NL7809091A - Stelsel voor het meten van kathodische bescherming. - Google Patents

Description

Λ 47 342/HL/Le 1

Ingenieursbureau J.C., van der. Velde-Henning Fransen b.v., 1s-Gravenhage

Stelsel voor het meten van kathodische bescherming

De uitvinvding heeft betrekking op een stelsel voor het meten van de kathodische bescherming, Kathodische bescherming wordt algemeen toegepast voor de beschentiing tegen corrosie van stalen constructies, zoals tanks, leidingen, havenwerken, 5. platforms en dergelijke, welke zich in de bodem of in water bevinden.

Teneinde te controleren of de kathodische beschermings-installatie effectief werkt, worden metingen uitgevoerd tussen nabij de constructie(s) op te stellen meetelectroden en 10. het staal vah de constructie zelf.

Indien de zogenaamde potentiaalverschillen een zeker beschermer!terium hebben overschreden, werkt de kathodische beschermingsinstallatie naar behoren en wordt de staalconstructie voldoende beschermd.

15, Voor dergelijke metingen moet aan een aantal voorwaarden worden voldaan. Zo moet; de meetelectrode in de onmiddellijke nabijheid van het oppervlak van de constructie worden geplaatst en een electrisch contact tot stand worden gebracht tussen 20. meetapparaat en de staalconstructie.

In het geval dat onderzeese constructies moeten worden gemeten, is voldoening aan de bovengenoemde voorwaarden moeilijk of onmogelijk. Vooral bij onderzeese pijpleidingen is zowel het plaatsen van een meetelectrode of het maken van 25, contact onmogelijk.

Ook bij lange pijpleidingen door woestijngebieden en over bergen kan het regelmatig meten moeilijk zijn.

Meetapparatuur kan op de pijpleiding of de constructie bevestigd wordai envLa kabels verbonden worden met constructies 30. boven zee. Dit brengt echter hoge kosten met zich mee, bij lange pijpleidingen ook technische moeilijkheden (spannings- 7809091 * \ - 2 - verliezen in de kabels) en is practisch vaak niet uitvoer- i baar. \ ;

Plaatsing van meetapparatuur en overbrenging van de gegevens naar boven water of in boven de leiding aanwezige heli- 5. copters of vliegtuigen opgestelde apparatuur is mogelijk.

Radio frequentie signalen zijn echter gelimiteerd toegelaten onder water. Acoustische signalen zijn onder water goed toepasbaar maar de mogelijkheid van storingen door geluiden van andere bronnen is zeer wel aanwezig.

10. De uitvinding beoogt te voorzien .in een nieuw stelsel voor het meten van kathodische bescherming.

Het stelsel voor het meten van de kathodische bescherming volgens de uitvinding is gekenmerkt door een op de te meten constructie aangebrachte ontvangzendinrichting en een 15. op een afstand hiervan geplaatste zendontvanginrichting, welke inrichting bestaat uit een microprocessoreenheid met programmageheugen, een meetcircuit, een spanningsfrequentie-omzetter, een modulator, een demodulator, een ontvang-zendeenheid met een antenne en een voedingseenheid, waarbij 20. de zend-ontvanginrichtincjbestaat uit een microprocessor met programmageheugen, een frequentiespanningsomzetter, een modulator, een demodulator, een zend-ontvangeenheid met antenne en een registratie-inrichting \oor het registreren van : de ontvangen gegevens.

25. De inrichting volgens de uitvinding heeft het voordeel, dat geen storing Van radio optreedt terwijl een snelle verzwakking is gerealiseerd waardoor geen storing van naast elkaar gelegen installaties zal optreden. Na ongeveer 100 n is het signaal totaal uitgestorven. Verder vereist het syβίο. teem volgens de uitvinding nagenoeg geen onderhoud terwijl • ' 1 : relatief lage kosten optreden en gewerkt wordt met een hoge betrouwbaarheid.

Aangezien op de zeebodem geen voedingsspanning voorhanden is, moet de electrische tijdsvoorziening dcor middel 35, van batterijen of anderszins worden verkregen. Batterijen hebben echter een in verhouding tot de levensduur van de 7809091 * «!.

:...3..- . ϊ pijpleiding korte levensduur, terwijl tamelijk, veel energie ; voor het overzenden, van de gegevens nodig is. Een voedings-ibron met een lange levensduur en redelijk hoog vermogen moet : daarom worden ingebouwd, 5. De uitvinding beoogt daarom eveneens te voorzien in een nieuwe voedingseenheid. De voedingseenheid is gekenmerkt door een opofferingselectrode zoals een magnesiumelectrode waarvan de spanning door middel van een gelijkstroom-wissel-stroomomzetter wordt omgezet in wisselstroom van zeer hoge 10, frequentie,

De uitvinding berust op toepassing van een magnesium-anode zoals deze voor kathodische bescherming worden toegepast. Deze hebben in zeewater een spanningsverschil van circa 650-750 mV ten opzichte van een beschermde stalen 15. leiding, terwijl per kg een stroomhoeveelheid van 1230 Ampere uur beschikbaar is. De beschikbare spanning wordt door middel van een gelijkstroom-wisselstroomomzetter omgezet in wisselstroom van zeer hoge frequentie, welke met geringe verliezen kan worden getransformeerd tot de benodigde bedrijfsspanning.

20. Daar voor zenden veel energie in een korte spanne tijd nodig is en dit zenden slechts enkele malen per jaar benodigd is, wordt regelmatig slechts een geringe stroom van enkele milli ampere onttrokken aan de magnesiumanode en de energie op hoger spanningsniveau kan in oplaadbare accu’s (bij voorbeeld 25. nikkelcadmiumcellen) worden opgeslagen. Op deze wijze kan de levensduur van de voedingseenheid op bij voorbeeld 20 jaar — worden gesteld,

De uitvinding zal hieronder nader worden toegelicht aan de hand van de tek-'ening, waarin bij wijze van voorbeeld 30. een uitvoeringsvorm van het stelsel volgens de uitvinding

is weergegeven. I

In de tekening toont; fig, 1 deel A? fig. 2 deel Bi fig. 3 een beaieningsdiagram, 35· Het apparaat bestaat uit twee delen. Een deel wordt op de te meten constructie aangebracht; deel A.

7809091 4 .

-ς.

; Het andere wordt boven het zee-oppervlakjopgesteld aan j boord van een schip, op het dek van een platform in zee, . bij toepassing, van onderzeese leidingen of in helicopters of vliegtuigen bij het meten van leidingen over land: deel B.

5. In deel A wordt via een schakelaar telkens na een pe riode v^an bij voorbeeld 5 seconden de ontvangst met antennes gedurende een korte periode ingeschakeld. Indien een signaal wordt ontvangen, wordt dit signaal, van de draaggolf gescheiden'in de demodulator en wordt het signaal omgezet in een 10. binaire code door een d ecodeerinrichting die van een frequentie een binaire code maakt. In de microprocessoreenheid wordt deze vergeleken met een in het geheugen opgeslagen binaire code.

Indien de ontvangen code met opgeslagen code correspon- 15. deert, weet het apparaat dat het opgeroepen wordt'en wordt . de volgende werkwijze in gang gebracht: a. De meetapparatuur wordt ingeschakeld en het potentiaalverschil gemeten tussen een meetelectrode (zilver-zilver-chloride of zink referentie-electrode) en het staal van de te ; 20. beschermen - constructie.

b. Het gemeten potentiaalverschil wordt in de spanning- omgezet frequentie omzetter/in een zaagtand-frequentie.

c. de microprocessoreenheid telt in een vastgesteld tijdsinterval het aantal pulsen, zodat de frequentie wordt 25. vastgesteld en deze wordt omgezet in een binaire code.

d. De binaire code welke met behulp van de meting is verkregen, wordt dan vergeleken met in het geheugen ingestelde codes, welke de grenswaarden aangeven van normaal te verwachten meetwaarden. ..Indien de verkregen meetwaarde 30. niet binnen de genoemde grenswaarden is gelegen, wordt aangekomen dat de meting gestoord is geweest en wordt niet geaccepteerd. Opdracht tot een nieuwe meting wordt gegeven.

e. Wanneer de gemeten vaarde binnen de grenswaarden is gelegen, wordt de code in een geheugen opgeslagen en wordt 35. de binaire code weer in frequenties omgezet en in de modulator op de draaggolf gemoduleerd en in de ontvang-zendeenheid 7809091 - 5 - -- versterkt en via de antennes uitgezonden.

Principe beschrijving van de informatie-overdracht, ‘

Vaak zal het medium, waardoor, de informatie-overdracht moet geschieden, bestaan uit zeewater. Dit is. een electroliet 5. met een bepaalde specifieke électrische weerstand.

Indien tussen de antennes van een' zendeenheid een stroom wordt gevoerd, zal tussen deze antennes een spanningsveld ontstaan (fig. 2).

Indien dit veld varieert volgens een bepaald informatielij. systeem, kunnen op enige afstand van de zender de veldvaria-ties worden opgevangen en de informatie worden gedecodeerd.

Daar de veldsterkte van een dergelijk electrisch spanningsveld sterk afneemt met de afstand, zal met een zeer gevoelige ontvangapparatuur moeten worden gewerkt.

15. Redelijke afstanden kunnen echter met de apparatuur worden overbrugd, zodat informatie-overdracht van de zeebodem tot het zee-oppervlak mogelijk is tot diepten van bij voorbeeld 100 m.

Een tweede methode van informatie-öpdracht gebruikte 20. variaties in op te wekken magnetische velden, welke op analoge manier worden uitgezonden en op enige afstand kunnen worden opgevangen.

Voor pijpleidingen of constructies, niet in de zee aanwezig, kan informatie op gewone radiofrequenties worden over- 25. gedragen naar meetapparatuur in helicopters of vliegtuigen (eventueel via satellieten).

Functiebeschrijving deel B.

Wanneer men zeker is dat deel B zich ongeveer recht boven deel A bevindt, wordt het codesignaal voor het betreffen- 30. de deel A dat in de microprocessoreenheid is opgeslagen, omgezet in een frequentie, door de modulator op de draaggolf gemoduleerd en door de zend-ontvanger via de antennes uitgezonden, een en ander op dezelfde wijze als bij deel A beschreven.

35. Na uitzending wordt de zend-ontvanger op ontvangen ge schakeld en gewacht tot een antwoord wordt ontvangen. Indien 78 0 9 0 9 1 * * -6 _ : binnen een vast in te stellen periode (bij voorbeeld 60 sec) geen antwoord wordt ontvangen, wordt het signaal opnieuw ui tgez onden, etc,

Indien het signaal wordt ontvangen, wordt het signaal 5. opgeslagen en op analoge wijze teruggezonden naar. deel A. Wanneer het signaal aldaar weer is aangekomen, wordt zij wederom gemoduleerd omgezet in de binaire code en deze wordt vergeleken met de eerder in het geheugen opgeslagen code. Wanneer deze codes binnen in te stellen toleranties aan el-10, kaar gelijk zijn, wordt het signaal opnieuw uitgezonden, waarna deel A terugkeert tot haar normale routine van ontvangen om de 5 seconden.

Indien de codes niet gelijk zijn, wordt aangenomen, dat de meting niet geslaagd is en wordt de procedure in haar ge- 15. heel herhaald.

Indien de code door deel B voor de tweede maal wordt ontvangen en ook hier na vergelijk met de eerder ontvangen code wordt geaccepteerd, wordt de binaire code weer in spanning omgezet en deze in een registrerende meter of print 20. out unit genoteerd tezamen met het codenummer van het betref-:fende deel A.

Aansluiting van verdere randapparatuur is mogelijk.

In fig. 1 is het deel A welk boven het zee-oppervlak wordt opgesteld in blokschema weergegeven. De antenne 1 25. geeft het opgevangen signaal aan een zend-ontvangeenheid 2 door welke door middel van een schakelaar 3 is verbonden met de microprocessoreenheid 6. De zènd-ontvaligeenheid 2 is via een demodulator 4 en een frequentie-binaire code omzetter 5 verbonden met de microprocessoreenheid 6 terwijl de zend-30. ontvangeenheid 2 eveneens via een modulator 13 en een binaire codefreguentie-omzetter 12 met de microprocessoreenheid 6 is verbonden. . De te meten constructie 11 en een meetelec-trode 10 zijn aangesloten op een spannings-frequentie omzetter 9 welke via een frequentie-binaire code omzetter 8 even- 35. eens is aangesloten op de microprocessoreenheid 6. Verder is op de microprocessoreenheid 6 een programmageheugen 7 en 7809091 -7 :-.. . ' , een voedingseenheid 14 aangesloten.

In fig. 2 is blokschematisch het deel B weergegeven. Een ! antenne 15 is aangesloten op een zend-ontvangeenheid 16 die door middel van een schakelaar 17 is aangesloten op de 5, microprocessoreénheid 20, De zend-ontvanginrichting 16 is via een demodulator 18 welke in serie is geschakeld met een frequentie binaire code omzetter 19 aangesloten op de micro-processoreenheid 20, De zend-ontvangeenheid 16 is eveneens via een modulator 24 welke in serie is geschakeld met een 10. binaire code-frequentie omzetter 23 aangesloten op de micro-processoreenheid 20. Op de microprocessoreenheid 20 zijn eveneens een registratieinrichting 22, een programmageheugen 21 en een voedingseenheid 25 aangesloten.

De manier van bedienen van het stelsel is weergegeven 15. in het diagram van fig. 3, Op deze wijze kunnen zeer selectief en met voldoende waarborgen voor een goede weergave de gevonden meetwaarden worden genoteerd. De draadloze signaaloverdracht vindt plaats door middel van electrische of magnetische wisselvelden met frequenties in het ULF-gebied 20. lager dan 5 Hz en het ELF-gebied met frequenties van 5 tot i3000 Hz.

Het is vrijwel onmogelijk en zeker zeer onpractisch om met conventionele batterijen of accu's te werken bij het toepassen van het stelsel volgens de uitvinding, omdat deze 25. vervanging nodig hebben door middel van duikers. Daarom staat de voedingseenheid volgens de uitvinding uit een opofferings- — electrode van een voldoende onedel metaal dat samen met de stalen ondergrond een element kan vormen waardoor door middel van een omvormer voldoende hoge spanningen kunnen worden 30. opgewekt. Omdat hierbij de spanning tussen het staal en de ielectrode nog onvoldoende is om direct een omvormer te stu- ; ren kan de spanning die opgewekt wordt als hulpspanning gebruikt worden bij stroomopwekking.

-Conclusies- 78 0 9 0 9 t

Claims (2)

1, Stelsel voor het meten van de kathodische bescherming, gekenmerkt door. een op de te meten constructie aangebrachte ontvang-zendinrichting (A) en een op een afstand hiervan geplaatste zend-ontvanginrichtingj(B) welke inrichting 5. (A) bestaat uit een microprocessoreenheid (6) met programma- geheugen (7), een meetcircuit (10), een spanningsfrequentie-omzetter (9), een modulator (13), een demodulator (4), een ontvang-zendeenheid (2) met een antenne (1) en een voedings-eenheid (14), waarbij de zend-ontvanginrichting (B) bestaat 10. uit een microprocessor (20) met programmageheugen (21), een frequentiespanningsomzetter, een modulator (24), een demodulator (18), een zend-ontvangeenheid (16) met antenne (15) en een registratieinrichting (22) voor het registreren van de ontvangen gegevens. 15.

2, Voedingseenheid bestemd om te worden geplaatst inzee- water, gekenmerkt door een opofferingselectrode, die samen met een stalen ondergrond een element vormt, waarvan de uitgangsgelijkspanning wordt omgezet door een in serie geplaatste gelijkstroom-wisselstroomomzetter in een 20. wisselstroom met hoge frequentie, die wordt omgezet door een hierachter geschakelde omzetter in een bedrijfsspanning. 7809091