CN115629033A - 一种冷却塔防腐监测系统及防腐监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冷却塔防腐监测系统，包括：数据采集模块，所述数据采集模块包括：钢筋混凝土腐蚀监测探头、阳极梯腐蚀探头、涂层监测探头、裂缝监测探头，各探头设置于所述冷却塔之上；数据传输模块，所述数据传输模块用于实现数据采集模块内各探头与所述数据存储模块及决策模块的通信连接；数据存储模块，所述数据存储模块用于实现各监测数据的读取与存储，并存储有与各类监测数据对应的冷却塔防腐状态评估数据；决策模块，所述决策模块基于数据采集模块实时采集的各类监测数据以及数据存储模块储存的腐蚀状态评估数据完成冷却塔防腐状态评估。通过本发明防腐监测系统实现了冷却塔的腐蚀状态监测，有助于对冷却塔进行相应的结构维护。

Description

一种冷却塔防腐监测系统及防腐监测方法

技术领域

本发明属于冷却塔维护技术领域，尤其涉及一种冷却塔防腐监测系统及防腐监测方法。

背景技术

冷却塔是发电厂循环水系统的重要建筑物。冷却塔一般采用双曲线型结构，是典型的空间的薄壁壳体结构。冷却塔的基体主要是以钢筋混凝土浇筑而成，由于其运行环境的特殊性，导致混凝土非常容易受到腐蚀。尤其是循环水采用海水的海水冷却塔，以及把冷却塔作为排放脱硫后烟气使用的排烟冷却塔，腐蚀尤为严重。此外，地处北方的冷却塔，由于天气严寒，混凝土极易受到冻融破坏。由上可知，冷却塔由于其使用工况的特殊性，必须进行加固防腐蚀保护。

目前冷却塔防腐系统多采用在混凝土土表面涂刷防腐涂层，防腐涂层的设计寿命一般为10年。冷却塔的设计寿命一般为50年，而用于核电项目的冷却塔设计寿命可达60～80年，因此在冷却塔的设计寿命内，需要多次重新防腐涂层的涂刷。冷却塔的腐蚀环境复杂，且存在多种腐蚀因子，涂层的实际使用寿命与设计寿命常常差异较大，甚至有些冷却塔仅仅投运2年左右，就发生防腐涂层大面脱落失效的情况。由于钢筋混凝土腐蚀比较隐蔽，不易发现，等肉眼可见时，一般都达到了严重腐蚀状态，修复成本极高甚至无法修复，严重影响冷却塔的使用寿命，如何在冷却塔防腐体系失效前及时发现并采用修复措施就显的尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于：为了克服现有技术问题，公开了一种冷却塔防腐监测系统及防腐监测方法，通过本发明防腐监测系统实现了冷却塔的腐蚀状态监测，有助于对冷却塔进行相应的结构维护。

一方面，本发明目的通过下述技术方案来实现：

一种冷却塔防腐监测系统所述监测系统包括：

数据采集模块，所述数据采集模块包括：钢筋混凝土腐蚀监测探头、阳极梯腐蚀探头、涂层监测探头、裂缝监测探头，各探头设置于所述冷却塔之上；

数据传输模块，所述数据传输模块用于实现数据采集模块内各探头与所述数据存储模块及决策模块的通信连接；

数据存储模块，所述数据存储模块用于实现各监测数据的读取与存储，并存储有与各类监测数据对应的冷却塔防腐状态评估数据；

决策模块，所述决策模块基于数据采集模块实时采集的各类监测数据以及数据存储模块储存的腐蚀状态评估数据完成冷却塔防腐状态评估。

根据一个优选的实施方式，所述钢筋混凝土腐蚀监测探头用于实现混凝土内钢筋锈蚀速率监测；所述阳极梯腐蚀探头用于实现混凝土腐蚀深度监测；所述涂层监测探头用于实现冷却塔涂层老化状态监测；所述裂缝监测探头，用于监测混凝土因结构劣化或损坏而导致的裂缝。

根据一个优选的实施方式，所述钢筋混凝土腐蚀监测探头和阳极梯腐蚀探头，在塔体混凝土施工时布置于混凝土内部，并与数据传输模块相连。

根据一个优选的实施方式，所述涂层监测探头和裂缝监测探头，粘贴于塔体混凝土表面，并与数据传输模块相连。

根据一个优选的实施方式，所述数据传输模块为抗腐蚀电缆，并在塔体混凝土浇筑时埋设于混凝土内部。

另一方面，本发明还公开了：

一种冷却塔防腐监测方法，所述冷却塔防腐监测方法包括如下步骤：S1：建立冷却塔防腐体系模型；S2：构建防腐监测系统；S3：建立监测平台；S4：完成对冷却塔防腐状态的监测与维护。

根据一个优选的实施方式，步骤S1的建立冷却塔防腐体系模型，包括以下步骤：步骤S11：建立冷却塔结构模型，包括斜支柱(1)和塔筒(2)；步骤S12：根据冷却塔运行环境、环境等级、腐蚀因子，确定冷却塔防腐分区的范围，并在结构模型上创建防腐分区；步骤S13：确定防腐分区设计特征，包括各防腐分区的混凝土等级及要求、保护层厚度、防腐涂层类型、防腐涂层厚度，并在防腐分区上创建上述信息；步骤S14：确定各防腐分区的设计寿命和维护时间。

根据一个优选的实施方式，步骤S2中构建防腐监测系统，包括以下步骤：步骤S21：根据冷却塔运行环境、环境等级、腐蚀因子、防腐分区设计特征，确定不同防腐分区的监测内容；步骤S22：根据防腐分区设计特征、腐蚀因子、防腐分区位置及面积、监测内容，确定各防腐分区的探头类型和数量；步骤S23：计算每一个防腐分区各类型探头的空间位置,根据探头类型和空间位置在设计模型中创建探头模型；步骤S24：根据探头类型和分布，布置电缆通道，并创建电缆模型。

根据一个优选的实施方式，步骤S3建立监测平台包括以下步骤：步骤S31：搭建监测数据库，数据库包括防腐分区、控头信息、预警值、监测数据；步骤S32：在数据库中为每一个探头创建数据条目，并与设计模型中的探头一一对应。所述数据条目包括探头的类型、空间位置、所在防腐分区、预警值；步骤S33：根据防腐分区设计特征及维护时间，确定探头的监测频次，创建自动监测计划。

根据一个优选的实施方式，步骤S4对冷却塔防腐状态的监测与维护包括：步骤S41：根据自动监测计划，自动进行监测，并将监测数据存储至数据库中；步骤S42：根据探头类型及所在防腐分区，对监测内容和数据进行分析，判断混凝土的腐蚀状态；步骤S43：根据混凝土的腐蚀状态，与预警值比对，形成维护计划。

根据一个优选的实施方式，步骤S42中，通过钢筋混凝土腐蚀监测探头监测混凝土电阻率、Cl^-浓度、pH值、温度、半电池电位和钢筋锈蚀速率数据，判断钢筋腐蚀和混凝土化学环境参数、预测钢筋混凝土结构耐久性、安全性及服役寿命；通过阳极梯腐蚀探头，监测不同埋深碳钢或不锈钢阳极的自腐蚀电位、腐蚀速率以及混凝土电阻率、温湿度，实现对冷却塔混凝土结构的碳化速率监测,钢筋锈蚀速度及发展趋势监测，实时监测混凝土腐蚀深度；通过涂层监测探头监测涂层厚度，对涂层的老化状态进行判断；通过裂缝监测探头，监测混凝土因结构劣化或损坏而导致的裂缝。

根据一个优选的实施方式，对涂层监测还包括通过无人机巡检方式进行监测。

根据一个优选的实施方式，所述无人机巡检方式具体包括：(1)根据监测方案，确定无人机巡检的时间点；(2)根据涂层监测点的空间位置，规划巡检路线；(3)给无人机设计巡检路线和巡检点，在指定监测点拍照；(4)监测图像上传至数据库；(5)监测图像识别和比对，判断涂层老化状态。

根据一个优选的实施方式，步骤S43的保护计划包括：(1)根据混凝土的监测结果，判断混凝土的腐蚀状态；(2)对混凝土腐蚀状态进行预警，预判维护时间和范围；(3)判断是否需要进行涂层修复，如需修复，设定修复时间和范围；(4)根据混凝土腐蚀情况评估冷却塔的使用寿命。

前述本发明主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本发明可采用并要求保护的方案。本领域技术人员在了解本发明方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合，均为本发明所要保护的技术方案，在此不做穷举。

本发明的有益效果：(1)可进行冷却塔防腐结构的实时监测，可对防腐结构的有效性进行评估；(2)可自动冷却塔判断混凝土的腐蚀状态，并自动预警；(3)可评估防腐系统的寿命；(4)可预估防腐系统维护的范围、时间。(5)防腐监测系统数据采集采用电缆连接，安全可靠。可满足冷却塔全寿命期内监测需要。(6)防腐监测系统数据传输采用电缆传输，避免外界干扰，确保数据准确。

附图说明

图1是本发明建立冷却塔防腐体系模型的一个示意图；

其中，1-斜支柱，2-塔筒，31-第一塔筒内表面防腐分区，32-第二塔筒内表面防腐分区，33-第三塔筒内表面防腐分区，41-第一塔筒外表面防腐分区，42-第二塔筒外表面防腐分区，43-第三塔筒外表面防腐分区，5-监测探头，6-电缆。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明要指出的是，本发明中，如未特别写出具体涉及的结构、连接关系、位置关系、动力来源关系等，则本发明涉及的结构、连接关系、位置关系、动力来源关系等均为本领域技术人员在现有技术的基础上，可以不经过创造性劳动可以得知的。

实施例1：

参考图1所示，图中示出了一种冷却塔防腐监测系统，其特征在于，所述监测系统包括：

数据采集模块，所述数据采集模块包括：钢筋混凝土腐蚀监测探头、阳极梯腐蚀探头、涂层监测探头、裂缝监测探头，各探头设置于所述冷却塔之上。且本实施例涉及的钢筋混凝土腐蚀监测探头、阳极梯腐蚀探头、涂层监测探头、裂缝监测探头均为现有成熟技术并有可直接使用的产品。

数据传输模块，所述数据传输模块用于实现数据采集模块内各探头与所述数据存储模块及决策模块的通信连接。

数据存储模块，所述数据存储模块用于实现各监测数据的读取与存储，并存储有与各类监测数据对应的冷却塔防腐状态评估数据。

决策模块，所述决策模块基于数据采集模块实时采集的各类监测数据以及数据存储模块储存的腐蚀状态评估数据完成冷却塔防腐状态评估。

优选地，所述钢筋混凝土腐蚀监测探头用于实现混凝土内钢筋锈蚀速率监测。所述阳极梯腐蚀探头用于实现混凝土腐蚀深度监测。所述涂层监测探头用于实现冷却塔涂层老化状态监测。所述裂缝监测探头，用于监测混凝土因结构劣化或损坏而导致的裂缝。

其中，阳极梯腐蚀探头可实时监测混凝土腐蚀深度，其监测原理如下：在混凝土腐蚀过程中，随着CO₂、氯离子和水分向内侵入，导致混凝土的脱钝前沿不断向内延伸。随着侵入深度增加，阳极梯上距离表层不同距离的阳极阵列的电极电位、电偶电流和阻抗值均会发生明显的变化。通过不同深度的阳极阵列电化学参数随时间和位置的变化曲线，可以计算混凝土碳化深度随时间的变化规律，预测混凝土中钢筋的锈蚀时间，为混凝土结构的预防性维护提供指导。

涂层监测探头，粘贴在冷却塔涂层表面，通过实时监测大气和水体环境中涂层探头阻抗谱随时间的变化趋势，对涂层的老化状态进行判断，实现原位涂层老化过程的长期监测,为涂层损伤的预防性维修提供实时数据。

优选地，所述钢筋混凝土腐蚀监测探头和阳极梯腐蚀探头，在塔体混凝土施工时布置于混凝土内部，并与数据传输模块相连。

优选地，所述涂层监测探头和裂缝监测探头，粘贴于塔体混凝土表面，并与数据传输模块相连。

优选地，所述数据传输模块为抗腐蚀电缆，并在塔体混凝土浇筑时埋设于混凝土内部。

实施例2

在实施例1的基础上，本发明还公开了：一种冷却塔防腐监测方法。所述冷却塔防腐监测方法包括如下步骤：

步骤S1：建立冷却塔防腐体系模型。参考图1所示。

步骤S1具体包括以下步骤：

步骤S11：建立冷却塔结构模型，包括斜支柱1和塔筒2。

步骤S12：根据冷却塔运行环境、环境等级、腐蚀因子，确定冷却塔防腐分区的范围，并在结构模型上创建防腐分区。

步骤S13：确定防腐分区设计特征，包括各防腐分区的混凝土等级及要求、保护层厚度、防腐涂层类型、防腐涂层厚度，并在防腐分区上创建上述信息。

步骤S14：确定各防腐分区的设计寿命和维护时间。

步骤S2：构建防腐监测系统。

步骤S2包括以下步骤：步骤S21：根据冷却塔运行环境、环境等级、腐蚀因子、防腐分区设计特征，确定不同防腐分区的监测内容。

步骤S22：根据防腐分区设计特征、腐蚀因子、防腐分区位置及面积、监测内容，确定各防腐分区的探头类型和数量。

步骤S23：计算每一个防腐分区各类型探头的空间位置,根据探头类型和空间位置在设计模型中创建探头模型。

步骤S24：根据探头类型和分布，布置电缆通道，并创建电缆模型。

步骤S3：建立监测平台。

步骤S3包括以下步骤：步骤S31：搭建监测数据库，数据库包括防腐分区、控头信息、预警值、监测数据。

步骤S32：在数据库中为每一个探头创建数据条目，并与设计模型中的探头一一对应。所述数据条目包括探头的类型、空间位置、所在防腐分区、预警值。

步骤S33：根据防腐分区设计特征及维护时间，确定探头的监测频次，创建自动监测计划。

步骤S4：完成对冷却塔防腐状态的监测与维护。

步骤S4对冷却塔防腐状态的监测与维护包括：步骤S41：根据自动监测计划，自动进行监测，并将监测数据存储至数据库中。

步骤S42：根据探头类型及所在防腐分区，对监测内容和数据进行分析，判断混凝土的腐蚀状态；步骤S43：根据混凝土的腐蚀状态，与预警值比对，形成维护计划。

进一步地，步骤S42中，通过钢筋混凝土腐蚀监测探头监测混凝土电阻率、Cl^-浓度、pH值、温度、半电池电位和钢筋锈蚀速率数据，判断钢筋腐蚀和混凝土化学环境参数、预测钢筋混凝土结构耐久性、安全性及服役寿命；通过阳极梯腐蚀探头，监测不同埋深碳钢或不锈钢阳极的自腐蚀电位、腐蚀速率以及混凝土电阻率、温湿度，实现对冷却塔混凝土结构的碳化速率监测,钢筋锈蚀速度及发展趋势监测，实时监测混凝土腐蚀深度；通过涂层监测探头监测涂层厚度，对涂层的老化状态进行判断；通过裂缝监测探头，监测混凝土因结构劣化或损坏而导致的裂缝。

更进一步地，对涂层监测还包括通过无人机巡检方式进行监测。

具体地，无人机巡检方式具体包括：(1)根据监测方案，确定无人机巡检的时间点；(2)根据涂层监测点的空间位置，规划巡检路线；(3)给无人机设计巡检路线和巡检点，在指定监测点拍照；(4)监测图像上传至数据库；(5)监测图像识别和比对，判断涂层老化状态。

进一步地，步骤S43的保护计划包括：(1)根据混凝土的监测结果，判断混凝土的腐蚀状态；(2)对混凝土腐蚀状态进行预警，预判维护时间和范围；(3)判断是否需要进行涂层修复，如需修复，设定修复时间和范围；(4)根据混凝土腐蚀情况评估冷却塔的使用寿命。

通过本发明冷却塔防腐监测系统及防腐监测方法的系统及方法设置，(1)可进行冷却塔防腐结构的实时监测，可对防腐结构的有效性进行评估；(2)可自动判断冷却塔混凝土的腐蚀状态，并自动预警；(3)可评估防腐系统的寿命；(4)可预估防腐系统维护的范围、时间。(5)防腐监测系统数据采集采用电缆连接，安全可靠。可满足冷却塔全寿命期内监测需要。(6)防腐监测系统数据传输采用电缆传输，避免外界干扰，确保数据准确。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种冷却塔防腐监测系统，其特征在于，所述监测系统包括：

数据采集模块，所述数据采集模块包括：钢筋混凝土腐蚀监测探头、阳极梯腐蚀探头、涂层监测探头、裂缝监测探头，各探头设置于所述冷却塔之上；

数据传输模块，所述数据传输模块用于实现数据采集模块内各探头与所述数据存储模块及决策模块的通信连接；

数据存储模块，所述数据存储模块用于实现各监测数据的读取与存储，并存储有与各类监测数据对应的冷却塔防腐状态评估数据；

决策模块，所述决策模块基于数据采集模块实时采集的各类监测数据以及数据存储模块储存的腐蚀状态评估数据完成冷却塔防腐状态评估。

2.如权利要求1所述的冷却塔防腐监测系统，其特征在于，所述钢筋混凝土腐蚀监测探头用于实现混凝土内钢筋锈蚀速率监测；所述阳极梯腐蚀探头用于实现混凝土腐蚀深度监测；所述涂层监测探头用于实现冷却塔涂层老化状态监测；所述裂缝监测探头，用于监测混凝土因结构劣化或损坏而导致的裂缝。

3.如权利要求2所述的冷却塔防腐监测系统，其特征在于，所述钢筋混凝土腐蚀监测探头和阳极梯腐蚀探头，在塔体混凝土施工时布置于混凝土内部，并与数据传输模块相连。

4.如权利要求2所述的冷却塔防腐监测系统，其特征在于，所述涂层监测探头和裂缝监测探头，粘贴于塔体混凝土表面，并与数据传输模块相连。

5.如权利要求3或4所述的冷却塔防腐监测系统，其特征在于，所述数据传输模块为抗腐蚀电缆，并在塔体混凝土浇筑时埋设于混凝土内部。

6.一种冷却塔防腐监测方法，其特征在于，所述冷却塔防腐监测方法包括如下步骤：

S1：建立冷却塔防腐体系模型；

S2：构建如权利要求1至5所述的防腐监测系统；

S3：建立监测平台；

S4：完成对冷却塔防腐状态的监测与维护。

7.如权利要求6所述的防腐监测方法，其特征在于，步骤S1的建立冷却塔防腐体系模型，包括以下步骤：

步骤S11：建立冷却塔结构模型，包括斜支柱(1)和塔筒(2)；

步骤S12：根据冷却塔运行环境、环境等级、腐蚀因子，确定冷却塔防腐分区的范围，并在结构模型上创建防腐分区；

步骤S13：确定防腐分区设计特征，包括各防腐分区的混凝土等级及要求、保护层厚度、防腐涂层类型、防腐涂层厚度，并在防腐分区上创建上述信息；

步骤S14：确定各防腐分区的设计寿命和维护时间。

8.如权利要求7所述的防腐监测方法，其特征在于，步骤S2中构建防腐监测系统，包括以下步骤：

步骤S21：根据冷却塔运行环境、环境等级、腐蚀因子、防腐分区设计特征，确定不同防腐分区的监测内容；

步骤S22：根据防腐分区设计特征、腐蚀因子、防腐分区位置及面积、监测内容，确定各防腐分区的探头类型和数量；

步骤S23：计算每一个防腐分区各类型探头的空间位置,根据探头类型和空间位置在设计模型中创建探头模型；

步骤S24：根据探头类型和分布，布置电缆通道，并创建电缆模型。

9.如权利要求8所述的防腐监测方法，其特征在于，步骤S3建立监测平台包括以下步骤：

步骤S31：搭建监测数据库，数据库包括防腐分区、控头信息、预警值、监测数据；

步骤S32：在数据库中为每一个探头创建数据条目，并与设计模型中的探头一一对应。所述数据条目包括探头的类型、空间位置、所在防腐分区、预警值；

步骤S33：根据防腐分区设计特征及维护时间，确定探头的监测频次，创建自动监测计划。

10.如权利要求9所述的防腐监测方法，其特征在于，步骤S4对冷却塔防腐状态的监测与维护包括：

步骤S41：根据自动监测计划，自动进行监测，并将监测数据存储至数据库中；

步骤S42：根据探头类型及所在防腐分区，对监测内容和数据进行分析，判断混凝土的腐蚀状态；

步骤S43：根据混凝土的腐蚀状态，与预警值比对，形成维护计划。

11.如权利要求10所述的防腐监测方法，其特征在于，

步骤S42中，通过钢筋混凝土腐蚀监测探头监测混凝土电阻率、Cl^-浓度、pH值、温度、半电池电位和钢筋锈蚀速率数据，判断钢筋腐蚀和混凝土化学环境参数、预测钢筋混凝土结构耐久性、安全性及服役寿命；

通过阳极梯腐蚀探头，监测不同埋深碳钢或不锈钢阳极的自腐蚀电位、腐蚀速率以及混凝土电阻率、温湿度，实现对冷却塔混凝土结构的碳化速率监测,钢筋锈蚀速度及发展趋势监测，实时监测混凝土腐蚀深度；

通过涂层监测探头监测涂层厚度，对涂层的老化状态进行判断；

通过裂缝监测探头，监测混凝土因结构劣化或损坏而导致的裂缝。

12.如权利要求11所述的防腐监测方法，其特征在于，对涂层监测还包括通过无人机巡检方式进行监测。

13.如权利要求12所述的防腐监测方法，其特征在于，所述无人机巡检方式具体包括：(1)根据监测方案，确定无人机巡检的时间点；(2)根据涂层监测点的空间位置，规划巡检路线；(3)给无人机设计巡检路线和巡检点，在指定监测点拍照；(4)监测图像上传至数据库；(5)监测图像识别和比对，判断涂层老化状态。

14.如权利要求10所述的防腐监测方法，其特征在于，步骤S43的保护计划包括：(1)根据混凝土的监测结果，判断混凝土的腐蚀状态；(2)对混凝土腐蚀状态进行预警，预判维护时间和范围；(3)判断是否需要进行涂层修复，如需修复，设定修复时间和范围；(4)根据混凝土腐蚀情况评估冷却塔的使用寿命。

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