CN217878817U - 一种湿环境中剥离涂层下的金属结构腐蚀监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种湿环境中剥离涂层下的金属结构腐蚀监测装置，其包括传感器、零电阻电流计和工控机，零电阻电流计与工控机相连接，传感器包括水密接头、电极和底座，电极设于底座上，电极与水密接头相连接，水密接头与零电阻电流计相连接，底座设有盖板，盖板与底座之间设有介质腔。本实用新型能够对缺陷涂层下金属结构局部腐蚀发展的监测，优化涂层防护方案的选择。

Description

一种湿环境中剥离涂层下的金属结构腐蚀监测装置

技术领域

本实用新型属于金属结构物腐蚀监测诊断技术领域，尤其涉及一种湿环境中剥离涂层下的金属结构腐蚀监测装置。

背景技术

金属结构物在湿环境中难以避免地会遭受腐蚀问题，使用防腐涂层是金属结构物腐蚀防护最常用的手段。在金属结构物的加工、运输、施工以及服役过程中，防腐涂层会遭受冲击、刮裂、剥离、起泡、老化等问题，其防护性能降低。而当涂层存在缺陷时，缺陷下的金属结构将遭受严重的腐蚀风险。研究湿环境中涂层剥离下的结构腐蚀发展特点以及准确监测腐蚀程度对于金属结构的安全评估尤为重要。发明专利CN112881479A公开了一种涂层监测装置及监测方法，通过设置传感模块，采集由于涂层的电阻和电容变化引起的谐振频率以实现涂层老化程度的监测；发明专利CN108827868A公开了一种涂层失效监测探头及现场涂层失效快速监测方法，采用电化学阻抗原理，实现对服役中的涂层老化状态及老化速度进行现场实时监测。上述方法多关注涂层的老化性能，但对于存在涂层缺陷时的金属结构的腐蚀在线监测方法研究不充分。因此，设计一种剥离涂层下的金属结构腐蚀在线监测方法及装置，对于安全管理有着重要意义。

实用新型内容

本实用新型目的在于解决现有技术中存在的上述技术问题，提供一种湿环境中剥离涂层下的金属结构腐蚀监测装置，能够对缺陷涂层下金属结构局部腐蚀发展的监测，优化涂层防护方案的选择。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

一种湿环境中剥离涂层下的金属结构腐蚀监测装置，其特征在于：包括传感器、零电阻电流计和工控机，零电阻电流计与工控机相连接，传感器包括水密接头、电极和底座，电极设于底座上，电极与水密接头相连接，水密接头与零电阻电流计相连接，底座设有盖板，盖板与底座之间设有介质腔。电极所用的材料与传感器所布置对象的材料一致，如监测装置将布置在海洋平台桩腿上，因而，阵列电极材质为E690钢。通过介质腔模拟缺陷涂层的剥离情况。通过工程机和零电阻电流计检测电极电流得出电极腐蚀情况。监测装置布置在钢制桩腿上。

进一步，水密接头与零电阻电流计之间设有多路开关。传感器通过多路开关矩阵与零电阻电流计相连，通过安装在工控机上的控制软件，进行单路电流监测的切换时间以及传感器相邻循环测量的周期设置；单次循环监测得到的数据在工控机上以电流云图的形式展示。在每次电流监测切换过程中，除目标电极外的其余99根电极保持偶接，零电阻电流计测得目标电极和其余99跟电极之间流经的电流；另一方面，当传感器未进行数据测量时，多路开关的所有开关矩阵闭合，使得100个电极处于整体偶接，以模拟整个传感器的电连接状态；完成所有100个电极的电流监测为单次循环。根据电流分布云图中的阴阳极电流结果，可以判定剥离涂层下电偶腐蚀分布以及局部腐蚀的扩展情况，其中阳极电流处代表该区电偶腐蚀较严重；

进一步，电极与水密接头之间设有铜导线以实现二者之间的连接。

进一步，电极为20×5的阵列排布。阵列电极取材于实际工程用钢，其尺寸精加工为圆柱体，阵列电极沿着缝深均布20行，沿着缝口均布5列。阵列电极的圆柱侧壁进行钝化处理，以避免圆柱侧壁的缝隙腐蚀。

进一步，盖板与的底面为倾斜设置。盖倾斜设置在底座上形成开口——即介质腔，缺陷涂层的开口方向可以依据监测需求布置，在其他项目实施过程中，传感器的开口方向不受限制，可以是水平涂层开口，且剥离方向为向地；也可以是纵向涂层开口，且剥离方向为向右等。由于用于涂层剥离模拟的传感器盖板开口角度较小，在湿环境中，不管是湿度较大的大气环境，或是浸没的溶液环境，或是潮差飞溅区域，都可以在剥离缝隙内聚集溶液或液膜。

进一步，底座设有环氧树脂，环氧树脂包覆铜导线。在阵列电极的背面，连接有信号传输的铜导线，铜导线在传感器腔内通过密封环氧包覆，以防止铜导线端头的腐蚀。

进一步，盖板与底座之间密封件。密封件三面环抱开口，使得开口仅在最大开口处与外部接触。保证涂层腔内能够聚集溶液或者液膜，从而模拟涂层剥落情况下的监测。

进一步，还包括支座，底座设于支座上，支座设有护管和容纳腔，容纳腔与护管相连通。支座能够方便固定传感器，同时通过护管能够方便将传感器与多路开关连接。

进一步，支座与底座之间设有密封垫。通过密封垫的设置，传感器支座内部在密封后腔内无液体渗入。

本实用新型由于采用了上述技术方案，具有以下有益效果：

本实用新型提供的金属结构腐蚀监测装置结构简单、测量方便、可靠性高，监测传感器使用寿命长，应用场景多，适用于潮湿大气、浸没水体、潮差飞溅区的金属结构腐蚀在线监测；特别适用于不同涂层剥离程度以及涂层剥离开口方向的金属结构腐蚀在线监测。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

图1为本实用新型一种湿环境中剥离涂层下的金属结构腐蚀监测装置的结构示意图；

图2为本实用新型中传感器与支座连接的结构示意图。

图3为本实用新型中电极与水密接头连接的结构示意图；

图4为本实用新型中传感器的结构示意图；

图5为本实用新型中盖板与底座连接的结构示意图；

图6为图5中A-A的剖面图；

图7为本实用新型中监测装置设置在钢桩上的结构示意图；

图8位监测装置使用的流程图。

图中，1-传感器；2-支座；3-密封垫；4-紧固件；5-护管法兰；6-护管； 7-多路开关；8-零电阻电流计；9-工控机；101-电极；102-底座；103-盖板； 104-密封件；105-沉头螺栓；106-环氧树脂；107-水密接头。

具体实施方式

如图1至图7所示，为本实用新型一种湿环境中剥离涂层下的金属结构腐蚀监测装置，包括传感器1、零电阻电流计8和工控机9，零电阻电流计8与工控机9相连接，传感器1包括水密接头107、电极101和底座102，电极101设于底座102上，电极101与水密接头107相连接，水密接头107与零电阻电流计8相连接，底座102设有盖板103，盖板103与底座102之间设有介质腔。电极101所用的材料与传感器1所布置对象的材料一致，如监测装置将布置在海洋平台桩腿上，因而，阵列电极101材质为E690钢。通过介质腔况模拟缺陷涂层的剥离情况，通过工程机和零电阻电流计8检测电极101电流得出电极101 腐蚀情况。监测装置布置在钢制桩腿上。

水密接头107与零电阻电流计8之间设有多路开关7。传感器1通过多路开关7矩阵与零电阻电流计8相连，通过安装在工控机9上的控制软件，进行单路电流监测的切换时间以及传感器1相邻循环测量的周期设置；单次循环监测得到的数据在工控机9上以电流云图的形式展示。在每次电流监测切换过程中，除目标电极101外的其余99根电极101保持偶接，零电阻电流计8测得目标电极101和其余99跟电极101之间流经的电流；另一方面，当传感器1未进行数据测量时，多路开关7的所有开关矩阵闭合，使得100个电极101处于整体偶接，以模拟整个传感器1的电连接状态；完成所有100个电极101的电流监测为单次循环。根据电流分布云图中的阴阳极电流结果，一方面，可以判定剥离涂层下电偶腐蚀分布以及局部腐蚀的扩展情况，其中阳极电流处代表该区电偶腐蚀较严重；另一方面，依据每个阵列电极101上的阳极电流值，可以计算得到对应电极101的电偶腐蚀速率v_ai,j：

式中，M为阵列电极101所用材料的摩尔质量，n为阵列电极101所用材料腐蚀发生时的电荷转移数，F为法拉第常数，ρ_m为阵列电极101所用材料的密度，i_ai,j为阵列电极101对应单个电极101测得的电流值。

电极101与水密接头107之间设有铜导线以实现二者之间的连接。

电极101为20×5的阵列排布。阵列电极101取材于实际工程用钢，其尺寸精加工为圆柱体，阵列电极101沿着缝深均布20行，沿着缝口均布5列。阵列电极101的圆柱侧壁进行钝化处理，以避免圆柱侧壁的缝隙腐蚀。

盖板103的底面为倾斜设置。盖倾斜设置在底座102上形成开口——即介质腔，缺陷涂层的开口方向可以依据监测需求布置，在其他项目实施过程中，传感器1的开口方向不受限制，可以是水平涂层开口，且剥离方向为向地；也可以是纵向涂层开口，且剥离方向为向右等。由于用于涂层剥离模拟的传感器1 盖板103开口角度较小，在湿环境中，不管是湿度较大的大气环境，或是浸没的溶液环境，或是潮差飞溅区域，都可以在剥离缝隙内聚集溶液或液膜。

底座102设有环氧树脂106，环氧树脂106包覆铜导线。在阵列电极101的背面，连接有信号传输的铜导线，铜导线在传感器1腔内通过密封环氧包覆，以防止铜导线端头的腐蚀。

盖板103与底座102之间密封件104。密封件104三面环抱开口，使得开口仅在最大开口处与外部接触。保证涂层腔内能够聚集溶液或者液膜，从而模拟涂层剥落情况下的监测。

还包括支座2，底座102设于支座2上，支座2设有护管6和容纳腔，容纳腔与护管6相连通。支座2能够方便固定传感器1，同时通过护管6能够方便将传感器1与多路开关7连接。支座2其底部可以通过螺栓连接或焊接固定在目标平台结构上。支座2设置护管法兰用于与护管6连接。

支座2与底座102之间设有密封垫3。传感器1底座102与传感器1支座2 通过紧固件4和支架密封垫3进行紧固和密封，使支座2内部在密封后腔内无液体渗入。

如图8所示，为一种湿环境中剥离涂层下的金属结构腐蚀监测方法的流程图，所述方法是通过上述监测装置来实现的，包括如下步骤：

S1：传感器1加工，根据设计需要确定剥离涂层缝隙开口角度、缝隙纵深，加工阵列电极101、传感器1底座102；

S2：传感器1组装，将加工好的传感器1各部件封装，引出信号线，将传感器1底座102与传感器1支座2通过紧固件4和支架密封垫3进行紧固和密封，其中模拟的剥离涂层封口朝向依据需求调整；

S3：传感器1固定，通过螺栓连接或者焊接将传感器1布置在目标结构上，并完成护管法兰、护管6的布置对接，信号线穿过护管法兰与护管6，与多路开关7、零电阻电流计8和工控机9相连；

S4：监测设置控制，设置工控机9测量循环间隔以及多路开关7切换时间，控制多路开关7，使传感器1的阵列电极101探头依次与零电阻电流计8相连，测量电流数据；

S5：绘制电流分布云图，将测量得到的电流数据绘制成20×5的电流分布云图；

S6：基于电流分布云图，进行数据处理及分析。

本实用新型提供的金属结构腐蚀监测装置结构简单、测量方便、可靠性高，监测传感器1使用寿命长，应用场景多，适用于潮湿大气、浸没水体、潮差飞溅区的金属结构腐蚀在线监测；特别适用于不同涂层剥离程度以及涂层剥离开口方向的金属结构腐蚀在线监测。

以上仅为本实用新型的具体实施例，但本实用新型的技术特征并不局限于此。任何以本实用新型为基础，为解决基本相同的技术问题，实现基本相同的技术效果，所作出的简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本实用新型的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种湿环境中剥离涂层下的金属结构腐蚀监测装置，其特征在于：包括传感器、零电阻电流计和工控机，所述零电阻电流计与所述工控机相连接，所述传感器包括水密接头、电极和底座，所述电极设于所述底座上，所述电极与所述水密接头相连接，所述水密接头与所述零电阻电流计相连接，所述底座设有盖板，所述盖板与所述底座之间设有介质腔。

2.根据权利要求1所述的一种湿环境中剥离涂层下的金属结构腐蚀监测装置，其特征在于：所述水密接头与所述零电阻电流计之间设有多路开关。

3.根据权利要求1所述的一种湿环境中剥离涂层下的金属结构腐蚀监测装置，其特征在于：所述盖板的底面为倾斜设置。

4.根据权利要求1所述的一种湿环境中剥离涂层下的金属结构腐蚀监测装置，其特征在于：所述电极为20×5的阵列排布。

5.根据权利要求1所述的一种湿环境中剥离涂层下的金属结构腐蚀监测装置，其特征在于：所述电极与所述水密接头之间设有铜导线以实现二者之间的连接。

6.根据权利要求5所述的一种湿环境中剥离涂层下的金属结构腐蚀监测装置，其特征在于：所述底座设有环氧树脂，所述环氧树脂包覆所述铜导线。

7.根据权利要求1所述的一种湿环境中剥离涂层下的金属结构腐蚀监测装置，其特征在于：所述盖板与所述底座之间密封件。

8.根据权利要求1所述的一种湿环境中剥离涂层下的金属结构腐蚀监测装置，其特征在于：还包括支座，所述底座设于所述支座上，所述支座设有护管和容纳腔，所述容纳腔与所述护管相连通。

9.根据权利要求8所述的一种湿环境中剥离涂层下的金属结构腐蚀监测装置，其特征在于：所述支座与所述底座之间设有密封垫。

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