CN111398151A

CN111398151A - 交流杂散电流对管道的干扰腐蚀试验装置

Info

Publication number: CN111398151A
Application number: CN201910000299.3A
Authority: CN
Inventors: 李世瀚; 王晓霖; 李明; 赵巍; 王佳楠; 李遵照
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Dalian Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Current assignee: Sinopec Dalian Petrochemical Research Institute Co ltd; China Petroleum and Chemical Corp; China Oil and Gas Pipeline Network Corp
Priority date: 2019-01-02
Filing date: 2019-01-02
Publication date: 2020-07-10

Abstract

本发明公开了一种交流杂散电流对管道的干扰腐蚀试验装置，包括环境模拟单元和电路单元；环境模拟单元的壳体中设有管线钢和绝缘层；管线钢和绝缘层之间设有间隔空隙；绝缘层设有通孔以连通溶液区和间隔空隙；电路单元包括干扰模拟子电路和测量子电路；干扰模拟子电路包括干扰信号发生器和辅助电极；辅助电极用于获取实验数据；测量子电路包括串联连接的参比电极、电压表和多个微电极；电压表用于分别获取多个微电极与参比电极间的电位数据。本发明可对交流电干扰管线钢剥离涂层下不同位置处局部环境及管体腐蚀电化学行为进行实时监测。

Description

交流杂散电流对管道的干扰腐蚀试验装置

技术领域

本发明涉及石油化工领域，特别是涉及交流杂散电流对管道的干扰腐蚀试验装置。

背景技术

随着高压/特高压输电线路，以及，电气化铁路系统的大规模建设，埋地管道受杂散电流干扰以及由此引发的管道腐蚀及安全问题也日益突出。

埋地管道的防腐层绝缘性较好，从土壤进入管道的杂散电流在经过一定距离的传输后，会从管道的防腐层破损、剥落等缺陷处流出，此时，就会在电流的流出位置的局部造成腐蚀。杂散电流引起的腐蚀属于电化学腐蚀，其所造成的腐蚀会使生产材料（如油气管道）产生重大损失，同时还可能造成生产损失；因此，通过对管道进行干扰腐蚀试验，可以为杂散电流对于管道的影响和危害进行评估提供一定的依据。

现有技术中，交流电干扰下管道腐蚀试验相关的技术方案包括：通过模拟实际工业环境进行交流杂散电流对金属材料的腐蚀速率进行测试的专利：“一种模拟土壤中杂散电流腐蚀的实验装置(申请号： 2013102425139)”；模拟应力及杂散电流耦合作用对管道涂层剥离的影响的专利：“一种应力与杂散电流耦合作用下埋地钢质管道涂层剥离与腐蚀试验系统(申请号：2013103001961)”；实现在交流杂散电流干扰下进行管线钢电化学腐蚀行为的测试的专利：“评价交流杂散电流干扰下油气管线腐蚀的电化学测试系统（申请号：2014206230939）”。

发明人经过研究发现，现有技术中至少还存在以下缺陷：

现有技术中所获得的实验方式，还无法获得杂散电流对于管道剥离涂层的影响的全面数据。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种交流杂散电流对管道的干扰腐蚀试验装置，从而可以测量交流电干扰下管道的腐蚀情况，并对缝隙内微环境的变化进行实时监测。

为实现上述目的，本发明提供了一种交流杂散电流对管道的干扰腐蚀试验装置，包括环境模拟单元和电路单元；

所述环境模拟单元的壳体包括底板和盖板；所述壳体形成的腔体中设有与所述底板接触连接的管线钢和与所述盖板接触连接的绝缘层；所述管线钢和所述绝缘层之间设有垫片，以使所述管线钢和所述绝缘层之间保持预设距离的间隔空隙；所述壳体形成的腔体还包括溶液区，所述绝缘层设有通孔以连通所述溶液区和所述间隔空隙；

所述电路单元包括干扰模拟子电路和测量子电路；用于产生交流杂散电流的所述干扰模拟子电路包括干扰信号发生器和辅助电极；所述辅助电极设于所述溶液区内并与所述干扰信号发生器电路连接；用于获取实验数据的测量子电路包括串联连接的参比电极、电压表和微电极组；所述参比电极设于所述通孔处；所述微电极组包括多个电位微电极，用于通过设于所述盖板和绝缘层的多个微电极插孔获取所述间隔空隙内的实验数据，所述多个微电极插孔分别设于距所述通孔不同距离的位置；所述电压表用于分别获取所述多个电位微电极与所述参比电极间的电位差数据。

进一步，上述技术方案中，所述绝缘层包括有机玻璃。

进一步，上述技术方案中，所述微电极组还包括pH值微电极和/或氯离子浓度微电极。

进一步，上述技术方案中，所述垫片的厚度为可调节。

进一步，上述技术方案中，所述微电极插孔的数量为四个。

进一步，上述技术方案中，所述多个微电极插孔之间的距离为等距。

进一步，上述技术方案中，所述干扰模拟子电路还串联有电容和滑动变阻器。

进一步，上述技术方案中，所述PH值微电极包括利用sol-gel法制备的CF/WO-PH微电极；所述氯离子浓度微电极包括通过银丝电化学法制备的Ag/AgCl微电极；所述电位微电极包括通过铂丝型氧化还原制备的电位微电极。

进一步，上述技术方案中，所述垫片的材质为PTFE。

进一步，上述技术方案中，所述参比电极包括饱和甘汞电极SCE。

有益效果

本发明提供的交流杂散电流对管道的干扰腐蚀试验装置，通过设有垫片来构建绝缘层和管线钢之间的间隔空隙的方式，来模拟管道绝缘涂层剥离和破损后的状态；然后再通过设有干扰模拟子电路来模拟交流杂散电流对绝缘涂层剥离后管道的干扰的环境；此外，在本发明中，还在盖板和绝缘层设有多个贯通至间隔空隙内的微电极插孔；通过测量子电路，可以分别获取绝缘层上的通孔与每个微电极之间的电位差、pH值、氯离子浓度等实验数据。

由于每个微电极与模拟破损位置的通孔距离不同，所以本发明可以获得绝缘层不同位置的实验数据，所以，可以模拟出在受到交流杂散电流干扰后的，对于管道绝缘层剥离的缝隙内不同位置的影响程度和影响方式。也就是说，本发明可对交流电干扰管线钢剥离涂层下不同位置处局部环境及管体腐蚀电化学行为进行实时监测，从而为研究阴极保护、外部土壤环境、交流电干扰、强度、频率和破损点大小等参数对剥离涂层下管线钢腐蚀行为的作用提供了更加丰富和有效的实验数据。

上述说明仅为本发明技术方案的概述，为了能够更清楚地了解本发明的技术手段并可依据说明书的内容予以实施，同时为了使本发明的上述和其他目的、技术特征以及优点更加易懂，以下列举一个或多个优选实施例，并配合附图详细说明如下。

附图说明

图1是根据本发明的交流杂散电流对管道的干扰腐蚀试验装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其他明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其他元件或其他组成部分。

在本文中，为了描述的方便，可以使用空间相对术语，诸如“下面”、“下方”、“下”、“上面”、“上方”、“上”等，来描述一个元件或特征与另一元件或特征在附图中的关系。应理解的是，空间相对术语旨在包含除了在图中所绘的方向之外物件在使用或操作中的不同方向。例如，如果在图中的物件被翻转，则被描述为在其他元件或特征“下方”或“下”的元件将取向在所述元件或特征的“上方”。因此，示范性术语“下方”可以包含下方和上方两个方向。物件也可以有其他取向（旋转90度或其他取向）且应对本文使用的空间相对术语作出相应的解释。

在本文中，术语“第一”、“第二”等是用以区别两个不同的元件或部位，并不是用以限定特定的位置或相对关系。换言之，在一些实施例中，术语“第一”、“第二”等也可以彼此互换。

如图1所示，根据本发明具体实施方式，交流杂散电流对管道的干扰腐蚀试验装置包括环境模拟单元和电路单元；

环境模拟单元的壳体包括底板01和盖板02；壳体形成的腔体中设有与底板01接触连接的管线钢03和与盖板02接触连接的绝缘层04；管线钢03和绝缘层04之间设有垫片05，以使管线钢03和绝缘层04之间保持预设距离的间隔空隙06；壳体形成的腔体还包括溶液区07，绝缘层04设有通孔08以连通溶液区07和间隔空隙06；

电路单元包括干扰模拟子电路和测量子电路；用于产生交流杂散电流的干扰模拟子电路包括干扰信号发生器09和辅助电极10；辅助电极10设于溶液区07内并与干扰信号发生器09电路连接；用于获取实验数据的测量子电路包括串联连接的参比电极11、电压表12和微电极组13；参比电极11设于通孔08处；微电极组13包括多个电位微电极，用于通过设于盖板02和绝缘层04的多个微电极插孔获取间隔空隙06内的实验数据，多个微电极插孔分别设于距通孔08不同距离的位置；电压表12用于分别获取多个电位微电极组与参比电极11间的电位数据。

在本发明实施例中，环境模拟单元是指用于模拟管道绝缘涂层剥离和破损后状态的部分，其壳体由底板01和盖板02构成，从而形成一个腔体；该腔体又包括两个部分，一部分用于设置管线钢03、垫片05和绝缘层04；另一部分用于构成溶液区07；

本发明实施例中的管线钢03用于模拟油气管道的管壁，绝缘层04用于模拟管道绝缘涂层；垫片05置于管线钢03和绝缘层04之间，以使于管线钢03和绝缘层04之间保持预设距离的间隔空隙06，从而模拟管道绝缘涂层剥离后与油气管道的管壁形成的缝隙；在实际应用中，本发明实施例中的垫片05的材质可以是PTFE；溶液区07通过其不同溶液的组分构成，来模拟油气管道现场所处于的不同环境，此外，绝缘层04还设有通孔08，来模拟管道绝缘涂层剥离后的破损位置。

本发明实施例中的电路单元，一方面可以通过干扰模拟子电路来模拟油气管道所受到的交流杂散电流，另一方面还可以通过测量子电路来获取实验数据；其中，干扰模拟子电路通过干扰信号发生器09可以生成和辅助电极10可以在溶液区07生成交流杂散电流，交流杂散电流可通过通孔08传输至间隔空隙06中；

测量子电路的参比电极11、电压表12和微电极组13三者串联，用来测量通孔08到微电极组13中各微电极间的电位数据；本发明实施例中的微电极组13可以包括有多个电位微电极（如可以是4个），分别设在距离通孔08不同距离的位置，从而来模拟管道剥离涂层不同位置，即，通过分别获取不同微电极的电位数据，可以实现交流电干扰管线钢剥离涂层下不同位置处局部环境及管体腐蚀电化学行为的实时监测。其中，参比电极11可以包括饱和甘汞电极（SCE）；

在实际应用中，本发明实施例中的绝缘层可以是有机玻璃；为了能够获得间隔空隙06中pH值和氯离子浓度等实验数据，本发明实施例中的微电极组13中的微电极还可以包括PH值微电极和氯离子浓度微电极等多种微电极；具体的，PH值微电极可以是利用sol-gel法制备的CF/WO-PH微电极；氯离子浓度微电极可以是通过银丝电化学法制备的Ag/AgCl微电极；电位微电极可以是通过铂丝型氧化还原制备的电位微电极。

进一步的，为了便于计算和确定交流电干扰管线钢剥离涂层下不同位置处局部环境及管体腐蚀电化学行为的影响程度的变化趋势，本发明实施例中的多个微电极插孔之间的距离还可以设置为等距。

进一步的，在本发明实施例中，干扰模拟子电路还可以通过串联有电容和滑动变阻器等方式来实现；具体来说，可以通过调节滑动变阻器14来改变电流的大小，比如，可以分别将交流电流密度调节为0、20、50和100 A/m²等；然后通过采用Fluke万用表和10Ω标准电阻进行交流电流测量；此外，电容15可以用于防止对交流电源产生干扰。

综上所述，本发明实施例通过设有垫片来构建绝缘层和管线钢之间的间隔空隙的方式，来模拟管道绝缘涂层剥离和破损后的状态；然后再通过设有干扰模拟子电路来模拟交流杂散电流对绝缘涂层剥离后管道的干扰的环境；此外，在本发明中，还在盖板和绝缘层设有多个贯通至间隔空隙内的微电极插孔；通过测量子电路，可以分别获取绝缘层上的通孔与每个微电极之间的电位、pH、氯离子等实验数据。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。针对上述示例性实施方案所做的任何简单修改、等同变化与修饰，都应落入本发明的保护范围。

Claims

1.一种交流杂散电流对管道的干扰腐蚀试验装置，其特征在于，包括环境模拟单元和电路单元；

2.根据权利要求1所述的交流杂散电流对管道的干扰腐蚀试验装置，其特征在于，

所述绝缘层包括有机玻璃。

3.根据权利要求1所述的交流杂散电流对管道的干扰腐蚀试验装置，其特征在于，

所述微电极组还包括pH值微电极和/或氯离子浓度微电极。

4.根据权利要求1所述的交流杂散电流对管道的干扰腐蚀试验装置，其特征在于，

所述垫片的厚度为可调节。

5.根据权利要求1所述的交流杂散电流对管道的干扰腐蚀试验装置，其特征在于，

所述微电极插孔的数量为四个。

6.根据权利要求1所述的交流杂散电流对管道的干扰腐蚀试验装置，其特征在于，还包括：

所述多个微电极插孔之间的距离为等距。

7.根据权利要求1所述的交流杂散电流对管道的干扰腐蚀试验装置，其特征在于，

所述干扰模拟子电路还串联有电容和滑动变阻器。

8.根据权利要求3所述的交流杂散电流对管道的干扰腐蚀试验装置，其特征在于，

所述PH值微电极包括利用sol-gel法制备的CF/WO-PH微电极；所述氯离子浓度微电极包括通过银丝电化学法制备的Ag/AgCl微电极；所述电位微电极包括通过铂丝型氧化还原制备的电位微电极。

9.根据权利要求1所述的交流杂散电流对管道的干扰腐蚀试验装置，其特征在于，

所述垫片的材质为聚四氟乙烯PTFE。

10.根据权利要求1所述的交流杂散电流对管道的干扰腐蚀试验装置，其特征在于，

所述参比电极包括饱和甘汞电极SCE。