CN109778199A - 模拟深海温跃层环境中输油管线阴极保护过程的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模拟深海温跃层环境中输油管线阴极保护过程的装置，属于输油管线阴极保护技术领域，包括：多个容置有不同温度海水的管道，所述管道内设置有牺牲阳极、参比电极和用于模拟输油管线的模拟海管；多个所述管道依次连接，相邻的两所述管道之间连接有砂滤板，所述模拟海管轴向穿过所述砂滤板的中心位置；所述模拟海管与所述牺牲阳极电连接，所述模拟海管与所述参比电极之间电连接有电压采集装置，本设计能够模拟海管穿越温跃层铺设时的不均匀介质环境，获得阴极保护参数，便于对深海温跃层环境下油气管线的阴极保护过程进行模拟研究。

Description

模拟深海温跃层环境中输油管线阴极保护过程的装置

技术领域

本发明属于输油管线阴极保护技术领域，具体涉及一种模拟深海温跃层环境中输油管线阴极保护过程的装置。

背景技术

我国海洋油气资源的开采也正迅速地向深海发展。然而，深海环境变化对深海海洋工程的开展带来了很多挑战，比如深海环境下金属材料的腐蚀与防护问题。深海工程设施一般造价比较昂贵，安装维护困难，服役期间一旦遭受腐蚀破坏，将会产生巨额经济损失。为了保证深海工程设施长期安全稳定运行，必须采用可靠的防腐蚀措施避免金属材料的腐蚀。而作为一种浅海中常用的简单有效的防腐蚀措施，阴极保护技术在深海环境下依然十分可靠。

然而，近海和深海在海洋环境方面存在显著差异，比如化学性质和物理性质(压力、温度、溶解氧等等)，这些差异都会对阴极保护系统带来影响。因此，为了确保阴极保护系统在深海环境中也能正常服役工作，就需要对深海环境下的阴极保护系统进行模拟和评估。众多对阴极保护过程产生影响的海洋参数中，温度是一个非常关键的因素。因为海水很多的物理化学性质是由温度决定的，比如溶解氧。另外，温度还会影响到钙质沉积层的形成，它对阴极保护效果起着非常重要的作用。深海环境中温度的分布可以用温跃层来描述，它包含了三个部分：表层区、跃层区及深层区。表层区在大洋表面，温度最高，跃层区位于中间，温度随水深变化非常大，深层区温度最低。一般来说，深海各跃层水深随着海域和季节会发生变化。温度随水深的变化，导致了不同温度跃层内油气管线材料的极化性质的变化。当油气管线从表层穿越温跃层铺设到海底时，不同温度下的油气管线材料因为不同的腐蚀速率而发生耦合，从而引起整条管线的阴极保护过程的变化，这给深海油气管线的阴极保护设计和实施带来了极大困难。因此，需要建立一种方法来获取可靠的阴极保护参数，以保证深海温跃层环境下油气管线阴极保护工程的有效、安全实施。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种模拟深海温跃层环境中输油管线阴极保护过程的装置，能够模拟输油管线穿越温跃层铺设时的不均匀介质环境，获得阴极保护参数，便于对真实环境下的阴极保护系统进行优化设计，节省人力物力财力，保障深海阴极保护工程安全可靠运行。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

模拟深海温跃层环境中输油管线阴极保护过程的装置，包括：多个容置有不同温度海水的管道，所述管道内设置有牺牲阳极、参比电极和用于模拟输油管线的模拟海管；多个所述管道依次连接，相邻的两所述管道之间连接有砂滤板，所述模拟海管轴向穿过所述砂滤板的中心位置；所述模拟海管与所述牺牲阳极电连接，所述模拟海管与所述参比电极之间电连接有电压采集装置。

进一步的，所述模拟海管与所述牺牲阳极之间电连接有电阻，所述电阻并联有电压采集装置。

进一步的，所述管道开设有导线引出口，所述模拟海管、所述牺牲阳极、所述参比电极电连接的导线由所述导线引出口引出。

进一步的，所述导线为铜导线，所述铜导线与所述管道焊接处由环氧树脂封装。

进一步的，所述砂滤板的周侧连接有连接片，所述连接片与所述管道的端部连接。

进一步的，所述连接片与所述管道的端部之间设置有橡胶垫片。

进一步的，所述管道远离所述砂滤板的一端连接有用于密封的盖板，所述管道设置有操作窗。

进一步的，所述参比电极为全固态参比电极。

进一步的，所述管道连接有温度控制单元，所述温度控制单元与所述管道的进水阀门和出水阀门连接。

进一步的，所述温度控制单元包括控温循环水槽，所述管道开设有进水口和出水口，所述控温循环水槽与所述进水口和所述出水口连通。

采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：

由于本发明的模拟深海温跃层环境中输油管线阴极保护过程的装置包括：多个容置有不同温度海水的管道，管道内设置有牺牲阳极、参比电极和用于模拟输油管线的模拟海管；多个管道依次连接，相邻的两管道之间连接有砂滤板，模拟海管轴向穿过砂滤板的中心位置；模拟海管与牺牲阳极电连接，模拟海管与参比电极之间电连接有电压采集装置，通过容置不同温度海水的管道创造温度跃层环境，使得同一根模拟海管处于不同温度的海水介质中，通过相邻管道之间连接的砂滤板可避免不同区域内海水之间的温度交换，又可以通过砂滤板的多孔特性，保证不同区域的离子传输和导电特性，同时还能保证不同温度区域模拟海管的电耦合连接，从而实现模拟海管穿越温跃层铺设时的不均匀介质环境，通过电压采集装置获得阴极保护参数，便于对深海温跃层环境下油气管线的阴极保护过程进行模拟研究。

本发明中，牺牲阳极与参比电极之间电连接有电阻，电阻并联有电压采集装置，通过电压采集装置得到电阻两端的电位值，根据欧姆定律计算出电流值，从而实时监测阴极保护过程中的电流。

本发明中，管道远离砂滤板的一端连接有用于密封的盖板，管道设置有操作窗，便于在装置组装好以后，进行装置内部的各部件的连接操作，能够通过改变牺牲阳极和参比电极的数量及位置，了解各阴极保护参数对阴极保护系统的影响，节约大量时间及物料成本，同时可以对现有阴极保护系统进行实验室模拟，分析验证现有设计的合理性和可靠性。

综上所述，本发明的模拟深海温跃层环境中输油管线阴极保护过程的装置解决了现有技术中不能有效模拟深海温跃层环境中输油管线阴极保护过程的问题，本发明的模拟深海温跃层环境中输油管线阴极保护过程的装置能够有效模拟海管穿越温跃层铺设时的不均匀介质环境，通过电压采集装置获得阴极保护参数，便于对深海温跃层环境下油气管线的阴极保护过程进行模拟研究。

附图说明

图1是本发明模拟深海温跃层环境中输油管线阴极保护过程的装置的分解结构示意图；

图2是本发明模拟深海温跃层环境中输油管线阴极保护过程的装置的剖视图；

图3是本发明模拟深海温跃层环境中输油管线阴极保护过程的装置的电路原理图；

图中，10-管道，11-导线引出口，12-入水口，13-出水口，14-操作窗，20- 砂滤板，21-连接片，22-橡胶垫片，23-盖板，30-模拟海管，31-牺牲阳极，32- 参比电极，33-导线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

本说明书中涉及到的方位均以附图所示为准，仅代表相对位置关系，不代表绝对位置关系。

如图1、图2和图3共同所示，模拟深海温跃层环境中输油管线阴极保护过程的装置，包括：多个容置有不同温度海水的管道10，管道10内设置有牺牲阳极31、参比电极32和用于模拟输油管线的模拟海管30。多个管道10依次连接，相邻的两管道10之间连接有砂滤板20，模拟海管30轴向穿过砂滤板20的中心位置。模拟海管30与牺牲阳极31电连接，模拟海管30与参比电极32之间电连接有电压采集装置A，通过容置不同温度海水的管道10创造温度跃层环境，使得同一根模拟海管30处于不同温度的海水介质中，通过相邻管道10之间连接的砂滤板20可避免不同区域内海水之间的温度交换，又可以通过砂滤板20 的多孔特性，保证不同区域的离子传输和导电特性，同时还能保证不同温度区域模拟海管30的电耦合连接，从而实现模拟海管30穿越温跃层铺设时的不均匀介质环境，而且电压采集装置A可以获得阴极保护的电位，便于对深海温跃层环境下油气管线的阴极保护过程进行模拟研究。管道10可以为塑料管道，便于加工，抗腐蚀性好，本实施方式中优选为圆柱形的透明有机玻璃管道，模拟海管30可以为各种钢号的钢管，如Q235钢、A3钢及X65及以上管线钢，根据实际使用情况选择，其中，钢管外径为管道10内径的1/30。

如图2和图3共同所示，模拟海管30与牺牲阳极31之间电连接有电阻，电阻并联有电压采集装置B，通过电压采集装置B可得到电阻两端的电位值，然后计算得出电流值，从而实时监测阴极保护的电流，电压采集装置A和电压采集装置B可自动采集数据，并能够自动保存记录，模拟实验完成后可导入个人计算机内进行数据处理。管道10的侧壁开设有导线33引出口11，模拟海管30、牺牲阳极31、参比电极32电连接的导线33由导线33引出口11引出，导线33 引出口11位于管道10的上侧，与模拟海管30连接的导线33连接在模拟海管 30靠近导线33引出口11的一端。其中，参比电极32为全固态参比电极32，本实施方式中参比电极32优选为全固态银/氯化银参比电极，牺牲阳极31可以为圆柱型镁合金或者铝合金牺牲阳极，尺寸和材质根据实际使用情况选择。本实施方式中，牺牲阳极31设置有一个，与模拟海管30连接的导线33位于同一管道10内，参比电极32在每个管道10内均设置有一个，并且各参比电极32 与模拟海管30之间的距离相等。其中，通过改变牺牲阳极31和参比电极32的数量及位置，能够了解各阴极保护参数对阴极保护系统的影响，节约大量时间及物料成本，同时可以对现有阴极保护系统进行实验室模拟，分析验证现有设计的合理性和可靠性。导线33为铜导线，位于管道10内的铜导线与管道10焊接处由环氧树脂封装，避免铜导线与海水直接接触，受到海水腐蚀或发生解离，造成断路的情况。

如图1和图2共同所示，砂滤板20的周侧连接有连接片21，连接片21与管道10的端部连接，连接片21与管道10的端部之间设置有橡胶垫片22，砂滤板20由连接片21通过铆接的方式与管道10密封连接。其中，砂滤板20优选为陶瓷砂滤板20，海水浸入后，可根据砂滤板20的孔隙率计算出砂滤板20的电导率，计算公式为电导率＝海水电导率/孔隙率。其中，连接片21为圆环形结构，由PVC(Polyvinyl Chlorid，聚氯乙烯)塑料制成，其外径与管道10外径一致，内径与砂滤板20外径一致，厚度与砂滤板20厚度一致；橡胶垫片22的外径与连接片21外径一致，内径与连接片21内径一致。管道10远离砂滤板20 的一端还连接有用于密封的盖板23，管道10与盖板23之间设置有橡胶垫片22，用于增强密封性，管道10的侧壁上还设置有操作窗14，便于在装置组装好以后，进行装置内部的各部件的连接操作，其中，盖板23和操作窗14分别通过铆接的方式与管道10密封连接，操作窗14为圆形板状塑料制成，便于加工。

如图1和图2共同所示，管道10连接有温度控制单元(图中未示出)，温度控制单元与管道10的进水阀门和出水阀门连接。温度控制单元包括控温循环水槽，管道10的侧壁开设有进水口和出水口13，进水阀门和出水阀门分别控制进水口和出水口13的开启及关闭，控温循环水槽与进水口和出水口13连通，控温循环水槽工作过程中与管道10形成闭路水循环系统，从而控制管道10内海水的温度。其中，进水口位于管道10的上侧，出水口13位于管道10的下侧，且进水口和出水口13交错设置，使得管道10内海水的温度均匀。

如图1和图2共同所示，本实施方式中，管道10设置有三个，分别模拟温跃层的表层区、跃层区和深层区，模拟表层区水温控制控制为20℃，模拟跃层区水温控制为8℃，模拟深层区水温控制为4℃。通过水管将相应的调好温度的循环海水连接至相应管道10的进出水口13。这样即形成了三段不同水温的海水环境，不同温度的海水之间，通过砂滤板20进行了分隔，阻止了海水的掺混。砂滤板20虽然阻止了海水掺混，但是其内部的孔隙可以任由导电离子穿梭，保证了不同模拟区域的导电性，以及整条模拟海管30的阴极保护系统正常工作。通过装置外部的电压和电流测试系统，监测模拟海管30和参比电极32间的电压差，即可实时监测整条模拟海管30在不同海水温度下的阴极保护状态。并且根据研究内容的需要，还可以相应增加管道10的数量，来模拟更多个不同温度梯度下的海洋环境及该环境下海管的阴极保护过程。

本发明的模拟深海温跃层环境中输油管线阴极保护过程的装置通过设置多个容置有不同温度海水的管道，并在管道内设置模拟海管、牺牲阳极和参比电极，相邻的两管道之间连接有砂滤板，能够模拟海管穿越温跃层铺设时的不均匀介质环境，通过电压采集装置获得阴极保护参数，便于对深海温跃层环境下油气管线的阴极保护过程进行模拟研究。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应该理解，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，这些仅仅是举例说明，本发明的保护范围是由所述权利要求书限定。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，在没有经过任何创造性的劳动下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.模拟深海温跃层环境中输油管线阴极保护过程的装置，其特征在于，包括：

多个容置有不同温度海水的管道，所述管道内设置有牺牲阳极、参比电极和用于模拟输油管线的模拟海管；

多个所述管道依次连接，相邻的两所述管道之间连接有砂滤板，所述模拟海管轴向穿过所述砂滤板的中心位置；

所述模拟海管与所述牺牲阳极电连接，所述模拟海管与所述参比电极之间电连接有电压采集装置。

2.根据权利要求1所述的模拟深海温跃层环境中输油管线阴极保护过程的装置，其特征在于，所述模拟海管与所述牺牲阳极之间电连接有电阻，所述电阻并联有电压采集装置。

3.根据权利要求1所述的模拟深海温跃层环境中输油管线阴极保护过程的装置，其特征在于，所述管道开设有导线引出口，所述模拟海管、所述牺牲阳极、所述参比电极电连接的导线由所述导线引出口引出。

4.根据权利要求3所述的模拟深海温跃层环境中输油管线阴极保护过程的装置，其特征在于，所述导线为由铜导线，所述铜导线与所述管道焊接处由环氧树脂封装。

5.根据权利要求1所述的模拟深海温跃层环境中输油管线阴极保护过程的装置，其特征在于，所述砂滤板的周侧连接有连接片，所述连接片与所述管道的端部连接。

6.根据权利要求5所述的模拟深海温跃层环境中输油管线阴极保护过程的装置，其特征在于，所述连接片与所述管道的端部之间设置有橡胶垫片。

7.根据权利要求6所述的模拟深海温跃层环境中输油管线阴极保护过程的装置，其特征在于，所述管道远离所述砂滤板的一端连接有用于密封的盖板，所述管道设置有操作窗。

8.根据权利要求1所述的模拟深海温跃层环境中输油管线阴极保护过程的装置，其特征在于，所述参比电极为全固态参比电极。

9.根据权利要求1所述的模拟深海温跃层环境中输油管线阴极保护过程的装置，其特征在于，所述管道连接有温度控制单元，所述温度控制单元与所述管道的进水阀门和出水阀门连接。

10.根据权利要求9所述的模拟深海温跃层环境中输油管线阴极保护过程的装置，其特征在于，所述温度控制单元包括控温循环水槽，所述管道开设有进水口和出水口，所述控温循环水槽与所述进水口和所述出水口连通。