CN110855751B

CN110855751B - 分段式隐蔽型埋地管道阴极保护状态监测预警系统及方法

Info

Publication number: CN110855751B
Application number: CN201911001444.6A
Authority: CN
Inventors: 秦朝葵; 冯建国; 陈志光; 张静思; 吴聪
Original assignee: Tongji University
Current assignee: Tongji University
Priority date: 2019-10-21
Filing date: 2019-10-21
Publication date: 2021-09-03
Anticipated expiration: 2039-10-21
Also published as: CN110855751A

Abstract

本发明涉及一种分段式隐蔽型埋地管道阴极保护状态监测预警系统及方法，该系统包括监控管理中心、标准桩和太阳能发电装置，监控管理中心包括云服务终端和与其通信连接的远程控制终端以及手机APP和计算机，其中，标准桩和太阳能发电装置相互连接且分段设置于地平面上下两部分，标准桩包括相互连接的标准管段和标准柱，标准柱包括标准柱固定式机构和标准柱移动机构，准柱固定式机构上设有电动机，电动机的主轴通过齿轮与设置于标准柱移动机构上的齿条啮合连接。标准管段实现埋地管道阴极保护的分段监测，减低管道内不同管段干扰、减弱了管道腐蚀。与现有技术相比，本发明具有安全高效分段式获取埋地管道阴极保护状态参数，且能及时监测预警的优点。

Description

分段式隐蔽型埋地管道阴极保护状态监测预警系统及方法

技术领域

本发明涉及埋地管道阴极保护监测相关技术领域，尤其是涉及一种分段式隐蔽型埋地管道阴极保护状态监测预警系统及方法。

背景技术

随着油气用户增加，油气需求总量不断增长。为满足社会需求，新的油气管道不断建设，加之已投产运营管道，管线总历程逐年增长。随着管道运行里程增加和运营年限增长，因土壤环境、铁路、地铁、高压线路、地下管网等外界因素导致埋地管道腐蚀断裂、穿孔、爆炸等事故情况时有发生，给人民生命安全和国家财产造成不可估量的损失。

目前，如现有专利“一种长输管道阴极保护分布式电位监控系统(CN110144592A)”，该专利只对整段管道阴极保护系统的电位进行监测，不能同时分段监测电位、电流密度、牺牲阳极腐蚀程度等数据；又如专利“一种埋地管道运行环境与腐蚀状态监测系统(CN 103389130A)”，该专利能对运行管道的腐蚀环境和腐蚀状态进行监测，不能监测管道阴极电位、腐蚀电流等信息，缺少预警处理模块，缺乏考虑人为因素破坏对系统保护。因此，市场需求一种安全、高效、能实时开展分段式隐蔽型埋地管道阴极保护状态智能监测及预警处理系统。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种分段式隐蔽型埋地管道阴极保护状态监测预警系统及方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种分段式隐蔽型埋地管道阴极保护状态监测预警系统，该系统包括监控管理中心、与所述监控管理中心通过5G无线网络通讯连接的标准桩和与所述标准桩连接的太阳能发电装置，所述监控管理中心包括云服务终端和与其通信连接的远程控制终端以及手机APP和计算机，其中，所述远程控制终端，用于发送指令、启动系统保护程序、查询近期和历史监测数据、设定电位、电流、牺牲阳极剩余量、电池剩余电量限值，所述手机APP和计算机，用于接受监测信息、发送指令启动系统保护程序、查询近期和历史监测数据。

进一步地，所述的标准桩由相互连接的标准管段和标准柱组成，所述标准柱包括标准柱固定式机构和标准柱移动机构，所述标准柱固定式机构上设有电动机，所述电动机的主轴通过齿轮与设置于所述标准柱移动机构上的齿条啮合连接。

进一步地，所述标准柱通过设置于所述标准柱固定式机构上的第一连接件孔和第一连接件与所述标准管段连接安装。

进一步地，所述标准柱固定式机构还设有启动电动机按钮，所述启动电动机按钮通过连接导线与所述电动机相连接。

进一步地，所述标准柱移动机构内设有电源管理模块、蓄电池、测量主板、5G远传模块和数据采集存储处理与预警模块，所述5G远传模块和所述测量主板分别与所述蓄电池和所述数据采集存储处理与预警模块相连接，所述数据采集存储处理与预警模块还分别与所述蓄电池和所述电源管理模块相连接，所述测量主板上还设有参比电极接线端口、阴极接线端口、阳极接线端口一和阳极备用接线端口二。

进一步地，所述太阳能发电装置通过所述连接导线与所述蓄电池和所述电动机相连接。

进一步地，所述标准管段包括标准管段A、绝缘法兰和标准管段B，所述标准管段A通过设置于所述绝缘法兰上的第二连接件孔和第二连接件与所述标准管段B相连接。

进一步地，所述标准管段A的一端第一焊接面和所述标准管段B的一端第二焊接面均各自与管道焊接连接并于焊接补口位置处做防腐处理。

进一步地，所述标准管段A上还设有接线柱和线孔，所述阴极接线端口与所述接线柱相连接，所述参比电极接线端口与参比电极相连接、所述阳极接线端口一与牺牲阳极相连接、所述阳极备用接线端口二与备用牺牲阳极相连接后均利用所述线孔引线至所述标准柱外。

本发明还提供一种基于所述的分段式隐蔽型埋地管道阴极保护状态监测预警系统的控制方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：利用所述标准桩的数据采集存储处理与预警模块向所述测量主板和电源管理模块采集存储数据和发送指令，获取管地电位、阳极电位、蓄电池电量和牺牲阳极剩余量等数据，与系统设定预警参数进行分析对比、将实时状态数据及预警信息上传至所述5G远传模块、接收所述5G远传模块查询近期测量数据指令；

步骤2：当所述分段式隐蔽型埋地管道阴极保护状态监测预警系统正常工作时，所述5G远传模块正常接收数据并上传至所述云服务终端，利用INTERNET将数据传输至所述远程控制终端以及手机APP和计算机并进行监测预警；

步骤3：当所述分段式隐蔽型埋地管道阴极保护状态监测预警系统非正常工作时，所述5G远传模块接收预警数据并直接上传至所述远程控制终端以及手机APP和计算机，所述远程控制终端以及手机APP和计算机利用5G网络进行向所述5G远传模块发送指令、启动保护程序操作；

步骤4：所述5G远传模块将具体指令信息下传至所述数据采集存储处理与预警模块以具体执行，所述执行的情形包括：若牺牲阳极剩余量超过设定下限，所述数据采集存储处理与预警模块向所述测量主板发送指令将所述阳极备用接线端口二接通，若电池电量超过设定下限，所述数据采集存储处理与预警模块向所述电源管理模块发送指令接通所述太阳能发电装置。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明系统采用5G网络云端服务技术能够实现埋地管道进行管道电位、腐蚀电流、牺牲阳极剩余量、电池电量等参数进行监测，具有设定系统参数、查询数据、预警处理等功能。

(2)本发明该系统的标准管段采用标准管段A、绝缘法兰和标准管段B三部分整体进行防腐涂层处理组合而成，实现埋地管道阴极保护状态的分段监测、提高监测效率、避免整条管线上不同管段间腐蚀电流干扰，避免管道在安装阴极保护系统过程中对管道外防腐层的损坏、减缓管道腐蚀。

(3)本发明该系统的标准柱固定式机构和标准柱移动机构采用齿轮和齿条啮合运动设计，既方便标准柱的检修又节省标准柱的安装空间、具有埋设地平面下隐蔽的功能、有效防止自然和人物因素破坏、实现对标准测试桩的长期保护目的。

(4)本发明系统配套控制方法利用5G远传模块闭环控制方案，可以更快更方便的准确获取埋地管道阴极保护状态的各种参数。

附图说明

图1为本发明分段式隐蔽型埋地管道阴极保护状态监测预警系统拓扑图；

图2为本发明分段式隐蔽型埋地管道阴极保护状态监测预警系统位置安装结构示意图；

图3为本发明标准管段横截面示意图；

图4为本发明绝缘法兰纵断面示意图；

图5为本发明标准桩的结构俯视图；

图6为本发明标准柱移动机构的安装布置示意图；

图7为本发明分段式隐蔽型埋地管道阴极保护状态监测预警系统的程序控制逻辑框图；

图中，1为太阳能发电装置，2为启动电动机按钮，3为接线柱，4为线孔，5为标准柱移动机构，6为齿条，7为齿轮，8为电动机，9为标准柱固定式机构，10为第一连接件，11为管道，12为第一焊接面，13为标准管段A，14为绝缘法兰，15为第二连接件，16为标准管段B，17为第二焊接面，18为连接导线，19为第二连接件孔，20为第一连接件孔，21为电源管理模块，22为蓄电池，23为测量主板，24为参比电极接线端口，25为阴极接线端口，26为5G远传模块，27为数据采集存储处理与预警模块，28为阳极接线端口一，29为阳极备用接线端口二。

具体实施方式

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清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。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的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

实施例

图1所示智能监测与预警处理系统由监测管理中心、太阳能发电装置1、标准桩组成。图2所示太阳能发电装置1安装地平面上、标准桩附近，利用导线太阳能发电装置1与蓄电池22和电动机8相连接，标准桩埋设于地平面下，标准桩包括标准管段、标准柱，标准管段和标准柱借助第一连接件孔20由第一连接件10连接组装，标准管段横截面如图3所示，标准管段由标准管段A13、绝缘法兰14纵断面如图4所示、标准管段B16借助第二连接件孔19利用第二连接件15组装在一起，整体进行防腐涂层处理，标准管段两端第一焊接面12和第二焊接面17与管道11进行整体焊接后进行补口防腐处理，标准柱由标准柱固定式机构9和标准柱移动机构5组成，标准柱固定式机构9外部安装有启动电动机按钮2、内部安装有电动机8和齿轮7，利用导线将启动电动机按钮2与电动机8相连接，电动机8主轴与齿轮7相连接，标准柱移动机构5外部安装有齿条6，如图5所示，齿轮7和齿条6相啮合，通过启动电动机按钮2实现标准柱移动机构5的上下移动，如图6所示，标准柱移动机构5内部安装有电源管理模块21、蓄电池22、测量主板23、数据采集存储处理与预警模块27、5G远传模块26，电源管理模块21与蓄电池22和数据采集存储处理与预警模块27相连接，蓄电池22与测量主板23、数据采集存储处理与预警模块27和5G远传模块26连接，提供电源，测量主板23与数据采集存储处理与预警模块27相连接，测量主板23具有参比电极接线端口24、阴极接线端口25、阳极接线端口一28、阳极备用接线端口二29，参比电极接线端口24与参比电极相连接，利用线孔4将导线引到标准柱外，阴极接线端口25与被保护埋地管道接线柱3相连接，阳极接线端口一28与牺牲阳极相连接，利用线孔4将导线引到标准柱外，阳极备用接线端口二29与备用牺牲阳极相连接，利用线孔4将导线引到标准柱外。数据采集存储处理与预警模块27和5G远传模块26连接，如图7所示数据采集存储处理与预警模块27具有向测量主板23和电源管理模块21采集存储数据和发送指令、计算牺牲阳极剩余量、与系统设定预警参数进行分析对比、将实时状态数据及预警信息上传5G远传模块26、接收5G远传模块26查询近期测量数据等功能。5G远传模块26接收数据采集存储处理与预警模块27上传数据利用5G无线网络发射到云服务器端或远程控制终端或手机APP和计算机，数据传输路径具有2种情况，情况1：智能监测与预警处理系统正常工作状态，5G远传模块26接收数据采集存储处理与预警模块27上传数据利用5G无线网络发射到云服务器端，云服务终端通过Internet将数据发送给远程控制终端、手机APP和计算机，远程控制终端具有查询近期和历史测量数据和设定限值功能、手机APP和计算机具有查询近期和历史测量数据功能；情况2：智能监测与预警处理系统非正常工作状态，包括牺牲阳极剩余量超过设定下限、电位、电流、电池剩余电量值超限等情况，5G远传模块26接收数据采集存储处理与预警模块27上传预警数据利用5G无线网络直接发射远程控制终端、手机APP和计算机，远程控制终端、手机APP和计算机利用5G无线网络向5G远传模块27发送指令、启动保护程序，5G远传模块26将具体指令信息下传给数据采集存储处理与预警模块27，具体执行为分两种情况，若牺牲阳极剩余量超过设定下限，数据采集存储处理与预警模块27向测量主板23发送指令将阳极备用接线端口二29接通，若电池电量超过设定下限，数据采集存储处理与预警模块27向电源管理模块21发送指令接通太阳能发电装置1的线路。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种分段式隐蔽型埋地管道阴极保护状态监测预警系统，其特征在于，该系统包括监控管理中心、与所述监控管理中心通过5G无线网络通讯连接的标准桩和与所述标准桩连接的太阳能发电装置（1），所述监控管理中心包括云服务终端和与其通信连接的远程控制终端以及手机APP和计算机，其中，所述远程控制终端，用于发送指令、启动系统保护程序、查询近期和历史监测数据、设定电位、电流、牺牲阳极剩余量、电池剩余电量限值，所述手机APP和计算机，用于接受监测信息、发送指令启动系统保护程序、查询近期和历史监测数据；

所述的标准桩包括相互连接的标准管段和标准柱，所述标准柱包括标准柱固定式机构（9）和标准柱移动机构（5），所述标准柱固定式机构（9）上设有电动机（8），所述电动机（8）的主轴通过齿轮（7）与设置于所述标准柱移动机构（5）上的齿条（6）啮合连接。

2.根据权利要求1所述的一种分段式隐蔽型埋地管道阴极保护状态监测预警系统，其特征在于，所述标准柱通过设置于所述标准柱固定式机构（9）上的第一连接件孔（20）和第一连接件（10）与所述标准管段连接安装。

3.根据权利要求1所述的一种分段式隐蔽型埋地管道阴极保护状态监测预警系统，其特征在于，所述标准柱固定式机构（9）还设有启动电动机按钮（2），所述启动电动机按钮（2）通过连接导线（18）与所述电动机（8）相连接。

4.根据权利要求3所述的一种分段式隐蔽型埋地管道阴极保护状态监测预警系统，其特征在于，所述标准柱移动机构（5）内设有电源管理模块（21）、蓄电池（22）、测量主板（23）、5G远传模块（26）和数据采集存储处理与预警模块（27），所述5G远传模块（26）和所述测量主板（23）分别与所述蓄电池（22）和所述数据采集存储处理与预警模块（27）相连接，所述数据采集存储处理与预警模块（27）还分别与所述蓄电池（22）和所述电源管理模块（21）相连接，所述测量主板（23）上还设有参比电极接线端口（24）、阴极接线端口（25）、阳极接线端口一（28）和阳极备用接线端口二（29）。

5.根据权利要求4所述的一种分段式隐蔽型埋地管道阴极保护状态监测预警系统，其特征在于，所述太阳能发电装置（1）通过所述连接导线（18）与所述蓄电池（22）和所述电动机（8）相连接。

6.根据权利要求4所述的一种分段式隐蔽型埋地管道阴极保护状态监测预警系统，其特征在于，所述标准管段包括标准管段A（13）、绝缘法兰（14）和标准管段B（16），所述标准管段A（13）通过设置于所述绝缘法兰（14）上的第二连接件孔（19）和第二连接件（15）与所述标准管段B（16）相连接。

7.根据权利要求6所述的一种分段式隐蔽型埋地管道阴极保护状态监测预警系统，其特征在于，所述标准管段A（13）的一端第一焊接面（12）和所述标准管段B（16）的一端第二焊接面（17）均各自与管道（11）焊接连接并于焊接补口位置处做防腐处理。

8.根据权利要求6所述的一种分段式隐蔽型埋地管道阴极保护状态监测预警系统，其特征在于，所述标准管段A（13）上还设有接线柱（3）和线孔（4），所述阴极接线端口（25）与所述接线柱（3）相连接，所述参比电极接线端口（24）与参比电极相连接、所述阳极接线端口一（28）与牺牲阳极相连接、所述阳极备用接线端口二（29）与备用牺牲阳极相连接后均利用所述线孔（4）引线至所述标准柱外。

9.一种基于如权利要求1-8任一所述的分段式隐蔽型埋地管道阴极保护状态监测预警系统的控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤1：利用所述标准桩的数据采集存储处理与预警模块（27）向测量主板（23）和电源管理模块（21）采集存储数据和发送指令，获取管地电位、阳极电位、蓄电池电量和牺牲阳极剩余量，与系统设定预警参数进行分析对比、将实时状态数据及预警信息上传至所述5G远传模块（26）、接收所述5G远传模块（26）查询近期测量数据指令；

步骤2：当所述分段式隐蔽型埋地管道阴极保护状态监测预警系统正常工作时，所述5G远传模块（26）正常接收数据并上传至所述云服务终端，利用INTERNET将数据传输至所述远程控制终端以及手机APP和计算机并进行监测预警；

步骤3：当所述分段式隐蔽型埋地管道阴极保护状态监测预警系统非正常工作时，所述5G远传模块（26）接收预警数据并直接上传至所述远程控制终端以及手机APP和计算机，所述远程控制终端以及手机APP和计算机进行向所述5G远传模块（26）发送指令、启动保护程序操作；

步骤4：所述5G远传模块（26）将具体指令信息下传至所述数据采集存储处理与预警模块（27）以具体执行，所述执行的情形包括：若牺牲阳极剩余量超过设定下限，所述数据采集存储处理与预警模块（27）向所述测量主板（23）发送指令将阳极备用接线端口二（29）接通，若电池电量超过设定下限，所述数据采集存储处理与预警模块（27）向所述电源管理模块（21）发送指令接通所述太阳能发电装置（1）。