CN109917720A - 在役钢质管道杂散电流监检测及阴极保护电源控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了在役钢质管道杂散电流监检测及阴极保护电源控制装置及方法，其在，参比电极组包括四个参比电极，两个参比电极垂直管道方向布置，另两个参比电极平行管道方向布置；电子式接地电阻测试仪与电位采集仪相连，用于检测土壤电阻参数；参比电极与电位采集仪相连，用于采集交流电压和管地电位波动值参数；自腐蚀试片与电位采集仪相连，该自腐蚀试片与参比电极配合实现采集自腐蚀电位参数；极化试片Ⅰ与电位采集仪相连，该极化试片Ⅰ与参比电极配合实现采集参比电极配合实现采集瞬间断电电位参数；极化试片Ⅱ与电位采集仪相连，该极化试片Ⅱ实现采集交流电流密度参数。实现了对该区间管道杂散电流干扰尤其是特高压直流输电线干扰的实时监测。

Description

在役钢质管道杂散电流监检测及阴极保护电源控制装置及 方法

技术领域

本发明属于油管道检测领域，具体涉及一种在役钢质管道杂散电流监检测及阴极保护电源控制装置。

背景技术

在某区段运营过程中多次发现管道受直流杂散电流干扰情况，为了实现对杂散电流干扰状况的监测，为更好地了解干扰情况甚至干扰规律(时段、强度、分布)，为今后的防护(排流)工程设计与施工提供有价值的基础资料；另外，排流效果评价是非常重要的一项工作，目前该项工作几乎没有开展，各输油处、库尤其基层站队能进行排流效果检测评价的人员几乎没有，现有排流设施(装置)的数量使根据当前的杂散电流干扰源设计的，随着干扰源逐渐增多，现有排流设施(装置)的排流能力可能无法满足今后的需要，如果不能定期做好排流效果评价，则完全可能出现排流效果不达标的情况，影响管道安全运行。

发明内容

根据现有技术的不足，本发明提供一种在役钢质管道杂散电流监检测及阴极保护电源控制装置及方法，用以解决现有技术中存在的不足。

本发明按以下技术方案实现：

在役钢质管道杂散电流监检测及阴极保护电源控制装置，包括电位采集仪、电子式接地电阻测试仪、极化试片Ⅰ、极化试片Ⅱ、自腐蚀试片、参比电极和参比电极组；所述参比电极组用于直流地电位梯度参数，参比电极组包括四个参比电极，其中两个参比电极垂直管道方向布置，另外两个参比电极平行管道方向布置；所述电子式接地电阻测试仪与电位采集仪相连，用于检测土壤电阻参数；所述参比电极与电位采集仪相连，用于采集交流电压和管地电位波动值参数；所述自腐蚀试片与电位采集仪相连，该自腐蚀试片与参比电极配合实现采集自腐蚀电位参数；所述极化试片Ⅰ与电位采集仪相连，该极化试片Ⅰ与参比电极配合实现采集参比电极配合实现采集瞬间断电电位参数；所述极化试片Ⅱ与电位采集仪相连，该极化试片Ⅱ实现采集交流电流密度参数。

进一步，所述电位采集仪包括MCU芯片、调试接口电路、AD模数转换、直流采样电路、交流采样电路、GSM模块、电源管理电路、DCDC电源电路；所述直流采样电路、交流采样电路通过AD模数转换与MCU芯片相连，所述GSM模块与MCU芯片相连，所述调试接口电路与MCU芯片相连；所述电源管理电路与MCU芯片相连，所述GSM模块还与DCDC电源电路相连。

进一步，还包括SIM卡，所述SIM卡与GSM模块相连，通过移动通信网将采集的数据无线上传至智能化管线管理系统。

进一步，还包括电压基准，所述电压基准与AD模数转换相连。

进一步，还包括数据存储和系统时钟，所述数据存储和系统时钟分别与MCU芯片相连，所述数据存储将采集的数据进行存储。

进一步，极化试片Ⅰ采用6.5cm²试片，所述极化试片Ⅱ采用1cm²试片。

一种基于前述的在役钢质管道杂散电流监检测及阴极保护电源控制装置的控制方法，该方法如下：

(一)干扰发生检测时的控制

当直流地电位梯度出现较大波动或管地电位波动值大于200mV时，智能监控装置自动控制对应区间两端阴极保护站的恒电位仪停机，在停机后立即连续监测直流地电位梯度、并在停机24h后自动监测管地电位相对于自然电位正偏移值；(二)排流效果评价控制逻辑

1)交流排流

通常每季度自动评价一次，根据实时监测采集的交流电压、电流密度数据、土壤电阻数据，根据GB50698规定的指标进行自动评价，给出结论；土壤电阻数据通过程序软件自动计算成土壤电阻率，如果大于25，则按照交流电流密度评价，如果小于25，则按照交流电压评价；

2)直流排流

通常每季度自动评价一次，根据采集极化电位进行评价，按极化电位是否在自然电位基础上产生正偏移，分两种指标——如果产生正偏移，则依据GB50991指标进行评价，如果未产生正偏移，则根据GB21448指标进行评价。

本发明有益效果：

本发明实现了对该区间管道杂散电流干扰尤其是特高压直流输电线干扰的实时监测，对于全面掌握该区间杂散电流的干扰状况、发现干扰严重的部位(点或区段)具有重要意义，能为今后开展的杂散电流防护(排流)设计工作提供大量有价值的基础数据，能够使设计方案更有效、使排流工程的实施更有效，以确保达到相关标准的要求，从而为管道的安全运行提供有力保障，避免因杂散电流腐蚀造成的经济损失。

附图说明

图1为本发明的在役钢质管道杂散电流监检测及阴极保护电源控制装置结构示意图；

图2为本发明的电位采集仪系统功能模块架构原理图；

图3为本发明的在役钢质管道杂散电流监检测及阴极保护电源控制装置总体安装接线示意图；

图4为电位采集仪接线图；

图5为电位采集仪内各电缆线连接明细图。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

如图1所示，在役钢质管道杂散电流监检测及阴极保护电源控制装置，包括电位采集仪、电子式接地电阻测试仪、极化试片Ⅰ、极化试片Ⅱ、自腐蚀试片、参比电极和参比电极组；参比电极组用于直流地电位梯度参数，参比电极组包括四个参比电极，其中两个参比电极垂直管道方向布置，另外两个参比电极平行管道方向布置；电子式接地电阻测试仪与电位采集仪相连，用于检测土壤电阻参数；参比电极与电位采集仪相连，用于采集交流电压和管地电位波动值参数；自腐蚀试片与电位采集仪相连，该自腐蚀试片与参比电极配合实现采集自腐蚀电位参数；极化试片Ⅰ与电位采集仪相连，该极化试片Ⅰ与参比电极配合实现采集参比电极配合实现采集瞬间断电电位参数；极化试片Ⅱ与电位采集仪相连，该极化试片Ⅱ实现采集交流电流密度参数。

管道和参比电极(组)、试片(极化试片、自腐蚀试片)组成了不同的采集通道，每个通道负责采集一个参数，各采集通道的组成情况及负责采集的参数见下表：

如图2所示，电位采集仪包括MCU芯片、调试接口电路、AD模数转换、直流采样电路、交流采样电路、GSM模块、电源管理电路、DCDC电源电路；直流采样电路、交流采样电路通过AD模数转换与MCU芯片相连，GSM模块与MCU芯片相连，调试接口电路与MCU芯片相连；电源管理电路与MCU芯片相连，GSM模块还与DCDC电源电路相连。

继续参照图2所示，SIM卡与GSM模块相连，通过移动通信网将采集的数据无线上传至智能化管线管理系统。电压基准与AD模数转换相连。数据存储和系统时钟分别与MCU芯片相连，数据存储将采集的数据进行存储。

需要说明的是，极化试片Ⅰ采用6.5cm²试片，极化试片Ⅱ采用1cm²试片。

一种基于在役钢质管道杂散电流监检测及阴极保护电源控制装置的控制方法，方法如下：

(一)干扰发生检测时的控制

当直流地电位梯度出现较大波动或管地电位波动值大于200mV时，智能监控装置自动控制对应区间两端阴极保护站的恒电位仪停机，在停机后立即连续监测直流地电位梯度、并在停机24h后自动监测管地电位相对于自然电位正偏移值；(二)排流效果评价控制逻辑

1)交流排流

通常每季度自动评价一次，根据实时监测采集的交流电压、电流密度数据、土壤电阻数据，根据GB50698规定的指标进行自动评价，给出结论；土壤电阻数据通过程序软件自动计算成土壤电阻率，如果大于25，则按照交流电流密度评价，如果小于25，则按照交流电压评价；

2)直流排流

通常每季度自动评价一次，根据采集极化电位进行评价，按极化电位是否在自然电位基础上产生正偏移，分两种指标——如果产生正偏移，则依据GB50991指标进行评价，如果未产生正偏移，则根据GB21448指标进行评价。

以下给出在役钢质管道杂散电流监检测及阴极保护电源控制装置安装过程：

根据前期调查、检测资料，选择重点部位(特征点、干扰源临近点)安装杂散电流监测装置。

在白沙湾站-长兴站区间安装监测装置15套(安装位置：148#、152#、161#、172#、183#、193#、199#、207#、217#、227#、236#、247#、270#、286#、303#测试桩)，并将监测采集的数据直接上传到智能化管线管理系统。监测装置安装记录见下表。

安装示意图见图3、图4、图5所示。零位电缆(与管道相连)、自腐蚀试片电缆、极化试片电缆、自腐蚀试片电缆和长效参比电极电缆线均从地下引入专用测试桩内并与采集仪相连接。采集仪安装在专用桩的中部位置。

图3中天线10安装在壳体70中，在壳体70中有电位采集仪20，自腐蚀试片30、参比电极40、极化试片50均从壳体70中引出，在壳体70上有调试门60，用于维修和接线用。图4中，电缆100、天线线缆200、管道线300和调试线400分别与电位采集仪20相连，其中，电缆100包括参比电极线、自腐蚀试片线和极化试片线。

调试用软件运行后，调试时通过调试线将监测装置与计算机连接，通过该软件可以设置监测装置的运行规则，还可将装置自带存储模块内已存的数据导入计算机。

在现场选择270#、286#测试桩位置进行实测验证，检验监测装置测量上传的各采集参数值是否准确，验证结果详见下表：

由上表可知：智能监测装置上传值与现场验证值仅有部分细微的偏差，电位偏差的绝对值均小于10mV，属于可忽略的偏差，监测装置上传数据准确。

综上可得，杂散电流监测装置安装、运行后，实现了对该区间管道杂散电流干扰尤其是特高压直流输电线干扰的实时监测，对于全面掌握该区间杂散电流的干扰状况、发现干扰严重的部位(点或区段)具有重要意义，能为今后开展的杂散电流防护(排流)设计工作提供大量有价值的基础数据，能够使设计方案更有效、使排流工程的实施更有效，以确保达到相关标准的要求，从而为管道的安全运行提供有力保障，避免因杂散电流腐蚀造成的经济损失。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (7)

1.在役钢质管道杂散电流监检测及阴极保护电源控制装置，其特征在于：包括电位采集仪、电子式接地电阻测试仪、极化试片Ⅰ、极化试片Ⅱ、自腐蚀试片、参比电极和参比电极组；

所述参比电极组用于直流地电位梯度参数，参比电极组包括四个参比电极，其中两个参比电极垂直管道方向布置，另外两个参比电极平行管道方向布置；

所述电子式接地电阻测试仪与电位采集仪相连，用于检测土壤电阻参数；

所述参比电极与电位采集仪相连，用于采集交流电压和管地电位波动值参数；

所述自腐蚀试片与电位采集仪相连，该自腐蚀试片与参比电极配合实现采集自腐蚀电位参数；

所述极化试片Ⅰ与电位采集仪相连，该极化试片Ⅰ与参比电极配合实现采集参比电极配合实现采集瞬间断电电位参数；

所述极化试片Ⅱ与电位采集仪相连，该极化试片Ⅱ实现采集交流电流密度参数。

2.根据权利要求1所述的在役钢质管道杂散电流监检测及阴极保护电源控制装置，其特征在于：所述电位采集仪包括MCU芯片、调试接口电路、AD模数转换、直流采样电路、交流采样电路、GSM模块、电源管理电路、DCDC电源电路；

所述直流采样电路、交流采样电路通过AD模数转换与MCU芯片相连，所述GSM模块与MCU芯片相连，所述调试接口电路与MCU芯片相连；

所述电源管理电路与MCU芯片相连，所述GSM模块还与DCDC电源电路相连。

3.根据权利要求2所述的在役钢质管道杂散电流监检测及阴极保护电源控制装置，其特征在于：还包括SIM卡，所述SIM卡与GSM模块相连，通过移动通信网将采集的数据无线上传至智能化管线管理系统。

4.根据权利要求2所述的在役钢质管道杂散电流监检测及阴极保护电源控制装置，其特征在于：还包括电压基准，所述电压基准与AD模数转换相连。

5.根据权利要求2所述的在役钢质管道杂散电流监检测及阴极保护电源控制装置，其特征在于：还包括数据存储和系统时钟，所述数据存储和系统时钟分别与MCU芯片相连，所述数据存储将采集的数据进行存储。

6.根据权利要求1所述的在役钢质管道杂散电流监检测及阴极保护电源控制装置，其特征在于：极化试片Ⅰ采用6.5cm²试片，所述极化试片Ⅱ采用1cm²试片。

7.一种基于权利要求1至6任一项所述的在役钢质管道杂散电流监检测及阴极保护电源控制装置的控制方法，其特征在于：

（一）干扰发生检测时的控制

当直流地电位梯度出现较大波动或管地电位波动值大于200mV时，智能监控装置自动控制对应区间两端阴极保护站的恒电位仪停机，在停机后立即连续监测直流地电位梯度、并在停机24h后自动监测管地电位相对于自然电位正偏移值；

（二）排流效果评价控制逻辑

1）交流排流

通常每季度自动评价一次，根据实时监测采集的交流电压、电流密度数据、土壤电阻数据，根据GB50698规定的指标进行自动评价，给出结论；土壤电阻数据通过程序软件自动计算成土壤电阻率，如果大于25，则按照交流电流密度评价，如果小于25，则按照交流电压评价；

2）直流排流

通常每季度自动评价一次，根据采集极化电位进行评价，按极化电位是否在自然电位基础上产生正偏移，分两种指标——如果产生正偏移，则依据GB50991指标进行评价，如果未产生正偏移，则根据GB21448指标进行评价。