CN219676738U - 一种阴极电化学腐蚀保护仿真装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种阴极电化学腐蚀保护仿真装置，包括直流稳压电源U3、通断电定时器U10、保护电流供给电源以及仿真盒以及为直流稳压电源U3、数字电压表U4、通断电定时器U10以及保护电流供给电源供电的蓄电池；仿真阳极分别与直流稳压电源U3的输出端的正极以及保护电流供给电源的输出端的负极电连接；牺牲阳极与第三接线柱U14电连接，第一接线柱U12与直流稳压电源U3的输出端的负极电连接，第二接线柱U13与通断电定时器U10的输入端电连接；本实用新型实施例提供的仿真装置，可支撑燃气管道阴极保护有效性评估，降低腐蚀风险；达到员工可以自行开展阴保系统日常测试维护工作水平，降低管道腐蚀速率，减少泄漏事故，延长燃气管道的服役寿命。
Description
技术领域
本实用新型涉及油气管道阴极保护仿真技术领域，具体涉及一种阴极电化学腐蚀保护仿真装置。
背景技术
阴极保护是一种用于防止金属在电介质中腐蚀的电化学保护技术，该技术的基本原理是对被保护的金属表面施加一定的直流电流，使其产生阴极极化，当金属的电位负于某一电位值时，腐蚀的阳极溶解过程就会得到有效抑制。根据提供阴极电流的方式不同，阴极保护又分为牺牲阳极法和外加电流法两种，前者是将一种电位更负的金属与被保护的金属结构物电性连接，通过电负性金属或合金的不断溶解消耗，向被保护物提供保护电流，使金属结构物获得保护。后者是将外部交流电转变成低压直流电，通过辅助阳极将保护电流传递给被保护的金属结构物，从而使腐蚀得到抑制。
油气管道阴极保护电化学腐蚀主要涉及金属电化学腐蚀、牺牲阳极和强制电流阴极保护、油气管道储运等领域，从事该项工作的油气管道保护工人员，要系统的掌握该项工作的内容具有一定的难度。一般企业通过系统化的开展培训工作，使得从业人员掌握该项工作技能。目前的培训都是以文字性描述、现场实物抽象的讲解基本原理为主要形式，由于技术原理比较复杂和对现场实物缺乏直观了解，上述培训方式的培训效果很差，达不到培训的预期目的。
实用新型内容
为了解决现有对油气管道阴极保护技术培训中，由于技术原理比较复杂，且现场无实物，因此缺乏直观了解，导致培训效果很差，培训周期长等技术问题，本实用新型提供一种阴极电化学腐蚀保护仿真装置。
本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：
一种阴极电化学腐蚀保护仿真装置，包括蓄电池、数字电压表U4、直流稳压电源U3、通断电定时器U10、保护电流供给电源、第一开关U2、第二开关U6、第三开关U15、第一接线柱U12、第二接线柱U13、第三接线柱U14以及仿真盒；
所述蓄电池的正极通过所述第一开关U2分别与所述直流稳压电源U3的输入端的正极、所述数字电压表U4的供电端以及所述通断电定时器U10的供电端电连接；所述蓄电池的正极通过所述第二开关U6与所述保护电流供给电源的输入端的正极电连接；所述蓄电池的负极分别与所述直流稳压电源U3的输入端的负极、所述数字电压表U4的接地端以及所述保护电流供给电源的输入端的负极电连接；所述蓄电池的负极通过所述第三开关U15与所述通断电定时器U10的接地端电连接；
所述仿真盒上开设有电解质容纳腔，所述电解质容纳腔内设置有牺牲阳极、仿真阳极、腐蚀保护管以及接地极；所述数字电压表U4的输入端的负极与所述接地极电连接，所述腐蚀保护管分别与所述通断电定时器U10的输出端、所述数字电压表U4的输入端的正极以及所述保护电流供给电源的输出端的正极电连接；
所述仿真阳极分别与所述直流稳压电源U3的输出端的正极以及所述保护电流供给电源的输出端的负极电连接；所述牺牲阳极与所述第三接线柱U14电连接，所述第一接线柱U12与所述直流稳压电源U3的输出端的负极电连接，所述第二接线柱U13与所述通断电定时器U10的输入端电连接。
本实用新型的有益效果是：当需要进行电化学腐蚀仿真时，通过向仿真盒上的电解质容纳腔填充电解质或者自来水，接通开关U2以及开关U15，让蓄电池通过开关U2直流稳压电源U3供电，断开开关U6，直流稳压电源U3为仿真阳极提供模拟电化学腐蚀的电压，通过让第一接线柱U12与第二接线柱U13之间通过导线或者短接片接通，经过U10通断电定时器给被腐蚀保护管提供强制电流，实现了模拟腐蚀保护管的电化学腐蚀，通过数字电压表实时显示腐蚀保护管上的电压值来判断腐蚀保护管的电化学腐蚀强度。
当需要进行阴极保护仿真时，通过向仿真盒上的电解质容纳腔填充电解质或者自来水，接通开关U2以及开关U15，让蓄电池通过开关U2直流稳压电源U3供电，断开开关U6，直流稳压电源U3为仿真阳极提供模拟电化学腐蚀的电压，第一接线柱U12与第二接线柱U13之间通过导线或者短接片接通，让第二接线柱U13与第三接线柱U14之间通过导线或者短接片接通；牺牲阳极上通过牺牲阳极电流，经过通断电定时器U10给被模拟腐蚀保护管，让牺牲阳极替代所述被保护管道进行电化学腐蚀，以此保护模拟腐蚀保护管，并通过数字电压表实时显示腐蚀保护管上的电压值来判断腐蚀保护管的电化学腐蚀强度。
同时，通过向仿真盒上的电解质容纳腔填充电解质或者自来水，接通开关U2、开关U15以及开关U6，让蓄电池通过开关U2直流稳压电源U3供电，通过开关U6为保护电流供给电源供电，通过保护电流供给电源为腐蚀保护管提供干扰电流；模拟干扰电流下，腐蚀保护管阴极保护情况；并通过数字电压表实时显示腐蚀保护管上的电压值来判断腐蚀保护管的电化学腐蚀强度。本实用新型提供的仿真装置，可支撑燃气管道阴极保护有效性评估，降低腐蚀风险；达到员工可以自行开展阴保系统日常测试维护工作水平，降低管道腐蚀速率，减少泄漏事故，延长燃气管道的服役寿命。
在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。
进一步，所述保护电流供给电源包括双电源转换模块U7、信号发生器U8以及功率放大器模块U9；所述蓄电池的正极通过所述第二开关U6与所述双电源转换模块U7的输入端的正极电连接，所述蓄电池的负极与所述双电源转换模块U7的输入端的负极电连接；所述双电源转换模块U7的输出端的正极分别与所述信号发生器U8的输入端的正极以及所述功率放大器模块U9的供电端的正极电连接，所述双电源转换模块U7的输出端的负极分别与所述信号发生器U8的输入端的负极以及所述功率放大器模块U9的供电端的负极电连接；所述信号发生器U8的输出端的正极与所述功率放大器模块U9的输入端的正极电连接，所述信号发生器U8的输出端的负极与所述功率放大器模块U9的输入端的负极电连接；
所述功率放大器模块U9的输出端的正极与所述腐蚀保护管电连接，所述功率放大器模块U9的输出端的负极与所述仿真阳极电连接。
采用上述进一步方案的有益效果是，通过设置双电源转换模块U7、信号发生器U8以及功率放大器模块U9，双电源转换模块U7能够转换出信号发生器U8以及功率放大器模块U9各自正常工作所需的电压，并提供信号发生器U8的输入电压，实现多电压输出；同时，利用信号发生器U8以及功率放大器模块U9，根据信号发生器U8所输出的不同波形的信号，能够为腐蚀保护管提供各种干扰电流。
进一步，所述蓄电池包括第一锂电池U1以及第二锂电池U5；所述第一锂电池U1的正极通过所述第一开关U2分别与所述直流稳压电源U3的输入端的正极、所述数字电压表U4的供电端以及所述通断电定时器U10的供电端电连接；
所述第一锂电池U1的负极分别与所述直流稳压电源U3的输入端的负极以及所述数字电压表U4的接地端电连接；所述第一锂电池U1的负极通过所述第三开关U15与所述通断电定时器U10的接地端电连接；
所述第二锂电池U5的正极通过所述第二开关U6与所述双电源转换模块U7的输入端的正极电连接，所述第二锂电池U5的负极与所述双电源转换模块U7的输入端的负极电连接。
采用上述进一步方案的有益效果是，通过将蓄电池设置为第一锂电池U1以及第二锂电池U5，让第一锂电池U1以及第二锂电池U5分别为直流稳压电源U3和保护电流供给电源提供电源，能够为各个部分的供电进行分离，提高供电稳定性。
进一步，所述保护电流供给电源还包括变阻器VR1以及第二电阻R2；所述信号发生器U8的输出端的正极通过所述变阻器VR1与所述功率放大器模块U9的输入端的正极电连接；所述功率放大器模块U9的输出端的正极通过所述第二电阻R2与所述腐蚀保护管电连接。
采用上述进一步方案的有益效果是，通过设置变阻器VR1，能够通过改变变阻器VR1的阻值，改变信号发生器U8的信号的幅度，从而改变腐蚀保护管上的干扰电流的幅度。
进一步，所述第一接线柱U12上连接有第一电阻R1，所述第一接线柱U12通过所述第一电阻R1与所述直流稳压电源U3的输出端的负极电连接。
采用上述进一步方案的有益效果是，通过设置第一电阻R1，增大第一接线柱U12对应电路上的整体阻值，实现限流功能，使得电流不超过用电器的额定电流或实际工作需要的规定值,保证用电器的正常工作。
进一步，所述仿真阳极包括干扰阳极以及深井阳极，所述干扰阳极分别与所述直流稳压电源U3的输出端的正极以及所述保护电流供给电源的输出端的负极电连接；所述深井阳极分别与所述直流稳压电源U3的输出端的正极以及所述保护电流供给电源的输出端的负极电连接；所述干扰阳极与所述深井阳极的长度不相等。
采用上述进一步方案的有益效果是，通过设置不同长度的干扰阳极以及深井阳极，能够模拟实际燃气管道应用场景中，不同长度的阳极对腐蚀保护管即模拟的燃气管道的电化学腐蚀情况以及阴极保护情况。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、牺牲阳极；2、干扰阳极；3、电解质容纳腔；4、深井阳极；5、腐蚀保护管；6、接地极；7、仿真盒；8左支撑板；9、右支撑板。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。
如图1所示，本实施例提供一种阴极电化学腐蚀保护仿真装置，包括蓄电池、数字电压表U4、直流稳压电源U3、通断电定时器U10、保护电流供给电源、第一开关U2、第二开关U6、第三开关U15、第一接线柱U12、第二接线柱U13、第三接线柱U14以及仿真盒7；
所述蓄电池的正极通过所述第一开关U2分别与所述直流稳压电源U3的输入端的正极、所述数字电压表U4的供电端以及所述通断电定时器U10的供电端电连接；所述蓄电池的正极通过所述第二开关U6与所述保护电流供给电源的输入端的正极电连接；所述蓄电池的负极分别与所述直流稳压电源U3的输入端的负极、所述数字电压表U4的接地端以及所述保护电流供给电源的输入端的负极电连接；所述蓄电池的负极通过所述第三开关U15与所述通断电定时器U10的接地端电连接；
所述仿真盒7上开设有电解质容纳腔3，所述电解质容纳腔3内设置有牺牲阳极1、仿真阳极、腐蚀保护管5以及接地极6；接地极6固定设置在电解质容纳腔3的内壁。所述数字电压表U4的输入端的负极通过第四接线柱U11与所述接地极6电连接，具体为，所述数字电压表U4的输入端的负极与第四接线柱U11通过导线电连接，接地极6与第四接线柱U11通过导线电连接。所述腐蚀保护管5分别与所述通断电定时器U10的输出端、所述数字电压表U4的输入端的正极以及所述保护电流供给电源的输出端的正极电连接。所述仿真阳极分别与所述直流稳压电源U3的输出端的正极以及所述保护电流供给电源的输出端的负极电连接；所述牺牲阳极1与所述第三接线柱U14电连接，所述第一接线柱U12与所述直流稳压电源U3的输出端的负极电连接，所述第二接线柱U13与所述通断电定时器U10的输入端电连接。
具体地，所述保护电流供给电源包括双电源转换模块U7、信号发生器U8以及功率放大器模块U9；所述蓄电池的正极通过所述第二开关U6与所述双电源转换模块U7的输入端的正极电连接，所述蓄电池的负极与所述双电源转换模块U7的输入端的负极电连接；所述双电源转换模块U7的输出端的正极分别与所述信号发生器U8的输入端的正极以及所述功率放大器模块U9的供电端的正极电连接，所述双电源转换模块U7的输出端的负极分别与所述信号发生器U8的输入端的负极以及所述功率放大器模块U9的供电端的负极电连接；所述信号发生器U8的输出端的正极与所述功率放大器模块U9的输入端的正极电连接，所述信号发生器U8的输出端的负极与所述功率放大器模块U9的输入端的负极电连接；
所述功率放大器模块U9的输出端的正极与所述腐蚀保护管5电连接，所述功率放大器模块U9的输出端的负极与所述仿真阳极电连接。
通过设置双电源转换模块U7、信号发生器U8以及功率放大器模块U9，双电源转换模块U7能够转换出信号发生器U8以及功率放大器模块U9各自正常工作所需的电压，并提供信号发生器U8的输入电压，实现多电压输出；同时，利用信号发生器U8以及功率放大器模块U9，根据信号发生器U8所输出的不同波形的信号，能够为腐蚀保护管5提供各种干扰电流。双电源转换模块U7具体为直流变压器，用于将输入的12V电压转化为15V的输出电压。
具体地，所述蓄电池包括第一锂电池U1以及第二锂电池U5；所述第一锂电池U1的正极通过所述第一开关U2分别与所述直流稳压电源U3的输入端的正极、所述数字电压表U4的供电端以及所述通断电定时器U10的供电端电连接。
所述第一锂电池U1的负极分别与所述直流稳压电源U3的输入端的负极以及所述数字电压表U4的接地端电连接；所述第一锂电池U1的负极通过所述第三开关U15与所述通断电定时器U10的接地端电连接。
所述第二锂电池U5的正极通过所述第二开关U6与所述双电源转换模块U7的输入端的正极电连接，所述第二锂电池U5的负极与所述双电源转换模块U7的输入端的负极电连接。通过将蓄电池设置为第一锂电池U1以及第二锂电池U5，让第一锂电池U1以及第二锂电池U5分别为直流稳压电源U3和保护电流供给电源提供电源，能够为各个部分的供电进行分离，提高供电稳定性。
具体地，所述保护电流供给电源还包括变阻器VR1以及第二电阻R2；所述信号发生器U8的输出端的正极通过所述变阻器VR1与所述功率放大器模块U9的输入端的正极电连接；所述功率放大器模块U9的输出端的正极通过所述第二电阻R2与所述腐蚀保护管5电连接。通过设置变阻器VR1，能够通过改变变阻器VR1的阻值，改变信号发生器U8的信号的幅度，从而改变腐蚀保护管5上的干扰电流的幅度。变阻器VR1具体为滑动变阻器。
具体地，所述第一接线柱U12上连接有第一电阻R1，所述第一接线柱U12通过所述第一电阻R1与所述直流稳压电源U3的输出端的负极电连接。通过设置第一电阻R1，增大第一接线柱U12对应电路上的整体阻值，实现限流功能，使得电流不超过用电器的额定电流或实际工作需要的规定值,保证用电器的正常工作。
所述仿真阳极包括干扰阳极2以及深井阳极4，所述干扰阳极2分别与所述直流稳压电源U3的输出端的正极以及所述保护电流供给电源的输出端的负极电连接；所述深井阳极4分别与所述直流稳压电源U3的输出端的正极以及所述保护电流供给电源的输出端的负极电连接；所述干扰阳极2与所述深井阳极4的长度不相等。具体地，仿真盒7的电解质容纳腔3设置左支撑板8和右支撑板9，左支撑板8与右支撑板9平行设置，让深井阳极4长于干扰阳极2，让深井阳极4、牺牲阳极1以及腐蚀保护管5的两端均分别插入左支撑板8与右支撑板9中，利用左支撑板8与右支撑板9来固定和支撑深井阳极4、牺牲阳极1以及腐蚀保护管5，具体固定方式可以通过螺钉固定。干扰阳极2的左端设置外螺纹，通过干扰阳极2的左端的外螺纹与支撑板8螺纹连接，也可以让干扰阳极2的左端穿过支撑板8后利用螺帽与外螺纹配合的方式进行固定，具体可以采用两个螺帽，两个螺帽分别位于支撑板8的两侧。干扰阳极2、深井阳极4、牺牲阳极1以及腐蚀保护管5为间隔布置，相互之间不接触。通过设置不同长度的干扰阳极2以及深井阳极4，能够模拟实际燃气管道应用场景中，不同长度的阳极对腐蚀保护管5即模拟的燃气管道的电化学腐蚀情况以及阴极保护情况。牺牲阳极1为镁金属棒，深井阳极4为不锈钢螺纹金属棒，腐蚀保护管5为包裹绝缘层的钢管，干扰阳极2不锈钢螺纹金属棒。
需要注意的是，本实用新型中的电连接均为通过导线进行连接。
当需要进行电化学腐蚀仿真时，本实用新型实施例通过向仿真盒7上的电解质容纳腔3填充电解质或者自来水，接通开关U2以及开关U15，让蓄电池通过开关U2直流稳压电源U3供电，断开开关U6，直流稳压电源U3为仿真阳极提供模拟电化学腐蚀的电压，通过让第一接线柱U12与第二接线柱U13之间通过导线或者短接片接通，经过U10通断电定时器给被腐蚀保护管5提供强制电流，实现了模拟腐蚀保护管5的电化学腐蚀，通过数字电压表实时显示腐蚀保护管5上的电压值来判断腐蚀保护管5的电化学腐蚀强度。
当需要进行阴极保护仿真时，通过向仿真盒7上的电解质容纳腔3填充电解质或者自来水，接通开关U2以及开关U15，让蓄电池通过开关U2直流稳压电源U3供电，断开开关U6，直流稳压电源U3为仿真阳极提供模拟电化学腐蚀的电压，第一接线柱U12与第二接线柱U13之间通过导线或者短接片接通，让第二接线柱U13与第三接线柱U14之间通过导线或者短接片接通；牺牲阳极1上通过牺牲阳极电流，经过通断电定时器U10给被模拟腐蚀保护管5，让牺牲阳极1替代所述被保护管道5进行电化学腐蚀，以此保护模拟腐蚀保护管5，并通过数字电压表实时显示腐蚀保护管5上的电压值来判断腐蚀保护管5的电化学腐蚀强度。
同时，通过向仿真盒7上的电解质容纳腔3填充电解质或者自来水，接通开关U2、开关U15以及开关U6，让蓄电池通过开关U2直流稳压电源U3供电，通过开关U6为保护电流供给电源供电，通过保护电流供给电源为腐蚀保护管5提供干扰电流；模拟干扰电流下，腐蚀保护管5阴极保护情况；并通过数字电压表实时显示腐蚀保护管5上的电压值来判断腐蚀保护管5的电化学腐蚀强度。本实用新型实施例提供的仿真装置，可支撑燃气管道阴极保护有效性评估，降低腐蚀风险；达到员工可以自行开展阴保系统日常测试维护工作水平，降低管道腐蚀速率，减少泄漏事故，延长燃气管道的服役寿命。
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，凡在本实用新型的构思和原则之内，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 (6)
1.一种阴极电化学腐蚀保护仿真装置，其特征在于：包括蓄电池、直流稳压电源U3、数字电压表U4、通断电定时器U10、保护电流供给电源、第一开关U2、第二开关U6、第三开关U15、第一接线柱U12、第二接线柱U13、第三接线柱U14以及仿真盒(7)；
所述蓄电池的正极通过所述第一开关U2分别与所述直流稳压电源U3的输入端的正极、所述数字电压表U4的供电端以及所述通断电定时器U10的供电端电连接；所述蓄电池的正极通过所述第二开关U6与所述保护电流供给电源的输入端的正极电连接；所述蓄电池的负极分别与所述直流稳压电源U3的输入端的负极、所述数字电压表U4的接地端以及所述保护电流供给电源的输入端的负极电连接；所述蓄电池的负极通过所述第三开关U15与所述通断电定时器U10的接地端电连接；
所述仿真盒(7)上开设有电解质容纳腔(3)，所述电解质容纳腔(3)内设置有牺牲阳极(1)、仿真阳极、腐蚀保护管(5)以及接地极(6)；所述数字电压表U4的输入端的负极与所述接地极(6)电连接，所述腐蚀保护管(5)分别与所述通断电定时器U10的输出端、所述数字电压表U4的输入端的正极以及所述保护电流供给电源的输出端的正极电连接；
所述仿真阳极分别与所述直流稳压电源U3的输出端的正极以及所述保护电流供给电源的输出端的负极电连接；所述牺牲阳极(1)与所述第三接线柱U14电连接，所述第一接线柱U12与所述直流稳压电源U3的输出端的负极电连接，所述第二接线柱U13与所述通断电定时器U10的输入端电连接。
2.根据权利要求1所述的阴极电化学腐蚀保护仿真装置，其特征在于：所述保护电流供给电源包括双电源转换模块U7、信号发生器U8以及功率放大器模块U9；所述蓄电池的正极通过所述第二开关U6与所述双电源转换模块U7的输入端的正极电连接，所述蓄电池的负极与所述双电源转换模块U7的输入端的负极电连接；所述双电源转换模块U7的输出端的正极分别与所述信号发生器U8的输入端的正极以及所述功率放大器模块U9的供电端的正极电连接，所述双电源转换模块U7的输出端的负极分别与所述信号发生器U8的输入端的负极以及所述功率放大器模块U9的供电端的负极电连接；所述信号发生器U8的输出端的正极与所述功率放大器模块U9的输入端的正极电连接，所述信号发生器U8的输出端的负极与所述功率放大器模块U9的输入端的负极电连接；
所述功率放大器模块U9的输出端的正极与所述腐蚀保护管(5)电连接，所述功率放大器模块U9的输出端的负极与所述仿真阳极电连接。
3.根据权利要求2所述的阴极电化学腐蚀保护仿真装置，其特征在于：所述蓄电池包括第一锂电池U1以及第二锂电池U5；所述第一锂电池U1的正极通过所述第一开关U2分别与所述直流稳压电源U3的输入端的正极、所述数字电压表U4的供电端以及所述通断电定时器U10的供电端电连接；
所述第一锂电池U1的负极分别与所述直流稳压电源U3的输入端的负极以及所述数字电压表U4的接地端电连接；所述第一锂电池U1的负极通过所述第三开关U15与所述通断电定时器U10的接地端电连接；
所述第二锂电池U5的正极通过所述第二开关U6与所述双电源转换模块U7的输入端的正极电连接，所述第二锂电池U5的负极与所述双电源转换模块U7的输入端的负极电连接。
4.根据权利要求2所述的阴极电化学腐蚀保护仿真装置，其特征在于：所述保护电流供给电源还包括变阻器VR1以及第二电阻R2；所述信号发生器U8的输出端的正极通过所述变阻器VR1与所述功率放大器模块U9的输入端的正极电连接；所述功率放大器模块U9的输出端的正极通过所述第二电阻R2与所述腐蚀保护管(5)电连接。
5.根据权利要求1所述的阴极电化学腐蚀保护仿真装置，其特征在于：所述第一接线柱U12上连接有第一电阻R1，所述第一接线柱U12通过所述第一电阻R1与所述直流稳压电源U3的输出端的负极电连接。
6.根据权利要求1至5任一项所述的阴极电化学腐蚀保护仿真装置，其特征在于：所述仿真阳极包括干扰阳极(2)以及深井阳极(4)，所述干扰阳极(2)分别与所述直流稳压电源U3的输出端的正极以及所述保护电流供给电源的输出端的负极电连接；所述深井阳极(4)分别与所述直流稳压电源U3的输出端的正极以及所述保护电流供给电源的输出端的负极电连接；所述干扰阳极(2)与所述深井阳极(4)的长度不相等。
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