CN115096805B - 一种埋地燃气管线环焊缝杂散电流腐蚀深度高通量检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种埋地燃气管线环焊缝杂散电流腐蚀深度高通量检测方法，包括：（1）环焊缝丝束电极传感器制备；（2）埋地燃气管线环焊缝杂散电流腐蚀深度高通量检测系统；（3）表面电流密度扫描，获得对应时刻下的表面电流密度分布I；（4）计算任意时段内不同金属丝位置处的腐蚀失重量Δm；（5）获得任意时段内不同金属丝位置处的腐蚀深度变化量ΔH；（6）重构任意时刻下的环焊缝腐蚀深度时空分布H；（7）绘制环焊缝腐蚀深度时空分布变化云图，计算环焊缝腐蚀速率分布Rcorr。本发明的高通量检测方法简单易行，成本较低，腐蚀深度分布检测智能且准确高效，有效解决了在不干扰正常运输的情况下埋地钢质燃气管线高精度实时检测的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种腐蚀深度高通量检测方法，特别是一种埋地燃气管线环焊缝杂散电流腐蚀深度时空分布高通量检测方法。
背景技术
城市区域燃气管线交错密布，与地铁线路交叉并行的现象十分多见。在燃气管线靠近地铁线路的区域会受到杂散电流的腐蚀影响。杂散电流会对城市燃气管线造成电化学腐蚀，管线因杂散电流腐蚀会导致管壁减薄甚至穿孔，严重威胁周围区域人员安全。由于冶金微结构在焊缝区域的梯度差异，导致焊接接头是燃气管线的腐蚀高风险区域，在杂散电流的作用下相较其他区域更易发生腐蚀现象。因此，焊接接头的腐蚀情况在很大程度上决定了燃气管线的整体安全可靠性。
鉴于燃气管线杂散电流腐蚀的危险性，有效的腐蚀检测对于及时判断燃气管线完整性有着重要的意义。城市燃气管线常埋置于地下土壤，周围环境复杂多变，常规方法难以在不干扰燃气管线正常运输的基础上准确检测其外腐蚀情况，尤其是腐蚀失重量、腐蚀深度等重要参数，对于焊缝区域来说更是如此。然而，目前尚无有效方法解决这一问题。因此，亟需一种针对杂散电流作用下的燃气管线外腐蚀检测方法。
发明内容
为了实现杂散电流作用下城市燃气管线焊缝区域外腐蚀的准确检测。本发明提出了一种埋地燃气管线环焊缝腐蚀深度高通量检测方法，以所发明的丝束电极传感器为基础，采集表面电流密度的高通量电化学信息，通过计算极短时间间隔内的腐蚀失重量，进一步获得极短时间间隔内腐蚀深度分布，最终重构获得环焊缝区域腐蚀深度时空分布情况，实现环焊缝区域腐蚀深度的高通量检测，为杂散电流作用下燃气管线安全可靠性评估、完整性管理提供有效支撑。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种埋地燃气管线环焊缝杂散电流腐蚀深度高通量检测方法，包括如下步骤，请参见图1-4：
步骤1：提供环焊缝丝束电极传感器，环焊缝丝束电极传感器包括环形绝缘模块及环绕于所述环形绝缘模块的多孔母头接座，所述环形绝缘模块插入多个金属丝，沿所述环形绝缘模块径向，金属丝的材质依次为母材金属、热影响区金属、焊缝区域金属、热影响区金属、母材金属，且金属丝的质量比依次为0.25：0.15:0.2:0.15:0.25，金属丝的材料均从燃气管线环焊缝区域获得，多个金属丝分别与多孔母头接座连接；
步骤2：采用三电极体系法，以饱和甘汞电极为参比电极，工作电极为燃气管线环焊缝区域，腐蚀介质为充满质量分数为3.5wt.％NaCl溶液的细沙，利用丝束电极电位电流扫描系统，进行丝束电极阵列电流扫描；每隔Δt时间进行丝束电极传感器表面电流密度扫描，获得对应时刻下的表面电流密度分布I＝{I1(t1),I2(t2),I3(t3),…,Ik(tk),…,In(tn)}，其中Ik(t1)＝{Ik 1(t1),Ik 2(t1),Ik 3(t1),…,Ik i(t1),…,Ik p(t1)}为同一时刻下不同金属丝位置处的电流密度。
步骤3：计算任意tk-Δt至tk时段内不同金属丝位置处的腐蚀失重量Δm＝{Δm1(t1),Δm2(t2),Δm3(t3),…,Δmk(tk),…,Δmn(tn)}，Δmk(tk)＝{Δmk 1(tk),Δmk 2(tk),Δmk 3(tk),…,Δmk i(tk),…,Δmk p(tk)}，计算方法如下：
步骤4：获得任意tk-Δt至tk时段内不同金属丝位置处的腐蚀深度变化量ΔH＝{ΔH1(t1),ΔH2(t2),ΔH3(t3),…,ΔHk(tk),…,ΔHn(tn)}，ΔHk(tk)}＝{ΔHk 1(tk),ΔHk 2(tk),ΔHk 3(tk),…,ΔHk i(tk),…,ΔHk p(tk)}，计算方法如下：
步骤5：重构任意时刻下的环焊缝腐蚀深度时空分布H＝{H1(t1),H2(t2),H3(t3),…,Hk(tk),…,Hn(tn)}，Hk(tk)}＝{Hk 1(tk),Hk 2(tk),Hk 3(tk),…,Hk i(tk),…,Hk p(tk)}，计算方法如下：
步骤6：基于环焊缝腐蚀深度时空分布H，绘制环焊缝腐蚀深度时空分布变化云图，计算环焊缝腐蚀速率分布Rcorr＝{Rcorr 1(t1),Rcorr 2(t2),Rcorr 3(t3),…,Rcorr k(tk),…,Rcorr n(tn)}，Rcorr k(tk)＝{Rcorr k,1(tk),Rcorr k,2(tk),Rcorr k,3(tk),…,Rcorr k,i(tk),…,Rcorr k,n(tk)}，计算方法如下：
步骤7：基于腐蚀速率分布计算结果Rcorr评估环焊缝区域安全可靠性。
进一步的，在步骤1中，通过线切割加工方法加工一系列横截面积为S的圆柱状金属丝，将金属丝端面逐级打磨至3000目，将金属丝表面均匀涂满硅橡胶，依次插入带有多孔排列规则的环形绝缘模块中，金属丝分别采用焊缝区域金属、金属管线母材金属和热影响区域金属，沿环形绝缘模块径向分布，依次为：母材金属、热影响区金属、焊缝区域金属、热影响区金属、母材金属，比例为0.25：0.15:0.2:0.15:0.25，分别将金属丝的另一端连接多孔母头连接座内，通过锡焊进行连接密封，多孔母头接座与环形绝缘模块之间通过环氧树脂绝缘密封，完成环焊缝丝束电极传感器的制备。
本发明的有益效果为：
与现有燃气管线外腐蚀检测方法相比，本发明基于丝束电极传感器获取高通量电化学数据，通过分段计算各个极端时间间隔下的腐蚀失重分布和腐蚀深度分布，能够在不干扰燃气运输的情况下获取焊缝区域腐蚀的丰富信息。
附图说明
图1为本发明所采用的环焊缝丝束电极传感器；
图2为本发明所采用的环焊缝电化学高通量检测实验系统图；
图3为本发明中可控直流电源输出模拟杂散电流信号示意图；
图4为本发明所提出的环焊缝腐蚀深度高通量检测方法流程图。
图中：1-电化学工作站；2-可控直流电源；3-正负极电极；4-参比电极；5-辅助电极；6-腐蚀箱；7-燃气管线实验段；8-环焊缝丝束电极传感器；9-多路转接器；10-计算机。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明
本发明所采用的技术方案是：一种埋地燃气管线环焊缝杂散电流腐蚀深度高通量检测方法，包括如下步骤：
步骤1：通过线切割加工方法加工一系列横截面积为S＝1mm2的圆柱状金属丝，将金属丝端面逐级打磨至3000目，将金属丝表面均匀涂满硅橡胶，依次插入带有多孔排列规则的环形绝缘模块8-4中，金属丝分别采用焊缝区域金属8-3、金属管线母材金属8-2和热影响区域金属8-1，上述金属材料均从燃气管线环焊缝区域获得；金属丝沿环形绝缘模块径向分布，依次为：母材金属8-2、热影响区金属8-1、焊缝区域金属8-3、热影响区金属8-1、母材金属8-2，比例为0.25：0.15:0.2:0.15:0.25，分别将金属丝的另一端连接多孔母头连接座8-5内，通过锡焊进行连接密封，多孔母头接座8-5与环形绝缘模块8-4之间通过环氧树脂绝缘密封，完成环焊缝丝束电极传感器8的制备，环焊缝丝束电极传感器8的结构如图1所示。
步骤2：采用三电极体系法，实验测试系统如图2所示，包括CHI660E电化学工作站1、可控直流电源2、正极电极3-1和负极电极3-2，参比电极4、辅助电极5、腐蚀箱6、包含环焊缝的燃气管线实验段7、环焊缝丝束电极传感器8、多路转接器9、计算机10，参比电极4采用饱和甘汞电极，工作电极为燃气管线环焊缝区域，辅助电极5为石墨片电极，腐蚀介质为充满质量分数为3.5wt.％NaCl溶液的细沙，利用丝束电极电位电流扫描系统，进行丝束电极阵列电流扫描，获得表面电流密度分布结果。
可控直流电源2通过计算机10控制加载动态波动信号模拟周期性的地铁杂散电流，如图3所示。
每Δt进行丝束电极传感器表面电流密度扫描，获得对应时刻下的表面电流密度分布I＝{I1(t1),I2(t2),I3(t3),…,Ik(tk),…,In(tn)}，其中Ik(t1)＝{Ik 1(t1),Ik 2(t1),Ik 3(t1),…,Ik i(t1),…,Ik p(t1)}为同一时刻下不同金属丝位置处的电流密度。在本实施例中，Δt＝60s。
步骤3：计算任意tk-Δt至tk时段(t1-Δt＝0)内不同金属丝位置处的腐蚀失重量Δm＝{Δm1(t1),Δm2(t2),Δm3(t3),…,Δmk(tk),…,Δmn(tn)}，Δmk(tk)＝{Δmk 1(tk),Δmk 2(tk),Δmk 3(tk),…,Δmk i(tk),…,Δmk p(tk)}，计算方法如下：
步骤4获得任意tk-Δt至tk时段(t1-Δt＝0)内不同金属丝位置处的腐蚀深度变化量ΔH＝{ΔH1(t1),ΔH2(t2),ΔH3(t3),…,ΔHk(tk),…,ΔHn(tn)}，ΔHk(tk)}＝{ΔHk 1(tk),ΔHk 2(tk),ΔHk 3(tk),…,ΔHk i(tk),…,ΔHk p(tk)}，计算方法如下：
步骤5：重构任意时刻下的环焊缝腐蚀深度时空分布H＝{H1(t1),H2(t2),H3(t3),…,Hk(tk),…,Hn(tn)}，Hk(tk)}＝{Hk 1(tk),Hk 2(tk),Hk 3(tk),…,Hk i(tk),…,Hk p(tk)}，计算方法如下：
步骤6：基于环焊缝腐蚀深度时空分布H，绘制环焊缝腐蚀深度时空分布变化云图，计算环焊缝腐蚀速率分布Rcorr＝{Rcorr 1(t1),Rcorr 2(t2),Rcorr 3(t3),…,Rcorr k(tk),…,Rcorr n(tn)}，Rcorr k(tk)＝{Rcorr k,1(tk),Rcorr k,2(tk),Rcorr k,3(tk),…,Rcorr k,i(tk),…,Rcorr k,n(tk)}，计算方法如下：
步骤7：基于腐蚀速率分布计算结果Rcorr和标准NACE SP0169-2013评估环焊缝区域安全可靠性。
Claims (2)
1.一种埋地燃气管线环焊缝杂散电流腐蚀深度高通量检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：提供环焊缝丝束电极传感器，环焊缝丝束电极传感器包括环形绝缘模块及环绕于所述环形绝缘模块的多孔母头接座，所述环形绝缘模块插入多个金属丝，沿所述环形绝缘模块径向，金属丝的材质依次为母材金属、热影响区金属、焊缝区域金属、热影响区金属、母材金属，且金属丝的数量比例依次为0.25：0.15:0.2:0.15:0.25，金属丝的材料均从燃气管线环焊缝区域获得，多个金属丝分别与多孔母头接座连接；
步骤2：采用三电极体系法，以饱和甘汞电极为参比电极，工作电极为燃气管线环焊缝区域，腐蚀介质为充满质量分数为3.5wt.％NaCl溶液的细沙，利用丝束电极电位电流扫描系统，进行丝束电极阵列电流扫描；每隔Δt时间进行丝束电极传感器表面电流密度扫描，获得对应时刻下的表面电流密度分布I＝{I1(t1),I2(t2),I3(t3),…,Ik(tk),…,In(tn)}，其中Ik(tk)＝{Ik 1(t1),Ik 2(t1),Ik 3(t1),…,Ik i(t1),…,Ik p(t1)}为同一时刻下不同金属丝位置处的电流密度；
步骤3：计算任意tk-Δt至tk时段内不同金属丝位置处的腐蚀失重量Δm＝{Δm1(t1),Δm2(t2),Δm3(t3),…,Δmk(tk),…,Δmn(tn)}，Δmk(tk)＝{Δmk 1(tk),Δmk 2(tk),Δmk 3(tk),…,Δmk i(tk),…,Δmk p(tk)}，计算方法如下：
步骤4：获得任意tk-Δt至tk时段内不同金属丝位置处的腐蚀深度变化量ΔH＝{ΔH1(t1),ΔH2(t2),ΔH3(t3),…,ΔHk(tk),…,ΔHn(tn)}，ΔHk(tk)}＝{ΔHk 1(tk),ΔHk 2(tk),ΔHk 3(tk),…,ΔHk i(tk),…,ΔHk p(tk)}，计算方法如下：
步骤5：重构任意时刻下的环焊缝腐蚀深度时空分布H＝{H1(t1),H2(t2),H3(t3),…,Hk(tk),…,Hn(tn)}，Hk(tk)}＝{Hk 1(tk),Hk 2(tk),Hk 3(tk),…,Hk i(tk),…,Hk p(tk)}，计算方法如下：
步骤6：基于环焊缝腐蚀深度时空分布H，绘制环焊缝腐蚀深度时空分布变化云图，计算环焊缝腐蚀速率分布Rcorr＝{Rcorr 1(t1),Rcorr 2(t2),Rcorr 3(t3),…,Rcorr k(tk),…,Rcorr n(tn)}，Rcorr k(tk)＝{Rcorr k,1(tk),Rcorr k,2(tk),Rcorr k,3(tk),…,Rcorr k,i(tk),…,Rcorr k,n(tk)}，计算方法如下：
步骤7：基于腐蚀速率分布计算结果Rcorr评估环焊缝区域安全可靠性。
2.根据权利要求1所述的一种埋地燃气管线环焊缝杂散电流腐蚀深度高通量检测方法，其特征在于，在步骤1中，通过线切割加工方法加工一系列横截面积为S的圆柱状金属丝，将金属丝端面逐级打磨至3000目，将金属丝表面均匀涂满硅橡胶，依次插入带有多孔排列规则的环形绝缘模块中，金属丝分别采用焊缝区域金属、金属管线母材金属和热影响区域金属，沿环形绝缘模块径向分布，依次为：母材金属、热影响区金属、焊缝区域金属、热影响区金属、母材金属，比例为0.25：0.15:0.2:0.15:0.25，分别将金属丝的另一端连接多孔母头连接座内，通过锡焊进行连接密封，多孔母头接座与环形绝缘模块之间通过环氧树脂绝缘密封，完成环焊缝丝束电极传感器的制备。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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