CN111155099B - 一种海洋平台牺牲阳极电流监测探头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海洋平台牺牲阳极电流监测探头，属于海洋电化学传感器领域，该探头包括外法兰舱、L型钢棒和电流监测单元；外法兰舱包括上法兰盖和下法兰舱；L型钢棒与上法兰盖顶面相连接；电流监测单元位于法兰舱的内部；电流监测单元包括监测盒、弹簧顶针、T型电极和电流监测传感器；T型电极包括上端部和下端部，上端部和下端部固定连接；弹簧顶针的尾部与上法兰盖固定连接，弹簧顶针的弹簧针头与T型电极的上端部相连接，T型电极的下端部与电流监测传感器相连接，该装置可在线、实时监测牺牲阳极的发出电流，监测牺牲阳极的消耗状态，适用于各类型海洋工程装备的阴极保护系统监测，对阴极保护系统的监测、评估、维修、延寿具有重要的参考价值。

Description

一种海洋平台牺牲阳极电流监测探头

技术领域

本发明涉及海洋电化学传感器领域，尤其涉及一种海洋平台牺牲阳极电流监测探头。

背景技术

在海洋工程领域，为保护海洋工程设备不被海水腐蚀，通常会采用牺牲阳极对海洋平台或者船体进行保护。一般在设计初期根据相关设计参数确定牺牲阳极的用量，而牺牲阳极的实际发生电流在整个设计阶段以及工作阶段都十分重要，为确保海洋平台能够达到设计的使用年限，需要对牺牲阳极的发生电流进行全生命期的监测，实时掌握牺牲阳极的发生电流以确定阴极保护系统是否正常工作。而现有的电流监测探头内部结构复杂，内部接线繁杂，对现场安装技术水平要求较高。

发明内容

根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种海洋平台牺牲阳极电流监测探头，其特征在于：包括外法兰舱、L型钢棒和电流监测单元；

所述外法兰舱包括上法兰盖和下法兰舱；所述上法兰盖和所述下法兰舱固定连接；

所述L型钢棒与所述上法兰盖顶面相连接；

所述电流监测单元位于所述法兰舱的内部；

所述电流监测单元包括监测盒、弹簧顶针、T型电极和电流监测传感器；

所述T型电极包括上端部和下端部，所述上端部和下端部固定连接；所述弹簧顶针的尾部与所述上法兰盖固定连接，所述弹簧顶针的弹簧针头与所述T型电极的上端部相连接，所述T型电极的下端部与所述电流监测传感器相连接。

进一步地，所述T型电极的下端部的底部设置有内螺纹。

进一步地，所述T型电极采用紫铜。

进一步地，该探头还包括弹簧铜片，弹簧铜片上固定有紫铜螺母，所述电流监测传感器通过所述弹簧铜片的螺母固定在所述监测盒内部。

进一步地，该探头还包括第一防水接头和第二防水接头；所述防水接头一端与所述监测盒的一端相连接，所述监测盒的另一端与所述T型电极相连接；所述第二防水接头的一端与所述监测盒的另一端相连接。

进一步地，所述弹簧铜片包括第一折页、第二折页、圆弧连接片、第一连接端和第二连接端；所述第一折页、第二折页和圆弧连接片一体连接，所述圆弧连接片位于所述第一折页和所述第二折页的中间位置，所述第一连接端和所述第一折页的一端相连接，所述第二连接端和所述第二折页的一端相连接。

进一步地，所述电流监测单元根据测量牺牲阳极电流大小信息采用如下方式计算消耗质量：

S1:由所述电流监测单元的监测电流大小得到牺牲阳极内发出的电量为：

ΔQ＝∫I dt(1)

S2:根据牺牲阳极发出电量ΔQ，通过下述公式(2)得到牺牲阳极的消耗质量Δm为：

式中：A——阳极材料的相对原子质量(单位：g/mol)；

n——阳极材料每消耗一摩尔产生的电量(单位：eq/mol)；

F——法拉第常数，96500C/eq；

μ——牺牲阳极电流效率。

由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种海洋平台牺牲阳极电流监测探头，包括用于监测牺牲阳极电流的电流监测传感器以及用于存储数据和计算牺牲阳极消耗状态的上位机，该装置可在线、实时监测牺牲阳极的发出电流，监测牺牲阳极的消耗状态，适用于各类型海洋工程装备的阴极保护系统监测，对阴极保护系统的监测、评估、维修、延寿具有重要的参考价值。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是阳极电流监测探头示意图；

图2是阳极电流监测探头工作状态图；

图3是外法兰舱总体构造图；

图4是外法兰舱内部支架构造图；

图5是外舱法兰上法兰盖上表面构造图；

图6是外舱法兰上法兰盖下表面构造图；

图7是弹簧顶针的构造图；

图8是T型电极的构造图；

图9是T型电极下端螺纹孔构造图；

图10是监测盒上盖构造图；

图11是监测盒顶部构造图；

图12是监测盒底部构造图；

图13是弹簧铜片的构造图；

图14是弹簧铜片紫铜螺母的构造图。

其中：1、L型钢棒，2、注胶孔，3、弹簧顶针连接螺纹，4、T型电极接线端，5、法兰舱内螺纹，6、M3螺纹孔，7、紫铜螺母，8、尼龙防水接头，9、金属防水接头，10、上位机，11、信号传输缆，12、监测盒，12、T型电极，14、弹簧顶针，15、弹簧铜片，16、监测传感器，17、外法兰舱，18、电流监测单元，19、上法兰盖，20、下法兰舱,21、第一折页，22、第二折页，23、圆弧连接片，24、第一连接端，25、第二连接端，26、上端部，27、下端部。

具体实施方式

为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面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的描述：

图1是阳极电流监测探头示意图；图2是阳极电流监测探头工作状态图，一种海洋平台牺牲阳极电流监测探头，包括外法兰舱17和L型钢棒1、电流监测单元18；

图3是外法兰舱总体构造图；图4是外法兰舱内部支架构造图；图5是外舱法兰上法兰盖上表面构造图；图6是外舱法兰上法兰盖下表面构造图；

所述外法兰舱17包括上法兰盖19和下法兰舱20，所述上法兰盖19和所述下法兰舱20固定连接；所述上法兰盖19下表面设有一个的弹簧顶针连接螺纹3，用以安装弹簧顶针14，同时上法兰盖19留有注胶孔2，待结构组装完毕之后注胶密封。

所述L型钢棒1一端与所述上法兰盖19顶面相连接；所述L型钢棒1另一端与牺牲阳极支架相连接；

所述电流监测单元18位于所述外法兰舱17的内部；

所述电流监测单元18包括监测盒12、弹簧顶针14、T型电极13和电流监测传感器16；图7是弹簧顶针的构造图；图8是T型电极的构造图；图9是T型电极下端螺纹孔构造图；图10是监测盒上盖构造图；图11是监测盒顶部构造图；图12是监测盒底部构造图；

所述T型电极13包括上端部26和下端部27，所述上端部26和下端部27固定连接；所述弹簧顶针14的尾部与所述上法兰盖19固定连接，所述弹簧顶针14的弹簧针头与所述T型电极13的上端部26相连接，所述T型电极13的下端部27与所述电流监测传感器16相连接。所述T型电极13的下端部27的底部设置有内螺纹，为T型电极接线端4，所述T型电极13采用紫铜。

所述监测盒12上下两端分别设有两个防水接头，用以防水和接线，所述弹簧顶针14具有3mm左右的伸缩进程，固定在上法兰盖19上之后可直接与监测盒12上方的T型电极13相连，所述T型电极13包括上端部26和下端部27，T型电极13上表面进行抛光处理以降低接触电阻，T型电极13的上端面卡在电缆防水接头的上方，防止其因为震动下滑，T型电极13下端设有M3的T型电极连接端4，用以与下方的电流监测传感器16接线，所述监测盒12底部设有两个M3的螺纹孔6，用以固定所述弹簧铜片15。

进一步地，该装置还包括弹簧铜片15，图13是弹簧铜片的构造图；图14是弹簧铜片紫铜螺母的构造图。

所述电流监测传感器16通过所述弹簧铜片15固定在在所述监测盒12内部，所述弹簧铜片15为紫铜材质，弹簧铜片15的第一连接端24焊接有紫铜螺母7，可以固定电路板，所述弹簧铜片15下方通过M3的螺钉固定在所述监测盒12底部预留的所述M3螺纹孔6，同时所述弹簧铜片15本身有一定弹性，也起到减震作用，又起电路连接作用。

所述弹簧铜片15包括第一折页21、第二折页22、圆弧连接片23、第一连接端24和第二连接端25；所述第一折页21、第二折页22和圆弧连接片23一体连接，所述圆弧连接片23位于所述第一折页21和所述第二折页22的中间位置，所述第一连接端24和所述第一折页21的一端相连接，所述第二连接端25和所述第二折页22的一端相连接。

所述监测盒12通过外螺纹与法兰舱内螺纹5与下法兰舱20固定连接，拧紧之后为了保证强度，可通过点焊加强连接强度，同时增大电连接的可靠性。上法兰盖19通过焊接L型钢棒1与牺牲阳极相连接，上法兰盖19下方通过弹簧顶针14与监测盒12上方的T型电极13相连，T型电极13安装在监测盒12上方的尼龙防水接头8上，为保证监测盒12的防水性能以及绝缘性能，采用尼龙质防水接头8，T型电极13的下端与监测盒12内部的电流监测传感器16相连。电流监测传感器16下端的信号线由监测盒12下方的电缆防水接头引出，通过所述外法兰舱17的出线孔穿出，所述信号传输缆11通过所述监测盒12下方的金属防水接头9引出。

进一步地，所述电流监测单元18包括阳极电流输入和输出端以及信号采集器；

进一步地，所述电流监测传感器16的内部的标准电阻串联至回路中，通过测量标准电阻两端电压的方式监测牺牲阳极释放电流值，所述电流监测传感器16与上位机10之间具有两种信号传输方式，上位机10是指可以直接发出操控命令的计算机：a)将监测到的标准电阻电压值转换为牺牲阳极电流值，通过电流环方式(4～20mA)传输给所述上位机10；b)直接将标准电阻两端电压传输给上位机。两种传输方式同时工作，互为备用，提高系统可靠性。当其中一种测量方式出现故障，无法传输数据时，所述上位机10可屏蔽故障信号、采用另一传输方式。

进一步地，所述电流监测单元18根据测量牺牲阳极电流大小信息采用如下方式计算消耗质量：

S1:由所述电流监测单元18监测电流大小得到牺牲阳极内发出的电量为：

ΔQ＝∫I dt (1)

S2:根据牺牲阳极发出电量ΔQ，通过下述公式(2)得到牺牲阳极的消耗质量Δm为：

式中：A——阳极材料的相对原子质量(单位：g/mol)；

n——阳极材料每消耗一摩尔产生的电量(单位：eq/mol)；

F——法拉第常数，96500C/eq；

μ——牺牲阳极电流效率。

该探头现场安装过程是：

S1：按照所述监测盒12结构设计要求先将所述监测盒12内部的弹簧铜片15路板、T型电极12、防水接头组装好并灌注密封胶。

S2：将外法兰舱17焊接到导管架的指定位置，外法兰舱17的焊接部位设计成弧形相贯线形式，方便焊接作业；

S3：将监测盒12下方的信号传输缆11从外法兰舱17下方的出线孔引出，同时将线反转3圈，此刻拧紧监测盒12，在外法兰舱17与监测盒12连接螺纹处电焊4处，以加强连接强度同时降低接触电阻；

S4：通过绝缘套管与绝缘密封垫将装有弹簧顶针14的上法兰盖19安装到下法兰舱20上，拧紧固定螺栓，弹簧顶针14与弹簧铜片15可正好接触形成电路连通；

S5：通过预留的灌胶孔对外法兰舱17灌注密封胶进行密封；

S6：上法兰盖19上的L型钢棒1与牺牲阳极焊接相连。

本发明中所述的牺牲阳极电流监测探头精度、可靠性较高，具有重要的工程应用价值。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种海洋平台牺牲阳极电流监测探头，其特征在于：包括外法兰舱、L型钢棒和电流监测单元；

所述外法兰舱包括上法兰盖和下法兰舱；所述上法兰盖和所述下法兰舱固定连接；

所述L型钢棒与所述上法兰盖顶面相连接；

所述电流监测单元位于所述法兰舱的内部；

所述电流监测单元包括监测盒、弹簧顶针、T型电极和电流监测传感器；

所述T型电极包括上端部和下端部，所述上端部和下端部固定连接；所述弹簧顶针的尾部与所述上法兰盖固定连接，所述弹簧顶针的弹簧针头与所述T型电极的上端部相连接，所述T型电极的下端部与所述电流监测传感器相连接；

所述T型电极的下端部的底部设置有内螺纹；

还包括第一防水接头和第二防水接头；所述防水接头一端与所述监测盒的一端相连接，所述监测盒的另一端与所述T型电极相连接；所述第二防水接头的一端与所述监测盒的另一端相连接；

还包括弹簧铜片，弹簧铜片上固定有紫铜螺母，所述电流监测传感器通过所述弹簧铜片的螺母固定在所述监测盒内部；

所述弹簧铜片包括第一折页、第二折页、圆弧连接片、第一连接端和第二连接端；所述第一折页、第二折页和圆弧连接片一体连接，所述圆弧连接片位于所述第一折页和所述第二折页的中间位置，所述第一连接端和所述第一折页的一端相连接，所述第二连接端和所述第二折页的一端相连接。

2.根据权利要求1所述的一种海洋平台牺牲阳极电流监测探头，其特征还在于：所述T型电极采用紫铜。

3.根据权利要求1所述的一种海洋平台牺牲阳极电流监测探头，其特征还在于：所述电流监测单元根据测量牺牲阳极电流大小信息采用如下方式计算消耗质量：

S1:由所述电流监测单元的监测电流大小得到牺牲阳极内发出的电量为：

ΔQ＝∫I dt (1)

S2:根据牺牲阳极发出电量ΔQ，通过下述公式(2)得到牺牲阳极的消耗质量Δm为：

式中：A——阳极材料的相对原子质量(单位：g/mol)；

n——阳极材料每消耗一摩尔产生的电量(单位：eq/mol)；

F——法拉第常数，96500C/eq；

μ——牺牲阳极电流效率。

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