CN113913833A - 一种埋地钢质管道阴极保护效果检测装置、方法及电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种埋地钢质管道阴极保护效果检测装置、方法及电路，同时适用于强制电流保护和阳极包保护两种保护方式，通过效果检验单元根据获取管道的阴极保护通电电位和阴极保护断电电位判断埋地钢质管道阴极保护的效果，同时对于阳极包保护还通过阳极包与管道之间的电流判断阴极保护失效与否，以间接得出断地钢质管道阴极保护的效果，不仅检测方便，通过间接法和直接法检验出埋地钢质管道阴极保护的效果，保证检验精度。

Description

一种埋地钢质管道阴极保护效果检测装置、方法及电路
技术领域
本发明涉及阴极保护技术领域，具体涉及一种埋地钢质管道阴极保护效果检测装置、方法及电路。
背景技术
阴极保护是国家标准中推荐使用的重要的钢质燃气管道防腐手段。阴极保护远传系统是实时监控燃气管线阴极保护状态的信息化系统，可以有效提高燃气管线的运维管理水平，降低管线的运维管理成本。
阴极保护方式分为强制电流保护和阳极包保护两种。二者的主要区别是强制电流方式采用恒电位仪，通过市政电网取电，变换为直流电源施加在管道上，阳极包方式是在管道附近埋设比管道更活泼更易腐蚀的金属来防止管道腐蚀。为了监测阴极保护效果，需要测量管道的通电电位、断电电位。阳极包方式，除了需要监测保护效果，还需要监测阳极包的有效性，则还需要测量阳极包的闭路电位、开路电位、输出电流等参数。
目前阴极保护效果主要是靠人工巡检测量，但人工无法测量断电电位，因此评估保护效果可能会存在很大误差；目前也有些智能化测量仪器，但对于不同保护方式，需要多种测量仪器，或者设置多路采样通道，来分别测量上述电位及电流等参数，检测过程繁琐，不仅影响检测效率，多路采样通道还会影响检测精度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是传统的智能化测量仪器，对于不同保护方式的管道，需要多种仪器，或者设置多路采样通道，来分别进行多个参数测量，检测过程繁琐，影响检测效率和精度。本发明目的在于提供一种埋地钢质管道阴极保护效果检测装置、方法及电路，解决了上述技术问题。
本发明通过下述技术方案实现：
本方案提供一种埋地钢质管道阴极保护效果检测装置，包括：管道参数获取单元、阴极保护参数获取单元和效果检验单元；
所述管道参数获取单元采集管道的阴极保护通电电位和阴极保护断电电位；
所述阴极保护参数获取单元采集阴极保护与管道之间的电流；
所述效果检验单元基于管道的阴极保护通电电位和阴极保护断电电位与预设通电电位阈值和断电电位阈值进行比较以判断埋地钢质管道阴极保护的效果；
所述效果检验单元还基于阴极保护与管道之间的电流判断阴极保护失效与否。
本方案工作原理：目前阴极保护效果主要是靠人工巡检测量，但人工无法测量断电电位；目前也有些智能化测量仪器，但对于多种保护方式，需要多种仪器，或者设置多路采样通道，来分别测量上述电位及电流等参数，检测过程繁琐；本方案同时适用于强制电流保护和阳极包保护两种保护方式，通过效果检验单元，根据获取管道的阴极保护通电电位和阴极保护断电电位判断地钢质管道阴极保护的效果，同时对于阳极包保护还通过阳极包与管道之间的电流判断阴极保护(阳极包)失效与否，以间接得出埋地钢质管道阴极保护的效果，不仅检测方便，通过间接法和直接法检验埋地钢质管道阴极保护的效果，保证检验精度。
进一步优化方案为，所述管道参数获取单元包括：参比电极、极化试片和采集模块；所述极化试片掩埋在管道旁并与管道连接，所述参比电极与管道同一深度掩埋且距离管道不超过30cm；
采集模块采集极化试片和参比电极之间的电位差作为管道的阴极保护通电电位；
在极化试片被管道充分极化状态下，采集模块在极化试片与管道断开后120毫秒时刻采集极化试片和参比电极之间的电位差作为管道的阴极保护断电电位。
本方案还提供一种埋地钢质管道阴极保护效果检测方法，应用上述埋地钢质管道阴极保护效果检测装置，包括步骤：
S1、采集管道的阴极保护通电电位和阴极保护断电电位；
S2、采集阴极保护与管道之间的电流；
S3、基于管道的阴极保护通电电位和阴极保护断电电位判断埋地钢质管道阴极保护的效果，基于阴极保护与管道之间的电流判断阴极保护失效与否。
本方案还提供一种埋地钢质管道阴极保护效果检测电路，基于上述埋地钢质管道阴极保护效果检测装置，包括：继电器K1、继电器K2、继电器K3、继电器K4、电阻R、电压表V、外接端口A、外接端口B和外接端口C；
电压表V的第一端经过继电器K1连接至外接端口A，电压表V的第二端连接外接端口B，电阻R的第一端连接电压表V的第二端，电阻R的第二端经过继电器K3连接至外接端口C；
继电器K4连接在外接端口B和外接端口C之间，继电器K2连接在电压表V的第一端和电阻R的第二端之间。
进一步优化方案为，外接端口A连接参比电极、外接端口B连接极化试片，外接端口C连接管道；
在继电器K1闭合、继电器K2断开、继电器K3断开和继电器K4闭合状态下，通过电压表V获得极化试片和参比电极之间的电位差作为管道的阴极保护通电电位；
在继电器K1闭合、继电器K2断开、继电器K3断开和继电器K4闭合状态下，断开继电器K4并延时120毫秒，通过电压表V获得极化试片和参比电极之间的电位差作为管道的阴极保护断电电位；
在继电器K1断开，继电器K2闭合和继电器K3闭合的状态下，通过电压表V获得阴极保护与管道之间的电流。
阴极保护方式分为强制电流保护和阳极包保护两种，本方案提供的埋地钢质管道阴极保护效果检测电路同时适用于两种保护方式；此外，本方案还可以测量阳极包本身的有效性参数。
对于强制电流保护方式，需要测量管道的通电电位、断电电位和直流电流；通电电位是测量管道和参比电极之间的电压值，断电电位是测量已经被管道充分极化后的极化试片在断开与管道的连接后的120毫秒时刻，测量出试片和参比电极之间的电压值，直流电流是直接测量管道和极化试片之间的电流值。
通电电位参数测量方法为：此测量状态即初始状态，也是电路的常态。继电器K1闭合、继电器K2断开、继电器K3断开、继电器K4闭合，此状态下，管道通过继电器K4极化极化试片；此状态可测得管道阴极保护的通电电位。
断电电位参数测量：在继电器K1闭合、继电器K2断开、继电器K3断开、继电器K4闭合状态下，断开K4并延时120毫秒，可测得管道阴极保护的断电电位。
直流电流参数测量：继电器K1闭合、继电器K2断开、继电器K3断开、继电器K4断开状态下，断开继电器K1，闭合继电器K2、闭合继电器K3；此状态下，管道的电流通过继电器K3和电阻R流向极化试片，电压表V测量的是取样电阻R两端的电压值，进而可换算出待测的直流电流参数。
电路异常状态判断：在继电器K1闭合、继电器K2断开、继电器K3断开、继电器K4断开状态下，闭合继电器K4，理论上来说，取样电阻R被继电器K4短路，此时电压表V的测量值应该接近于0V。但实际制造的测量仪器，继电器K4和继电器K3均有电阻值，其和取样电阻R的阻值相当(均为100毫欧)形成电阻分流电路，此时电压表V测量的实际值，是前述直流电流测量值的约1/3。根据此可判断继电器K4开关是否正常。
对于阳极包保护方式，如果测量管道保护参数，则接线方式和测量流程和上述强制电流保护方式完全一致。
如需要监测阳极包本身的有效性，则只需要将外接端口B改接至阳极包输出口；仍按上述测量流程，可分别测量出：阳极包的闭路电位、开路电位、阳极包的输出电流，同时也具有判断K4是否异常的能力。判断K4是否异常非常重要，如K4异常会导致管道失去保护！
在实际使用本电路进行检测时，继电器K4异常将会导致整个测量电路失效，因此本方案还提供了检测电路本身是否失效的方法，为精确的检测过程奠定基础。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
本发明提供的一种埋地钢质管道阴极保护效果检测装置、方法及电路，同时适用于强制电流保护和阳极包保护两种保护方式，通过效果检验单元，根据获取管道的阴极保护通电电位和阴极保护断电电位判断埋地钢质管道阴极保护的效果，同时对于阳极包保护还通过阳极包与管道之间的电流判断阴极保护(阳极包)失效与否，以间接得出埋地钢质管道阴极保护的效果，不仅检测方便，通过间接法和直接法检验出埋地钢质管道阴极保护的效果，保证检验精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。在附图中：
图1为埋地钢质管道阴极保护效果检测装置示意图；
图2为埋地钢质管道阴极保护效果检测电路原理图；
图3为阴极保护通电电位检测原理图；
图4为阴极保护断电电位检测原理图；
图5为阳极包与管道的电流检测原理图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
本实施例提供一种埋地钢质管道阴极保护效果检测装置，包括：管道参数获取单元、阴极保护参数获取单元和效果检验单元；
所述管道参数获取单元采集管道的阴极保护通电电位和阴极保护断电电位；
所述阴极保护参数获取单元采集阴极保护与管道之间的电流；
所述效果检验单元基于管道的阴极保护通电电位和阴极保护断电电位与预设通电电位阈值和断电电位阈值进行比较以判断埋地钢质管道阴极保护的效果；
所述效果检验单元还基于阴极保护与管道之间的电流判断阴极保护失效与否。
所述管道参数获取单元包括：参比电极、极化试片和采集模块；所述极化试片掩埋在管道旁并与管道连接，所述参比电极与管道同一深度掩埋且距离管道不超过30cm；
采集模块采集极化试片和参比电极之间的电位差作为管道的阴极保护通电电位；
在极化试片被管道充分极化状态下，采集模块在极化试片与管道断开后120毫秒时刻采集极化试片和参比电极之间的电位差作为管道的阴极保护断电电位。
实施例2
基于上一实施例，本实施例提供一种埋地钢质管道阴极保护效果检测方法，包括步骤：
S1、采集管道的阴极保护通电电位和阴极保护断电电位；
S2、采集阴极保护与管道之间的电流；
S3、基于管道的阴极保护通电电位和阴极保护断电电位判断埋地钢质管道阴极保护的效果，基于阴极保护装置与管道之间的电流判断阴极保护失效与否。
实施例3
如图2所示，基于实施例1的埋地钢质管道阴极保护效果检测装置，提供一种埋地钢质管道阴极保护效果检测电路，包括：继电器K1、继电器K2、继电器K3、继电器K4、电阻R、电压表V、外接端口A、外接端口B和外接端口C；
电压表V的第一端经过继电器K1连接至外接端口A，电压表V的第二端连接外接端口B，电阻R的第一端连接电压表V的第二端，电阻R的第二端经过继电器K3连接至外接端口C；
继电器K4连接在外接端口B和外接端口C之间，继电器K2连接在电压表V的第一端和电阻R的第二端之间。
使用上述电路对强制电流保护方式进行效果检验，其中外接端口A连接参比电极、外接端口B连接极化试片，外接端口C连接管道；
实施例4
本实施例与上一实施例的区别在于，如图3所示，在继电器K1闭合、继电器K2断开、继电器K3断开和继电器K4闭合状态下，通过电压表V获得极化试片和参比电极之间的电位差，该电位差即为管道与参比电极之间的电位差，即管道的阴极保护通电电位；
实施例5
本实施例与上一实施例的区别在于，如图4所示，在继电器K1闭合、继电器K2断开、继电器K3断开和继电器K4闭合状态下，断开继电器K4并延时120毫秒，通过电压表V获得极化试片和参比电极之间的电位差作为管道的阴极保护断电电位；
实施例6
对于阳极包保护方式时，令外接端口B与阳极包连接，外接端口C与管道连接，如图5所示，在继电器K1断开、继电器K4断开、继电器K2闭合和继电器K3闭合的状态下，通过电压表V获得阴极保护的阳极包与管道之间的电压，由电压和电阻得到阴极保护的阳极包与管道之间的电流，通过该电流即可判断阳极包是否异；
上述状态下，闭合继电器K4，理论上来说，取样电阻R处于被K4短路的状态，此时V的测量值应该接近于0V。但实际制造的测量仪器，K4和K3均有电阻值，其和取样电阻R的阻值相当(均为100毫欧)，形成电阻分流电路，此时V测量的实际值，是前述直流电流测量值的约1/3，根据此原理，可以判断继电器K4是否正常。判断K4是否正常非常重要，如K4失效，将导致管道处于被腐蚀的风险中。
对于镁阳极包(AZ63B)在土壤中，满足相对于硫酸铜参比电极的断电电位介于1.57—1.67V之间，通电电位介于1.52—1.57V之间时，埋地钢质管道阴极保护的效果正常，输出电流在10—100mA内，阳极包正常；
对于锌阳极包在土壤中，满足相对于饱和甘汞参比电极，其断电电位≤-1.05V，通电电位≤-1.03V时，埋地钢质管道阴极保护的效果正常；输出电流在10—100mA内，阳极包正常。
上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种埋地钢质管道阴极保护效果检测装置，其特征在于，包括：管道参数获取单元、阴极保护参数获取单元和效果检验单元；
所述管道参数获取单元采集管道的阴极保护通电电位和阴极保护断电电位；
所述阴极保护参数获取单元采集阴极保护与管道之间的电流；
所述效果检验单元基于管道的阴极保护通电电位和阴极保护断电电位与预设通电电位阈值和断电电位阈值进行比较以判断埋地钢质管道阴极保护的效果；
所述效果检验单元还基于阴极保护与管道之间的电流判断阴极保护失效与否。
2.根据权利要求1所述的一种埋地钢质管道阴极保护效果检测装置，其特征在于，所述管道参数获取单元包括：参比电极、极化试片和采集模块；所述极化试片掩埋在管道旁并与管道连接，所述参比电极与管道同一深度掩埋且距离管道不超过30cm；
采集模块采集极化试片和参比电极之间的电位差作为管道的阴极保护通电电位；
在极化试片被管道充分极化状态下，采集模块在极化试片与管道断开后120毫秒时刻采集极化试片和参比电极之间的电位差作为管道的阴极保护断电电位。
3.一种埋地钢质管道阴极保护效果检测方法，其特征在于，应用权利要求1-2所述的任意一种埋地钢质管道阴极保护效果检测装置，包括步骤：
S1、采集管道的阴极保护通电电位和阴极保护断电电位；
S2、采集阴极保护与管道之间的电流；
S3、基于管道的阴极保护通电电位和阴极保护断电电位判断埋地钢质管道阴极保护的效果，基于阴极保护与管道之间的电流判断阴极保护失效与否。
4.一种埋地钢质管道阴极保护效果检测电路，其特征在于，基于权利要求2所述的一种埋地钢质管道阴极保护效果检测装置，包括：继电器K1、继电器K2、继电器K3、继电器K4、电阻R、电压表V、外接端口A、外接端口B和外接端口C；
电压表V的第一端经过继电器K1连接至外接端口A，电压表V的第二端连接外接端口B，电阻R的第一端连接电压表V的第二端，电阻R的第二端经过继电器K3连接至外接端口C；
继电器K4连接在外接端口B和外接端口C之间，继电器K2连接在电压表V的第一端和电阻R的第二端之间。
5.根据权利要求4所述的一种埋地钢质管道阴极保护效果检测电路，其特征在于，外接端口A连接参比电极、外接端口B连接极化试片，外接端口C连接管道；
在继电器K1闭合、继电器K2断开、继电器K3断开和继电器K4闭合状态下，通过电压表V获得极化试片和参比电极之间的电位差作为管道的阴极保护通电电位；
在继电器K1闭合、继电器K2断开、继电器K3断开和继电器K4闭合状态下，断开继电器K4并延时120毫秒，通过电压表V获得极化试片和参比电极之间的电位差作为管道的阴极保护断电电位；
在继电器K1断开，继电器K2闭合和继电器K3闭合的状态下，通过电压表V获得阴极保护与管道之间的电流。
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