一种金属结构腐蚀风险评估方法及系统与流程

本技术涉及海洋工程金属结构的腐蚀监测与安全管理，尤其涉及一种金属结构腐蚀风险评估方法及系统。

背景技术：

1、在海洋工程结构防腐领域，目前主要依赖防腐涂层与阴极保护联合的防护措施，并在海水全浸区辅以常规监测技术，然而，这一措施在实际应用中存在显著的局限性和监测盲区。

2、具体而言，在面对腐蚀最为苛刻的浪花飞溅区与潮差区，即干湿交替环境时，由于阴极保护的有效作用依赖于连续的电解质环境，但干湿交替环境电解质不连续，传统阴极保护电流在此无法形成或难以稳定维持，导致该区域实质上处于保护弱化甚至缺失状态，成为整个防腐链条中最薄弱的环节，且缺乏经济有效的专用防护手段进行弥补；并且在监测方面，现有方法效率低、连续性差，阴极保护电位依赖人工间断测量，无法多点多时同步，腐蚀速率则靠定期挂片取样，周期长、无法实时获取数据，两者之间缺乏同步关联分析，难以全面评估防护状态。即现有方案对腐蚀风险最高的干湿交替区域，既缺乏有效的防护补充手段，又缺乏有效的监测方案，无法准确评估干湿交替区域的真实腐蚀风险与防护状态，难以及时预警和采取维护措施，制约了海洋工程结构耐久性与安全性的提升。

技术实现思路

1、有鉴于此，本技术实施例提供一种金属结构腐蚀风险评估方法及系统，便于提高评估干湿交替区域的真实腐蚀风险与防护状态的准确性。

2、第一方面，本技术实施例提供一种金属结构腐蚀风险评估方法，包括：在检测到监测点处于连续海水浸泡状态时，采集原位监测数据，所述原位监测数据包括阴极保护参数与腐蚀速率数据；将所述腐蚀速率数据与预设腐蚀阈值进行比较，得到基于腐蚀的初始评估结果；根据所述阴极保护参数，计算阴极极化值，并将所述阴极极化值和断电电位与预设的保护电位阈值进行比较，得到基于阴极保护的再评估结果；根据所述初始评估结果与所述再评估结果，确定所述监测点的最终腐蚀风险等级并制定腐蚀控制管理方案。

3、根据本技术实施例的一种具体实现方式，所述阴极保护参数至少包括通电电位、断电电位和自腐蚀电位，其中，所述通电电位是在阴极保护试片与所述金属结构保持电连接的状态下，通过测量所述阴极保护试片与参比电极之间的电位而获得；所述断电电位是通过控制所述阴极保护试片与所述金属结构电连接断开，并在延迟预设时间后，测量所述阴极保护试片与所述参比电极之间的电位而获得；所述自腐蚀电位通过测量自腐蚀试片与所述参比电极之间的电位得到，或，通过控制所述阴极保护试片与所述金属结构电连接断开，待所述阴极保护试片达到充分去极化状态后，测量所述阴极保护试片与所述参比电极之间的电位得到。

4、根据本技术实施例的一种具体实现方式，所述充分去极化状态的判定，包括：控制所述阴极保护试片与所述金属结构电连接断开，持续监测所述阴极保护试片与所述参比电极之间的电位；当所述电位在预设时间内的变化量小于预设范围时，判定所述阴极保护试片达到充分去极化状态。

5、根据本技术实施例的一种具体实现方式，所述将所述腐蚀速率数据与预设腐蚀阈值进行比较，得到基于腐蚀的初始评估结果；包括：将所述腐蚀速率数据分别与预设的第一腐蚀阈值和预设的第二腐蚀阈值进行比较；当腐蚀速率大于或等于所述第一腐蚀阈值时，判定为高腐蚀风险；当腐蚀速率小于或等于所述第二腐蚀阈值时，判定为低腐蚀风险；当腐蚀速率介于所述第一腐蚀阈值与第二腐蚀阈值之间时，判定为中腐蚀风险；其中，所述预设的第一腐蚀阈值根据金属结构的设计腐蚀裕量与设计服役年限计算确定；所述第二腐蚀阈值为固定经验值；所述腐蚀速率数据是通过监测与金属结构电连接的腐蚀速率试片的厚度变化，计算得到的单位时间内厚度损失的数值。

6、根据本技术实施例的一种具体实现方式，所述根据所述阴极保护参数，计算阴极极化值，并将所述阴极极化值和断电电位与预设的保护电位阈值进行比较，得到基于阴极保护的再评估结果；包括：计算自腐蚀电位与断电电位之差，得到所述阴极极化值；将所述阴极极化值与预设基准阈值进行比较，以及，将所述断电电位与最正保护电位比较；当所述阴极极化值低于所述预设基准阈值时，判定为高腐蚀风险；当所述断电电位小于或等于所述最正保护电位时，判定为低腐蚀风险；当所述断电电位大于所述最正保护电位，且所述阴极极化值大于或等于所述预设基准阈值时，判定为中腐蚀风险；其中，所述最正保护电位根据所述金属结构的材质和所选用的参比电极类型确定。

7、根据本技术实施例的一种具体实现方式，所述根据所述初始评估结果与所述再评估结果，确定所述监测点的最终腐蚀风险等级；包括：若所述初始评估结果为高风险，或所述初始评估结果为中风险且所述再评估结果为高风险，则确定所述最终腐蚀风险等级为高风险；若所述初始评估结果为低风险，且所述再评估结果为中风险或低风险，则确定所述最终腐蚀风险等级为低风险；其余情况，确定所述最终腐蚀风险等级为中风险。

8、根据本技术实施例的一种具体实现方式，所述制定腐蚀控制管理方案，包括：当所述最终腐蚀风险等级为中风险或高风险，且所述基于阴极保护的再评估结果非低风险时，优先实施优化阴极保护措施；在实施所述优化阴极保护措施后，若所述基于阴极保护的再评估结果降至低风险，但所述基于腐蚀的初始评估结果仍为高风险，则采取所述阴极保护以外的其他腐蚀控制技术措施。

9、第二方面，本技术实施例提供一种金属结构腐蚀风险评估系统，包括：至少一个感知模块，布置于金属结构的干湿交替区域，用于采集原位监测数据，所述原位监测数据包括极保护参数与腐蚀速率数据；中转通讯模块，与所述感知模块通信连接，用于接收并转发所述原位监测数据；服务器，与所述中转通讯模块通信连接，用于存储和处理所述原位监测数据，并执行第一方面任一项所述的金属结构腐蚀风险评估方法；其中，所述感知模块包括防水外壳，以及集成于所述防水外壳内的电位传感器、阴极保护试片、自腐蚀试片、腐蚀速率试片和参比电极；所述阴极保护试片、自腐蚀试片以及腐蚀速率试片的材质与所述金属结构的材质相同；所述阴极保护试片通过所述电位传感器与所述金属结构实现可控电连接与断开，用于测量断电电位；所述自腐蚀试片与所述金属结构绝缘，用于测量自腐蚀电位；所述腐蚀速率试片与所述金属结构电连接，且所述腐蚀速率试片的厚度用于被持续监测以计算腐蚀速率。

10、根据本技术实施例的一种具体实现方式，所述电位传感器包括：环境感知模块，用于感测所述监测点是否处于连续海水浸泡状态并生成触发信号；数据采集模块，与所述环境感知模块、所述阴极保护试片、所述自腐蚀试片及所述参比电极电连接，用于响应于所述触发信号，采集所述阴极保护参数；存储模块，与所述数据采集模块连接，用于存储所采集的阴极保护参数及对应的采集时间信息；北斗授时模块，与所述数据采集模块和/或存储模块协同工作，为所采集的所述阴极保护参数添加时间戳；北斗定位模块，用于提供所述感知模块的安装位置信息；短距离通讯模块，与所述存储模块连接，用于调取所述存储模块中的数据及所述北斗定位模块提供的位置信息，并传输至所述中转通讯模块。

11、根据本技术实施例的一种具体实现方式， 所述感知模块还包括温度传感器；所述温度传感器与所述电位传感器电连接，用于采集所述监测点处的实时海水温度并传输至所述电位传感器；其中，所述电位传感器被配置为根据所述温度传感器采集的实时海水温度，对所述通电电位、断电电位和自腐蚀电位进行温度漂移校正处理；所述校正处理基于所述参比电极的温度校正系数，将实测电位值归一化至标准温度下的等效电位值，并将归一化后的等效电位值用于与所述预设的保护电位阈值进行比较。

12、根据本技术实施例的一种具体实现方式，所述中转通讯模块支持北斗短报文、4g移动网络或有线传输中的至少一种通讯方式。

13、根据本技术实施例的一种具体实现方式，所述阴极保护试片、自腐蚀试片和腐蚀速率试片的裸露面积在预设面积范围内；所述参比电极为银或氯化银参比电极，且与所述阴极保护试片和自腐蚀试片的间距均不大于预设距离。

14、本技术实施例提供的一种金属结构腐蚀风险评估方法及系统，通过在检测到监测点处于连续海水浸泡状态时，采集原位监测数据，确保了监测数据的代表性和有效性，有效规避了干湿交替环境下因介质不连续导致的数据失真问题，显著提升监测数据的可靠性和评估的准确性；并且通过基于腐蚀速率的直接评估与基于阴极保护参数的间接评估相结合的双路径评价机制，实现了对腐蚀结果与保护状态的全方位判断，将阴极极化值与断电电位综合分析，可有效评估阴极保护在苛刻环境下的真实有效性，弥补了传统单一评估方法的不足；进一步的，通过根据初始评估结果与再评估结果确定最终风险等级的多层次综合评价逻辑，提升了风险判断的全面性与科学性，尤其对于阴极保护作用受限的干湿交替区域，能够更精准地区分保护不足导致的腐蚀与其他因素导致的腐蚀，为后续治理提供明确方向；最后，通过评估结果与腐蚀控制管理方案的直接关联，使得腐蚀控制措施更具针对性和及时性，便于提高评估干湿交替区域的真实腐蚀风险与防护状态的准确性。