CN212175051U - 基于同步授时的牺牲阳极状态监测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于地下管道防护技术领域，具体涉及一种基于同步授时的牺牲阳极状态监测系统，包括若干监测装置与若干牺牲阳极，牺牲阳极与监测装置一一对应；每一牺牲阳极均与管道连接，每一牺牲阳极还通过其对应的监测装置与管道连接；每一监测装置均包括卫星授时与通讯模块、数据检测模块、信息处理模块、执行模块、电源模块以及参比电极；执行模块用于控制牺牲阳极的开断，数据检测模块根据牺牲阳极的开断检测开路电位、通路电位以及输出电流；卫星授时与通讯模块用于所有监测装置的同步授时以及数据传输。本实用新型对牺牲阳极长期状态进行监测并同一时间获取所有牺牲阳极的状态参数，保证获得信息的同步性与精准性。
Description
技术领域
本实用新型属于地下管道防护技术领域，具体涉及一种基于同步授时的牺牲阳极状态监测系统。
背景技术
刨除地面沉降、野蛮施工、地面重力增加等外力因素，造成油气管道泄漏的最主要问题就是杂散电流腐蚀。杂散电流腐蚀主要分为两种，一种是由于金属材质的燃气管线需要穿越不同类型的地质，沿线土壤透气性等物理化学参数有较大变化，导致管段两端存在明显的电位差二产生杂散电流，造成电化学腐蚀；另一种杂散电流腐蚀主要是因为附近的高压输电线路、地铁、地下电力、电信管道因运行或漏电所产生的入地电流电流以管线作为回流通路而在管道中产生杂散电流，导致电流流出点的局部电化学腐蚀。因此，管道通常会采用阴极保护措施。
阴极保护就是利用外加手段迫使被保护金属表面成为阴极，以达到抑制腐蚀的目的。阴极保护技术根据保护电流的供给方式可分为牺牲阳极阴极保护法和外加电流阴极保护法。所谓牺牲阳极阴极保护法是将被保护金属和一种电位更负的金属或合金(即牺牲阳极)相连，使被保护体阴极极化以降低腐蚀速率的方法。采用牺牲阳极法的主要优点有对管道以外的其他设施影响小、不用借助其他外电即可自行运转、前期施工及后期运行维护所需要的成本低、不用多占面积、保护电流利用率高等特点。但是由于油气管线较长，牺牲阳极桩在安装后的状态检测机会很少，若牺牲阳极桩失效后无法及时更换可能会导致管道遭受腐蚀，乃至泄漏。
实用新型内容
本实用新型的目的是为了解决现有技术中的牺牲阳极桩失效后无法及时更换问题，提出了一种基于同步授时的牺牲阳极状态监测系统。
为实现以上技术目的，本实用新型采用以下技术方案：
基于同步授时的牺牲阳极状态监测系统，包括若干监测装置与若干牺牲阳极，牺牲阳极与监测装置一一对应；每一牺牲阳极均与管道连接，每一牺牲阳极还通过其对应的监测装置与管道连接；每一监测装置均包括卫星授时与通讯模块、数据检测模块、信息处理模块、执行模块、电源模块以及参比电极；其中，执行模块用于控制牺牲阳极的开断，数据检测模块根据牺牲阳极的开断检测开路电位、通路电位以及输出电流，开路电位为参比电极与牺牲阳极之间的电位差，通路电位为参比电极与管道之间的电位差，输出电流为牺牲阳极与管道之间的电流值；信息处理模块用于将数据检测模块测得的数据进行处理，根据处理结果判断牺牲阳极的工作状态并存储数据，同时将数据进行信号转换后传递给卫星授时与通讯模块；卫星授时与通讯模块用于整条管线所有监测装置的同步授时以及数据传输；电源模块同时为卫星授时与通讯模块、信息处理模块、执行模块以及数据检测模块提供电源。
进一步地，数据检测模块包括电流检测单元与电位检测单元，电流检测单元包括第一电压表与电阻，电位检测单元包括第二电压表与第三电压表。
进一步地，牺牲阳极、电阻以及管道通过导线依次串联；第一电压表与电阻并联，通过第一电压表测量电阻两端的电压差，通过第一电压表、电阻检测牺牲阳极与管道之间的输出电流。
进一步地，第二电压表的两端通过导线分别与管道、参比电极连接，通过第二电压表检测参比电极与管道之间的通路电位；第三电压表的两端通过导线分别与牺牲阳极、参比电极连接，通过第三电压表检测参比电极与牺牲阳极之间开路电位。
进一步地，监测装置还包括第一继电器与第二继电器，第一继电器、第二继电器均设有A档与B档，牺牲阳极通过第二继电器的A档与管道连通；牺牲阳极依次通过第二继电器的B档、第一继电器的B档与电阻连通；牺牲阳极依次通过第二继电器的B档、第一继电器的A档与第三电压表连通。
进一步地，执行模块控制第一继电器在A档与B档之间进行转换、同时控制第二继电器在A档与B档之间进行转换。
进一步地，信息处理模块包括控制单元、数据采集单元、通信单元、信号处理单元以及计时单元；其中，控制单元与数据采集单元均采用嵌入式微控制器；通信单元采用GPRS接口、NB－IOT接口、蓝牙接口当中的一种或几种；信号处理单元用于所采集信号的滤波、增益放大；计时单元间隔一段时间后，唤醒所有监测装置的执行模块与数据检测模块，用于准确控制执行模块与数据检测模块。
进一步地，所述卫星授时与通讯模块采用北斗通讯模块和/或蓝牙通讯模块。
进一步地，每一牺牲阳极均包括数个并联的锌棒。
与现有技术相比，本实用新型的有益技术效果为：
本实用新型的监测装置能够实现对牺牲阳极电流、电位的检测，达到对牺牲阳极的长期状态进行监测，不需要人员检测，可将监测信息实时传回后台，可以直接计算得到牺牲阳极的状态，同时通过卫星授时能够校准所有监测装置的时钟信号，使所有监测装置同一时间获取牺牲阳极的状态参数，保证所有监测装置获得信息的同步性与精准性。
附图说明
图1为本实施例基于同步授时的牺牲阳极状态监测系统结构图；
图2为监测装置结构示意图。
图中：1管道、2牺牲阳极、3参比电极、4第二继电器、5第一继电器、7信息处理模块、11第一电压表、12第二电压表、13第三电压表、14电阻、15监测装置
具体实施方式
下面结合具体实施例对本实用新型进行进一步地描述，但本实用新型的保护范围并不仅仅限于此。
如图1-2所示，本实施例基于同步授时的牺牲阳极状态监测系统，包括若干监测装置15与若干牺牲阳极2，牺牲阳极2与监测装置15一一对应；每一牺牲阳极2均与管道1连接，每一牺牲阳极2还通过其对应的监测装置15与管道1连接。每一监测装置15均包括卫星授时与通讯模块、数据检测模块、信息处理模块7、执行模块、电源模块以及参比电极3。其中，执行模块控制牺牲阳极2的开断。数据检测模块通过牺牲阳极2的开断检测开路电位、通路电位以及输出电流，开路电位为参比电极3与牺牲阳极2之间的电位差，通路电位为参比电极3与管道1之间的电位差，输出电流为牺牲阳极2与管道1之间的电流值。信息处理模块7用于将数据检测模块测得的数据进行处理，根据处理结果判断牺牲阳极2的工作状态并存储数据，同时将数据进行信号转换后传递给卫星授时与通讯模块。卫星授时与通讯模块用于整条管线所有监测装置15的同步授时以及数据传输，通过卫星授时校准所有监测装置15的时钟信号，使所有牺牲阳极2同时开断，避免IR降对检测的干扰。电源模块同时为卫星授时与通讯模块、信息处理模块7、执行模块以及数据检测模块提供电源。电源模块为充电电池，平常可以采用太阳能充电，需要时可以更换电池。
管道1埋地设置，监测装置15可安装于管道1附近的地表上，参比电极3与牺牲阳极2均可埋设于管道1附近的地表下。牺牲阳极2因保护管道1而逐渐被腐蚀消耗，本实施例通过能够实现对牺牲阳极2电流、电位的检测，达到对牺牲阳极2的长期状态进行监测，不需要人员检测，可将监测信息实时传回后台，可以直接计算得到牺牲阳极2的状态，同时通过卫星授时能够校准所有监测装置15的时钟信号，使所有监测装置15同一时间获取牺牲阳极2的状态参数，保证所有监测装置15获得信息的同步性与精准性。
数据检测模块包括电流检测单元与电位检测单元，电流检测单元包括第一电压表11与电阻14，电位检测单元包括第二电压表12与第三电压表13。牺牲阳极2、电阻14以及管道1通过导线依次串联，即牺牲阳极2与管道1可直接连接；为测量牺牲阳极2与管道1之间的电流值，牺牲阳极2也可通过电阻14与管道1进行连接。第一电压表11与电阻14并联，通过第一电压表11测量电阻14两端的电压差，通过第一电压表11、电阻14检测牺牲阳极2与管道1之间的输出电流。第二电压表12的两端通过导线分别与管道1、参比电极3连接，当牺牲阳极2与管道1之间连通时，通过第二电压表12检测参比电极3与管道1之间的通路电位。第三电压表13的两端通过导线分别与牺牲阳极2、参比电极3连接，当牺牲阳极2与参比电极3连通时，通过第三电压表13检测参比电极3与牺牲阳极2之间开路电位。通过输出电流、通路电位以及开路电位为牺牲阳极2的状态参数。
为便于检测开路电位、通路电位以及输出电流，监测装置15还包括第一继电器5与第二继电器4，第一继电器5、第二继电器4均设有A档与B档，其中，第一继电器的A档为常闭状态，B档为常开状态；第二继电器的A档为常闭状态，B档为常开状态。牺牲阳极2通过第二继电器4的A档与管道1连通。第二继电器4指向A档时，牺牲阳极与管道1连通，牺牲阳极2与参比电极3断开连接。牺牲阳极2依次通过第二继电器4的B档、第一继电器5的B档与电阻14连通。第二继电器4指向B档并且第一继电器5指向B档时，牺牲阳极2通过电阻14与管道1连通，牺牲阳极2与参比电极3断开连接。牺牲阳极2依次通过第二继电器4的B档、第一继电器5的A档与第三电压表13连通。第二继电器4指向B档并且第一继电器5指向A档时，牺牲阳极2与管道1断开连接，牺牲阳极2与参比电极3连接。执行模块控制第一继电器5在A档与B档之间进行转换，同时控制第二继电器4在A档与B档之间进行转换。
信息处理模块7包括控制单元、数据采集单元、电源管理单元、通信单元、信号处理单元以及计时单元。其中，控制单元与数据采集单元均采用嵌入式微控制器。通信单元采用GPRS接口、NB－IOT接口、蓝牙接口当中的任一种或三种都采用。信号处理单元用于所采集信号的滤波、增益放大。计时单元周期性唤醒所有监测装置15的执行模块与数据检测模块，用于准确控制执行模块与数据检测模块，保证数据采集的同步性。
所述卫星授时与通讯模块采用北斗通讯模块和/或蓝牙通讯模块，用于长、短距离内的数据传输。卫每一牺牲阳极2均包括数个并联的锌棒，本实施例每一牺牲阳极2采用四根并联的锌棒，但是数量并不限于四根，其他数量的锌棒均是可实施的方案。
本实施例的工作原理为：首先，卫星同步授时，管道对应的全线监测装置时间校准，全线第一继电器、第二继电器闭合，为常闭状态；之后，监测装置根据检测指令，立即将全线第二继电器置为常开状态，此时第一继电器为常闭状态，数据检测模块通过第三压力表采集参比电极与牺牲阳极之间的开路电位；将全线第一继电器与第二继电器置为常闭状态，数据检测模块通过第二压力表读取参比电极与管道之间的通路电位；间隔一段时间后，将全线第一继电器与第二继电器置为常开状态，数据检测模块通过第一电压表、电阻采集牺牲阳极与管道之间的输出电流；间隔一段时间后，将全线第一继电器与第二继电器置为常闭状态；随后，数据检测模块将所测数据发送至给信息处理模块，监测装置进入休眠省电模式；然后，信息处理模块对牺牲阳极的长期数据进行数据分析。步监测装置还可设置固定时间表、工作人员唤醒指令或突发状态，监测装置可由固定时间表、工作人员唤醒指令以及突发状态唤醒。
以上对本实用新型的实施例进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本实用新型提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (9)
1.基于同步授时的牺牲阳极状态监测系统，其特征在于：
包括若干监测装置(15)与若干牺牲阳极(2)，牺牲阳极(2)与监测装置(15)一一对应；每一牺牲阳极(2)均与管道(1)连接，每一牺牲阳极(2)还通过其对应的监测装置(15)与管道(1)连接；
每一监测装置(15)均包括卫星授时与通讯模块、数据检测模块、信息处理模块(7)、执行模块、电源模块以及参比电极(3)；
其中，执行模块用于控制牺牲阳极(2)的开断；
数据检测模块根据牺牲阳极(2)的开断检测开路电位、通路电位以及输出电流，开路电位为参比电极(3)与牺牲阳极(2)之间的电位差，通路电位为参比电极(3)与管道(1)之间的电位差，输出电流为牺牲阳极(2)与管道(1)之间的电流值；
信息处理模块(7)用于将数据检测模块测得的数据进行处理，根据处理结果判断牺牲阳极(2)的工作状态并存储数据，同时将数据进行信号转换后传递给卫星授时与通讯模块；
卫星授时与通讯模块用于整条管线所有监测装置(15)的同步授时以及数据传输；
电源模块同时为卫星授时与通讯模块、信息处理模块(7)、执行模块以及数据检测模块提供电源。
2.根据权利要求1所述的基于同步授时的牺牲阳极状态监测系统，其特征在于：数据检测模块包括电流检测单元与电位检测单元，电流检测单元包括第一电压表(11)与电阻(14)，电位检测单元包括第二电压表(12)与第三电压表(13)。
3.根据权利要求2所述的基于同步授时的牺牲阳极状态监测系统，其特征在于：牺牲阳极(2)、电阻(14)以及管道(1)通过导线依次串联；第一电压表(11)与电阻(14)并联，通过第一电压表(11)测量电阻(14)两端的电压差，通过第一电压表(11)、电阻(14)检测牺牲阳极(2)与管道(1)之间的输出电流。
4.根据权利要求3所述的基于同步授时的牺牲阳极状态监测系统，其特征在于：第二电压表(12)的两端通过导线分别与管道(1)、参比电极(3)连接，通过第二电压表(12)检测参比电极(3)与管道(1)之间的通路电位；第三电压表(13)的两端通过导线分别与牺牲阳极(2)、参比电极(3)连接，通过第三电压表(13)检测参比电极(3)与牺牲阳极(2)之间开路电位。
5.根据权利要求4所述的基于同步授时的牺牲阳极状态监测系统，其特征在于：监测装置还包括第一继电器(5)与第二继电器(4)，第一继电器(5)、第二继电器(4)均设有A档与B档，牺牲阳极(2)通过第二继电器(4)的A档与管道(1)连通；牺牲阳极(2)依次通过第二继电器(4)的B档、第一继电器(5)的B档与电阻(14)连通；牺牲阳极(2)依次通过第二继电器(4)的B档、第一继电器(5)的A档与第三电压表(13)连通。
6.根据权利要求5所述的基于同步授时的牺牲阳极状态监测系统，其特征在于：执行模块控制第一继电器(5)在A档与B档之间进行转换、同时控制第二继电器(4)在A档与B档之间进行转换。
7.根据权利要求1所述的基于同步授时的牺牲阳极状态监测系统，其特征在于：
信息处理模块(7)包括控制单元、数据采集单元、通信单元、信号处理单元以及计时单元；
其中，控制单元与数据采集单元均采用嵌入式微控制器；
通信单元采用GPRS接口、NB－IOT接口、蓝牙接口当中的一种或几种；
信号处理单元用于所采集信号的滤波、增益放大；
计时单元周期性唤醒所有监测装置(15)的执行模块与数据检测模块。
8.根据权利要求1所述的基于同步授时的牺牲阳极状态监测系统，其特征在于：所述卫星授时与通讯模块采用北斗通讯模块和/或蓝牙通讯模块。
9.根据权利要求1所述的基于同步授时的牺牲阳极状态监测系统，其特征在于：每一牺牲阳极均包括数个并联的锌棒。
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| CN111206252A (zh) * | 2020-02-19 | 2020-05-29 | 浙江浙能天然气运行有限公司 | 基于同步授时的牺牲阳极状态监测系统及其监测方法 |
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2020
- 2020-02-19 CN CN202020184768.XU patent/CN212175051U/zh active Active
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