间后，所述的腐蚀挂片(505)发生腐蚀失效，固定于上底盘(501)的弹簧(508)由压缩状态恢复至自然伸缩状态，在弹簧(508)带动下上立柱(506)向上跳起，起跳高度为弹簧的压缩长度，此时与锁紧环(509)相连的连杆(511)带动滑动器(513)上移，滑动电阻阻值减小，监测电路电流增大，不同规格的所述腐蚀挂片(505)腐蚀失效引起弹簧发生不同的压缩长度，腐蚀监测电路电流为I；

其中：I为所述腐蚀挂片(505)失效后腐蚀监测电路电流，A；x_i为滑动电阻的有效长度，mm，L为滑动电阻总长度，mm；

滑动电阻的有效长度x_i：

x_i＝L-l

其中，l为发生腐蚀失效的所述腐蚀挂片(505)发生失效前对应弹簧(508)的压缩长度，mm，不同规格的所述腐蚀挂片(505)发生腐蚀失效前对应弹簧(508)的安装高度相同，弹簧(508)的自然伸长度不同导致安装时各弹簧(508)的压缩长度不同，不同的压缩长度使得所述腐蚀挂片(505)失效后滑动电阻阻值变化值不相同，改变监测电路电流；

此时，发生腐蚀失效的所述腐蚀挂片(505)的尺寸d:

所述腐蚀挂片(505)的平均腐蚀速率v：

其中，v为所述腐蚀挂片(505)的腐蚀速率，mm/a；d为所述腐蚀挂片(505)的直径，mm；Δt为所述腐蚀挂片(505)发生失效的时间间隔，a；I₁为所述腐蚀挂片(505)发生失效前的监测电路电流，A；k_i为转换系数；

S7、模拟电流信号经前置放大、数模转换后进入智能仪表CPU处理器进行数据处理，通过无线传输网络将腐蚀数据传输至站控系统；

S8、采用声光报警系统，依据管道的使用余量或腐蚀余量C，对管道腐蚀厚度为C/4、2C/4、3C/4、C的4种腐蚀状态进行四级预警或对管道腐蚀厚度为C/6、2C/6、3C/6、4C/6、5C/6、C的6种腐蚀状态进行六级预警；

S9、腐蚀监测预警结束，反向转动转柄(402)，下压杆(403)向上移动，U型弹簧(411)逐渐恢复自然伸长状态，与U型弹簧(411)连接的第一上连接环(409)向上移动，连接第一上连接环(409)的上连杆(410)带动笼型挂片箱(5)进行收缩；

S10、转动上腔室手轮，传动箱(210)沿传动轨道(211)带动笼型挂片箱(5)向上移动，依次关闭空心旋塞阀(71)、平衡阀(72)，连接残余气体吸收装置(3)；

S11、打开位于装置筒体下腔室(12)的排气阀(121)，装置筒体(1)的残余气体通过进气单向阀(301)沿导气管(303)进入残余气体吸收装置(3)，经碱液(304)、捕雾丝网(305)、活性炭(306)、硅胶(307)对残余气体进行吸收处理后由第二进气口(310)进入平衡室(31)并推动平衡塞(311)向上移动，当平衡塞(311)停止移动或移动至挡环(314)下方，向外拉动换向手柄(308)，第一进气口(309)开启，第二进气口(310)关闭，下压增压柱(313)，气体由平衡室(31)经排气单向阀(302)进入装置筒体(1)，装置筒体(1)的残余气体经进气单向阀(301)沿导气管(303)进入残余气体吸收装置(3)，经碱液(304)、捕雾丝网(305)、活性炭(306)、硅胶(307)吸收处理后经第一进气口(309)排出，完成装置筒体(1)的残余气体吹扫。

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