一种埋地管道杂散电流干扰监测装置、系统和方法与流程

1.本发明涉及油气管道领域，具体来讲，涉及埋地管道杂散电流干扰以及阴极保护监测领域。


背景技术：

2.近年来，我国高压/特高压输电线路、高速铁路和城市地铁等基础设施发展迅速，油气管道遭受交流、直流、甚至交直流混合干扰问题日趋严重，对管体腐蚀及管道运行安全造成严重威胁。交直流干扰下管道腐蚀过程复杂，影响因素众多，除交流干扰电压、交流电流密度及阴极保护电位外，还受土壤化学性质(如土壤离子种类、ph等)和防腐层缺陷大小、形状等因素影响。随着干扰源越来越多，干扰类型和环境日趋复杂，针对不同干扰源杂散电流干扰规律及干扰管道腐蚀行为和机理，国内外还未达成共识。众多国外标准提出多种指标综合评价杂散电流腐蚀可能性及风险，包括交直流电位、交流电流密度、交直流电流密度比、土壤电阻率等。
3.试片法是检测埋地管道阴极保护效果及评价杂散电流干扰的常用手段之一，通过在管道附近土壤中埋设与埋地管道材质相同的腐蚀试片，腐蚀试片与管道电连接，充分极化后进行阴极保护性能验证及杂散电流干扰参数测量。然而，通过大量现场实测发现，交流电流密度计算值与试片实测值常存在数量级的差别，测试过程中腐蚀试片埋设时间和极化状态对交流干扰的测试值影响非常大，给交流干扰风险评估结果带来很大的不确定性。
4.同时，腐蚀试片一般将试片的非测试面连接测试线后再用聚合物封装，试片埋设后配合参比电极和数据记录仪进行通断电位、交流电位、交直流电流等杂散电流干扰参数测试。对于传统封装好的腐蚀试片，进行周期腐蚀速率和腐蚀形貌等测试时，需要将测试线和封装物移除而不能损伤试片，试片处理繁琐，测试误差相对较大导致测试准确性降低。并且，根据实际腐蚀工况需要对腐蚀试片材料、面积、防腐层厚度等参数进行现场调整时，传统腐蚀试片无法满足测试需要。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。例如，传统的腐蚀试片处理繁琐，且在处理过程中容易损伤试片，增加测试误差的问题。再例如，传统的腐蚀试片材料、面积、防腐层厚度等参数无法在现场进行调整的问题。
6.为了实现上述目的，本发明的一方面提供了一种埋地管道杂散电流干扰监测装置。所述监测装置包括试片盒和测试线。其中，试片盒包括盒体和盒盖，盒体与盒盖可拆卸连接。所述盒体包括底座、测试台、试片槽和贯穿孔，其中，测试台由底座向外凸起形成，试片槽由测试台向内凹陷形成，贯穿孔从试片槽起贯通至外界。测试线穿过贯穿孔与试片槽底部接触。所述盒盖表面具有试片裸露孔。
7.进一步地，所述试片盒为绝缘材料。
8.进一步地，所述盒盖还具有固定格，所述固定格位于试片裸露孔下方且与试片裸
露孔连接，所述固定格内设置有第一密封件。
9.进一步地，所述监测装置还包括第二密封件，第二密封件能够密封所述贯穿孔和测试线之间的空隙。
10.进一步地，所述试片裸露孔为圆形孔。
11.进一步地，所述测试线的金属线芯分散平铺在试片槽底部。
12.本发明的另一方面提供了一种埋地管道杂散电流干扰监测系统。所述监测系统包括上述任意一种埋地管道杂散电流干扰监测装置，还包括管道、测试桩、数据记录仪以及参比电极。其中，管道埋设在土壤中，且与测试桩电连接。所述试片盒具有与管道相同的埋深，与管道相距0.1～0.5m为宜，与管道所处的土壤环境一致。所述试片上表面与参比电极相对，且与土壤紧密接触。所述试片盒通过所述测试线与数据记录仪电连接。参比电极与数据记录仪电连接，数据记录仪与测试桩电连接。
13.本发明的又一方面提供了一种埋地管道杂散电流干扰监测方法。所述方法使用上述任意一种埋地管道杂散电流干扰监测装置，包括以下步骤：将所述试片盒垂直埋入待监测管道所在土壤中并极化至少24小时；将数据记录仪与测试桩、所述测试装置和参比电极连接并开始监测。
14.进一步地，所述方法还包括：测试结束后，取出试片盒，取出试片或更换新的试片再次测试。
15.本发明的再一方面提供了一种使用上述任意一种埋地管道杂散电流干扰监测装置进行自腐蚀监测的方法。
16.与现有技术相比，本发明的有益效果可包括：能够避免现场作业过程中对试片的人为损坏；操作简单，准确性高、测量效率高，能够根据实际工况现场调整或更换试片；可以多次重复利用，能够降低监测成本。
附图说明
17.图1示出了本发明的一个示例性实施例中所述埋地管道杂散电流干扰监测装置的结构示意图；
18.图2示出了本发明的一个示例性实施例中所述埋地管道杂散电流干扰监测系统的示意图。
19.图中标记：
[0020]1‑
试片盒，2
‑
盒盖，3
‑
底座，4
‑
测试台，5
‑
试片槽，6
‑
贯穿孔，7
‑
试片裸露孔，8
‑
试片，9
‑
测试线，10
‑
固定格，11
‑
第一密封件，12
‑
螺纹，13
‑
第二密封件，14
‑
金属线芯，15
‑
试片上表面，16
‑
管道，17
‑
测试桩，18
‑
数据记录仪，19
‑
参比电极。
具体实施方式
[0021]
在下文中，将结合示例性实施例来详细说明本发明的埋地管道杂散电流干扰监测装置、系统和方法以及自腐蚀探头。在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理
解为对本技术的限制。
[0022]
实施例1
[0023]
在本示例性实施例中，本发明所述的埋地管道杂散电流干扰监测装置包括试片盒和测试线。
[0024]
所述试片盒包括盒体和盒盖。
[0025]
所述盒体包括底座、测试台、试片槽和贯穿孔。如图1所示，所述测试台4由底座3向外(图1中为向上)凸起形成，试片槽5由测试台4向内(图1中为向下)凹陷形成，试片槽5用于放置试片8，贯穿孔6从试片槽5起贯通至外界，例如，贯穿孔6从试片槽5起贯通测试台4与底座3，连通试片槽5与外界。其中，测试台4的直径＜底座3的直径，试片槽5的直径＜测试台4的直径。进一步地，所述试片槽5为圆形凹槽。
[0026]
如图1和图2所示，试片槽5用于放置试片8，放置试片时，试片8的测试面作为试片上表面15朝上(图2中朝右)，试片8的非测试面作为试片下表面朝下与试片槽5底部接触。进一步地，所述试片槽5的面积和深度与试片8的尺寸相匹配，确保试片槽5的深度＜试片8的厚度，试片8能够放置在试片槽5中。
[0027]
所述测试线9的一端穿过贯穿孔6在试片8底部与试片槽5底部接触(当试片槽5内有试片8时，测试线9的一端同时与试片8下表面接触)，测试线9的另一端露出在试片盒1外部。进一步地，所述测试线9通过将金属线芯14分散平铺在试片槽5底部，以保证在试片槽5内有试片8时测试线9与试片8稳定的接触。金属线芯14可以通过剥去测试线9的绝缘外皮获得。
[0028]
所述盒盖2表面(图1中为上方表面)具有试片裸露孔7，试片裸露孔7能够使试片盒1的内部空间与外界连通。当试片槽5内有试片8时，试片8上表面通过在盒盖2与盒体连接后能够通过试片裸露孔7与外界接触。试片裸露孔7的高度可以根据所模拟的防腐层厚度或根据监测的需要进行调整，使得所述装置能够适用于不同环境下的杂散电流干扰监测。进一步地，所述试片裸露孔7为圆形孔。
[0029]
同时，盒盖2与盒体连接组成试片盒1后能够使得试片上表面15通过试片裸露孔7与外界接触。进一步地，盒盖2与盒体连接还能够压实使得试片8与测试线9的一端紧密接触。
[0030]
进一步地，所述试片盒1(包括盒体与盒盖2)为绝缘材料所制，例如有机玻璃或聚四氟。
[0031]
进一步地，所述试片槽5位于盒体上表面中心，所述试片裸露孔7位于盒盖2表面中心，且盒体与盒盖2连接后盒体上表面中心与盒盖2表面中心同轴。
[0032]
进一步地，在本发明所述测试装置用于埋地管道交流干扰测试时，所述试片裸露孔7为1～10cm2的圆形孔，如有其他尺寸和形状需求，可根据现场实际情况调整。
[0033]
进一步地，如图1所示，所述盒盖2还具有固定格10，固定格10位于盒盖2内壁、试片裸露孔7的下方，且与试片裸露孔7连接。所述固定格10内设置有第一密封件11，例如橡胶圈，密封胶圈等。当试片槽5内有试片8时，第一密封件11能够防止环境介质侵入试片槽5，避免试片8的非测试面(如试片下表面或侧面)腐蚀。固定格10的直径大于试片裸露孔7的直径，以便于设置在固定格10内的第一密封件11能够更好的对试片槽5(也可以说是试片盒1的内部空间)形成密封。
[0034]
进一步地，所述盒体与盒盖2可以通过螺纹12连接，螺纹12分别设置在测试台4的外壁和盒盖2的内壁。当盒体与盒盖2通过螺纹连接时，通过旋转盒盖的方式连接盒体与盒盖2，在所述监测装置存在第一密封件11的时候，能够使得第一密封件11更好的密封试片槽。同理，旋转盒盖2与盒体连接，也能够进一步压紧测试线9与试片下表面的接触。
[0035]
进一步地，所述监测装置还包括第二密封件13，第二密封件13能够密封所述贯穿孔6与测试线9之间的空隙，例如，所述第二密封件13设置在测试线9与贯穿孔6在盒体表面集合处。所述第二密封件13能够防止环境介质侵入试片槽5，避免试片的非测试面腐蚀。所述第二密封件13可以为密封圈，也可以由硅橡胶、松香或石蜡等能够起到密封作用的密封料形成。
[0036]
进一步地，本发明所述测试装置还可以用作自腐蚀探头，由于本发明所述测试装置只有一个腐蚀测试面，能够规避未知腐蚀环境下传统自腐蚀试片厚度不适合以及试片边缘可能带来的测试误差，使得腐蚀速率测试更为精准。同时，试片盒的设计有利于试片埋设和取样，试片保护在试片盒内，能够避免在现场作业过程中的人为损坏。进一步地，所述测试线可以仅固定在所述试片盒上，以便于查找、埋样、取样。
[0037]
实施例2
[0038]
在本示例性实施例中，所述埋地管道杂散电流干扰监测系统包括管道、测试桩、数据记录仪、参比电极以及实施例1中任意一种管道杂散电流干扰监测装置。
[0039]
如图2所示，管道16埋设在土壤中，并与测试桩17电连接。
[0040]
所述试片盒1埋深与管道16相同，与管道16所处的土壤环境一致,例如，所述试片盒1管道16的间距为0.1～0.5m。进一步地，所述试片盒1与管道16的间距也可根据现场实际情况调整根据实际土壤环境确定，以保证试片8和管道所处的土壤环境一致。
[0041]
所述试片上表面15与参比电极19相对，且与土壤紧密接触。
[0042]
所述试片盒1通过所述测试线9与数据记录仪18电连接。
[0043]
参比电极19与数据记录仪18电连接。
[0044]
数据记录仪18与测试桩17电连接，数据记录仪能够进行杂散电流干扰测试并记录测试数据。
[0045]
在本示例性实施例中，所述埋地管道杂散电流干扰监测系统可以进行通断电位、自腐蚀电位、交流电位和交直流电流密度等杂散电流干扰参数监测以及阴极保护效果评价。
[0046]
实施例3
[0047]
在本示例性实施例中，所述埋地管道杂散电流干扰监测方法使用实施例1中任意所述的监测装置，包括以下步骤：
[0048]
将所述试片盒垂直埋入土壤中，与待监测管道埋深相同；
[0049]
极化试片至少24小时；
[0050]
连接数据记录仪与所述监测装置、测试管道和参比电极，开始测试。
[0051]
其中，数据记录仪连接到测试桩上待监测管道的接线处。
[0052]
其中，试片盒垂直埋入土壤中为试片上表面与地平面垂直。
[0053]
进一步地，例如图2所示，所述试片上表面正对参比电极。
[0054]
进一步地，所述试片盒与待监测管道的距离为0.1～0.5m，例如0.3m，以确保试片
盒所在位置的土壤环境与待监测管道所在位置的土壤环境尽量相同。
[0055]
进一步地，所述方法还可以包括：测试结束后，收回试片盒，取出试片或更换新的试片再次测试。以便于能够根据需要对试片进行腐蚀失重及腐蚀形貌观察，或者根据实际工况更换试片的面积、形状或防腐层厚度等。
[0056]
综上所述，本发明的有益效果可包括
[0057]
(1)能够避免现场作业过程中对试片的人为损坏；
[0058]
(2)有利于试片埋设、取样和更换；
[0059]
(3)能够得到更准确的埋地管道杂散电流干扰监测数据、试片的自腐蚀、干扰腐蚀速率以及阴极保护有效性等数据。
[0060]
尽管上面已经结合示例性实施例及附图描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改。