CN114517297A - 兼具阴极保护参数采集与排流决策功能的测试桩 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种兼具阴极保护参数采集与排流决策功能的测试桩，所述测试桩包括阴极保护参数采集模块、测试桩体、极化探头、排流决策模块和接地体，其中，测试桩体设置在管道的一侧；极化探头部分或全部埋入土壤中且位于测试桩体和管道之间；接地体设置在土壤中且远离极化探头；阴极保护参数采集模块分别通过导线与管道和极化探头相连以实时采集管道的阴保数据集并反馈给排流决策模块；排流决策模块通过导线与接地体相连能够根据阴保数据集和测试桩所处位置的土壤数据集进行判断做出排流决策，并通过阴极保护参数采集模块反馈的数据实时调整排流决策。本发明能够解决电位测试与排流保护措施难以匹配的问题，可应用于站场、阀室、高压直流接地极。
Description
技术领域
本发明属于管道保护技术领域，具体来讲，涉及一种兼具阴极保护参数采集与排流决策功能的测试桩。
背景技术
管地电位测试是掌握管道阴极保护状态、管道腐蚀风险的最有效的方法，为油气管道的持续安全运行提供重要保障。同时，排流决策可应用于泄放直流干扰电流与雷击电流冲击，对管道设施与人员安全起到保护作用。
测试桩多安装于阴保状态受关注的重点位置或腐蚀、雷击等事故频发区域。该测试桩可安装于高压直流接地极及电气化铁路附近、雷击等事故频发区域，也可用于站场、阀室等，结合电位测试结果判断管道受干扰程度并采取排流措施，对进一步保障管道的安全运行具有重要意义。
申请号为“CN201910150469.6”、名称为“一种针对直流接地极附近埋地金属管道的排流方法”公开了包括如下步骤：测试直流接地极附近金属管道所受杂散电流强度和方向；测试直流接地极附近金属管道所处土壤介质电阻率；排流保护参数计算；现场安装及参数监测。该方法涉及埋地金属管道防腐蚀领域，特别是直流杂散电流环境下的埋地金属管道防腐领域，可提高排流效率，降低工程成本和腐蚀风险，保证埋地金属管道防腐效果，延长其运行寿命。但该方法仅能进行排流决策，不能进行阴极参数采集。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。例如本发明目的之一是解决电位测试与排流保护措施难以匹配的问题。
为了实现上述目的，本发明的提供了一种兼具阴极保护参数采集与排流决策功能的测试桩，所述测试桩包括阴极保护参数采集模块、测试桩体、极化探头、排流决策模块和接地体，其中，
所述测试桩体设置在管道的一侧用于安装阴极保护参数采集模块和排流决策模块；
所述极化探头部分或全部埋入土壤中且位于测试桩体和管道之间；
所述接地体设置在土壤中且远离极化探头；
所述阴极保护参数采集模块分别通过导线与管道和极化探头相连以实时采集管道的阴保数据集并反馈给所述排流决策模块；
所述排流决策模块通过导线与所述接地体相连，且所述排流决策模块能够根据所述阴保数据集和测试桩所处位置的土壤数据集进行判断做出排流决策，并通过阴极保护参数采集模块反馈的数据实时调整排流决策。
在本发明的一个示例性实施例中，所述极化探头可为一体式极化探头或分体式极化探头，所述分体式极化探头可包括参比管管体、参比电极和极化试片，其中，所述参比管管体竖直设置在土壤中，所述参比电极设置在所述参比管管体中，所述极化试片设置在土壤中且位于参比管管体与管道之间，所述阴极保护参数采集模块分别通过导线与所述参比电极和极化试片相连。
在本发明的一个示例性实施例中，所述阴极保护参数采集模块可包括主机和通讯模块，所述主机能够采集管道的阴保数据集，所述通讯模块与主机相连并能够将主机采集的阴保数据集传递给排流决策模块。
在本发明的一个示例性实施例中，所述排流决策模块根据所述阴保数据集和测试桩所处位置的土壤数据集进行判断做出排流决策可包括：
利用阴极保护参数采集模块采集的管道电压，排流决策模块判断管道上是否产生电流干扰以及是否处于干扰状态；
在排流决策模块判断管道处于干扰状态的情况下，闭合自身的排流电路将杂散电流排出管道；
随着杂散电流的排出，管地电位下降，排流决策模块判断管道处于非干扰状态，断开自身排流电路。
在本发明的一个示例性实施例中，所述判断管道是否处于干扰状态可包括：
当管地电位实测值大于设定的阈值电位E1时，判断管道处于阳极性干扰状态；
当管地电位实测值小于设定的阈值电位E2时，判断管道处于阴极性干扰状态；
当管地电位实测值大于设定的阈值电位E2且小于设定的阈值电位E1时，判断管道处于非干扰状态。
在本发明的一个示例性实施例中，所述测试桩还可包括供电模块，所述供电模块为风能或太阳能电池板与充放电电池组合结构，能够为测试桩持续供电。
在本发明的一个示例性实施例中，所述阴保数据集可包括管道通电电位、试片断电电位、管道交流干扰电压、试片交流电流密度、试片直流电流密度和试片腐蚀速率中至少一种；
所述土壤数据集可包括土壤中各离子含量、电阻率和含水量中至少一种。
在本发明的一个示例性实施例中，所述参比可包括地面部分和地下部分，地下部分埋入深度与管道一致；
所述极化试片与管道之间距离为可100～300mm，所述极化试片的埋入深度与管道深度一致。
在本发明的一个示例性实施例中，所述极化试片可包括电位测试试片和交流腐蚀试片，所述电位测试试片的面积可为6～10cm2，所述交流腐蚀试片的面积可为0.5～1.5cm2，试片之间间隔预定距离避免相互干扰。
在本发明的一个示例性实施例中，所述测试桩可具有校时功能，所述校时功能具备卫星定期校时和网络校时功能，当校时失败时设备自带时钟漂移每天不超过300ms；
所述阴极保护参数采集模块可具备远程在线升级更新功能，能够在线升级更新工作模式和增加新测量模式。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括以下内容中的至少一项：
(1)解决电位测试与排流保护措施难以匹配的问题；
(2)可广泛应用于站场、阀室、高压直流接地极、电气化铁路附近以及城市轨道交通。
附图说明
通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述和/或其它目的和特点将会变得更加清楚，其中：
图1示出了本发明的兼具阴极保护参数采集与排流决策功能的测试桩的结构示意图。
附图说明：
1-管道、2-参比电极、3-参比管管体、4-极化试片、5-排流决策模块、6-测试桩体、7-接地体、8-阴极保护参数采集模块、9-接线口、10-供电模块、11-地面。
具体实施方式
在下文中，将结合示例性实施例来详细说明本发明的兼具阴极保护参数采集与排流决策功能的测试桩。
需要说明的是，“前”、“后”、“中”仅仅为了便于描述和构成相对的方位或位置关系，而并非指示或暗示所指的部件必须具有该特定方位或位置。
为使本发明的实施过程、技术要点和达到目的更加清楚，下面将结合示例性实施例来进一步清楚、完整的描述本发明。
在本发明的第一示例性实施例中，兼具阴极保护参数采集与排流决策功能的测试桩主要包括阴极保护参数采集模块、测试桩体、极化探头、排流决策模块和接地体。
其中，测试桩体设置在管道的一侧用于安装阴极保护参数采集模块和排流决策模块。这里，测试桩体可插入土壤中或固定设置在地面上，只要能够起到安装阴极保护参数采集模块和排流决策模块即可。
极化探头部分或全部埋入土壤中且位于测试桩体和管道之间。这里，极化探头可采用分体式极化探头或一体式极化探头。极化探头用于测试通、断电电位，极化探头中还包括标准电阻等电路原件，可测试电流密度。
接地体设置在土壤中远离极化探头的一侧。这里，将接地体设置在远离极化探头的一侧，可以避免接地体在放电过程中排流流量较大导致影响电位测试的结果。
阴极保护参数采集模块分别通过导线与管道和极化探头以实时采集管道的阴保数据集并反馈给所述排流决策模块。所述阴极保护参数采集模块还能够存储和上传采集的数据。
所述排流决策模块通过导线与所述接地体相连，且所述排流决策模块能够根据所述阴保数据集和测试桩所处位置的土壤数据集进行判断做出排流决策，并通过阴极保护参数采集模块反馈的数据实时调整排流决策。
在本示例性实施例中，极化探头为分体式极化探头，所述分体式极化探头可包括参比管管体、参比电极和极化试片。其中，参比管管体部分埋入土壤，上端高于地面，设有螺旋盖。参比电极设置在参比管管体中，极化试片设置在土壤中靠近参比管管体的位置且位于参比管管体与管道之间。阴极保护参数采集模块分别通过导线与参比电极和极化试片相连。在开展电位测试时，土壤电阻会引入IR降，使极化探头的埋入深度与管道深度一致，可以尽可能降低IR降。
在本示例性实施例中，阴极保护参数采集模块可包括主机和通讯模块，所述主机能够采集管道的阴保数据集，所述通讯模块与主机相连并能够将主机采集的阴保数据集传递给排流决策模块。
在本示例性实施例中，排流决策模块根据所述阴保数据集和测试桩所处位置的土壤数据集进行判断做出排流决策可包括：
利用阴极保护参数采集模块采集的管道电压，排流决策模块判断管道上是否产生电流干扰以及是否处于腐蚀干扰状态。
在排流决策模块判断管道处于腐蚀干扰状态的情况下，闭合自身的排流电路将杂散电流排出管道。
随着杂散电流的排出，管地电位下降，排流决策模块判断管道处于非腐蚀干扰状态，断开自身排流电路。
进一步地，所述判断管道是否处于腐蚀干扰状态可包括：
当管地电位实测值大于设定的阈值电位E1时，判断管道处于阳极性干扰状态。
当管地电位实测值小于设定的阈值电位E2时，判断管道处于阴极性干扰状态。
当管地电位实测值大于设定的阈值电位E2且小于设定的阈值电位E1时，判断管道处于非干扰状态。这里，管地电位为负值，其中E2小于E1，E1和E2需根据管道所处环境和所辖公司确定。
当管地电位大于E1，说明管道受到阳极性干扰，存在腐蚀风险，需要采取排流措施消除干扰。当管地电位小于E2，说明管道受阴极性干扰，存在防腐层阴极剥离和氢脆等风险，需要采取排流措施消除干扰。
在本示例性实施例中，所述测试桩还可包括供电模块，所述供电模块可为风能与充放电电池组合或太阳能电池板与充放电电池组合结构，能够为测试桩持续供电。主要是为阴极保护参数采集模块和排流决策模块供电。
在本示例性实施例中，所述阴保数据集可包括管道通电电位、试片断电电位、管道交流干扰电压、试片交流电流密度、试片直流电流密度和试片腐蚀速率中至少一种。所述土壤数据集可包括土壤中各离子含量、电阻率和含水量中至少一种。这里，土壤数据集可通过采集设备实时测量或人工测试测试桩所处环境土壤参数人工输入排流决策模块中。
在本示例性实施例中，所述极化探头可包括地面部分和地下部分，地下部分埋入深度与管道一致。所述极化试片与管道之间距离为可100～300mm，所述极化试片与所述极化探头合用安装时，所述试片与所述极化探头可安装于管道同一侧。
在本示例性实施例中，所述极化试片可包括电位测试试片和交流腐蚀试片，所述电位测试试片的面积可为6～10cm2，所述交流腐蚀试片的面积可为0.5～1.5cm2，试片之间间隔预定距离避免相互干扰。
在本示例性实施例中，所述测试桩可具有校时功能，所述校时功能具备卫星定期校时和网络校时功能，当校时失败时设备自带时钟漂移每天不超过300ms。所述阴极保护参数采集模块可具备远程在线升级更新功能，能够在线升级更新工作模式和增加新测量模式。
图1示出了本发明的兼具阴极保护参数采集与排流决策功能的测试桩的结构示意图。
在本发明的第二示例性实施例中，如图1所示，所述兼具阴极保护参数采集与排流决策功能的测试桩主要包括参比管管体3、参比电极2、极化试片4、阴极保护参数采集模块8、测试桩体6、排流决策模块5和接地体7。
如图1所示，测试桩体6竖直设置在地面11上且其下端插入土壤中，测试桩体6用于安装排流决策模块5和阴极保护参数采集模块8以及配套的供电模块10。
极化探头部分埋入土壤中且位于测试桩体6和管道1之间。这里，极化探头采用分体式极化探头。极化探头用于测试通、断电电位，极化探头中还包括标准电阻等电路原件，可测试电流密度。
接地体7设置在土壤中远离极化探头的一侧。这里，将接地体设置在远离极化探头的一侧，可以避免接地体在放电过程中排流流量较大导致影响电位测试的结果。
如图1所示，阴极保护参数采集模块8分别通过导线与管道1和极化探头连接以实时采集管道的阴保数据集并反馈给所述排流决策模块5。测试桩体6位于土壤中的部分上设置有接线口9，导线通过接线口9进入测试桩体6到达地面部分的阴极保护参数采集模块8。这里，阴极保护参数采集模块还能够存储和上传采集的数据。
如图1所示，阴极保护参数采集模块8和排流决策模块5均设置在测试桩体6的地面部分上。例如，阴极保护参数采集模块和排流决策模块可安装在测试桩体上的测试箱中。
在本示例性实施例中，如图1所示，极化探头为分体式极化探头，所述分体式极化探头可包括参比管管体3、参比电极2和极化试片4。其中，参比管管体3竖直设置在土壤中，参比管管体部分埋入土壤，上端高于地面，设有螺旋盖。参比电极2设置在参比管管体3中，极化试片4设置在土壤中靠近参比管管体3的位置且位于参比管管体与管道之间。阴极保护参数采集模块8分别通过导线与参比电极2和极化试片4相连。
在本实施例中，所述阴极保护参数采集模块采集的数据包括管道数据和土壤数据。其中，管道数据包括管道通电电位、试片断电电位、管道交流干扰电压、试片交流电流密度、试片直流电流密度、试片腐蚀速率。土壤数据包括土壤中各离子含量、电阻率、含水量。
可选地，所述测试桩直流电位采样范围可在-3.0V～+3.0V、-5.0V～+5.0V、-100V～+100V的量程之间自动切换。交流干扰电压采样范围可在0V～10V、0V～100V的量程之间自动切换。直流电流采样范围可在-0.2mA～+0.2mA、-2mA～+2mA、-20mA～+20mA的量程之间自动切换；交流电流采样范围可在0～10mA、0～100mA的量程自动切换。
可选地，去极化曲线采样能够接收远程指令采集以及系统自动采集，所述系统自动采集设置有周期，例如有的测试桩出厂模式下默认采集周期为5min或10min，可以根据实际情况设定周期。一次去极化曲线的连续测量时长可为1～3s测量频率应不小于500Hz。
可选地，所述阴极保护参数采集模块还能够存储、上传上述数据。
可选地，接地体7也可以是已建设的在役接地体。
可选地，所述通讯模块能够进行无线通信，宜采用4G等无线网络作为核心通讯方式，然而，本领域普通技术人员应该知道，在经济及技术可行情况下，也可采用其它通讯方式。供电模块10采用风能加太阳能充电电池组合结构，所示电池在测试桩体6内的具体安装位置应保证其在工程所处环境温度下能正常运行，且利于安装和后期更换、维护。然而，本领域普通技术人员应该知道，也可采用地埋电线提供电源，只要满足实际持续供电需求即可。
可选地，极化试片4包括电位测试试片和交流腐蚀试片，所述电位测试试片面积为6～10cm2，所述交流腐蚀试片面积为0.5～1.5cm2，所述电位测试试片或者交流腐蚀试片等多个试片之间需要考虑预极化来要避免相互之间的干扰，例如预极化时间、测量时间。用原位土埋设极化试片4，如果原位土壤含有杂质且不均匀时，要对极化试片4埋设部位的土壤用均匀的细土壤粉末进行置换。在极化试片4的埋设过程中，为了达到更好的极化效果，应使用原生细土在极化试片4表面夯实压紧，确保周围无气泡阻隔，此后采用分层夯实的方法进行回填。
可选地，所述电位测试试片的形状、安装环境应接近防腐层破损点的真实情况，周围应有半径不小于5cm的绝缘面，金属裸露面宜低于周围绝缘层2～3mm所述试片裸露面不宜正对管道或造成电流屏蔽。
如图1所示，极化试片4与管道1之间距离为100～300mm，极化试片4与极化探头合用安装时极化试片4与极化探头安装于管道同一侧，这里不能将极化探头安装在极化试片4与管道1之间。
可选地，参比电极2采用预包装长效硫酸铜参比电极或带参比管的可维护参比电极。参比电极2需要校核，所述校核是采用经校核的便携式硫酸铜极化电极对参比电极2进行校核，其电极电位误差应不大于5mV，校核过程中要确保两只参比电极之间没有外界电场的影响。
可选地，所述测试桩配套有远程功能的系统平台软件，能够远程监控和远程控制所述测试桩，进而能够远程在线升级更新功能、在线升级更新工作模式、在线增加新测量模式。
可选地，所述测试桩具有校时功能，所述校时功能具备卫星定期校时和网络校时功能，当校时失败时设备自带时钟漂移每天不超过300ms。
可选地，排流决策模块5在接收到所述阴极保护参数采集模块传来的信息后接通或者断开排流决策模块5内电路。当接收到管道1与土壤电位实测数值大于预先设定的干扰状态阀值电位E1时或小于预先设定的安全阀值E2时，闭合排流决策模块5内电路，使排流决策模块5与接地体7连通，将干扰电流排除。当接收到管道1与土壤点位实测数值大于预先设定的安全阀值E2且小于E1时，断开排流决策模块5内电路，使排流决策模块5与接地体7断开。
如图1所示，在所述测试桩上合适的位置安装有可以锁上的测试箱，测试箱尺寸不小于200×200mm，以便于在接线面板进行操作，线缆用途应进行明确标识，门锁宜采用三角门锁。
优选地，所述测试桩外壳仪器应能承受对机壳1500V的有效值介电强度试验电压，并且历时1min无击穿和闪络现象。
本发明的测试桩可应用于站场、阀室、高压直流接地极、电气化铁路附近、城市轨道交通。但是，当本发明位于防爆区域，需要采用防爆结构，防爆要求按照相关规定要求。
尽管上面已经结合示例性实施例及附图描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改。
Claims (10)
1.一种兼具阴极保护参数采集与排流决策功能的测试桩，其特征在于，所述测试桩包括阴极保护参数采集模块、测试桩体、极化探头、排流决策模块和接地体，其中，
所述测试桩体设置在管道的一侧用于安装阴极保护参数采集模块和排流决策模块；
所述极化探头部分或全部埋入土壤中且位于测试桩体和管道之间；
所述接地体设置在土壤中且远离极化探头；
所述阴极保护参数采集模块分别通过导线与管道和极化探头相连以实时采集管道的阴保数据集并反馈给所述排流决策模块；
所述排流决策模块通过导线与所述接地体相连，且所述排流决策模块能够根据所述阴保数据集和测试桩所处位置的土壤数据集进行判断做出排流决策，并通过阴极保护参数采集模块反馈的数据实时调整排流决策。
2.根据权利要求1所述的兼具阴极保护参数采集与排流决策功能的测试桩，其特征在于，所述极化探头为一体式极化探头或分体式极化探头，所述分体式极化探头包括参比管管体、参比电极和极化试片，其中，所述参比管管体竖直设置在土壤中，所述参比电极设置在所述参比管管体中，所述极化试片设置在土壤中且位于参比管管体与管道之间，所述阴极保护参数采集模块分别通过导线与所述参比电极和极化试片相连。
3.根据权利要求1所述的兼具阴极保护参数采集与排流决策功能的测试桩，其特征在于，所述阴极保护参数采集模块包括主机和通讯模块，所述主机能够采集管道的阴保数据集，所述通讯模块与主机相连并能够将主机采集的阴保数据集传递给排流决策模块。
4.根据权利要求1所述的兼具阴极保护参数采集与排流决策功能的测试桩，其特征在于，所述排流决策模块根据所述阴保数据集和测试桩所处位置的土壤数据集进行判断做出排流决策包括：
利用阴极保护参数采集模块采集的管道电压，排流决策模块判断管道上是否产生电流干扰以及是否处于干扰状态；
在排流决策模块判断管道处于干扰状态的情况下，闭合自身的排流电路将杂散电流排出管道；
随着杂散电流的排出，管地电位下降，排流决策模块判断管道处于非干扰状态，断开自身排流电路。
5.根据权利要求4所述的兼具阴极保护参数采集与排流决策功能的测试桩，其特征在于，所述判断管道是否处于干扰状态包括：
当管地电位实测值大于设定的阈值电位E1时，判断管道处于阳极性干扰状态；
当管地电位实测值小于设定的阈值电位E2时，判断管道处于阴极性干扰状态；
当管地电位实测值大于设定的阈值电位E2且小于设定的阈值电位E1时，判断管道处于非干扰状态。
6.根据权利要求1所述的兼具阴极保护参数采集与排流决策功能的测试桩，其特征在于，所述测试桩还包括供电模块，所述供电模块为风能或太阳能电池板与充放电电池组合结构，能够为测试桩持续供电。
7.根据权利要求1所述的兼具阴极保护参数采集与排流决策功能的测试桩，其特征在于，所述阴保数据集包括管道通电电位、试片断电电位、管道交流干扰电压、试片交流电流密度、试片直流电流密度和试片腐蚀速率中至少一种；
所述土壤数据集包括土壤中各离子含量、电阻率和含水量中至少一种。
8.根据权利要求2所述的兼具阴极保护参数采集与排流决策功能的测试桩，其特征在于，所述参比管管体包括地面部分和地下部分，地下部分埋入深度与管道一致；
所述极化试片与管道之间距离为100～300mm，所述极化试片的埋入深度与管道深度一致。
9.根据权利要求2所述的兼具阴极保护参数采集与排流决策功能的测试桩，其特征在于，所述极化试片包括电位测试试片和交流腐蚀试片，所述电位测试试片的面积为6～10cm2，所述交流腐蚀试片的面积为0.5～1.5cm2，试片之间间隔预定距离避免相互干扰。
10.根据权利要求1所述的兼具阴极保护参数采集与排流决策功能的测试桩，其特征在于，所述测试桩具有校时功能，所述校时功能具备卫星定期校时和网络校时功能，当校时失败时设备自带时钟漂移每天不超过300ms；
所述阴极保护参数采集模块具备远程在线升级更新功能，能够在线升级更新工作模式和增加新测量模式。
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