CN111621792B - 管道阴极保护输出调节系统及调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种管道阴极保护输出调节系统及调节方法，其中该管道阴极保护输出调节系统包括：多个腐蚀速率探头、控制终端、阳极地床、恒电位仪及多个智能电位采集装置；其中该多个腐蚀速率探头及多个智能电位采集装置对应相邻且沿管道的延伸方向布设于管道的一侧的土壤中且均与控制终端电性连接，智能电位采集装置通过导线还与相邻的管道连接；阳极地床埋设于管道的一侧的土壤中且通过导线与恒电位仪连接；恒电位仪与控制终端电性连接且通过导线与管道连接；据此，该管道阴极保护输出调节系统可对管道的腐蚀状态进行实时检测，以可及时准确的调整恒电位仪的输出，从而消除管道上的腐蚀情况。

Description

管道阴极保护输出调节系统及调节方法

技术领域

本发明属于阴极保护防腐技术领域，尤其是涉及一种管道阴极保护输出调节系统及调节方法。

背景技术

阴极保护是管道主动防腐所采取的常用技术手段，其是通过恒电位仪向管道周围的土壤放电以产生电场，阻止管道上的电子流出，从而避免管道腐蚀。虽然恒电位仪放电所产生的电场为管道提供了阴极保护，但由于管道的长度较长，且管道所处环境经常发生变化，如土壤中时常存在杂散电流，该杂散电流会对恒电位仪产生的电场形成干扰，使管道局部发生腐蚀现象。为了避免因管道所处环境变化而加剧管道的腐蚀，就需要根据管道的腐蚀情况及时对恒电位仪的输出进行调节。

目前对于恒电位仪的输出调节主要是依据管道的电位进行调节的，而在实际应用中，管道的电位通常是无法准确反映管道的腐蚀情况的，因此在恒电位仪进行输出调节后，管道仍然存在进一步腐蚀的情况。虽然腐蚀速率探头能够对管道的腐蚀状态进行直接检测，但其无法实现实时检测，因此无法及时将管道腐蚀状态反馈给恒电位仪，也因此使得恒电位仪的输出调节变的迟钝、滞后，而且由于腐蚀速率探头的测量精度不高，无法保证恒电位仪输出调节后就能消除管道上的腐蚀情况。

发明内容

本技术方案要解决的技术问题是，如何将管道的腐蚀情况实时反馈给阴极保护输出调节系统，以使系统中的恒电位仪能够及时准确的调整电场的输出，从而及时消除管道上的腐蚀情况。

为解决上述技术问题，本技术方案提供了一种管道阴极保护输出调节系统，其包括：多个腐蚀速率探头、控制终端、阳极地床、恒电位仪及多个智能电位采集装置；其中该多个腐蚀速率探头彼此间隔一检测距离且沿管道的延伸方向布设于管道的一侧的土壤中，并且该多个腐蚀速率探头均与控制终端电性连接，以将腐蚀速率探头测量得到的腐蚀试片两端的电压以及腐蚀试片流过的电流传送给控制终端；该阳极地床埋设于管道的一侧的土壤中且通过导线与恒电位仪连接；该恒电位仪与控制终端电性连接，且该恒电位仪还通过导线与管道连接；该多个智能电位采集装置对应且相邻该多个腐蚀速率探头而布设于管道的一侧的土壤中且均与控制终端电性连接，并且该多个智能电位采集装置还通过导线分别与相邻的管道连接；控制终端通过智能电位采集装置测量得到管道的断电电位以及流过智能电位采集装置中的极化试片上的电流。据此，本技术方案的管道阴极保护输出调节系统可通过腐蚀速率探头及智能电位采集装置实时对管道的腐蚀情况以及阴极保护状态进行检测，并且将流过极化试片上的电流作为调整恒电位仪的依据，以对恒电位仪的调整更加准确与及时，从而提高了恒电位仪调整输出的反应速度，提升了对管道的阴极保护效果，以致减轻甚至可以避免管道腐蚀情况的发生。

作为本技术方案的另一种实施，该智能电位采集装置是由智能电位采集仪及极化探头构成；该智能电位采集仪与控制终端电性连接，该极化探头的极化试片通过导线与相邻的管道连接；控制终端通过该智能电位采集仪测量得到管道的断电电位，以及通过该极化探头测量得到流过极化试片上的电流。

作为本技术方案的另一种实施，该极化探头的极化试片与相邻的管道连接的导线上串联有测量电阻，该控制终端通过导线分别与测量电阻的两端连接。以此，可使该控制终端获取到该测量电阻的电压，通过欧姆定律计算可方便获知流过该极化试片上的电流。

为解决上述技术问题，本技术方案还提供了一种管道阴极保护输出调节方法，其步骤包括：沿管道的延伸方向布设如上述的管道阴极保护输出调节系统；将土壤中布设多个腐蚀速率探头及多个智能电位采集装置的区域定义为多个检测点；控制终端获取各个检测点的腐蚀试片两端的电压及腐蚀试片流过的电流，以及管道的断电电位及流过极化试片上的电流；控制终端根据每个检测点的流过极化试片上的电流、极化试片的密度及极化试片的表面积，计算每个检测点于一测量持续时间的第一腐蚀速率；控制终端根据每个检测点的腐蚀试片两端的电压、腐蚀试片流过的电流、腐蚀试片的密度及腐蚀试片的表面积，计算每个检测点于该测量持续时间的第二腐蚀速率；控制终端根据每个检测点的第一腐蚀速率与第二腐蚀速率计算每个检测点的腐蚀测量误差；控制终端将腐蚀测量误差小于10％的检测点定义为调控检测点，并统计调控检测点的数量；控制终端根据调控检测点的数量、调控检测点管道的断电电位及流过调控检测点的极化试片上的电流执行报警操作或调整恒电位仪的输出。据此，本技术方案的管道阴极保护输出调节方法可通过腐蚀速率探头测得的第二腐蚀速率与流过极化试片上的电流计算出的第一腐蚀速率进行计算验证，从而确定极化试片当前状态是否正常，再将正常状态下的极化试片上流过的电流作为调整恒电位仪的依据，而可进一步提高阴极保护调节的准确性，并可避免失效检测点对恒电位仪调整输出所造成的不利影响，从而防止使恒电位仪的输出过大而造成管道过保护的情况发生。

作为本技术方案的另一种实施，该控制终端计算每个检测点于测量持续时间的第一腐蚀速率的具体方法为：

其中V₁为第一腐蚀速率，H₁为腐蚀深度，I_DC为流过极化试片上的电流，T为测量持续时间，F为法拉第常数，ρ₁为极化试片的密度，S₁为极化试片的表面积。

作为本技术方案的另一种实施，该控制终端计算每个检测点于测量持续时间的第二腐蚀速率的具体方法为：

其中V₂为第二腐蚀速率，V_F为腐蚀试片两端的电压，I_F为腐蚀试片流过的电流，R为腐蚀试片的电阻，S₂为腐蚀试片的表面积，ρ₂为腐蚀试片的密度，H₂为腐蚀试片的剩余厚度，T为测量持续时间。

作为本技术方案的另一种实施，该控制终端计算每个检测点的腐蚀测量误差的具体方法为：

其中W为腐蚀测量误差。

作为本技术方案的另一种实施，该控制终端执行报警操作或调整恒电位仪的输出的具体方法为：控制终端判断调控检测点的数量为0，则控制终端发出报警信号；否则，控制终端判断调控检测点的数量大于或等于1，则控制终端进一步判断各个调控检测点的管道的断电电位及流过极化试片上的电流，当其中任一调控检测点的管道的断电电位小于负1.2V时，则控制终端维持恒电位仪的输出保持不变；否则当所有调控检测点的管道的断电电位均大于或等于负1.2V时，则控制终端控制恒电位仪增大输出，直至其中任一调控检测点的管道的断电电位小于负1.2V或是所有调控检测点的流过极化试片上的电流均小于或等于0时，控制终端控制恒电位仪停止增大输出并保持当前的输出。

作为本技术方案的另一种实施，该控制终端获取流过极化试片上的电流的具体方法为：于各个检测点的极化试片与相邻的管道连接的导线上分别串联有测量电阻，控制终端通过导线分别与测量电阻的两端连接，以测量得到测量电阻的电压，并通过欧姆定律

而获得流过极化试片上的电流，其中I_DC为流过极化试片上的电流，V_DC为测量电阻的电压，R_DC为测量电阻的电阻。

作为本技术方案的另一种实施，在恒电位仪连接管道和阳极地床后，是按照预置工作模式进行运行的，预置工作模式包括：恒通电电位模式、恒断电电位模式、恒电流模式及恒电压模式。恒电位仪按照预置工作模式开始运行，能够使管道更快的进入阴极保护状态，以减轻甚至避免腐蚀的发生，提高了防腐性能生效的速度。

附图说明

图1为本发明管道阴极保护输出调节系统的结构示意图；

图2为本发明管道阴极保护输出调节方法的步骤流程图。

附图中的符号说明：

1管道；2腐蚀速率探头；3控制终端；4阳极地床；5恒电位仪；6智能电位采集装置；7测量电阻；S1～S8步骤。

具体实施方式

有关本发明的详细说明及技术内容，配合图式说明如下，然而所附图式仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。

如图1所示，为本发明管道阴极保护输出调节系统的一具体实施例，该管道阴极保护输出调节系统包括：多个腐蚀速率探头2、控制终端3、阳极地床4、恒电位仪5及多个智能电位采集装置6；其中该多个腐蚀速率探头2彼此间隔一检测距离且沿管道1的延伸方向布设于管道1的一侧的土壤中，该检测距离可以为相同间距，但也可以为不同间距，且该多个腐蚀速率探头2均与控制终端3电性连接，以将腐蚀速率探头2测量得到的腐蚀试片两端的电压以及腐蚀试片流过的电流传送给控制终端3；该阳极地床4埋设于管道1的一侧的土壤中且通过导线与恒电位仪5连接；该恒电位仪5与控制终端3电性连接，且该恒电位仪5还通过导线与管道1连接；该多个智能电位采集装置6对应且相邻该多个腐蚀速率探头2而布设于管道1的一侧的土壤中且均与控制终端3电性连接，并且该多个智能电位采集装置6还通过导线分别与相邻的管道1连接；该控制终端3通过智能电位采集装置6测量得到管道1的断电电位以及流过智能电位采集装置6中的极化试片上的电流。本发明中为了便于恒电位仪与控制终端的电性连接(信号传输)，可采用有线或无线的方式进行信号的传输，具体可采用以太网或845端口的实施方式，但本发明对此并不加以限定。

具体而言，该智能电位采集装置6是由智能电位采集仪(图未标示)及极化探头(图未标示)构成；该智能电位采集仪与控制终端3电性连接，极化探头的极化试片通过导线与相邻的管道1连接，以此使极化探头中设置的极化试片与所连接的管道1电位相同，以便通过极化试片的电位反应管道1的阴极保护状态及腐蚀情况。控制终端3通过该智能电位采集仪测量得到与该智能电位采集仪相邻的管道1的断电电位，以及通过该极化探头测量得到流过极化试片上的电流。而该极化探头的极化试片与相邻的管道1连接的导线上还可串联有测量电阻7，该控制终端3通过导线分别与测量电阻7的两端连接，以此可使该控制终端3获取到该测量电阻7的电压，并通过欧姆定律计算得出流过该极化试片上的电流。

据此，本发明的管道阴极保护输出调节系统可通过腐蚀速率探头及智能电位采集装置实时对管道的腐蚀情况以及阴极保护状态进行检测，并且将流过极化试片上的电流作为调整恒电位仪的依据，以对恒电位仪的调整更加准确与及时，从而提高了恒电位仪调整输出的反应速度，提升了对于管道的阴极保护效果，以致减轻甚至可以避免管道腐蚀情况的发生。

如图2所示，本发明还提供了一种管道阴极保护输出调节方法，步骤包括：

S1：沿管道的延伸方向布设如上述的管道阴极保护输出调节系统；

S2：将土壤中布设多个腐蚀速率探头及多个智能电位采集装置的区域定义为多个检测点；

S3：控制终端获取各个检测点的腐蚀试片两端的电压及腐蚀试片流过的电流，以及管道的断电电位及流过极化试片上的电流；

S4：控制终端根据每个检测点的流过极化试片上的电流、极化试片的密度及极化试片的表面积，计算每个检测点于一测量持续时间的第一腐蚀速率；

S5：控制终端根据每个检测点的腐蚀试片两端的电压、腐蚀试片流过的电流、腐蚀试片的密度及腐蚀试片的表面积，计算每个检测点于该测量持续时间的第二腐蚀速率；

S6：控制终端根据每个检测点的第一腐蚀速率与第二腐蚀速率计算每个检测点的腐蚀测量误差；

S7：控制终端将腐蚀测量误差小于10％的检测点定义为调控检测点，并统计调控检测点的数量；

S8：控制终端根据调控检测点的数量、调控检测点管道的断电电位及流过调控检测点的极化试片上的电流执行报警操作或调整恒电位仪的输出。

对于步骤S7中，腐蚀测量误差大于10％的检测点，由于直接测量得到的第二腐蚀速率与计算得到的第一腐蚀速率存在较大差异，其很大程度上是由于该检测点的腐蚀速率探头存在损坏，或者极化试片存在阳离子金属覆盖等异常情况，因此该检测点作为调整依据是不准确的，需要剔除。

本发明的管道阴极保护输出调节方法中，上述步骤S3中，该控制终端获取流过极化试片上的电流的具体方法为：于各个检测点的极化试片与相邻的管道连接的导线上分别串联有测量电阻，控制终端通过导线分别与测量电阻的两端连接，以测量得到测量电阻的电压，并通过欧姆定律

而获得流过极化试片上的电流，其中I_DC为流过极化试片上的电流，V_DC为测量电阻的电压，R_DC为测量电阻的电阻。

上述步骤S4中，该控制终端计算每个检测点于测量持续时间的第一腐蚀速率的具体方法为：

其中V₁为第一腐蚀速率，H₁为腐蚀深度，I_DC为流过极化试片上的电流，T为测量持续时间，F为法拉第常数，ρ₁为极化试片的密度，S₁为极化试片的表面积。该测量持续时间T可视实际测量需求人为设定，而该极化试片的密度ρ₁及极化试片的表面积S₁可根据极化试片的材料及尺寸测量结果获得。

上述步骤S5中，该控制终端计算每个检测点于测量持续时间的第二腐蚀速率的具体方法为：

其中V₂为第二腐蚀速率，V_F为腐蚀试片两端的电压，I_F为腐蚀试片流过的电流，R为腐蚀试片的电阻，S₂为腐蚀试片的表面积，ρ₂为腐蚀试片的密度，H₂为腐蚀试片的剩余厚度，T为测量持续时间。该腐蚀试片的密度ρ₂及腐蚀试片的表面积S₂可根据腐蚀试片的材料及尺寸测量结果获得。

上述步骤S6中，该控制终端计算每个检测点的腐蚀测量误差的具体方法为：

其中W为腐蚀测量误差。

上述步骤S8中，该控制终端执行报警操作或调整恒电位仪的输出的具体方法为：控制终端判断调控检测点的数量为0，则说明全部检测点可能都存在异常，控制终端发出报警信号，此时恒电位仪不进行调整；否则，控制终端判断调控检测点的数量大于或等于1，则控制终端进一步判断各个调控检测点的管道的断电电位及流过极化试片上的电流，当其中任一调控检测点的管道的断电电位小于负1.2V时，则控制终端维持恒电位仪的输出保持不变，这说明管道沿线各个检测点处在阴极保护状态或适当的过保护状态下防腐效果良好；否则当所有调控检测点的管道的断电电位均大于或等于负1.2V时，则控制终端控制恒电位仪增大输出，同时控制终端实时测量所有调控检测点上流过极化试片的电流和管道的断电电位，直至其中任一调控检测点的管道的断电电位小于负1.2V或是所有调控检测点的流过极化试片上的电流均小于或等于0时，则控制终端控制恒电位仪停止增大输出并保持当前的输出状态。

据此，本发明的管道阴极保护输出调节方法可通过腐蚀速率探头测得的第二腐蚀速率与流过极化试片上的电流计算出的第一腐蚀速率进行计算验证，从而确定极化试片当前状态是否正常，再将正常状态下的极化试片上流过的电流作为调整恒电位仪的依据，而可进一步提高阴极保护调节的准确性，并可避免失效检测点对恒电位仪调整输出所造成的不利影响，从而防止使恒电位仪的输出过大而造成管道过保护的情况发生。

另外，于本发明中，在恒电位仪连接管道和阳极地床后，是按照预置工作模式进行运行的，预置工作模式包括：恒通电电位模式、恒断电电位模式、恒电流模式及恒电压模式。恒电位仪布设后即按照预置工作模式开始运行，能够在进行调整之前使管道的电位偏负，以此起到一定的阴极保护效果，而使管道更快的进入阴极保护状态，以减轻甚至避免腐蚀的发生，提高了防腐性能生效的速度。

以上仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的专利范围，其他运用本发明的专利构思所做的等效变化，均应属于本发明的专利保护范围。

Claims (6)

1.一种管道阴极保护输出调节方法，其特征在于，步骤包括：

将多个腐蚀速率探头彼此间隔一检测距离且沿管道的延伸方向布设于所述管道的一侧的土壤中，并且所述多个腐蚀速率探头均与一控制终端电性连接，以将所述腐蚀速率探头测量得到的腐蚀试片两端的电压以及腐蚀试片流过的电流传送给所述控制终端；将阳极地床埋设于所述管道的一侧的土壤中且通过导线与一恒电位仪连接；所述恒电位仪与所述控制终端电性连接，且所述恒电位仪还通过导线与所述管道连接；将多个智能电位采集装置对应且相邻所述多个腐蚀速率探头而布设于所述管道的一侧的土壤中且均与所述控制终端电性连接，并且所述多个智能电位采集装置还通过导线分别与相邻的所述管道连接；所述控制终端通过所述智能电位采集装置测量得到管道的断电电位以及流过智能电位采集装置中的极化试片上的电流；

将土壤中布设所述多个腐蚀速率探头及多个智能电位采集装置的区域定义为多个检测点；

所述控制终端获取各个检测点的所述腐蚀试片两端的电压及腐蚀试片流过的电流，以及所述管道的断电电位及流过所述极化试片上的电流；

所述控制终端根据每个检测点的流过所述极化试片上的电流、极化试片的密度及极化试片的表面积，计算每个检测点于一测量持续时间的第一腐蚀速率，具体方法为：

其中V₁为第一腐蚀速率，H₁为腐蚀深度，I_DC为流过极化试片上的电流，T为测量持续时间，F为法拉第常数，ρ₁为极化试片的密度，S₁为极化试片的表面积，

其中，所述控制终端获取流过所述极化试片上的电流的具体方法为：

于各个检测点的极化试片与相邻的管道连接的导线上分别串联有测量电阻，所述控制终端通过导线分别与所述测量电阻的两端连接，以测量得到所述测量电阻的电压，并通过欧姆定律

而获得流过所述极化试片上的电流，其中V_DC为测量电阻的电压，R_DC为测量电阻的电阻；

所述控制终端根据每个检测点的所述腐蚀试片两端的电压、腐蚀试片流过的电流、腐蚀试片的密度及腐蚀试片的表面积，计算每个检测点于所述测量持续时间的第二腐蚀速率，具体方法为：

其中V₂为第二腐蚀速率，V_F为腐蚀试片两端的电压，I_F为腐蚀试片流过的电流，R为腐蚀试片的电阻，S₂为腐蚀试片的表面积，ρ₂为腐蚀试片的密度，H₂为腐蚀试片的剩余厚度，T为测量持续时间；

所述控制终端根据每个检测点的所述第一腐蚀速率与第二腐蚀速率计算每个检测点的腐蚀测量误差；

所述控制终端将所述腐蚀测量误差小于10％的检测点定义为调控检测点，并统计所述调控检测点的数量；

所述控制终端根据所述调控检测点的数量、调控检测点管道的断电电位及流过调控检测点的极化试片上的电流执行报警操作或调整所述恒电位仪的输出，具体方法为：

所述控制终端判断所述调控检测点的数量为0，则所述控制终端发出报警信号，

否则，所述控制终端判断所述调控检测点的数量大于或等于1，则所述控制终端进一步判断各个调控检测点的管道的断电电位及流过极化试片上的电流，当其中任一调控检测点的管道的断电电位小于负1.2V时，则所述控制终端维持所述恒电位仪的输出保持不变；否则当所有调控检测点的管道的断电电位均大于或等于负1.2V时，则所述控制终端控制所述恒电位仪增大输出，直至其中任一调控检测点的管道的断电电位小于负1.2V或是所有调控检测点的流过极化试片上的电流均小于或等于0时，所述控制终端控制所述恒电位仪停止增大输出并保持当前的输出。

2.根据权利要求1所述的管道阴极保护输出调节方法，其特征在于，所述控制终端计算每个检测点的腐蚀测量误差的具体方法为：

其中W为腐蚀测量误差。

3.根据权利要求1所述的管道阴极保护输出调节方法，其特征在于，所述恒电位仪连接所述管道和阳极地床后，是按照预置工作模式进行运行的，所述预置工作模式包括：恒通电电位模式、恒断电电位模式、恒电流模式及恒电压模式。

4.一种管道阴极保护输出调节系统，其特征在于，包括：多个腐蚀速率探头、控制终端、阳极地床、恒电位仪及多个智能电位采集装置，且根据权利要求1所述的管道阴极保护输出调节方法进行布设。

5.根据权利要求4所述的管道阴极保护输出调节系统，其特征在于，所述智能电位采集装置由智能电位采集仪及极化探头构成；所述智能电位采集仪与所述控制终端电性连接，所述极化探头的极化试片通过导线与相邻的所述管道连接；所述控制终端通过所述智能电位采集仪测量得到所述管道的断电电位以及通过所述极化探头测量得到流过极化试片上的电流。

6.根据权利要求5所述的管道阴极保护输出调节系统，其特征在于，所述极化探头的极化试片与相邻的所述管道连接的导线上串联有测量电阻，所述控制终端通过导线分别与所述测量电阻的两端连接。

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