CN114369834A - 一种核电厂埋地管道阴极保护极化测试探头及检测系统 - Google Patents

一种核电厂埋地管道阴极保护极化测试探头及检测系统 Download PDF

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Abstract

本发明属于核电厂埋地管道维修技术领域，具体涉及一种核电厂埋地管道阴极保护极化测试探头及检测系统。管道阴极保护极化测试探头及相应的连接电缆，所述的管道阴极保护极化测试探头埋设在埋地钢质管道上方，管道阴极保护极化测试探头通过多通道电位、电流采集记录仪、同步电流断路器与埋地管道阴极保护测试桩内的埋地管道进行电连接，埋地钢质管道的两端均连接有埋地管道阴极保护测试桩，埋地钢质管道通过阴极保护电源、辅助阳极测试桩与辅助阳极地床连接，辅助阳极地床埋设在埋地钢质管道附近，埋地钢质管道还连接有牺牲阳极地床。其优点是：智能化程度高、功能齐全、抗干扰能力强、检测效率高和可靠性高。

Description

一种核电厂埋地管道阴极保护极化测试探头及检测系统
技术领域
本发明属于核电厂埋地管道维修技术领域，具体涉及一种核电厂埋地管道阴极保护极化测试探头及检测系统。
背景技术
核电厂埋地钢质管道铺设于地下，一般采用防腐层与区域性阴极保护联合防护措施来减缓其土壤腐蚀，随着埋地管道服役年限的增长，其防腐层不可避免的会发生降质；另外埋地管道防腐层在加工、安装和维修期间不可避免的会产生防腐层缺陷，防腐层缺陷部位若不及时发现及修复，埋地管道阴极保护系统可作为最后一道重要的屏障来防止防腐层缺陷处管道本体的土壤腐蚀，而埋地管道防腐层缺陷处的阴极保护电位是评价埋地管道区域性阴极保护系统正常运行的重要参数之一，其准确监测关系到核电厂埋地管道阴极保护系统正常运行，也关系到核电厂埋地管道的防腐蚀措施的可靠性评价，已经成为核电厂尤其是运行较长的核电厂埋地管道老化管理持续关注的焦点之一。
针对核电厂埋地管道阴极保护有效性的判据，目前国内外阴极保护工作者普遍应用美国腐蚀工程师协会(NACE)制定的SP 0169标准中提出的三种判据，其判据分别为：(1)阴极保护系统通电的情况下，被保护管道在消除欧姆电压降(IR降)后其阴极保护电位等于或负于-850mV(vs.CSE)；(2)被保护管道的瞬间断电电位(极化电位)等于或负于-850mV(vs.CSE)；(3)被保护管道的阴极极化值至少要达到100mV。这些判据均从埋地管道阴极保护电位出发，判断了任意阴极保护方式下阴极保护系统的有效性。在评价过程中，均需消除测量过程中的欧姆电压降(IR降)的影响。而核电厂埋地管道区域性阴极保护系统一般采用外加电流和牺牲阳极联合保护，并且牺牲阳极直接通过铜芯电缆与被保护管道直接电连接，无法通过外加电流阴极保护系统恒电位仪的通断电测试瞬间断开消除测量过程中的全部欧姆电压降(IR降)，只能消除外加电流阴极保护系统产生的IR降，而不能消除牺牲阳极系统所产生的IR降，也不能消除其它杂散电流干扰产生的IR降。现阶段核电厂埋地管道区域性有效性的评价一般在埋地管道阴极保护测试桩处通过恒电位仪的通断电控制来测试测试桩处埋地管道的通电、断电电位，采用该方法获得的埋地管道断电电位存在测量误差(仅部分消除IR降)，并且未准确获得埋地管道全线的断电电位，这给核电厂埋地管道区域性阴极保护系统的准确评价带来困难。
因此，需要提供一种核电厂埋地管道阴极保护极化测试探头和检测系统，该系统可消除核电厂埋地管道阴极保护电位监检测中由于牺牲阳极无法断开所产生的IR降和核电厂杂散电流干扰所造成的IR降，从而实现对核电厂埋地管道阴极保护电位的准确评价，及时发现核电厂埋地管道阴极保护电位“欠保护”、“过保护”及“有效保护”的部位，指导核电厂有针对性的开展区域性阴极保护系统的可靠性提升工作，保证核电厂埋地管道全线阴极保护真实合格和有效。
发明内容
本发明的目的是为了克服核电厂埋地管道阴极保护电位监检测方法的不足，提供一种核电厂埋地管道阴极保护极化测试探头及检测系统，可充分消除核电厂埋地管道阴极保护电位的监检测的IR降，精确测量到核电厂埋地管道的阴极保护电位，从而准确评价其阴极保护的有效性。
本发明的技术方案如下：一种核电厂埋地管道阴极保护极化检测系统，包括埋地管道阴极保护测试桩、同步电流断路器、多通道电位、电流采集记录仪、牺牲阳极地床、阴极保护电源、辅助阳极测试桩、辅助阳极地床、管道阴极保护极化测试探头及相应的连接电缆，所述的管道阴极保护极化测试探头埋设在埋地钢质管道上方，管道阴极保护极化测试探头通过多通道电位、电流采集记录仪、同步电流断路器与埋地管道阴极保护测试桩内的埋地管道进行电连接，埋地钢质管道的两端均连接有埋地管道阴极保护测试桩，埋地钢质管道通过阴极保护电源、辅助阳极测试桩与辅助阳极地床连接，辅助阳极地床埋设在埋地钢质管道附近，埋地钢质管道还连接有牺牲阳极地床。
所述的管道阴极保护极化测试探头的埋深与管道中心埋深相同。
一种核电厂埋地管道阴极保护极化测试探头，包括套管、极化试片、自腐蚀试片和参比电极，以及极化试片连接电缆、自腐蚀试片连接电缆、参比电极连接电缆，参比电极设置在中间位置，参比电极与参比电极连接电缆电连接，参比电极的外部设置有自腐蚀试片，自腐蚀试片将参比电极包裹在其中，其两者之间具有一定间隙，自腐蚀试片的外部设置有极化试片，极化试片将自腐蚀试片包裹在其中，其两者之间具有一定间隙；自腐蚀试片连接有自腐蚀试片连接电缆，极化试片连接有极化试片连接电缆。
所述的极化试片、自腐蚀试片和参比电极采用同心布置。
所述的极化试片与自腐蚀试片之间的轴向间距至少5cm。
所述的极化试片外套装有套管。
所述的套管为PVC材质。
所述的自腐蚀试片为环状结构。
极化试片均为环状结构。
所述的自腐蚀试片、极化试片、参比电极的铜棒/锌棒采用螺栓与测试电缆进行电连接，使用环氧树脂把极化试片、自腐蚀试片、参比电极及测试电缆封装在套管内。
本发明的有益效果在于：与现有的核电厂埋地管道阴极保护电位检测装置和检测方法相比，本发明的技术方案具有以下优点，极化探头内设置的自腐蚀试片和极化试片，同心布置，自腐蚀试片位于内环，极化试片位于外环，参比电极位于双环的几何中心，消除阴极保护电流对自腐蚀试片电位的电场影响；自腐蚀试片设置测试电缆，极化试片设置测试电缆，降低阴极极化电流对阴极保护电位测试结果的干扰；极化试片通过同步断流器与被检测埋地管道连接，同步中断阴极保护电源和极化试片与被检测的埋地管道之间电连接，消除被检测管道的平衡电流、二次电流及杂散电流对极化试片的干扰，检测准确性高；同步断流器的通、断电时间多种组合，可自由设置；同步连续记录并存储自腐蚀试片的自腐蚀电位、极化试片的通电电位和断电电位，可实现对管道阴极保护电位的实时监测；极化探头内嵌的参比电极设计灵活，可以根据被检测管道的埋地土壤环境选择；自腐蚀试片的裸露面积为1cm2，极化试片的裸露面积根据被检测防腐层的类型及防腐层缺陷等级进行选择，一般可设计为6.5～100cm2；因此，本发明的核电厂埋地管道阴极保护极化测试探头及检测系统具有智能化程度高、功能齐全、抗干扰能力强、检测效率高和可靠性高等优点。
附图说明
图1为本发明所提供的一种核电厂埋地管道阴极保护极化检测系统示意图；
图2为本发明所提供的管道阴极保护极化测试探头正视剖面示意图；
图3为本发明所提供的管道阴极保护极化测试探头俯视剖面示意图；
图4为核电厂埋地管道阴极保护极化测试探头试验结果。
图中：1埋地钢质管道，2管道阴极保护测试桩，3同步电流断路器，4多通道电位、电流采集记录仪，5牺牲阳极地床，6阴极保护电源，7辅助阳极测试桩，8辅助阳极地床，9管道阴极保护极化测试探头，10套管，11极化试片，12自腐蚀试片，13极化试片连接电缆，14自腐蚀试片连接电缆，15参比电极，16参比电极连接电缆。
具体实施方式
下面结合图1、图2和图3所示，对本发明进行进一步说明，主要对核电厂埋地管道阴极极化测试探头和检测系统进行介绍。以下说明适用于本文，但不限定本发明的范围。
如图1所示，一种核电厂埋地管道阴极保护极化检测系统包括埋地管道阴极保护测试桩2、同步电流断路器3、多通道电位、电流采集记录仪4、牺牲阳极地床5、阴极保护电源6、辅助阳极测试桩7、辅助阳极地床8、管道阴极保护极化测试探头9及相应的连接电缆，所述的管道阴极保护极化测试探头9埋设在埋地钢质管道1的正上方，其埋深与管道中心埋深相同，管道阴极保护极化测试探头9通过多通道电位、电流采集记录仪4、同步电流断路器3与埋地管道阴极保护测试桩2内的埋地管道进行电连接。埋地钢质管道1的两端均连接有埋地管道阴极保护测试桩2，埋地钢质管道1通过阴极保护电源6、辅助阳极测试桩7与辅助阳极地床8连接，辅助阳极地床8埋设在埋地钢质管道1附近。埋地钢质管道1还连接有牺牲阳极地床5。
如图2和3所示，一种核电厂埋地管道阴极保护极化测试探头包括套管10、极化试片11、自腐蚀试片12和参比电极15，以及极化试片连接电缆13、自腐蚀试片连接电缆14、参比电极连接电缆16，参比电极15设置在中间位置，参比电极15连接参比电极连接电缆16，参比电极15的外部设置有环状的自腐蚀试片12，自腐蚀试片12将参比电极15包裹在其中，其两者之间具有一定间隙，自腐蚀试片12的外部设置有环状的极化试片11，极化试片11将自腐蚀试片12包裹在其中，其两者之间具有一定间隙；极化试片11、自腐蚀试片12和参比电极15采用同心布置，极化试片11与自腐蚀试片12之间的轴向间距至少5cm，
自腐蚀试片12连接有自腐蚀试片连接电缆14，极化试片11连接有极化试片连接电缆13；极化试片11外套装有套管10，所述的套管10为PVC材质，所述的自腐蚀试片12、极化试片11均为环状结构，且其材质与被检测管道一致，极化试片11和自腐蚀试片12的裸露面积可根据被检测管道的防腐层种类(3PE、四油三布、环氧粉末、环氧树脂)和防腐层缺陷检测的结果进行调整，其裸露面积为6.5cm2～100cm2。试片电缆、参比电缆采用螺栓将试片和参比电极铜棒/锌棒进行电连接，使用环氧树脂把极化试片、自腐蚀试片和参比电极及测试电缆封装在PVC套管内。
实施例：
在某核电厂埋地管道试验场使用本发明所开发阴极保护极化探头开展管道阴极保护电位检测，被检测管道的材质为20#碳钢，长度L＝80m，管道规格为Φ219mm×6mm，管道埋深1.5m，其外防腐层为四油三布防腐层，在管道沿线24m、45m、59m预制管道防腐层缺陷，其防腐层缺陷面积为6.5cm2、100cm2、50cm2，管道采用外加电流阴极保护系统，辅助阳极地床为深井阳极，恒电位输出电流为20mA，通电点管道阴极保护电位为-1.74V(vs CSE)，并且在0m安装了1支14kg/支的预包装镁合金牺牲阳极地床，使用本发明所开发的极化探头(1#、2#、3#)，其中1#极化测试探头中环形极化试片的裸露面积为6.5cm2，2#极化测试探头中环形极化试片的裸露面积为100cm2，3#极化测试探头中环形极化试片的裸露面积为50cm2，1#、2#、3#极化测试探头中环状自腐蚀试片的裸露面积均为1.0cm2，并且其参比电极均为硫酸铜参比电极。在3处防腐层缺陷处开挖探坑，分别埋设1#、2#、3#极化测试探头，采用连接电缆将同步电流断路器，多通道电位、电流采集记录仪和被检测管道的测试桩内的埋地管道测试端子电连接，极化2h后，分别使用本发明的极化探头、防腐层缺陷模拟试片、测试桩、CIPS法测试被检测管道的阴极保护电位，测试结果详见图4，由检测结果可知，所开发的极化测试探头所检测的埋地管道的断电电位能够充分的消除IR降和其它干扰，准确的获得被检测管道的真实电位。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种核电厂埋地管道阴极保护极化检测系统，其特征在于：包括埋地管道阴极保护测试桩、同步电流断路器、多通道电位、电流采集记录仪、牺牲阳极地床、阴极保护电源、辅助阳极测试桩、辅助阳极地床、管道阴极保护极化测试探头及相应的连接电缆，所述的管道阴极保护极化测试探头埋设在埋地钢质管道上方，管道阴极保护极化测试探头通过多通道电位、电流采集记录仪、同步电流断路器与埋地管道阴极保护测试桩内的埋地管道进行电连接，埋地钢质管道的两端均连接有埋地管道阴极保护测试桩，埋地钢质管道通过阴极保护电源、辅助阳极测试桩与辅助阳极地床连接，辅助阳极地床埋设在埋地钢质管道附近，埋地钢质管道还连接有牺牲阳极地床。
2.如权利要求1所述的一种核电厂埋地管道阴极保护极化检测系统，其特征在于：所述的管道阴极保护极化测试探头的埋深与管道中心埋深相同。
3.一种核电厂埋地管道阴极保护极化测试探头，其特征在于：包括套管、极化试片、自腐蚀试片和参比电极，以及极化试片连接电缆、自腐蚀试片连接电缆、参比电极连接电缆，参比电极设置在中间位置，参比电极与参比电极连接电缆连接，参比电极的外部设置有自腐蚀试片，自腐蚀试片将参比电极包裹在其中，其两者之间具有一定间隙，自腐蚀试片的外部设置有极化试片，极化试片将自腐蚀试片包裹在其中，其两者之间具有一定间隙；自腐蚀试片连接有自腐蚀试片连接电缆，极化试片连接有极化试片连接电缆。
4.如权利要求3所述的一种核电厂埋地管道阴极保护极化测试探头，其特征在于：所述的极化试片、自腐蚀试片和参比电极采用同心布置。
5.如权利要求3所述的一种核电厂埋地管道阴极保护极化测试探头，其特征在于：所述的极化试片与自腐蚀试片之间的轴向间距至少5cm。
6.如权利要求3所述的一种核电厂埋地管道阴极保护极化测试探头，其特征在于：所述的极化试片外套装有套管。
7.如权利要求6所述的一种核电厂埋地管道阴极保护极化测试探头，其特征在于：所述的套管为PVC材质。
8.如权利要求3所述的一种核电厂埋地管道阴极保护极化测试探头，其特征在于：所述的自腐蚀试片为环状结构。
9.如权利要求3所述的一种核电厂埋地管道阴极保护极化测试探头，其特征在于：极化试片均为环状结构。
10.如权利要求3所述的一种核电厂埋地管道阴极保护极化测试探头，其特征在于：所述的自腐蚀试片、极化试片、参比电极的铜棒/锌棒采用螺栓与连接电缆进行电连接，使用环氧树脂把极化试片、自腐蚀试片和参比电极及相应的连接电缆封装在套管内。
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