CN114016041A - 一种用于阴极保护的油气管道电位检测方法及其装置 - Google Patents

一种用于阴极保护的油气管道电位检测方法及其装置 Download PDF

Info

Publication number
CN114016041A
CN114016041A CN202111314605.4A CN202111314605A CN114016041A CN 114016041 A CN114016041 A CN 114016041A CN 202111314605 A CN202111314605 A CN 202111314605A CN 114016041 A CN114016041 A CN 114016041A
Authority
CN
China
Prior art keywords
voltage
test piece
cathodic protection
component
calculating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202111314605.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114016041B (zh
Inventor
刘学辉
唐勇
丁帅
姜子鱼
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chengdu Borui Kechuan Technology Co ltd
Original Assignee
Chengdu Borui Kechuan Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chengdu Borui Kechuan Technology Co ltd filed Critical Chengdu Borui Kechuan Technology Co ltd
Priority to CN202111314605.4A priority Critical patent/CN114016041B/zh
Publication of CN114016041A publication Critical patent/CN114016041A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114016041B publication Critical patent/CN114016041B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
    • C23F13/00—Inhibiting corrosion of metals by anodic or cathodic protection
    • C23F13/02—Inhibiting corrosion of metals by anodic or cathodic protection cathodic; Selection of conditions, parameters or procedures for cathodic protection, e.g. of electrical conditions
    • C23F13/06—Constructional parts, or assemblies of cathodic-protection apparatus
    • C23F13/08—Electrodes specially adapted for inhibiting corrosion by cathodic protection; Manufacture thereof; Conducting electric current thereto
    • C23F13/22—Monitoring arrangements therefor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
    • C23F13/00—Inhibiting corrosion of metals by anodic or cathodic protection
    • C23F13/02—Inhibiting corrosion of metals by anodic or cathodic protection cathodic; Selection of conditions, parameters or procedures for cathodic protection, e.g. of electrical conditions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
    • C23F2213/00—Aspects of inhibiting corrosion of metals by anodic or cathodic protection
    • C23F2213/30—Anodic or cathodic protection specially adapted for a specific object
    • C23F2213/32—Pipes

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Testing Resistance To Weather, Investigating Materials By Mechanical Methods (AREA)

Abstract

本发明公开了一种用于阴极保护的油气管道电位检测方法及其装置，包括：采集待测管道点的电压的数字信号；处理全部数字信号，并基于不同种类的数字信号的处理结果生成腐蚀评价结果，腐蚀评价结果包括通电电压、断电电压、阴极保护电位的等效交流电压分量及交流电压分量、交流试片的直流电流分量及交流电流分量、阴极保护电位试片的直流电流分量及交流电流分量和自然试片的直流有效电压；将腐蚀评价结果传输至用户端。本发明通过设置多种检测试片及采集多种类的监测参数，并改进监测参数的数据处理方法，使得后端数据处理单元能够还原真实的采集参数，从而生成多个维度的真实的腐蚀评价结果。

Description

一种用于阴极保护的油气管道电位检测方法及其装置
技术领域
本发明涉及油气管道检测技术领域，具体涉及一种用于阴极保护的油气管道电位检测方法及其装置。
背景技术
阴极保护是保障油气管道安全运行的重要手段，其断电电位是判断管道是否达到保护的重要参数。油气管道阴极保护技术目前发展已经比较成熟，在实际运行中，保护效果的好坏取决于对系统的正确维护。
目前国内外对于油气管道阴极保护参数的检测基本上是采用定期人工监测方式，通过数字万用表直接对阴极保护参数进行测量。而少有的自动的油气管道电位采集仪仅能采集通电电位、断电电位、自然电位，并且具有采集速率低、采集密度低、电位失真、管道现场受到其他杂散电流干扰无法准确解析杂散电流分量等问题。
综上所述，传统的油气管道电位检测方法存在监测参数单一、检测结果可靠性低的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种用于阴极保护的油气管道电位检测方法及其装置，通过改进检测方法，解决了传统的油气管道电位检测方法存在的监测参数单一、检测结果可靠性低的问题。
为解决以上问题，本发明的技术方案为采用一种用于阴极保护的油气管道电位检测方法，包括：采集待测管道点的电压的数字信号；处理全部所述数字信号，并基于不同种类的所述数字信号的处理结果生成腐蚀评价结果，其中，所述腐蚀评价结果至少包括通电电压、断电电压、阴极保护电位的等效交流电压分量及交流电压分量、交流试片的直流电流分量及交流电流分量、阴极保护电位试片的直流电流分量及交流电流分量和自然试片的直流有效电压；将所述腐蚀评价结果传输至用户端。
可选地，采集阴极保护电位的电压的数字信号，包括：在阴极保护电位试片与待测管道电连接时，采集阴极保护电位试片与参比电极之间的电压的数字信号、待测管道与参比电极之间的电压的数字信号、交流试片与参比电极、土壤构成的回路中电流在取样电阻上形成的电压的数字信号、土壤与阴极保护电位试片形成的回路中电流在取样电阻上形成的电压的数字信号、自然试片与参比电极之间的电压的数字信号；在阴极保护电位试片与待测管道断开连接时，采集阴极保护电位试片与参比电极之间的电压的数字信号。
可选地，处理全部所述数字信号，包括：基于单位时间t内采集的电压的数字信号构成数据集合Vsum{V1 V2 V3 V… Vn}，提取所述数据集合Vsum中直流电压最大值Vmax和直流电压最小值Vmin，并利用公式
Figure BDA0003343244840000021
计算所述数据集合中的直流电压平均值
Figure BDA0003343244840000022
基于所述直流电压平均值、所述直流电压最大值、所述直流电压最小值和交流干扰系数判断是否忽略交流干扰，其中，判断公式可以是
Figure BDA0003343244840000023
交流干扰系数k>0，默认为0.1；若该判断公式成立则可忽略所述交流干扰，则直流电压为
Figure BDA0003343244840000024
若该判断公式不成立则不忽略所述交流干扰，则基于所述直流电压平均值、所述直流电压最大值、所述直流电压最小值和虚拟过零点权重系数计算虚拟过零点后，利用虚拟零点在集合Vsum中寻找过零点的下标并构建过零点集合T0，并计算所述过零点集合T0中任意两个相邻的过零点之间的时间间隔，所述时间间隔即为交流干扰周期T；将集合Vsum基于所述交流干扰周期T拆分多个集合VX，每个集合VX中包含
Figure BDA0003343244840000025
个元素，其中，fADC为数字信号采集频率；利用公式
Figure BDA0003343244840000031
计算每个集合VX的直流电压分量，利用公式
Figure BDA0003343244840000032
计算每个集合VX的平均等效交流电压值；利用公式
Figure BDA0003343244840000033
计算单位时间t内的等效交流电压有效值，其中，ui为第x个周期内的平均等效交流电压值；利用公式
Figure BDA0003343244840000034
计算模拟信号的初始相位角，其中，V1为第一个集合VX的第一个元素，u1为第一个集合VX的平均等效交流电压值；基于所述交流干扰周期T、单位时间t内的交流电压分量和所述初始相位角，利用公式
Figure BDA0003343244840000035
合成等效交流电压分量，并利用公式
Figure BDA0003343244840000036
计算等效直流电压分量。
可选地，基于所述单位时间t内的等效交流电压分量和等效直流电压分量还原真实采样值、真实交流值，包括：对所述集合Vsum进行FFT变换，得到频域集合Cn[a0+ib0,a1+ib1,a2+ib2,…an+ibn]；将所述频域集合转换为振幅，则所述振幅为
Figure BDA0003343244840000037
其中，Zn为表示频域的复数对应的模，
Figure BDA0003343244840000038
利用公式
Figure BDA0003343244840000039
计算所述振幅的单边振幅，并计算不同频率的频域集合Cn下的初始相位角；提取所述单边振幅中的主要交流分量并形成新的集合P1；基于所述集合P1、所述不同频率的频域集合Cn下的初始相位角和所述单位时间t内的等效交流电压分量，利用公式
Figure BDA0003343244840000041
生成真实采样值V(t)和真实交流值Vc(t)，其中，L1为集合P1的长度，L为集合Vsum的数据长度，Pm 1为集合中P1的元素，θPm1为集合中的元素θn。
可选地，基于不同种类的所述数字信号的处理结果生成腐蚀评价结果，包括：基于在阴极保护电位试片与待测管道电连接时，采集的阴极保护电位试片与参比电极之间的电压的数字信号及其处理结果，提取计算得到的等效直流电压分量
Figure BDA0003343244840000042
作为通电电压；基于在阴极保护电位试片与待测管道断开连接时，采集的阴极保护电位试片与参比电极之间的电压的数字信号及其处理结果，提取计算得到的直流电压分量
Figure BDA0003343244840000043
并令y＝g(x)
Figure BDA0003343244840000044
则
Figure BDA0003343244840000045
在yx-ymin≤k*(ymax-ymin)&g′(x)＝a&|g′(x-1)|＞|g′(x)|lim a→0时的
Figure BDA0003343244840000046
的值为断电电压；基于采集的待测管道与参比电极之间的电压的数字信号及其处理结果，提取计算得到的等效直流电压分量
Figure BDA0003343244840000047
作为阴极保护电位的直流有效电压，提取计算得到的等效交流电压分量
Figure BDA0003343244840000048
作为阴极保护电位的等效交流电压分量，提取计算得到的交流电压分量
Figure BDA0003343244840000051
作为阴极保护电位的交流电压分量；基于采集的交流试片与参比电极、土壤构成的回路中电流在取样电阻上形成的电压的数字信号，利用公式
Figure BDA0003343244840000052
计算交流试片上的实时电流数据，取实时电流数据的平均值
Figure BDA0003343244840000053
作为交流试片的直流电流分量，对单位时间t内的实时电流数据集合进行平移处理，
Figure BDA0003343244840000054
(n＝1,2,3...L)，L为集合In的元素个数，则交流试片的交流电流分量为
Figure BDA0003343244840000055
基于采集的土壤与阴极保护电位试片形成的回路中电流在取样电阻上形成的电压的数字信号，利用公式
Figure BDA0003343244840000056
计算阴极保护电位试片上的实时电流数据，取实时电流数据的平均值
Figure BDA0003343244840000057
作为阴极保护电位试片的直流电流分量，对单位时间t内的实时电流数据集合进行平移处理，
Figure BDA0003343244840000058
(n＝1,2,3...L)，L为集合In的元素个数，则阴极保护电位试片的交流电流分量为
Figure BDA0003343244840000059
基于采集的自然试片与参比电极之间的电压的数字信号及其处理结果，提取计算得到的等效直流电压分量
Figure BDA00033432448400000510
作为自然试片的直流有效电压。
可选地，基于不同种类的所述数字信号的处理结果生成腐蚀评价结果，还包括：基于所述通电电压与所述断电电压计算IR降；基于所述通电电压计算直流跳变系数；基于交流试片的所述直流电流分量计算阳极腐蚀电流密度，并基于所述阳极腐蚀电流密度计算管道腐蚀速率。
相应地，本发明提供，一种用于阴极保护的油气管道电位检测装置，包括依次级联的信号采集端、主控单元和通信单元，其中，用于采集电压及电流数据的所述信号采集端，包括彼此并联的阴极保护电位试片、交流试片、自然试片和参比电极，及相应的采样电路；主控单元，基于所述电压及电流数据生成腐蚀评价结果并传输至所述通信单元；通信单元，用于将所述腐蚀评价结果传输至用户端。
可选地，所述信号采集端与所述主控单元之间依次设置有用于保护电路及提升信号可靠性的隔离单元、信号放大及模数转换单元。
可选地，所述通信单元至少包括4G通信单元。
可选地，所述油气管道电位检测装置还包括定位单元，所述定位单元能够基于GPS天线获取待测量管道的位置信息，所述主控单元能够基于所述位置信息和所述腐蚀评价结果打包后传输至所述通信单元。
可选地，所述油气管道电位检测装置还包括用于为所述油气管道电位检测装置电源供电的供电单元，所述供电单元至少包括太阳能电池板、电源管理单元和储能电池。
本发明的首要改进之处为提供的用于阴极保护的油气管道电位检测方法，通过设置多种检测试片及采集多种类的监测参数，并改进监测参数的数据处理方法，使得后端数据处理单元能够还原真实的采集参数，从而生成多个维度的真实的腐蚀评价结果，解决了传统的油气管道电位检测方法存在的监测参数单一、检测结果可靠性低的问题。
附图说明
图1是本发明的用于阴极保护的油气管道电位检测方法的简化流程图；
图2是本发明的用于阴极保护的油气管道电位检测装置的简化单元连接图；
图3是本发明的用于阴极保护的油气管道电位检测装置的一个优选实施例的简化电气连接图；
图4是本发明的用于阴极保护的油气管道电位检测方法生成的交流干扰频率、振幅和初始相位角的检测结果的示例图；
图5是本发明的提取所述单边振幅中的主要交流分量的方法的简化流程图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示，一种用于阴极保护的油气管道电位检测方法，包括：
S1：采集待测管道点的电压的数字信号。
进一步的，采集阴极保护电位的电压的数字信号，包括：在阴极保护电位试片与待测管道电连接时，采集阴极保护电位试片与参比电极之间的电压的数字信号、待测管道与参比电极之间的电压的数字信号、交流试片与参比电极、土壤构成的回路中电流在取样电阻上形成的电压的数字信号、土壤与阴极保护电位试片形成的回路中电流在取样电阻上形成的电压的数字信号、自然试片与参比电极之间的电压的数字信号；在阴极保护电位试片与待测管道断开连接时，采集阴极保护电位试片与参比电极之间的电压的数字信号。
S2：处理全部所述数字信号，并基于不同种类的所述数字信号的处理结果生成腐蚀评价结果，其中，所述腐蚀评价结果至少包括通电电压、断电电压、阴极保护电位的等效交流电压分量及交流电压分量、交流试片的直流电流分量及交流电流分量、阴极保护电位试片的直流电流分量及交流电流分量和自然试片的直流有效电压。
进一步的，处理全部所述数字信号，包括：基于单位时间t内采集的电压的数字信号构成数据集合Vsum{V1 V2 V3 V… Vn}，提取所述数据集合Vsum中直流电压最大值Vmax和直流电压最小值Vmin，并利用公式
Figure BDA0003343244840000071
计算所述数据集合中的直流电压平均值
Figure BDA0003343244840000072
基于所述直流电压平均值、所述直流电压最大值、所述直流电压最小值和交流干扰系数判断是否忽略交流干扰，其中，判断公式可以是
Figure BDA0003343244840000081
交流干扰系数k>0，默认为0.1；若该判断公式成立则可忽略所述交流干扰，则直流电压为
Figure BDA0003343244840000082
若该判断公式不成立则不忽略所述交流干扰，则基于所述直流电压平均值、所述直流电压最大值、所述直流电压最小值和虚拟过零点权重系数计算虚拟过零点后，利用虚拟零点在集合Vsum中寻找过零点的下标并构建过零点集合T0，并计算所述过零点集合T0中任意两个相邻的过零点之间的时间间隔，所述时间间隔即为交流干扰周期T；将集合Vsum基于所述交流干扰周期T拆分多个集合VX，每个集合VX中包含
Figure BDA0003343244840000083
个元素，其中，fADC为数字信号采集频率；利用公式
Figure BDA0003343244840000084
计算每个集合VX的直流电压分量，利用公式
Figure BDA0003343244840000085
计算每个集合VX的平均等效交流电压值；利用公式
Figure BDA0003343244840000086
计算单位时间t内的等效交流电压有效值，其中，ui为第x个周期内的平均等效交流电压值；利用公式
Figure BDA0003343244840000087
计算模拟信号的初始相位角θ，其中，V1为第一个集合VX的第一个元素，u1为第一个集合VX的平均等效交流电压值，如果存在V1>0且V1-V2<0，θ为第一象限角、如果存在V1>0且V1-V2>0，θ为第二象限角、如果存在V1<0且V1-V2<0，θ为第四象限角、如果存在V1<0且V1-V2>0，θ为第三象限角；基于所述交流干扰周期T、单位时间t内的交流电压分量和所述初始相位角，利用公式
Figure BDA0003343244840000088
合成等效交流电压分量，并利用公式
Figure BDA0003343244840000089
计算等效直流电压分量。
更进一步的，基于所述直流电压平均值、所述直流电压最大值、所述直流电压最小值和虚拟过零点权重系数计算虚拟过零点后，利用虚拟零点在集合Vsum中寻找过零点的下标并构建过零点集合T0，包括：利用公式
Figure BDA0003343244840000091
计算虚拟过零点，其中，K0为虚拟过零点权重系数，默认值为0.001，K0∈(0,∞)，同时，若存在
Figure BDA0003343244840000092
则
Figure BDA0003343244840000093
利用虚拟零点在集合Vsum中寻找过零点Vn下标，过零点下标判定方法为：Vn＞＝V0&Vn+1＞V0&Vn+...＞V0&Vn+m＞V0&Vn-1＜V0&Vn-2＜V0&Vn-...＜V0&Vn-m＜V0其中，
Figure BDA0003343244840000094
更进一步的，基于所述单位时间t内的等效交流电压分量和等效直流电压分量还原真实采样值和真实交流值，包括：由于对Vsum中的任意信号都可用傅里叶(FT)表示f(t)，
Figure BDA0003343244840000095
L为集合Vsum的长度、fADC为高速ADC采样频率、T为Vsum的采样时间，其中，周期与采样频率的关系为T＝L*fADC，a0表达式为
Figure BDA0003343244840000096
，an表达式为
Figure BDA0003343244840000097
bn表达式为：
Figure BDA0003343244840000098
带入欧拉公式eiθ＝cosθ+i sinθ，则对公式变换得到时域和频域的关系，时域表达式：
Figure BDA0003343244840000101
则，
Figure BDA0003343244840000102
Figure BDA0003343244840000103
因此，频域表达式为
Figure BDA0003343244840000104
因此对所述集合Vsum进行FFT变换，得到频域集合Cn[a0+ib0,a1+ib1,a2+ib2,…an+ibn]；将所述频域集合转换为振幅，则所述振幅为
Figure BDA0003343244840000105
其中，Zn为表示频域的复数对应的模，
Figure BDA0003343244840000106
则完整振幅为
Figure BDA0003343244840000107
利用公式
Figure BDA0003343244840000108
计算所述振幅的单边振幅，并计算不同频率的频域集合Cn下的初始相位角θn，
Figure BDA0003343244840000109
如图5所示，提取所述单边振幅中的主要交流分量并形成新的集合P1；基于所述集合P1、所述不同频率的频域集合Cn下的初始相位角和所述单位时间t内的等效交流电压分量，利用公式
Figure BDA00033432448400001010
生成真实采样值V(t)和真实交流值Vc(t)，其中，L1为集合P1的长度，L为集合Vsum的数据长度，Pm 1为集合中P1的元素，θPm1为集合中的元素θn。
进一步的，基于不同种类的所述数字信号的处理结果生成腐蚀评价结果，包括：基于在阴极保护电位试片与待测管道电连接时，采集的阴极保护电位试片与参比电极之间的电压的数字信号及其处理结果，提取计算得到的等效直流电压分量
Figure BDA0003343244840000111
作为通电电压；基于在阴极保护电位试片与待测管道断开连接时，采集的阴极保护电位试片与参比电极之间的电压的数字信号及其处理结果，提取计算得到的直流电压分量
Figure BDA0003343244840000112
并令y＝g(x)
Figure BDA0003343244840000113
则
Figure BDA0003343244840000114
在yx-ymin≤k*(ymax-ymin)&g′(x)＝a&|g′(x-1)|＞|g′(x)|lim a→0时的
Figure BDA0003343244840000115
的值为断电电压；基于采集的待测管道与参比电极之间的电压的数字信号及其处理结果，提取计算得到的等效直流电压分量
Figure BDA0003343244840000116
作为阴极保护电位的直流有效电压，提取计算得到的等效交流电压分量
Figure BDA0003343244840000117
作为阴极保护电位的等效交流电压分量，提取计算得到的交流电压分量
Figure BDA0003343244840000118
作为阴极保护电位的交流电压分量；基于采集的交流试片与参比电极、土壤构成的回路中电流在取样电阻上形成的电压的数字信号，利用公式
Figure BDA0003343244840000119
计算交流试片上的实时电流数据，取实时电流数据的平均值
Figure BDA0003343244840000121
作为交流试片的直流电流分量，对单位时间t内的实时电流数据集合进行平移处理，
Figure BDA0003343244840000122
(n＝1,2,3...L)，L为集合In的元素个数，则交流试片的交流电流分量为
Figure BDA0003343244840000123
基于采集的土壤与阴极保护电位试片形成的回路中电流在取样电阻上形成的电压的数字信号，利用公式
Figure BDA0003343244840000124
计算阴极保护电位试片上的实时电流数据，取实时电流数据的平均值
Figure BDA0003343244840000125
作为阴极保护电位试片的直流电流分量，对单位时间t内的实时电流数据集合进行平移处理，
Figure BDA0003343244840000126
(n＝1,2,3...L)，L为集合In的元素个数，则阴极保护电位试片的交流电流分量为
Figure BDA0003343244840000127
基于采集的自然试片与参比电极之间的电压的数字信号及其处理结果，提取计算得到的等效直流电压分量
Figure BDA0003343244840000128
作为自然试片的直流有效电压。
更进一步的，基于不同种类的所述数字信号的处理结果生成腐蚀评价结果，还包括：基于所述通电电压与所述断电电压计算IR降，计算公式为UIR＝|Von-Voff|，von为所述通电电压，Vof为所述断电电压；基于所述通电电压计算直流跳变系数，计算公式为
Figure BDA0003343244840000129
基于交流试片的所述直流电流分量计算阳极腐蚀电流密度，计算公式为
Figure BDA00033432448400001210
其中，ia为阳极电流密度，I为试片上的直流电流分量，S为试片面积，并基于所述阳极腐蚀电流密度计算管道腐蚀速率，计算公式为
Figure BDA0003343244840000131
其中，vg为试片自然腐蚀速率，即管道在自然条件下的腐蚀速率，A为试片(管道金属)摩尔质量，n为金属离子电荷数，K为测量误差系数，默认K＝1。进一步的，利用公式
Figure BDA0003343244840000132
基于IR降生成管道腐蚀电流值I，并生成管道腐蚀电流密度
Figure BDA0003343244840000133
进而生成管道腐蚀速率
Figure BDA0003343244840000134
和管道保护率
Figure BDA0003343244840000135
更进一步的，生成的腐蚀评价结果还可以包括：利用公式
Figure BDA0003343244840000136
计算交流腐蚀速率，其中，Ia为交流干扰下金属阳极溶解反应的电流密度，用于表征交流腐蚀速率，Icorr为自然腐蚀电流密度，与阳极电流密度相同；V为交流赋值，与阴极保护电位的直流有效电压相同；w为角速度，与阴极保护电位的等效交流电压分量中的
Figure BDA0003343244840000137
相同；βa为金属反应的阳极塔菲尔斜率。同时，还能够基于对采集的数据的真实交流值
Figure BDA0003343244840000138
提取主要的交流干扰频率
Figure BDA0003343244840000139
其中，m∈[1，L1]，使得用户能够使用交流干扰频率和振幅作为寻找干扰源的依据，便于用户在后期寻找干扰源并为用户维权提供了可信的证据。如图4所示，能够准确提取主要的交流干扰频率、振幅和初始相位角作为寻找干扰源的依据。同时，本发明通过采集并计算多个维度的真实的可用于评价腐蚀状况的参数，并利用计算不同维度的参数得到能够直观评价腐蚀状况的参数，例如：直流跳变系数、管道腐蚀速率和交流腐蚀速率等参数，使得用户能够得到直观的多维度的腐蚀评价结果。
S3：将所述腐蚀评价结果传输至用户端。
进一步的，所述检测方法还包括：基于GPS天线获取待测量管道的位置信息，基于所述位置信息和所述腐蚀评价结果打包后传输至所述通信单元，所述通信单元将所述腐蚀评价结果传输至用户端。
本发明通过设置多种检测试片及采集多种类的监测参数，并改进监测参数的数据处理方法，使得后端数据处理单元能够还原真实的采集参数，从而生成多个维度的真实的腐蚀评价结果，解决了传统的油气管道电位检测方法存在的监测参数单一、检测结果可靠性低的问题。
相应的，如图2所示，本发明提供，一种用于阴极保护的油气管道电位检测装置，其特征在于，包括依次级联的信号采集端、主控单元和通信单元，其中，用于采集电压及电流数据的所述信号采集端，包括彼此并联的阴极保护电位试片、交流试片、自然试片和参比电极，及相应的采样电路；主控单元，基于所述电压及电流数据生成腐蚀评价结果并传输至所述通信单元；通信单元，用于将所述腐蚀评价结果传输至用户端。其中，如图3所示，在采用该实施例时，主控单元使用型号为STM32L431CBT6的微处理器，阴极保护电位试片(图中简化为阴保试片)、交流试片、自然试片和参比电极上的采样电路使用基于ADC1和ADC2构成的采样电路，通信单元使用4G通信芯片。
进一步的，所述信号采集端与所述主控单元之间依次设置有用于保护电路及提升信号可靠性的隔离单元、信号放大及模数转换单元。
进一步的，所述油气管道电位检测装置还包括定位单元，所述定位单元能够基于GPS天线获取待测量管道的位置信息，所述主控单元能够基于所述位置信息和所述腐蚀评价结果打包后传输至所述通信单元。
更进一步的，所述油气管道电位检测装置还包括用于为所述油气管道电位检测装置电源供电的供电单元，所述供电单元至少包括太阳能电池板、电源管理单元和储能电池。
以上对本发明实施例所提供的一种用于阴极保护的油气管道电位检测方法及其装置进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

Claims (10)

1.一种用于阴极保护的油气管道电位检测方法，其特征在于，包括：
采集待测管道点的电压的数字信号；
处理全部所述数字信号，并基于不同种类的所述数字信号的处理结果生成腐蚀评价结果，其中，所述腐蚀评价结果至少包括通电电压、断电电压、阴极保护电位的等效交流电压分量及交流电压分量、交流试片的直流电流分量及交流电流分量、阴极保护电位试片的直流电流分量及交流电流分量和自然试片的直流有效电压；
将所述腐蚀评价结果传输至用户端。
2.根据权利要求1所述的油气管道电位检测方法，其特征在于，采集阴极保护电位的电压的数字信号，包括：
在阴极保护电位试片与待测管道电连接时，采集阴极保护电位试片与参比电极之间的电压的数字信号、待测管道与参比电极之间的电压的数字信号、交流试片与参比电极、土壤构成的回路中电流在取样电阻上形成的电压的数字信号、土壤与阴极保护电位试片形成的回路中电流在取样电阻上形成的电压的数字信号、自然试片与参比电极之间的电压的数字信号；
在阴极保护电位试片与待测管道断开连接时，采集阴极保护电位试片与参比电极之间的电压的数字信号。
3.根据权利要求2所述的油气管道电位检测方法，其特征在于，处理全部所述数字信号，包括：
基于单位时间t内采集的电压的数字信号构成数据集合Vsum{V1 V2 V3 V … Vn}，提取所述数据集合Vsum中直流电压最大值Vmax和直流电压最小值Vmin，并计算所述数据集合中的直流电压平均值
Figure FDA0003343244830000011
基于所述直流电压平均值、所述直流电压最大值、所述直流电压最小值和交流干扰系数判断是否忽略交流干扰；
若忽略所述交流干扰，则直流电压为
Figure FDA0003343244830000021
若不忽略所述交流干扰，则基于所述直流电压平均值、所述直流电压最大值、所述直流电压最小值和虚拟过零点权重系数计算虚拟过零点后，利用虚拟零点在集合Vsum中寻找过零点的下标并构建过零点集合T0，并计算所述过零点集合T0中任意两个相邻的过零点之间的时间间隔，所述时间间隔即为交流干扰周期T；
将集合Vsum基于所述交流干扰周期T拆分多个集合VX，每个集合VX中包含
Figure FDA0003343244830000022
个元素，其中，fADC为数字信号采集频率；
利用公式
Figure FDA0003343244830000023
计算每个集合VX的直流电压分量，利用公式
Figure FDA0003343244830000024
计算每个集合VX的平均等效交流电压值；
利用公式
Figure FDA0003343244830000025
计算单位时间t内的等效交流电压有效值，其中，ui为第x个周期内的平均等效交流电压值；
利用公式
Figure FDA0003343244830000026
计算模拟信号的初始相位角，其中，V1为第一个集合VX的第一个元素，u1为第一个集合VX的平均等效交流电压值；
基于所述交流干扰周期T、单位时间t内的交流电压分量和所述初始相位角，利用公式
Figure FDA0003343244830000027
合成等效交流电压分量，并利用公式
Figure FDA0003343244830000028
计算等效直流电压分量。
4.根据权利要求3所述的油气管道电位检测方法，其特征在于，基于所述单位时间t内的等效交流电压分量和等效直流电压分量还原真实采样值和真实交流值，包括：
对所述集合Vsum进行FFT变换，得到频域集合Cn[a0+ib0,a1+ib1,a2+ib2,…an+ibn]；
将所述频域集合转换为振幅，则所述振幅为
Figure FDA0003343244830000031
其中，Zn为表示频域的复数对应的模，
Figure FDA0003343244830000032
利用公式
Figure FDA0003343244830000033
计算所述振幅的单边振幅，并计算不同频率的频域集合Cn下的初始相位角；
提取所述单边振幅中的主要交流分量并形成新的集合P1；
基于所述集合P1、所述不同频率的频域集合Cn下的初始相位角和所述单位时间t内的等效交流电压分量，利用公式
Figure FDA0003343244830000034
Figure FDA0003343244830000035
m∈[1，L1]，
生成真实采样值V(t)和真实交流值Vc(t)，其中，L1为集合P1的长度，L为集合Vsum的数据长度，Pm 1为集合中P1的元素，θPm1为集合中的元素θn。
5.根据权利要求4所述的油气管道电位检测方法，其特征在于，基于不同种类的所述数字信号的处理结果生成腐蚀评价结果，包括：
基于在阴极保护电位试片与待测管道电连接时，采集的阴极保护电位试片与参比电极之间的电压的数字信号及其处理结果，提取计算得到的等效直流电压分量
Figure FDA0003343244830000036
作为通电电压；
基于在阴极保护电位试片与待测管道断开连接时，采集的阴极保护电位试片与参比电极之间的电压的数字信号及其处理结果，提取计算得到的直流电压分量
Figure FDA0003343244830000041
并令y＝g(x)
Figure FDA0003343244830000042
则
Figure FDA0003343244830000043
在yx-ymin≤k*(ymax-ymin)&g′(x)＝a&|g′(x-1)|＞|g′(x)| lima→0时的
Figure FDA0003343244830000044
的值为断电电压；
基于采集的待测管道与参比电极之间的电压的数字信号及其处理结果，提取计算得到的等效直流电压分量
Figure FDA0003343244830000045
作为阴极保护电位的直流有效电压，提取计算得到的等效交流电压分量
Figure FDA0003343244830000046
作为阴极保护电位的等效交流电压分量，提取计算得到的交流电压分量
Figure FDA0003343244830000047
作为阴极保护电位的交流电压分量；
基于采集的交流试片与参比电极、土壤构成的回路中电流在取样电阻上形成的电压的数字信号，利用公式
Figure FDA0003343244830000048
计算交流试片上的实时电流数据，取实时电流数据的平均值
Figure FDA0003343244830000049
作为交流试片的直流电流分量，对单位时间t内的实时电流数据集合进行平移处理，
Figure FDA00033432448300000410
L为集合In的元素个数，则交流试片的交流电流分量为
Figure FDA00033432448300000411
基于采集的土壤与阴极保护电位试片形成的回路中电流在取样电阻上形成的电压的数字信号，利用公式
Figure FDA00033432448300000412
计算阴极保护电位试片上的实时电流数据，取实时电流数据的平均值
Figure FDA0003343244830000051
作为阴极保护电位试片的直流电流分量，对单位时间t内的实时电流数据集合进行平移处理，
Figure FDA0003343244830000052
(n＝1,2,3...L)，L为集合In的元素个数，则阴极保护电位试片的交流电流分量为
Figure FDA0003343244830000053
基于采集的自然试片与参比电极之间的电压的数字信号及其处理结果，提取计算得到的等效直流电压分量
Figure FDA0003343244830000054
作为自然试片的直流有效电压。
6.根据权利要求4所述的油气管道电位检测方法，其特征在于，基于不同种类的所述数字信号的处理结果生成腐蚀评价结果，还包括：
基于所述通电电压与所述断电电压计算IR降；
基于所述通电电压计算直流跳变系数；
基于交流试片的所述直流电流分量计算阳极腐蚀电流密度，并基于所述阳极腐蚀电流密度计算管道腐蚀速率。
7.一种用于阴极保护的油气管道电位检测装置，其特征在于，包括依次级联的信号采集端、主控单元和通信单元，其中，
用于采集电压及电流数据的所述信号采集端，包括彼此并联的阴极保护电位试片、交流试片、自然试片和参比电极，及相应的采样电路；
主控单元，基于所述电压及电流数据生成腐蚀评价结果并传输至所述通信单元；
通信单元，用于将所述腐蚀评价结果传输至用户端。
8.根据权利要求7所述的油气管道电位检测装置，其特征在于，所述信号采集端与所述主控单元之间依次设置有用于保护电路及提升信号可靠性的隔离单元、信号放大及模数转换单元。
9.根据权利要求8所述的油气管道电位检测装置，其特征在于，所述通信单元至少包括4G通信单元。
10.根据权利要求7所述的油气管道电位检测装置，其特征在于，所述油气管道电位检测装置还包括定位单元，所述定位单元能够基于GPS天线获取待测量管道的位置信息，所述主控单元能够基于所述位置信息和所述腐蚀评价结果打包后传输至所述通信单元。
CN202111314605.4A 2021-11-08 2021-11-08 一种用于阴极保护的油气管道电位检测方法及其装置 Active CN114016041B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111314605.4A CN114016041B (zh) 2021-11-08 2021-11-08 一种用于阴极保护的油气管道电位检测方法及其装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111314605.4A CN114016041B (zh) 2021-11-08 2021-11-08 一种用于阴极保护的油气管道电位检测方法及其装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114016041A true CN114016041A (zh) 2022-02-08
CN114016041B CN114016041B (zh) 2022-07-29

Family

ID=80062333

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111314605.4A Active CN114016041B (zh) 2021-11-08 2021-11-08 一种用于阴极保护的油气管道电位检测方法及其装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114016041B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115110083A (zh) * 2022-05-27 2022-09-27 国家石油天然气管网集团有限公司 基于阴极保护的长输管道瞬时腐蚀速率测试装置
CN115216775A (zh) * 2022-06-28 2022-10-21 浙江浙能天然气运行有限公司 一种基于动态电位的阴极保护系统

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104928686A (zh) * 2015-05-08 2015-09-23 中国石油化工股份有限公司 一种埋地管道阴极保护数据采集系统
CN105040001A (zh) * 2015-07-06 2015-11-11 中国石油化工股份有限公司 一种埋地管道阴极保护数据采集装置
CN109917720A (zh) * 2019-04-04 2019-06-21 中国石油化工股份有限公司 在役钢质管道杂散电流监检测及阴极保护电源控制装置及方法
CN110210125A (zh) * 2019-05-31 2019-09-06 常州大学 一种基于阴极保护数据的埋地管道防腐层质量评价方法
CN110656335A (zh) * 2019-11-01 2020-01-07 贵州电网有限责任公司 一种变电站接地装置阴极保护电位探测系统及其探测方法
CN111690938A (zh) * 2020-06-05 2020-09-22 大庆市中研技术开发有限公司 一种阴极保护智能化控制方法及系统
CN212560442U (zh) * 2020-04-30 2021-02-19 深圳市燃气集团股份有限公司 基于城镇燃气管道阴极保护的ai智能监测与调控设备
CN112430817A (zh) * 2020-09-27 2021-03-02 北京科技大学 埋地金属管道腐蚀参数测试探头分体式装置及测试方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104928686A (zh) * 2015-05-08 2015-09-23 中国石油化工股份有限公司 一种埋地管道阴极保护数据采集系统
CN105040001A (zh) * 2015-07-06 2015-11-11 中国石油化工股份有限公司 一种埋地管道阴极保护数据采集装置
CN109917720A (zh) * 2019-04-04 2019-06-21 中国石油化工股份有限公司 在役钢质管道杂散电流监检测及阴极保护电源控制装置及方法
CN110210125A (zh) * 2019-05-31 2019-09-06 常州大学 一种基于阴极保护数据的埋地管道防腐层质量评价方法
CN110656335A (zh) * 2019-11-01 2020-01-07 贵州电网有限责任公司 一种变电站接地装置阴极保护电位探测系统及其探测方法
CN212560442U (zh) * 2020-04-30 2021-02-19 深圳市燃气集团股份有限公司 基于城镇燃气管道阴极保护的ai智能监测与调控设备
CN111690938A (zh) * 2020-06-05 2020-09-22 大庆市中研技术开发有限公司 一种阴极保护智能化控制方法及系统
CN112430817A (zh) * 2020-09-27 2021-03-02 北京科技大学 埋地金属管道腐蚀参数测试探头分体式装置及测试方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115110083A (zh) * 2022-05-27 2022-09-27 国家石油天然气管网集团有限公司 基于阴极保护的长输管道瞬时腐蚀速率测试装置
CN115216775A (zh) * 2022-06-28 2022-10-21 浙江浙能天然气运行有限公司 一种基于动态电位的阴极保护系统
CN115216775B (zh) * 2022-06-28 2024-04-26 国家管网集团浙江省天然气管网有限公司 一种基于动态电位的阴极保护系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN114016041B (zh) 2022-07-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN114016041B (zh) 一种用于阴极保护的油气管道电位检测方法及其装置
CN103454497B (zh) 基于改进加窗离散傅立叶变换的相位差测量方法
CN104233314B (zh) 一种埋地管道动态干扰电位测试系统
CN111413588B (zh) 一种配电网单相接地故障选线方法
US9448086B2 (en) Method for analyzing the electricity consumption of a site provided with a plurality of electrical devices
CN106018958B (zh) 孤网变频系统中二次侧电流电压频率跟踪方法
CN102565574A (zh) 船舶电能质量监测系统
CN106066437B (zh) 一种金属氧化物避雷器在线监测装置及其监测方法
CN110687399B (zh) 一种配电网故障指示器波形故障开始时刻判断方法
JP2013044752A (ja) 位相識別システム及び方法
CN109636663B (zh) 背靠背配电变压器的户变关系识别方法与装置
CN106443307A (zh) 变电设备绝缘在线监测系统
Shaw et al. A Kalman-filter spectral envelope preprocessor
CN109299134B (zh) 一种非侵入式监测系统下电器的识别方法
CN115980516A (zh) 一种基于波形相似度的配电网故障选线方法及系统
CN106338237A (zh) 基于频响阻抗法的变压器绕组变形检测方法
CN106646138B (zh) 基于多采样频率小波特征能量折算的配电网接地故障定位方法
CN103134969B (zh) 一种功率因数校正器以及相电压估计方法
CN108982954B (zh) 适用于馈线终端的计算相电压幅值与相位的方法及系统
CN105319479B (zh) 输电线路双端故障测距系统
CN109521253B (zh) 一种母线跟踪识别方法及系统
CN110927511B (zh) 一种利用故障波形的电网故障诊断系统及方法
CN112949563A (zh) 基于变点检测和改进knn算法的非侵入式负荷识别方法
CN112994237A (zh) 一种基于云存储和无线通讯技术的远程电流电压监测系统
Liu et al. Use FFT method for the detection and characterization of pipeline's AC stray current interference

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant