CN111235583A - 燃气管道的牺牲阳极的剩余寿命在线监控方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提出一种燃气管道的牺牲阳极的剩余寿命在线监控方法和系统，利用现场信号采集设备采集燃气管道的牺牲阳极未受杂散电流干扰时的自然输出电流，并采集所述牺牲阳极受杂散电流干扰时所述牺牲阳极的等效输出电流；所述燃气管道填埋于地下；利用数据处理终端，通过NB‑IoT通信模块从所述现场信号采集设备获取所述自然输出电流以及所述等效输出电流；由所述数据处理终端根据所述自然输出电流以及所述等效输出电流在线计算牺牲阳极的剩余寿命。

Description

燃气管道的牺牲阳极的剩余寿命在线监控方法和系统
技术领域
本发明涉及燃气管道的在线监测领域，特别是涉及一种燃气管道的牺牲阳极的剩余寿命在线监控方法和系统。
背景技术
填埋在城市地下的高压燃气管道一般采用不锈钢等金属材料制成。由于地下环境复杂，潮湿酸碱等因素都会对燃气管道进行腐蚀侵害等作用，一旦管道出现穿孔损害，会对人民生命财产安全造成不可估量的破坏。燃气管道的腐蚀保护一般采用外接更为活泼的金属物(即牺牲阳极)的方式进行保护，使得环境对燃气管道的腐蚀表现为对牺牲阳极的腐蚀。牺牲阳极可以有效保护燃气管道不被腐蚀，但是，一旦牺牲阳极被腐蚀消失后，燃气管道便因此失去保护。由于牺牲阳极的腐蚀速度与环境息息相关，且一般被埋于地下，不容易及时观察其是否被完全腐蚀，尤其长时间后，燃气管道的牺牲阳极被完全腐蚀，燃气管道失去保护的情况管理者不得知，燃气管道极易发生泄漏风险。
发明内容
基于此，有必要提供一种燃气管道的牺牲阳极的剩余寿命在线监控方法和系统。
一种燃气管道的牺牲阳极的剩余寿命在线监控方法，包括：
利用现场信号采集设备采集燃气管道的牺牲阳极未受杂散电流干扰时的自然输出电流，并采集所述牺牲阳极受杂散电流干扰时所述牺牲阳极的等效输出电流；所述燃气管道填埋于地下；
利用数据处理终端，通过NB-IoT通信模块从所述现场信号采集设备获取所述自然输出电流以及所述等效输出电流；
由所述数据处理终端根据所述自然输出电流以及所述等效输出电流在线计算牺牲阳极的剩余寿命。
上述燃气管道的牺牲阳极的剩余寿命在线监控方法，利用NB-IoT(Narrow BandInternet of Things，窄带物联网)通信模块传输电流数据,NB-IoT通信模块的信号覆盖范围广且深，可以穿透地下、墙壁等，联网能力强，有利于地下电流数据的传输，管理者只要利用数据终端就可以在线监测填埋于地下的燃气管道的牺牲阳极的电流状况，能在线计算燃气管道上牺牲阳极的剩余寿命，减小燃气管道发生泄漏的风险。
此外，上述燃气管道的牺牲阳极的剩余寿命在线监控方法，还会根据杂散电流来计算牺牲阳极的剩余寿命，可以提高牺牲阳极的剩余寿命计算的正确性，降低牺牲阳极的计算的剩余寿命与实际的剩余寿命的误差，提高计算的剩余寿命的可信度。
在其中一个实施例中，所述方法还包括获取杂散电流出现时间在测试时间内的时间占比的步骤，以及获取所述牺牲阳极受杂散电流干扰时的杂散质量消耗参数的步骤；
所述根据所述自然输出电流以及所述等效输出电流在线计算牺牲阳极的剩余寿命的步骤是按照如下方式，根据所述自然输出电流、所述等效输出电流、时间占比、杂散质量消耗参数以及计算牺牲阳极的剩余寿命：
Figure BDA0001884888280000021
其中，T为在线计算的所述剩余寿命，W为所述牺牲阳极的当前质量，ω为保护电流作用下牺牲阳极的消耗率，I0为所述自然输出电流，Isc为所述等效输出电流，ksc，t为所述时间占比，a为所述杂散质量消耗参数。
在其中一个实施例中，所述燃气管道为列车沿线的燃气管道，所述牺牲阳极为列车沿线的燃气管道的牺牲阳极；
所述杂散电流为列车运行时泄露至沿线管道的电流，所述自然输出电流为列车未运行时，所述牺牲阳极处于自然腐蚀状态时对燃气管道的保护电流，所述等效输出电流为列车运行时牺牲阳极的输出电流。
在其中一个实施例中，所述获取所述牺牲阳极处于杂散电流作用下的杂散质量消耗参数的步骤包括：
提供列车沿线管道牺牲阳极保护系统模拟装置；其中，所述模拟装置包括试验箱、填料模拟液、土壤模拟液、金属管道试样、牺牲阳极试样以及电源；所述土壤模拟液装于试验箱一侧，用于模拟列车沿线管道所处的土壤环境，所述填料模拟液装于试验箱另一侧，用于模拟列车沿线管道的牺牲阳极的填料包，并跟土壤模拟液接触；金属管道试样用于模拟列车沿线管道，浸于所述土壤模拟液中；牺牲阳极试样用于模拟列车沿线管道的牺牲阳极，浸于所述填料模拟液中；电源分别与所述金属管道试样、牺牲阳极试样连接，用于模拟列车运行时通过轨道泄露至列车沿线管道的杂散电流；
令所述电源提供模拟的杂散电流；
检测受模拟的杂散电流作用时，所述牺牲阳极试样输出的模拟等效输出电流，以及所述牺牲阳极试样随时间的质量损失；
根据所述模拟输出等效电流以及所述牺牲阳极试样随时间的质量损失，计算所述杂散质量消耗参数。
在其中一个实施例中，按照如下方式，获取所述牺牲阳极受杂散电流干扰时的杂散质量消耗参数：
a＝56.37-11.80i
其中，i为模拟的杂散电流的电流密度，a为所述杂散质量消耗参数。
在其中一个实施例中，所述利用数据处理终端，通过NB-IoT通信模块从所述现场信号采集设备获取自然输出电流以及等效输出电流的步骤包括：
令所述NB-IoT通信模块和所述现场信号采集设备一起交替地处于工作、休眠状态，以间隔地获取自然输出电流以及等效输出电流。
一种燃气管道的牺牲阳极的剩余寿命的在线监控系统，所述在线监控系统包括：设于燃气管道现场的现场信号采集设备、远离燃气管道现场的数据处理终端以及设于燃气管道现场的NB-IoT通信模块；所述现场信号采集设备通过所述NB-IoT通信模块与所述数据处理终端建立通信连接；所述燃气管道填埋于地下；
所述现场信号采集设备用于采集所述牺牲阳极未受杂散电流干扰时的自然输出电流，并采集所述牺牲阳极受杂散电流干扰时所述牺牲阳极的等效输出电流；
所述NB-IoT通信模块用于将所述自然输出电流以及所述等效输出电流从所述现场信号采集设备上传至所述数据处理终端；
所述数据处理终端用于根据所述自然输出电流以及所述等效输出电流在线计算牺牲阳极的剩余寿命。
上述燃气管道的牺牲阳极的剩余寿命在线监控系统，利用NB-IoT通信模块传输电流数据,NB-IoT通信模块的信号覆盖范围广且深，可以穿透地下、墙壁等，联网能力强，有利于地下电流数据的传输，管理者只要利用数据终端就可以在线监测填埋于地下的燃气管道的牺牲阳极的电流状况，能在线计算燃气管道上牺牲阳极的剩余寿命，减小燃气管道发生泄漏的风险。
此外，上述燃气管道的牺牲阳极的剩余寿命在线监控系统，还会根据杂散电流来计算牺牲阳极的剩余寿命，可以提高牺牲阳极的剩余寿命计算的正确性，降低牺牲阳极的计算的剩余寿命与实际的剩余寿命的误差，提高计算的剩余寿命的可信度。
在其中一个实施例中，所述现场信号采集设备包括：主控模块以及电流采集模块；所述主控模块分别与所述电流采集模块、NB-IoT通信模块连接；
所述数据处理终端通过所述NB-IoT通信模块与所述主控模块通信；
所述电流采集模块用于采集所述自然输出电流以及所述等效输出电流；
所述主控模块用于将所述自然输出电流和所述等效输出电流通过所述NB-IoT通信模块上传至所述数据处理终端。
在其中一个实施例中，所述现场信号采集设备还包括导线以及接线端子，所述导线用于连接燃气管道与所述燃气管道上的牺牲阳极，所述接线端子与所述导线连接；所述电流采集模块是用于采集所述接线端子上的电流。
在其中一个实施例中，所述现场信号采集设备还包括电源和电压转换模块；
所述电源分别与所述NB-IoT通信模块、所述电流采集模块、所述电压转换模块、所述主控模块连接；所述电源是交替地处于断开和激活状态；
其中，所述电压转换模块用于在一个周期内断开电源，使得所述NB-IoT通信模块和所述电流采集模块在该周期内处于休眠状态；
所述主控模块用于在下一周期内，激活电源，使得所述NB-IoT通信模块和所述电流采集模块在该下一周期内处于工作状态。
附图说明
图1为一个实施例中燃气管道的牺牲阳极的剩余寿命在线监控方法的流程示意图；
图2为一个实施例中杂散质量消耗参数的获取方法的流程示意图；
图3为一个实施例中的列车沿线管道牺牲阳极保护系统模拟装置的结构示意图；
图4为一个具体实施例中腐蚀时间72h时，杂散电流密度与相应的杂散质量消耗参数的拟合曲线示意图；
图5为一个具体实施例中腐蚀时间120h时，杂散电流密度与相应的杂散质量消耗参数的拟合曲线示意图；
图6为一个实施例中燃气管道的牺牲阳极的剩余寿命在线监控系统的结构示意图；
图7为另一个实施例中燃气管道的牺牲阳极的剩余寿命在线监控系统的结构示意图；
图8为一个实施例中的现场信号采集设备400中各元件的布放示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1为一个实施例中燃气管道的牺牲阳极的剩余寿命在线监控方法的流程示意图。燃气管道填埋于地下。
如图1所示，该燃气管道的牺牲阳极的剩余寿命在线监控方法，包括步骤102至步骤106：
步骤102，利用现场信号采集设备采集燃气管道的牺牲阳极未受杂散电流干扰时的自然输出电流，并采集所述牺牲阳极受杂散电流干扰时所述牺牲阳极的等效输出电流。
具体地，所述自然输出电流为牺牲阳极自然腐蚀状态下对管道的保护电流，因为有杂散电流作用，所述等效输出电流大于保护电流；所述燃气管道填埋于地下。
具体地，所述杂散电流为列车运行时泄露至沿线管道的电流；所述自然输出电流为列车未运行时牺牲阳极的输出电流，所述等效输出电流为列车运行时牺牲阳极的输出电流。以列车沿线管道的牺牲阳极为例，列车运行时，牺牲阳极除了受土壤腐蚀，其质量也会随列车运行时泄露至沿线管道的杂散电流而逐步消耗。列车未运行时相应的牺牲阳极对沿线管道的保护电流可以是土壤中氯盐、硫酸盐和高湿度富氧空气等对牺牲阳极产生的腐蚀电流。
步骤104，利用数据处理终端，通过NB-IoT通信模块从所述现场信号采集设备获取自然输出电流以及所述等效输出电流。
具体地，对于NB-IoT通信模块，NB-IoT通信模块的通信协议可以为3GPP协议，可支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，只消耗大约180KHz的频段，可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络。NB-IoT通信模块具体可采用Boudica型号的NB-IoT芯片或Hi2110型号的NB-IoT芯片。
在其中一个实施例中，所述利用数据处理终端，通过NB-IoT通信模块从所述现场信号采集设备获取保护电流以及杂散电流的步骤包括：令所述NB-IoT通信模块和所述现场信号采集设备一起交替地处于工作、休眠状态，以间隔地获取自然输出电流以及等效输出电流。
具体地，采用了掉电模式令NB-IoT通信模块以及现场信号采集设备每天工作24小时，每周工作7天。NB-IoT通信模块和所述现场信号采集设备每个周期的工作时间是一分钟，休眠时间是一分钟，休眠时设备不采集数据。
步骤106，由所述数据处理终端根据所述自然输出电流以及所述等效输出电流在线计算牺牲阳极的剩余寿命。
其中一个实施例中，该燃气管道的牺牲阳极的剩余寿命在线监控方法，还包括获取杂散电流出现时间在测试时间内的时间占比的步骤，以及获取所述牺牲阳极受杂散电流干扰时的杂散质量消耗参数的步骤；
所述根据所述自然输出电流以及所述等效输出电流在线计算牺牲阳极的剩余寿命的步骤是按照如下方式，根据所述自然输出电流、所述等效输出电流、时间占比、杂散质量消耗参数以及计算牺牲阳极的剩余寿命：
Figure BDA0001884888280000081
其中，T为在线计算的所述剩余寿命，W为所述牺牲阳极的当前质量，ω为保护电流作用下牺牲阳极的消耗率，I0为所述自然输出电流，Isc为所述等效输出电流，ksc，t为所述时间占比，a为所述杂散质量消耗参数。
具体地，以列车沿线管道的牺牲阳极为例，可以先获取列车运行的时间，根据列车运行的时间获取存在杂散电流的时间。例如，测试总时间为t时间，列车运行的时间为△t，即△t时间内存在杂散电流。该时间占比则为△t在t时间内所占的百分比。
具体地，所述燃气管道为列车沿线的燃气管道，所述牺牲阳极为列车沿线的燃气管道的牺牲阳极；所述杂散电流为列车运行时泄露至沿线管道的电流，所述保护电流为列车未运行时，所述牺牲阳极处于自然腐蚀状态时对燃气管道的保护电流。那么，所述获取所述牺牲阳极处于杂散电流作用下的杂散质量消耗参数的步骤包括步骤202至步骤208：
步骤202，提供列车沿线管道牺牲阳极保护系统模拟装置。
如图3所示，该列车沿线管道牺牲阳极保护系统模拟装置包括：试验箱10、填料模拟液20、土壤模拟液30、金属管道试样40、牺牲阳极试样50和电源80。填料模拟液20装于试验箱一侧，用于模拟列车沿线管道的牺牲阳极的填料包，土壤模拟液30用于模拟列车沿线管道所处的土壤环境，装于试验箱10另一侧，并跟填料模拟液20接触；金属管道试样40用于模拟列车沿线管道，浸于所述土壤模拟液30中；牺牲阳极试样50用于模拟列车沿线管道的牺牲阳极，浸于所述填料模拟液20中；电源80分别与所述金属管道试样40、牺牲阳极试样50连接，用于模拟列车运行时通过轨道泄露至列车沿线管道的杂散电流。所述列车沿线管道至少部分跟土壤接触。填料包中含有富养空气、水等导电物质，用于提高杂散电流或土壤对牺牲阳极腐蚀的概率，更进一步地保护列车沿线管道。
步骤204，令所述电源提供模拟的杂散电流。
具体地，所述模拟装置还包括开关90，所述电源80包括双极性电源和信号发生器；所述金属管道试样40通过所述开关90与所述双极性电源连接，所述开关90用于在闭合时连通所述双极性电源与金属管道试样40；所述信号发生器用于调节双极性电源的输出电压，使金属管道试样40与土壤模拟液30之间的对地电位之间的电位跟列车沿线管道的对地电位相同，实现所述杂散电流的模拟。填料模拟液20可以是膨润土溶液，土壤模拟溶液30和膨润土溶液浓度均高于预设值，土壤模拟溶液30和膨润土溶液浓度很高，流动性很小，它们可以依靠自然接触实现电联通。填料包中含有富养空气、水等导电物质，用于提高杂散电流或土壤对牺牲阳极腐蚀的概率，更进一步去保护管道。
在其中一个实施例中，如图3所示，所述模拟装置还包括第一参比电极60、第二参比电极70、第一电压表110以及第二电压表120。所述第一参比电极浸于所述土壤模拟液中，通过所述第一电压表110与所述金属管道试样40连接；所述第一参比电极60和所述第一电压表110用于测量所述金属管道试样40的对地电位；所述第二参比电极70浸于所述填料模拟液中，通过所述第二电压表120与所述牺牲阳极试样50连接；用于测量所述牺牲阳极试样50的对地电位。信号发生器不仅用于金属管道试样40与土壤模拟液30之间的对地电位，还用于调节第一参比电极60与土壤模拟液30之间的对地电位。因为金属管道试样40位于土壤模拟液30中时，电位可能不稳定，而参比电极的电势稳定和重现性好，故可以通过检测第一参比电极60的电位来实现金属管道试样40电位的检测。具体地，第一参比电极60为饱和硫酸铜参比电极，第二参比电极70为饱和甘汞电极。
具体地，金属管道试样40浸于所述土壤模拟液30中的深度与列车沿线管道在土壤中的深度相同，牺牲阳极试样50浸入填料模拟液20的程度与相应的牺牲阳极与填料包的接触程度相同。所述牺牲阳极试样50可为但不限于镁合金试样，也可以为其他活性金属试样，所述牺牲阳极试样50跟列车沿线管道的牺牲阳极材质相同。所述金属管道试样40可为钢管试样，所述金属管道试样40与列车沿线管道的材质相同。如此，可以尽量保证模拟装置与列车沿线管道的牺牲阳极保护系统相同，使得列车沿线管道受杂散电流干扰时其牺牲阳极的使用情况(主要是质量消耗情况)与模拟装置中的金属管道试样40受杂散电流干扰时的牺牲阳极试样50的使用情况相同或者接近。具体地，所述牺牲阳极试样50和所述金属管道试样40采用环氧树脂封装。试验箱10可以采用塑料试验箱。
具体地，如图3所示，所述模拟装置还包括辅助电阻100、第三电压表130、第四电压表140；第三电压表130与电源80并联，所述金属管道试样40与牺牲阳极试样50之间串联有所述辅助电阻100，所述第四电压表140与所述辅助电阻100并联。所述第三电压表130用于检测杂散电流；所述第四电压表140和所述辅助电阻100用于检测牺牲阳极试样50的输出电流。牺牲阳极试样50的输出电流经过辅助电阻100。通过第四电压表140记录辅助电阻100的跨阻电压，从而计算输出电流和电量。具体地，所述开关90与所述金属管道试样40采用导线连接，所述辅助电阻100与所述牺牲阳极试样50之间采用导线连接，第一电压表110与开关90之间采用BNC线缆连接，第二电压表120与辅助电阻100之间采用BNC线缆连接，所述第三电压表130与所述电源80之间采用BNC线缆连接，所述第四电压表140与所述辅助电阻100之间采用BNC(Bayonet Nut Connector，卡扣配合型连接器)线缆连接，BNC线缆与卡扣配合型连接器的接口匹配。
本步骤可以先闭合开关90，由电源80提供模拟的杂散电流，然后调节信号发生器，直至金属管道试样的对地电位与列车沿线管道的对地电位相同，则视为模拟的杂散电流与实际的杂散电流相同。
步骤206，检测受模拟的杂散电流作用时，所述牺牲阳极试样50输出的模拟等效输出电流，以及所述牺牲阳极试样50随时间的质量损失。
具体是在闭合开关90后，检测牺牲阳极试样50的模拟等效输出电流。可以先称取牺牲阳极试样的总质量以及整个试验箱10的总质量，然后将整个试验箱10放在一个电子秤上，令开关闭合，然后从电子秤上获取牺牲阳极各个时刻的质量数据，减小的质量视为牺牲阳极试样50的质量损失。
步骤208，根据所述模拟输出等效电流以及所述牺牲阳极试样50随时间的质量损失，计算所述杂散质量消耗参数。
具体地，可按照如下方式，根据模拟的杂散电流以及对应时刻的质量，计算所述杂散质量消耗参数：
a＝56.37-11.80i 式(2)
其中，i为模拟的杂散电流的电流密度，单位为mA/cm2，a为所述杂散质量消耗参数。以下为式(2)的推导过程：
发明人在模拟装置提供的杂散电流密度为0.10mA/cm2的工况下，获取了牺牲阳极试样随腐蚀时间的模拟输出等效电流IT，对应时间内的质量损失以及对应时间内的杂散质量消耗参数。表1为腐蚀时间为24h、72h、120h、168h、360h、720h时，牺牲阳极试样对应的模拟输出等效电流IT以及质量损失的对照表。
表1
Figure BDA0001884888280000121
从表1中可知，杂散质量消耗参数为杂散电流密度为0.10mA/cm2的工况下，牺牲阳极试样对应时间内的质量损失与相应的模拟输出等效电流IT的比值。具体地，表1中的IT数据可以是杂散电流密度为0.10mA/cm2的工况下，对于同一个模拟装置，在腐蚀时间为24h、72h、120h、168h、360h、720h时测得的单个数据。
发明人在实验中还发现，当调整模拟装置的杂散电流密度时，相应的杂散质量消耗参数也会变化，如图4为腐蚀时间72h，0.05mA/cm2～0.5mA/cm2杂散电流密度与相应的杂散质量消耗参数拟合曲线，得到的杂散电流密度与相应的杂散质量消耗参数拟合关系式为：
a1＝46.48-12.06i 式(3)
其中，i为模拟的杂散电流的电流密度，单位为mA/cm2，a1为72h内的杂散质量消耗参数。
如图5为腐蚀时间120h，0.05mA/cm2～0.5mA/cm2杂散电流密度与相应的杂散质量消耗参数拟合曲线，得到的杂散电流密度与相应的杂散质量消耗参数拟合关系式为：
a2＝66.26-11.53i 式(4)
其中，i为模拟的杂散电流的电流密度，单位为mA/cm2，a2为120h内的杂散质量消耗参数。具体地，图4和图5中的杂散质量消耗参数a也可以是质量损失与相应的模拟输出等效电流的比值，图4和图5中杂散质量消耗参数a可以是多次测试值的平均结果。例如，图4和图5中的杂散质量消耗参数a可以是多个模拟装置运行时，测得的各个质量损失与相应的模拟输出等效电流的比值的平均值；或者是同一模拟装置经过多次测试后得到的各个质量损失与相应的模拟输出等效电流的比值的平均值。图4和图5中杂散质量消耗参数a采用平均值是因为不同模拟装置，提供相同的杂散电流，假设其他条件也相同的情况，牺牲阳极的模拟输出等效电流随机性和差异性很可能是比较大的。而在同一个模拟装置多次做实验，得到的牺牲阳极的模拟输出等效电流差异也可能很大。
对式(3)和式(4)取平均后，得到式(2)。
在其中一个实施例中，也可以通过模拟装置获取未受杂散电流干扰时牺牲阳极的自然输出电流，以及受杂散电流干扰时牺牲阳极的等效输出电流。
具体地，开关90闭合时，即模拟列车运行受杂散电流干扰时，检测牺牲阳极的输出电流，将该输出电流作为等效输出电流。开关90断开时，即模拟列车不工作未受杂散电流干扰时，检测牺牲阳极的输出电流，将该输出电流作为现场实测的自然输出电流。具体是利用辅助电阻100和第四电压表140检测牺牲阳极试样的输出电流。
上述管道牺牲阳极保护系统的模拟装置，模拟列车沿线现场的土壤环境、列车沿线管道及其牺牲阳极，还能模拟列车运行时通过轨道泄露至地下的杂散电流，该模拟装置大大方便实时监测金属管道试样30受杂散电流干扰时，牺牲阳极试样40的质量消耗状况，不需要去列车沿线现场监控列车沿线管道受杂散电流干扰时其牺牲阳极的质量消耗状况，方便了牺牲阳极的杂散质量消耗参数的计算。
上述燃气管道的牺牲阳极的剩余寿命在线监控方法，利用NB-IoT(Narrow BandInternet of Things，窄带物联网)通信模块传输电流数据,NB-IoT通信模块的信号覆盖范围广且深，可以穿透地下、墙壁等，联网能力强，有利于地下电流数据的传输，管理者只要利用数据终端就可以在线监测填埋于地下的燃气管道的牺牲阳极的电流状况，能在线计算燃气管道上牺牲阳极的剩余寿命，减小燃气管道发生泄漏的风险。
此外，上述燃气管道的牺牲阳极的剩余寿命在线监控方法，还会根据杂散电流来计算牺牲阳极的剩余寿命，可以提高牺牲阳极的剩余寿命计算的正确性，降低牺牲阳极的计算的剩余寿命与实际的剩余寿命的误差，提高计算的剩余寿命的可信度。
还提出一种燃气管道的牺牲阳极的剩余寿命在线监控系统，请参阅图6，所述在线监控系统包括：设于燃气管道现场的现场信号采集设备400、远离燃气管道现场的数据处理终端500以及设于燃气管道现场的NB-IoT通信模块600；所述现场信号采集设备400通过所述NB-IoT通信模块600与所述数据处理终端500建立通信连接。所述现场信号采集设备400用于采集所述牺牲阳极未受杂散电流干扰时的自然输出电流，并采集所述牺牲阳极受杂散电流干扰时所述牺牲阳极的等效输出电流；所述NB-IoT通信模块600用于将所述自然输出电流以及所述等效输出电流从所述现场信号采集设备上传至所述数据处理终端500；所述数据处理终端500用于根据所述自然输出电流以及所述等效输出电流在线计算牺牲阳极的剩余寿命。
其中一个实施例中，请参阅图6，所述现场信号采集设备400包括：主控模块410以及电流采集模块430；所述主控模块410分别与所述电流采集模块430、NB-IoT通信模块600连接；所述数据处理终端500通过所述NB-IoT通信模块600与所述主控模块410通信；所述电流采集模块430用于采集所述自然输出电流以及所述等效输出电流；所述主控模块410用于将所述自然输出电流和所述等效输出电流通过所述NB-IoT通信模块600上传至所述数据处理终端500。
具体地，请参阅图6，现场信号采集设备400还包括串口接口450；主控模块410通过串口接口450与NB-IoT通信模块600连接。NB-IoT通信模块600无需大缓存，单位时间内传输的数据量小，使用串口接口450就可以满足NB-IoT通信模块600的数据传输要求。
具体地，请参阅图6，所述现场信号采集设备还包括电压采集模块420，电压采集模块420与主控模块410连接。数据处理终端500可为具备数据处理能力以及显示功能的终端；具体地，数据处理终端500为电脑或智能手机。数据处理终端500接收到电流数据和电压数据，因为牺牲阳极的电流电压会随着活性金属的流失越来越小，因此用户可以根据数据处理终端500接收到的电流数据和电压数据的大小监测牺牲阳极的剩余寿命。数据处理终端500可内置牺牲阳极的剩余寿命的计算软件，该计算软件根据所述自然输出电流以及所述等效输出电流在线计算牺牲阳极的剩余寿命。其他实施例中，请参阅图7，NB-IoT通信模块600可将电流数据和电压数据通过地面基站上传到服务器700，服务器00可内置牺牲阳极的剩余寿命的计算软件，服务器700将计算出的牺牲阳极的剩余寿命数据通过基站发送给数据处理终端，这样可以降低数据处理终端500的数据处理负担。
电流采集模块430为感应式电流传感器模块。感应式电流传感器模块无需跟接线端子连接，具体地，感应式电流传感器模块包括霍尔电流传感器。
其中一个实施例中，霍尔电流传感器的数量为3个；电压采集模块420包括一个AD7606电压采集模块。其他实施例中，霍尔电流传感器的数量可根据需求设置。AD7606电压采集模块跟接线端子连接，采集接线端子上的电压。AD7606电压采集模块是AD7606是16位的、8通道同步采样模数数据采集系统(DAS)。主控模块101采集三路电流信号和一路电压信号。
其中一个实施例中，请参阅图6和图7，现场信号采集设备400还包括导线460以及接线端子470，导线460用于连接燃气管道与燃气管道上的牺牲阳极，接线端子470与导线460连接；电压采集模块420是采集接线端子470上的电压，电流采集模块430是采集接线端子470上的电流。
其中一个实施例中，请参阅图6和图7，现场信号采集设备400还包括时钟模块480，时钟模块480与主控模块410连接，用于记录主控模块410接收到电流数据时的接收时标，并用于记录主控模块410接收到电压数据时的接收时标。
其中一个实施例中，请参阅图6和图7，现场信号采集设备400还包括容量为20000mA～50000mA的锂电池490，锂电池490用于为主控模块410供电。
对于主控模块410，主控模块410为微控制器系统。请参阅图8，微控制器系统包括微控制芯片610以及电路板620，微控制芯片610布设在电路板620上，且霍尔电流传感器630、NB-IoT通信模块600、AD7606电压采集模块640、锂电池490以及时钟模块108布设在电路板620上。电路板620具体可以是印刷电路板(PCB)。电路板可将微控制芯片1011、霍尔电流传感器630、NB-IoT通信模块600、串口接口450、AD7606电压采集模块640、锂电池490以及时钟模块480组合在一起。图3为一个实施例中的现场信号采集设备400中各元件的布放示意图，霍尔电流传感器630的数量有3个，图3中各元件间的连线未示出。
其中一个实施例中，请参阅图8，现场信号采集设400包括外壳650，微控制器系统、NB-IoT通信模块600、D7606电压采集模块640、锂电池490以及时钟模块480设于外壳650内，接线端子470部分伸出外壳650，以便与牺牲阳极和燃气管道间的导线460连接。外壳650可以防水防尘，保护电路元件。
其中一个实施例中，所述现场信号采集设备400还包括电源和电压转换模块；所述电源分别与所述NB-IoT通信模块600、所述电流采集模块430、所述电压转换模块、所述主控模块410连接；所述电源是交替地处于断开和激活状态；其中，所述电压转换模块用于在一个周期内断开电源，使得所述NB-IoT通信模块600和所述电流采集模块430在该周期内处于休眠状态；所述主控模块410用于在下一周期内，激活电源，使得所述NB-IoT通信模块600和所述电流采集模块430在该下一周期内处于工作状态。
具体地，电压转换模块具体是电压转换芯片。NB-IoT通信模块600以及现场信号采集设备400均采用了掉电模式工作，每天工作24小时，每周工作7天。NB-IoT通信模块600和所述现场信号采集设备400每个周期的工作时间是一分钟，休眠时间是一分钟，休眠时设备不采集数据。例如，NB-IoT通信模块600与霍尔电流传感器在第一分钟进行电流数据采集与通讯，任务完成后进入深度休眠，同时电压转换芯片断开NB-IoT通信模块与霍尔电流传感器的电源，使得电路休眠电流进一步小于1mA，当下一分钟到来时，主控模块410激活电源，NB-IoT通信模块600以及现场信号采集设备400进行数据采集和通讯，如此反复。
上述燃气管道的牺牲阳极的剩余寿命在线监控系统，利用NB-IoT(Narrow BandInternet of Things，窄带物联网)通信模块600传输电流数据,NB-IoT通信模块600的信号覆盖范围广且深，可以穿透地下、墙壁等，联网能力强，有利于地下电流数据的传输，管理者只要利用数据终端500就可以在线监测填埋于地下的燃气管道的牺牲阳极的电流状况，能在线计算燃气管道上牺牲阳极的剩余寿命，减小燃气管道发生泄漏的风险。
此外，上述燃气管道的牺牲阳极的剩余寿命在线监控系统，还会根据杂散电流来计算牺牲阳极的剩余寿命，可以提高牺牲阳极的剩余寿命计算的正确性，降低牺牲阳极的计算的剩余寿命与实际的剩余寿命的误差，提高计算的剩余寿命的可信度。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种燃气管道的牺牲阳极的剩余寿命在线监控方法，其特征在于，包括：
利用现场信号采集设备采集燃气管道的牺牲阳极未受杂散电流干扰时的自然输出电流，并采集所述牺牲阳极受杂散电流干扰时所述牺牲阳极的等效输出电流；所述燃气管道填埋于地下；
利用数据处理终端，通过NB-IoT通信模块从所述现场信号采集设备获取所述自然输出电流以及所述等效输出电流；
由所述数据处理终端根据所述自然输出电流以及所述等效输出电流在线计算牺牲阳极的剩余寿命。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括获取杂散电流出现时间在测试时间内的时间占比的步骤，以及获取所述牺牲阳极受杂散电流干扰时的杂散质量消耗参数的步骤；
所述根据所述自然输出电流以及所述等效输出电流在线计算牺牲阳极的剩余寿命的步骤是按照如下方式，根据所述自然输出电流、所述等效输出电流、时间占比、杂散质量消耗参数以及计算牺牲阳极的剩余寿命：
Figure FDA0001884888270000011
其中，T为在线计算的所述剩余寿命，W为所述牺牲阳极的当前质量，ω为保护电流作用下牺牲阳极的消耗率，I0为所述自然输出电流，Isc为所述等效输出电流，kSC，t为所述时间占比，a为所述杂散质量消耗参数。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述燃气管道为列车沿线的燃气管道，所述牺牲阳极为列车沿线的燃气管道的牺牲阳极；
所述杂散电流为列车运行时泄露至沿线管道的电流，所述自然输出电流为列车未运行时，所述牺牲阳极处于自然腐蚀状态时对燃气管道的保护电流，所述等效输出电流为列车运行时牺牲阳极的输出电流。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述获取所述牺牲阳极处于杂散电流作用下的杂散质量消耗参数的步骤包括：
提供列车沿线管道牺牲阳极保护系统模拟装置；其中，所述模拟装置包括试验箱、填料模拟液、土壤模拟液、金属管道试样、牺牲阳极试样以及电源；所述土壤模拟液装于试验箱一侧，用于模拟列车沿线管道所处的土壤环境，所述填料模拟液装于试验箱另一侧，用于模拟列车沿线管道的牺牲阳极的填料包，并跟土壤模拟液接触；金属管道试样用于模拟列车沿线管道，浸于所述土壤模拟液中；牺牲阳极试样用于模拟列车沿线管道的牺牲阳极，浸于所述填料模拟液中；电源分别与所述金属管道试样、牺牲阳极试样连接，用于模拟列车运行时通过轨道泄露至列车沿线管道的杂散电流；
令所述电源提供模拟的杂散电流；
检测受模拟的杂散电流作用时，所述牺牲阳极试样输出的模拟等效输出电流，以及所述牺牲阳极试样随时间的质量损失；
根据所述模拟输出等效电流以及所述牺牲阳极试样随时间的质量损失，计算所述杂散质量消耗参数。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，
按照如下方式，获取所述牺牲阳极受杂散电流干扰时的杂散质量消耗参数：
a＝56.37-11.80i
其中，i为模拟的杂散电流的电流密度，a为所述杂散质量消耗参数。
6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，所述利用数据处理终端，通过NB-IoT通信模块从所述现场信号采集设备获取自然输出电流以及等效输出电流的步骤包括：
令所述NB-IoT通信模块和所述现场信号采集设备一起交替地处于工作、休眠状态，以间隔地获取自然输出电流以及等效输出电流。
7.一种燃气管道的牺牲阳极的剩余寿命的在线监控系统，其特征在于，所述在线监控系统包括：设于燃气管道现场的现场信号采集设备、远离燃气管道现场的数据处理终端以及设于燃气管道现场的NB-IoT通信模块；所述现场信号采集设备通过所述NB-IoT通信模块与所述数据处理终端建立通信连接；所述燃气管道填埋于地下；
所述现场信号采集设备用于采集所述牺牲阳极未受杂散电流干扰时的自然输出电流，并采集所述牺牲阳极受杂散电流干扰时所述牺牲阳极的等效输出电流；
所述NB-IoT通信模块用于将所述自然输出电流以及所述等效输出电流从所述现场信号采集设备上传至所述数据处理终端；
所述数据处理终端用于根据所述自然输出电流以及所述等效输出电流在线计算牺牲阳极的剩余寿命。
8.根据权利要求7所述的在线监控系统，其特征在于，
所述现场信号采集设备包括：主控模块以及电流采集模块；所述主控模块分别与所述电流采集模块、NB-IoT通信模块连接；
所述数据处理终端通过所述NB-IoT通信模块与所述主控模块通信；
所述电流采集模块用于采集所述自然输出电流以及所述等效输出电流；
所述主控模块用于将所述自然输出电流和所述等效输出电流通过所述NB-IoT通信模块上传至所述数据处理终端。
9.根据权利要求8所述的在线监控系统，其特征在于，所述现场信号采集设备还包括导线以及接线端子，所述导线用于连接燃气管道与所述燃气管道上的牺牲阳极，所述接线端子与所述导线连接；所述电流采集模块是用于采集所述接线端子上的电流。
10.根据权利要求8所述的在线监控系统，其特征在于，所述现场信号采集设备还包括电源和电压转换模块；
所述电源分别与所述NB-IoT通信模块、所述电流采集模块、所述电压转换模块、所述主控模块连接；所述电源是交替地处于断开和激活状态；
其中，所述电压转换模块用于在一个周期内断开电源，使得所述NB-IoT通信模块和所述电流采集模块在该周期内处于休眠状态；
所述主控模块用于在下一周期内，激活电源，使得所述NB-IoT通信模块和所述电流采集模块在该下一周期内处于工作状态。
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