CN113281247A

CN113281247A - 一种海洋腐蚀模拟与监测系统

Info

Publication number: CN113281247A
Application number: CN202110741643.1A
Authority: CN
Inventors: 蒋全通; 路东柱; 刘娜珍; 段继周; 侯保荣
Original assignee: Institute of Oceanology of CAS
Current assignee: Institute of Oceanology of CAS
Priority date: 2021-06-30
Filing date: 2021-06-30
Publication date: 2021-08-20

Abstract

本发明公开了一种海洋腐蚀模拟与监测系统，包括模拟装置子系统、监控设备子系统、中心设备子系统、本地终端子系统和远程终端子系统，所述模拟装置子系统用于开展单一变量参数、生物污损、多因素耦合的海洋腐蚀规律和腐蚀机理研究，所述监控设备子系统和中心设备子系统进行参数控制、数据采集处理、数据共享和实时监控；通过本地终端子系统、远程终端子系统组成数据收集控制终端，通过各种数据收集传感器，对各种关键环境参数和腐蚀数据进行实时原位测量。通过本发明可以快速、准确、可靠的实现新型海洋耐蚀材料和防腐蚀技术的科学评价。

Description

一种海洋腐蚀模拟与监测系统

技术领域

本发明涉及一种海洋腐蚀模拟与监测系统。

背景技术

目前，各种新武器装备、新材料、新工艺等先进技术被应用于相关海域。因此，对海洋腐蚀环境中各种装备新材料的耐腐蚀性能进行测试评价，对材料的服役寿命进行科学预测和评估工作也显得异常紧迫。

如何快速准确的对在典型海洋环境中应用的各种耐腐蚀材料和防腐蚀方法进行评价，具有重要的战略意义。目前还没有这样的腐蚀模拟系统。因此，亟需设计研制一种新型的海洋腐蚀环境模拟系统，真实再现外海的腐蚀环境，模拟海洋工程结构、海洋新材料在实际海洋环境中的腐蚀规律，揭示其腐蚀机理和腐蚀模型，对其耐腐蚀性能和服役寿命进行科学的评估和预测。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种海洋腐蚀模拟与监测系统，以达到可以快速、准确、可靠的实现对海洋耐腐蚀材料和防腐蚀技术的科学评价的目的。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种海洋腐蚀模拟与监测系统，包括模拟装置子系统、监控设备子系统、中心设备子系统、本地终端子系统和远程终端子系统，所述模拟装置子系统用于开展单一变量参数、生物污损、多因素耦合的海洋腐蚀规律和腐蚀机理研究，所述监控设备子系统和中心设备子系统进行参数控制、数据采集处理、数据共享和实时监控；通过本地终端子系统、远程终端子系统组成数据收集控制终端，通过各种数据收集传感器，对各种关键环境参数和腐蚀数据进行实时原位测量。

上述方案中，所述模拟装置子系统包括造波造浪区、生物污损区、单一因素测试区、海水旋转冲刷腐蚀区、多因素耦合测试区，上述各分区通过管路连接海水蓄水池，并由动力系统提供电力，上述各分区均布置有温湿度传感器、腐蚀传感器和水下摄像头。

上述方案中，所述监控设备子系统包括伺服控制模块、数据采集模块、视频处理模块、网络管理模块、共享数据模块和远程通讯模块。

上述方案中，所述中心设备子系统包括大屏幕监控、视频及水下监控、波浪潮汐监控、喷淋光照监控、设备运行监控、大型构筑物监控、多参数区监控、生物加速区监控、异常报警监控，分别实时监控模拟装置子系统里的各个分区，对异常情况发出警报提醒。

上述方案中，所述本地终端子系统由本地多台具备控制、存储功能的电脑组成，通过各种数据收集传感器，对各种关键环境参数和腐蚀数据进行实时原位测量。

上述方案中，所述远程终端子系统由多台具备远程控制、远程通讯的电脑、移动手机、数据基站、GPRS、Internet网络组成，用于实现对各个子系统的远程控制以及全网数据共享。

进一步的技术方案中，所述造波造浪区包括在造波造浪水池内设置的推板造波机和设置于造波造浪水池外部为推板造波机提供动力的多轴控制器，所述造波造浪水池内布置待测样品。

进一步的技术方案中，所述生物污损区包括在生物污损水池内布放的微生物、藻类和贝类。

进一步的技术方案中，所述单一因素测试区包括单一因素水池，所述单一因素水池上开设进水口、出水口和氧气入口，所述单一因素水池上方设置光照控制器和喷淋降雨控制器，内部设置温湿度控制器、氧含量控制器、盐度控制器和pH值控制器。

进一步的技术方案中，所述海水旋转冲刷腐蚀区包括腐蚀区水池和设置于其内部的旋转挂片，所述旋转挂片上悬挂有待测试样，所述腐蚀区水池内布放有流速传感器。

通过上述技术方案，本发明提供的海洋腐蚀模拟与监测系统具有如下有益效果：

本系统通过模拟装置子系统开展单一变量参数、生物污损、多因素耦合的海洋腐蚀规律和腐蚀机理研究；通过监控设备子系统和中心设备子系统进行参数控制、数据采集处理、数据共享和实时监控；通过本地终端子系统、远程终端子系统组成数据收集控制终端，通过各种数据收集传感器，对各种关键环境参数和腐蚀数据进行实时原位测量。通过本发明可以快速、准确、可靠的实现新型海洋耐蚀材料和防腐蚀技术的科学评价。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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。

图1为本发明实施例所公开的一种海洋腐蚀模拟与监测系统示意图；

图2为本发明的波浪造浪区示意图；

图3为本发明的生物污损区示意图；

图4为本发明的单一因素测试区示意图；

图5为本发明的海水旋转冲刷腐蚀区示意图；

图6为本发明的多因素耦合测试区示意图。

图中，1、造波造浪水池；2、推板造波机；3、多轴控制器；4、待测样品；5、生物污损水池；6、微生物；7、藻类；8、贝类；9、单一因素水池；10、进水口；11、出水口；12、氧气入口；13、光照控制器；14、喷淋降雨控制器；15、温湿度控制器；16、氧含量控制器；17、盐度控制器；18、pH值控制器；19、腐蚀区水池；20、旋转挂片。

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。

本发明提供了一种海洋腐蚀模拟与监测系统，如图1所示，包括模拟装置子系统、监控设备子系统、中心设备子系统、本地终端子系统和远程终端子系统。

一、模拟装置子系统

模拟装置子系统用于开展单一变量参数、生物污损、多因素耦合的海洋腐蚀规律和腐蚀机理研究。

模拟装置子系统包括造波造浪区、生物污损区、单一因素测试区、海水旋转冲刷腐蚀区、多因素耦合测试区，上述各分区通过管路连接海水蓄水池，并由动力系统提供电力，上述各分区均布置有温湿度传感器、腐蚀传感器和水下摄像头。

1、造波造浪区

造波造浪区可以开展浪花飞溅程度对材料的腐蚀规律研究，能通过调节波浪冲击强度来模拟研究各海域不同大小浪花飞溅程度对材料腐蚀性能影响；造波造浪区可以模拟规则波以及国内外常用频谱(包括J谱、PM谱、scott谱、中国港工规范谱)的不规则波，并且必须具有自定义造波板运动序列功能，满足各种试验使用要求。

如图2所示，造波造浪区包括在造波造浪水池1内设置的推板造波机2和设置于造波造浪水池1外部为推板造波机2提供动力的多轴控制器3，造波造浪水池1内布置待测样品4。

2、生物污损区

如图3所示，生物污损区可以开展海洋环境生物污损腐蚀研究，能够实时观察污损生物附着过程、附着数量和测量附着力大小，高效筛选防污涂料和材料；生物污损区位于造波造浪区一侧，属于独立的区域，包括在生物污损水池5内布放海洋环境中对生物腐蚀起重要影响的各种微生物6(如硫酸盐还原菌)、藻类7(如小球藻)、贝类8(如藤壶、贻贝)等。

3、单一因素测试区

如图4所示，单一因素测试区包括单一因素水池9，单一因素水池上开设进水口10、出水口11和氧气入口12，单一因素水池9上方设置光照控制器13和喷淋降雨控制器14，内部设置温湿度控制器15、氧含量控制器16、盐度控制器17和pH值控制器18。可以通过调控光照、温度、湿度、降雨、盐度、pH值、氧含量等参数，研究单因素条件下材料的腐蚀特征和规律；单一因素测试区位于生物污损区一侧，由动力系统提供电力，属于独立的区域。

4、海水旋转冲刷腐蚀区

海水旋转冲刷腐蚀区可以模拟材料在流动海水或含泥沙海水中的磨损规律，即可以开展舰船在不同航速下海水中的腐蚀规律研究。

如图5所示，海水旋转冲刷腐蚀区包括腐蚀区水池19和设置于其内部的旋转挂片20，旋转挂片20上悬挂有待测样品4，腐蚀区水池19内布放有流速传感器。

5、多因素耦合测试区

多因素耦合测试区其中包含造波造浪设备、对生物腐蚀起重要影响的各种微生物、关照开关、温湿度控制器、喷淋降雨控制器、盐度调节器、pH调节器、充氧控制器、海水旋转冲刷腐蚀设备等。由动力系统提供电力，属于独立的区域，它同时具备造波造浪区、生物污损区、单一因素测试区、海水旋转冲刷腐蚀区的所有功能，属于集成区域。可以耦合典型海洋环境中物理、化学、生物等关键腐蚀因子，如温度、盐度、生物活性等，研究多种腐蚀介质交变影响下的材料腐蚀机制，从化学介质、生物活性、材料劣化损伤角度认识海洋环境的结构腐蚀机理与腐蚀损伤规律研究和协同作用。

6、海水蓄水池

海水蓄水池21结构为混凝土结构，内壁必须进行钢筋混凝土柔韧性涂层防腐处理，具体为封闭性底涂、平整性腻子、延展性中涂、耐候性面涂四层配套体系，海水蓄水池21的所有管路和过滤网系统，全部为316L耐海水不锈钢材质，表面进行重防腐涂层处理，从而保证持续为模拟装置子系统提供新鲜海水；海水蓄水池位于各实验区域的外侧，储存大量实验用过滤海水，有管路通过各个实验区，为造波造浪区、造波造浪区、生物污损区、单一因素测试区、海水旋转冲刷腐蚀区、多因素耦合测试区提供实验用海水。可以做到各个实验区，打开阀门即可灌注海水，满足实验需求。如图6所示，海水蓄水池上设置进水口10和出水口11，内部设置多个过滤膜22。

7、动力系统

动力系统包括电源和动力泵，动力泵的叶轮、泵壳用锡青铜材质；泵轴、过滤网、螺栓、连接螺栓、电机上下导轴承座、出水口法兰、电机轴均用316L材质；电机膨胀调节囊、密封O形环用橡胶材质，其主要为模拟装置子系统提供动力来源；动力系统通过使用一个多轴控制器，控制造波造浪区的造波板上下、前后运动，控制其运动的频率和速度，实现产生水波和浪花的功能。具体位置位于造波造浪区外侧。

腐蚀传感器包含腐蚀电位测试仪、腐蚀电流测量仪、电偶腐蚀测试仪、电化学工作站，可以多通道实时同步监测模拟装置子系统中的多种材料和样品的原位腐蚀数据；每个实验区域(造波造浪区、造波造浪区、生物污损区、单一因素测试区、海水旋转冲刷腐蚀区、多因素耦合测试区)均布放腐蚀传感器，对该区域内的腐蚀数据进行实时监测。

流速传感器布放于海水旋转冲刷腐蚀区内，用来实时监测海水旋转冲刷腐蚀区，在旋转冲刷腐蚀实验过程中，海水、淡水、油水混合物等不同液体介质的瞬时流速，量程范围流速0-100m/s。

温湿度传感器是采用数字集成传感器做探头，配以数字化处理电路，从而可以迅速将环境中的温度和相对湿度转换成与之相对应的标准模拟信号，实时监测模拟装置子系统的环境温度和湿度，同时传感器可采集温湿度数据并通过以太网方式上传到服务器实现远距离的数据采集和传输；每个实验区域(造波造浪区、造波造浪区、生物污损区、单一因素测试区、海水旋转冲刷腐蚀区、多因素耦合测试区)均布放温湿度传感器传感器，对该区域内的温湿度数据进行实时监测。

水下摄像头、高清摄像头、红外摄像头实时观察模拟装置子系统各区的相关过程，摄像头均采用高质量电缆为视频传输控制线，低照度传感器保证水上和水下的画质清晰，广角镜头确保全面捕获模拟装置子系统的各个区域。每个实验区域(造波造浪区、造波造浪区、生物污损区、单一因素测试区、海水旋转冲刷腐蚀区、多因素耦合测试区)均布放水下摄像头、高清摄像头、红外摄像头，对实验过程进行实时监控。海水蓄水池仅布放水下摄像头，监控海水过滤的工作状态。

二、监控设备子系统

监控设备子系统进行参数控制、数据采集处理、数据共享和实时监控。监控设备子系统包括伺服控制模块、数据采集模块、视频处理模块、网络管理模块、共享数据模块和远程通讯模块。

其中：伺服控制模块可以控制动力系统、造波造浪功能、旋转冲刷功能；数据采集模块采集腐蚀传感器数据、海水流速计数据、温度湿度传感器数据；视频处理模块控制水下摄像头、高清摄像头、红外摄像头；网络管理模块负责管理系统网络；共享数据模块负责数据共享控制；远程通讯模块负责远程终端控制。

三、中心设备子系统

中心设备子系统进行参数控制、数据采集处理、数据共享和实时监控。中心设备子系统包括大屏幕监控、视频及水下监控、波浪潮汐监控、喷淋光照监控、设备运行监控、大型构筑物监控、多参数区监控、生物加速区监控、异常报警监控，分别实时监控模拟装置子系统里的各个分区，对异常情况发出警报提醒。

四、本地终端子系统

本地终端子系统由本地多台具备控制、存储功能的电脑组成，通过各种数据收集传感器，对各种关键环境参数和腐蚀数据进行实时原位测量。

五、远程终端子系统

远程终端子系统由多台具备远程控制、远程通讯的电脑、移动手机、数据基站、GPRS、Internet网络组成，用于实现对各个子系统的远程控制以及全网数据共享。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种海洋腐蚀模拟与监测系统，其特征在于，包括模拟装置子系统、监控设备子系统、中心设备子系统、本地终端子系统和远程终端子系统，所述模拟装置子系统用于开展单一变量参数、生物污损、多因素耦合的海洋腐蚀规律和腐蚀机理研究，所述监控设备子系统和中心设备子系统进行参数控制、数据采集处理、数据共享和实时监控；通过本地终端子系统、远程终端子系统组成数据收集控制终端，通过各种数据收集传感器，对各种关键环境参数和腐蚀数据进行实时原位测量。

2.根据权利要求1所述的一种海洋腐蚀模拟与监测系统，其特征在于，所述模拟装置子系统包括造波造浪区、生物污损区、单一因素测试区、海水旋转冲刷腐蚀区、多因素耦合测试区，上述各分区通过管路连接海水蓄水池，并由动力系统提供电力，上述各分区均布置有温湿度传感器、腐蚀传感器和水下摄像头。

3.根据权利要求1所述的一种海洋腐蚀模拟与监测系统，其特征在于，所述监控设备子系统包括伺服控制模块、数据采集模块、视频处理模块、网络管理模块、共享数据模块和远程通讯模块。

4.根据权利要求1所述的一种海洋腐蚀模拟与监测系统，其特征在于，所述中心设备子系统包括大屏幕监控、视频及水下监控、波浪潮汐监控、喷淋光照监控、设备运行监控、大型构筑物监控、多参数区监控、生物加速区监控、异常报警监控，分别实时监控模拟装置子系统里的各个分区，对异常情况发出警报提醒。

5.根据权利要求1所述的一种海洋腐蚀模拟与监测系统，其特征在于，所述本地终端子系统由本地多台具备控制、存储功能的电脑组成，通过各种数据收集传感器，对各种关键环境参数和腐蚀数据进行实时原位测量。

6.根据权利要求1所述的一种海洋腐蚀模拟与监测系统，其特征在于，所述远程终端子系统由多台具备远程控制、远程通讯的电脑、移动手机、数据基站、GPRS、Internet网络组成，用于实现对各个子系统的远程控制以及全网数据共享。

7.根据权利要求2所述的一种海洋腐蚀模拟与监测系统，其特征在于，所述造波造浪区包括在造波造浪水池内设置的推板造波机和设置于造波造浪水池外部为推板造波机提供动力的多轴控制器，所述造波造浪水池内布置待测样品。

8.根据权利要求2所述的一种海洋腐蚀模拟与监测系统，其特征在于，所述生物污损区包括在生物污损水池内布放的微生物、藻类和贝类。

9.根据权利要求2所述的一种海洋腐蚀模拟与监测系统，其特征在于，所述单一因素测试区包括单一因素水池，所述单一因素水池上开设进水口、出水口和氧气入口，所述单一因素水池上方设置光照控制器和喷淋降雨控制器，内部设置温湿度控制器、氧含量控制器、盐度控制器和pH值控制器。

10.根据权利要求2所述的一种海洋腐蚀模拟与监测系统，其特征在于，所述海水旋转冲刷腐蚀区包括腐蚀区水池和设置于其内部的旋转挂片，所述旋转挂片上悬挂有待测试样，所述腐蚀区水池内布放有流速传感器。