CN219391762U - 埋地阴极保护管道腐蚀速率探头及腐蚀速率在线监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型的埋地阴极保护管道腐蚀速率探头及腐蚀速率在线监测系统。探头包括探头管体、测温元件、腐蚀试片、温度补偿试片、电感线圈、锌参比电极、直流试片和交流试片；腐蚀试片与温度补偿试片连接，两者材质与测试管道相同；电感线圈设在探头管体内，两端引出测试线以施加激励信号，腐蚀试片和温度补偿试片位于电感线圈两端；测温元件、腐蚀试片、温度补偿试片、锌参比电极、直流试片和交流试片分别连接相应的测试线，多根测试线从探头管体引出。系统包括埋地阴极保护管道腐蚀速率探头、数据采集装置和显示终端。本实用新型兼具腐蚀速率监测、交直流杂散电流监测功能，实现阴极保护及杂散电流干扰下管道试片腐蚀速率的高精度在线监测。

Description

埋地阴极保护管道腐蚀速率探头及腐蚀速率在线监测系统

技术领域

本实用新型涉及一种埋地阴极保护管道腐蚀速率探头及腐蚀速率在线监测系统，属于埋地管道腐蚀与防护、阴极保护有效测试以及杂散电流干扰监测等领域。

背景技术

对于采用防腐层和阴极保护联合防护的埋地油气管道，一般通过管道通电电位和断电电位测试评估管道阴极保护有效性和腐蚀状态。然而，随着高压电网、轨道交通等基础设施建设使用，管道的服役环境日益复杂，管道受交直流干扰越来越普遍。杂散电流干扰下，特别是动态干扰时，管道电位存在直流或交流动态波动，准确测试管道断电电位非常困难，通过电位评估管道阴极保护有效性和腐蚀状态变得更为复杂。在这种条件下，腐蚀速率作为管道阴极保护有效性最直接有效的评价指标，管道腐蚀速率的监测引起人们的广泛关注。

腐蚀速率的测试方法有以下几种：基于现场埋片的失重测试方法、基于极化测试的电化学方法及基于试片电阻的探针测试方法。现场埋片方法测量结果反映的是平均腐蚀速率，试验周期长、开挖耗费人力物力。电化学方法采用线性极化测量方法，其测量结果反映的是介质对金属的瞬时腐蚀，只适用于有电解质的介质条件，不适用于受阴极保护或杂散电流干扰的管道。电阻探针测量方法基于金属损失，可实现试片腐蚀速率的原位监测，其通过测量试片电阻的变化量获得试件的腐蚀减薄量和腐蚀速率，其测量结果反映的是金属的均匀腐蚀。当测量元件的材质、接触腐蚀介质、极化条件等与所测量管道设备相同时，就可用测量元件腐蚀速率近似代表管道设备的腐蚀率。

目前埋地管道用的电阻均为普通电阻探针，普通电阻探针测量基于欧姆定律，采用直流信号测试电阻，其测量灵敏度低，响应时间长、温度补偿方法缺陷对测量结果产生较大误差，难以保证测量的准确性。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种埋地阴极保护管道腐蚀速率探头及腐蚀速率在线监测系统，可实现埋地管道腐蚀监测、阴极保护有效测试、杂散电流干扰监测，测量准确性高。

本实用新型的埋地阴极保护管道腐蚀速率探头，包括：探头管体、测温元件、腐蚀试片、温度补偿试片、电感线圈、锌参比电极、直流试片和交流试片；所述测温元件镶嵌在探头管体的后端，锌参比电极设在探头管体外壁的环形槽内；所述腐蚀试片、直流试片和交流试片都镶嵌在探头管体外壁的试片槽内，腐蚀试片和温度补偿试片用导线连接，两者形状相同且材质与测试管道材质相同；所述电感线圈设在探头管体内其轴线与探头管体轴线垂直，两端引出测试线，用以施加交流激励信号，腐蚀试片和温度补偿试片分别位于电感线圈两端且与电感线圈绝缘；测温元件、腐蚀试片、温度补偿试片、锌参比电极、直流试片和交流试片分别连接相应的测试线，多根测试线从探头管体前端的封端引出到探头管体外部。

在本实用新型的埋地阴极保护管道腐蚀速率探头中，所述探头管体为圆柱体，采用PVC或聚四氟高分子材质；所述电感线圈选用铜或银材质。

在本实用新型的埋地阴极保护管道腐蚀速率探头中，所述测温元件为热电阻。

在本实用新型的埋地阴极保护管道腐蚀速率探头中，所述直流试片与测试管道材质相同，与锌参比电极配合测量直流杂散电流干扰电位及电流密度；所述交流试片与测试管道材质相同，与锌参比电极配合测量交流杂散电流干扰电位及电流密度。

在本实用新型的埋地阴极保护管道腐蚀速率探头中，所述试片槽通过在探头管体外壁上经一次冲压成型获得，其底面为平面且设有测试线孔，腐蚀试片、直流试片和交流试片的测试线通过测试线孔引入探头管体内部。

在本实用新型的埋地阴极保护管道腐蚀速率探头中，所述探头管体内部除预留测试线通道外，均用环氧树脂或防水绝缘胶封装以固定各部件并保持互相绝缘。

本实用新型的埋地阴极保护管道腐蚀速率在线监测系统，包括：依次连接的埋地阴极保护管道腐蚀速率探头、数据采集装置和显示终端；

所述埋地阴极保护管道腐蚀速率探头包括：探头管体、测温元件、腐蚀试片、温度补偿试片、电感线圈、锌参比电极、直流试片和交流试片；所述测温元件镶嵌在探头管体的后端，锌参比电极设在探头管体外壁的环形槽内；所述腐蚀试片、直流试片和交流试片都镶嵌在探头管体外壁的试片槽内，腐蚀试片和温度补偿试片用导线连接，两者形状相同且材质与测试管道材质相同；所述电感线圈设在探头管体内其轴线与探头管体轴线垂直，两端引出测试线，用以施加交流激励信号，腐蚀试片和温度补偿试片分别位于电感线圈两端且与电感线圈绝缘；测温元件、腐蚀试片、温度补偿试片、锌参比电极、直流试片和交流试片分别连接相应的测试线，多根测试线从探头管体前端的封端引出到探头管体外部；所述探头管体为圆柱体，采用PVC或聚四氟高分子材质；所述电感线圈选用铜或银材质；所述测温元件为热电阻；所述直流试片与测试管道材质相同，与锌参比电极配合测量直流杂散电流干扰电位及电流密度；所述交流试片与测试管道材质相同，与锌参比电极配合测量交流杂散电流干扰电位及电流密度；所述试片槽通过在探头管体外壁上经一次冲压成型获得，其底面为平面且设有测试线孔，腐蚀试片、直流试片和交流试片的测试线通过测试线孔引入探头管体内部；所述探头管体内部除预留测试线通道外，均用环氧树脂或防水绝缘胶封装以固定各部件并保持互相绝缘；

所述数据采集装置包括：温度获取电路、腐蚀速率测试电路、杂散电流干扰监测电路、阴极保护参数采集电路、AD转换电路和通讯模块；

所述温度获取电路通过测试线连接测温元件；所述腐蚀速率测试电路通过测试线连接电感线圈、腐蚀试片和温度补偿试片；阴极保护参数采集电路通过测试线连接直流试片和锌参比电极；杂散电流干扰监测电路通过测试线分别连接直流试片、交流试片以及锌参比电极；将采集的模拟信号数据输出给AD转换电路转换为数字信号数据，并通过通讯模块发送给显示终端；

所述显示终端包括：主控模块和分别与主控模块连接的显示模块和预警模块，主控模块与通讯单元通过无线方式进行通信。

在本实用新型的埋地阴极保护管道腐蚀速率在线监测系统中，所述主控模块收集经AD转换电路转换后的温度数据、断电电位数据以及杂散电流干扰下的交、直流电压数据和交、直流电流数据；并根据经AD转换后的电感线圈、腐蚀试片和温度补偿试片的数字信号数据计算腐蚀速率；显示模块与主控模块连接以显示腐蚀速率、温度数据、断电电位数据以及杂散电流干扰下的交、直流电压数据和交、直流电流数据；预警模块与主控模块连接，当基材腐蚀速率达到预警值时触发报警。

本实用新型的一种埋地阴极保护管道腐蚀速率探头及腐蚀速率在线监测系统，至少具有以下有益效果：

1.测量精度高。本实用新型装置的磁阻探针采用片状腐蚀试片，相对于传统使用的管状和丝状探针，片状腐蚀试片的腐蚀可视为均匀减薄，局部腐蚀对电阻变化影响相对较小；温度补偿试片与腐蚀试片温度基本相同，同时检测电路将腐蚀试片和温度补偿试片采用差分输入的进行温度补偿，有效减小了测量误差。

2.抗干扰能力强。本实用新型采用交流恒流源为激励信号，通过频段滤波提取有效信号以抑制噪声信号，与现有技术中采用直流恒流源相比，增强了抗干扰能力。

3.适用于极化状态下测试。本实用新型不止限于在电解质腐蚀介质中应用，探头施加极化电位和阴极保护，实现阴极保护及杂散电流干扰下管道腐蚀速率的测试。

4.实现远程在线测量。本实用新型装置与显示终端进连接，由显示终端处理并显示多种测量结果数据，可实现测量结果的远程通讯和管道腐蚀状况实时在线监测。

附图说明

图1是本实用新型的埋地阴极保护管道腐蚀速率探头的结构示意图；

图2是本实用新型的埋地阴极保护管道腐蚀速率探头的内部示意图；

图3是本实用新型的埋地阴极保护管道腐蚀速率在线监测系统的框图；

1-探头管体，2-测温元件，3-锌参比电极，4-腐蚀试片，5-温度补偿试片，6-电感线圈，7-直流试片，8-交流试片，9-封端，10-测试线束，11-试片槽。

具体实施方式

如图1和2所示，本实用新型的埋地阴极保护管道腐蚀速率探头，包括：探头管体1、测温元件2、腐蚀试片4、温度补偿试片5、电感线圈6、锌参比电极3、直流试片7和交流试片8。所述测温元件2镶嵌在探头管体1的后端，锌参比电极3设在探头管体1外壁的环形槽内。所述腐蚀试片4、直流试片7和交流试片8都镶嵌在探头管体1外壁的试片槽11内，各试片工作面与试片槽11外表面处于同一平面。

腐蚀试片4和温度补偿试片5用导线连接，以减小温度对测量结果的影响。腐蚀试片4和温度补偿试片5形状相同都为长方形薄片状，且材质与测试管道材质相同，一般为X65、X70、X80等常用管道钢材质。腐蚀试片4输出的信号受温度影响，温度补偿试片5受相同程度的温度影响，通过温度补偿试片5来校正腐蚀试片4所受温度的影响程度，以减小温度对测量结果的影响。所述电感线圈6设在探头管体1内其轴线与探头管体1的轴线垂直，两端引出测试线，用以施加交流激励信号及测量线圈电感反馈信号。腐蚀试片4和温度补偿试片5分别位于电感线圈6两端且与电感线圈6绝缘，构成了磁阻探针。施加交流激励信号后，腐蚀试片4即置于电感线圈6所产生的磁场中。腐蚀试片4其中一个长方形表面裸露在探头管体外表面，作为与介质接触的工作面。测温元件2、腐蚀试片4、温度补偿试片5、锌参比电极3、直流试片7和交流试片8分别连接相应的测试线，多根测试线从探头管体前端的封端9引出到探头管体外部。

具体实施时，对腐蚀试片4与温度补偿试片5施加同一交流激励信号；腐蚀试片4的工作面由于腐蚀发生厚度变化，会影响电感线圈6内的等效电感及感抗，通过监测电感线圈5电感的变化，可计算出腐蚀试片4的腐蚀减薄量，根据上述减薄量求出金属的腐蚀速率。

具体实施时，所述探头管体1为圆柱体，尺寸为Φ(20～40)mm×(300～400)mm，壁厚3mm，采用PVC或聚四氟高分子材质。所述电感线圈6选用铜或银材质，直径0.2～0.6mm。

具体实施时，所述测温元件为热电阻或热电偶。用于动态监测环境温度变化。

具体实施时，所述直流试片7与测试管道材质相同。为圆形薄片状，面积为5cm²～6.5cm²。直流试片7与锌参比电极3配合测量直流杂散电流干扰电位及电流密度。也作为阴极保护测量的极化试片使用，可以测试管道通电电位和断电电位。所述交流试片8与测试管道材质相同。为圆形薄片状，面积为1cm²。交流试片8与锌参比电极3配合测量交流杂散电流干扰电位及电流密度。直流试片7和交流试片8一般为20#钢、X65、X70、X80等常用管道钢材质。直流试片7和交流试片8镶嵌在试片槽11中，裸露在外的圆形面作为工作面，

具体实施时，所述试片槽11通过在探头管体外壁上经一次冲压成型获得，其底面为平面且设有测试线孔，腐蚀试片4、直流试片7和交流试片8的测试线通过测试线孔引入探头管体内部。

具体实施时，各试片镶嵌完成后，探头管体1内部除预留测试线通道外，均用环氧树脂或防水绝缘胶封装以固定各部件并保持互相绝缘。

如图3所示，本实用新型的埋地阴极保护管道腐蚀速率在线监测系统，包括：依次连接的埋地阴极保护管道腐蚀速率探头、数据采集装置和显示终端。其中埋地阴极保护管道腐蚀速率探头采用上述介绍的探头结构。所述数据采集装置包括：温度获取电路、腐蚀速率测试电路、杂散电流干扰监测电路、阴极保护参数采集电路、AD转换电路和通讯模块。

所述温度获取电路与测温元件2的测试线连接，采集测温元件2反馈的模拟信号并经放大后输出给AD转换电路转换为数字信号，并通过通讯模块发送给显示终端。

具体实施时，测温元件采用PT100热电阻，热电阻的三条测试线接入温度获取电路，温度获取电路由恒流源和电压放大电路组成。恒流源产生的电流经过PT100热电阻后产生一个随温度变化的电压信号，再通过电压放大电路进行放大。放大后的模拟电压信号通过AD转换电路转换为数字信号，并通过通讯模块发送给显示终端。

所述腐蚀速率测试电路与电感线圈6、腐蚀试片4和温度补偿试片5的测试线连接，用于给电感线圈6、腐蚀试片4和温度补偿试片5施加交流电压信号，并将电感线圈6、腐蚀试片4和温度补偿试片5的响应电压信号放大后转换为直流电压信号输出给AD转换电路转换为响应数字信号，并通过通讯模块发送给显示终端。

所述杂散电流干扰监测电路分别与直流试片7、交流试片8以及锌参比电极3的测试线连接，测量杂散电流干扰下的交、直流电压信号和交、直流电流信号，并经AD转换电路转换为数字信号，通过通讯模块发送显示终端。

具体实施时，杂散电流干扰监测电路监测杂散电流干扰下的交直流电位、交直流电流密度等杂散电流干扰信号。直流试片7、交流试片8输出相对于锌参比电极3的电压模拟量信号，杂散电流干扰监测电路将直流试片7的直流信号放大输出给AD转换电路，将交流试片8的交流信号转化为直流信号输出给AD转换电路，AD转换电路将模拟信号转换为数字信号，并发送给显示终端。

所述阴极保护参数采集电路分别与直流试片7、锌参比电极3的测试线连接。直流试片7、锌参比电极3和管道相互连接，阴极保护参数采集电路用于测量断电电位并输出给AD转换电路转换为数字信号，发送给显示终端。

具体实施时，阴极保护参数采集电路用来测量断电电位，测量断电电位的时候需要在断开管道连接后1秒内采集1000个直流试片7相对于锌参比电极3的电位。阴极保护参数采集电路负责接通和断开电路并传输直流试片7相对于锌参比电极3的模拟量电压值，AD转换电路采集1秒内1000个电压信号转换为数字信号发送显示终端，显示终端将获取的1000个数字信号数据存储。

所述显示终端包括：主控模块和分别与主控模块连接的显示模块和预警模块，主控模块与通讯单元通过无线方式连接。所述主控模块收集经AD转换电路转换后的温度数据、断电电位数据以及杂散电流干扰下的交、直流电压数据和交、直流电流数据；并根据经AD转换后的电感线圈、腐蚀试片和温度补偿试片的数字信号数据计算腐蚀速率；显示模块与主控模块连接以显示腐蚀速率、温度数据、断电电位数据以及杂散电流干扰下的交、直流电压数据和交、直流电流数据；预警模块与主控模块连接，当基材腐蚀速率达到预警值时触发报警。

具体操作时，将本实用新型的埋地阴极保护管道腐蚀速率探头竖直埋设在距离管道0.1～0.5m的范围内，探头埋深与管道相同，并与管道连接，确保探头和土壤紧密接触。埋设后，探头腐蚀试片、直流试片和交流试片均与管道连接。腐蚀试片4、直流试片7和交流试片8代表管道的涂层破损点，其阴极保护状态和杂散电流干扰与管道相同。

测试时，将埋地阴极保护管道腐蚀速率探头连接数据采集装置，采集腐蚀试片、温度补偿试片、电感线圈两端的激励响应信号；记录温度获取电路反馈信号即得环境温度；记录锌参比电极3和直流试片7、交流试片8之间电位和电流，即可得到阴极保护运行参数和杂散电流干扰数据。

本实用新型的埋地阴极保护管道腐蚀速率探头及腐蚀速率在线监测系统集成了管道腐蚀速率、阴极保护有效性参数、杂散电流干扰程度测试等功能，具有测量精度高、响应时间短、抗干扰能力强等优点。磁阻探针的应用大大提高了探头的测量精度和灵敏度，可达到30nm量级。采用交流信号测量大大提高了探头的抗干扰能力。温度补偿试片置于腐蚀试片同深度土壤，测量结果受温度影响小。设置直流试片7和交流试片8可进行阴极保护及交直流杂散电流干扰等参数测量。多重功能设计，可以获取更全面的埋地管道腐蚀相关参数，为管道管理者提供决策依据。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型的思想，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.埋地阴极保护管道腐蚀速率探头，其特征在于，包括：探头管体、测温元件、腐蚀试片、温度补偿试片、电感线圈、锌参比电极、直流试片和交流试片；所述测温元件镶嵌在探头管体的后端，锌参比电极设在探头管体外壁的环形槽内；所述腐蚀试片、直流试片和交流试片都镶嵌在探头管体外壁的试片槽内，腐蚀试片和温度补偿试片用导线连接，两者形状相同且材质与测试管道材质相同；所述电感线圈设在探头管体内其轴线与探头管体轴线垂直，两端引出测试线，用以施加交流激励信号，腐蚀试片和温度补偿试片分别位于电感线圈两端且与电感线圈绝缘；测温元件、腐蚀试片、温度补偿试片、锌参比电极、直流试片和交流试片分别连接相应的测试线，多根测试线从探头管体前端的封端引出到探头管体外部。

2.如权利要求1所述的埋地阴极保护管道腐蚀速率探头，其特征在于，所述探头管体为圆柱体，采用PVC或聚四氟高分子材质；所述电感线圈选用铜或银材质。

3.如权利要求1所述的埋地阴极保护管道腐蚀速率探头，其特征在于，所述测温元件为热电阻。

4.如权利要求1所述的埋地阴极保护管道腐蚀速率探头，其特征在于，所述直流试片与测试管道材质相同，与锌参比电极配合测量直流杂散电流干扰电位及电流密度；所述交流试片与测试管道材质相同，与锌参比电极配合测量交流杂散电流干扰电位及电流密度。

5.如权利要求1所述的埋地阴极保护管道腐蚀速率探头，其特征在于，所述试片槽通过在探头管体外壁上经一次冲压成型获得，其底面为平面且设有测试线孔，腐蚀试片、直流试片和交流试片的测试线通过测试线孔引入探头管体内部。

6.如权利要求1所述的埋地阴极保护管道腐蚀速率探头，其特征在于，所述探头管体内部除预留测试线通道外，均用环氧树脂或防水绝缘胶封装以固定各部件并保持互相绝缘。

7.埋地阴极保护管道腐蚀速率在线监测系统，其特征在于，包括：依次连接的埋地阴极保护管道腐蚀速率探头、数据采集装置和显示终端，所述埋地阴极保护管道腐蚀速率探头采用权利要求1-6任一项所述的探头；所述数据采集装置包括：温度获取电路、腐蚀速率测试电路、杂散电流干扰监测电路、阴极保护参数采集电路、AD转换电路和通讯模块；

所述温度获取电路通过测试线连接测温元件；所述腐蚀速率测试电路通过测试线连接电感线圈、腐蚀试片和温度补偿试片；阴极保护参数采集电路通过测试线连接直流试片和锌参比电极；杂散电流干扰监测电路通过测试线分别连接直流试片、交流试片以及锌参比电极；将采集的模拟信号数据输出给AD转换电路转换为数字信号数据，并通过通讯模块发送给显示终端；

所述显示终端包括：主控模块和分别与主控模块连接的显示模块和预警模块，主控模块与通讯单元通过无线方式进行通信。

8.如权利要求7所述的埋地阴极保护管道腐蚀速率在线监测系统，其特征在于，所述主控模块收集经AD转换电路转换后的温度数据、断电电位数据以及杂散电流干扰下的交、直流电压数据和交、直流电流数据；并根据经AD转换后的电感线圈、腐蚀试片和温度补偿试片的数字信号数据计算腐蚀速率；显示模块与主控模块连接以显示腐蚀速率、温度数据、断电电位数据以及杂散电流干扰下的交、直流电压数据和交、直流电流数据；预警模块与主控模块连接，当基材腐蚀速率达到预警值时触发报警。