一种管道腐蚀速率自动测试装置

1.本发明涉及石油管道检测技术领域，更具体的说是涉及一种管道腐蚀速率自动测试装置。


背景技术：

2.随着特高压输电线路与埋地油气管道的大规模建设建设，两者临近或并行情况越来越多，油气管道受特高压输电线路杂散电流干扰造成的金属管道腐蚀穿孔爆炸风险与日俱增。目前，通常采用失重检测片法的人工检测方式，但其有一定的局限性，需人工频繁巡检与管道开挖，作业效率低与资源浪费。
3.因此，如何提供一种实现对管道腐蚀速率进行在线监测，且提高检测精度的管道腐蚀率自动测试装置是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供了一种管道腐蚀速率自动测试装置，可实现对管道腐蚀速率的在线监测和评估，且提升了监测效率。
5.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
6.一种管道腐蚀速率自动测试装置，包括：电源模块、金属试片探头、标准信号源、测量模块、信号处理模块、定位模块和通信存储模块；所述电源模块分别为所述标准信号源、所述测量模块、所述信号处理模块、所述通信存储模块和所述定位模块供电；
7.所述金属试片探头包括：探头本体、腐蚀金属试片和补偿金属试片；其中，所述腐蚀金属试片的材质与被测管道材质一致，并靠近待测管道埋设在土壤中；所述补偿金属试片封装在所述探头本体内部；
8.所述标准信号源用于在所述信号处理模块的控制下提供恒定电流至所述腐蚀金属试片和所述补偿金属试片；
9.所述测量模块用于在信号处理模块的控制下，每间隔预设时间段测量所述腐蚀金属试片和所述补偿金属试片两端的电压；
10.所述信号处理模块用于根据所述测量模块测量的电压信号，计算所述腐蚀金属试片在一定时间内的厚度变化以及腐蚀速率；
11.所述定位模块用于对测试装置的安装位置进行定位；
12.所述通信存储模块用于将所述腐蚀金属试片的腐蚀速率和测试装置的位置信息传输至云平台和/或移动终端。
13.进一步的，还包括：参比电极；所述测量模块用于测量所述腐蚀金属试片和所述参比电极两端的电压以及所述补偿金属试片和所述参比电极两端的电压。
14.进一步的，所述测量模块包括两路测量单元，每路测量单元分别包括包括电压衰减单元、偏置单元和adc变换单元；所述电压衰减单元用于将当前环境中存在的大电压通过分压的方式衰减成较小的电压；所述偏置单元用于将衰减后的电压转换成可输入所述adc
变换单元的特定电压信号；所述adc变换单元用于将特定电压信号转换为对应的数字信号，并输出至所述信号处理模块。
15.进一步的，所述信号处理模块包括：电阻计算单元、金属试片厚度计算单元和腐蚀率计算单元；
16.所述电阻计算单元用于根据所述标准信号源输出的恒定电流、所述腐蚀金属试片两端的电压和所述补偿金属试片两端的电压，计算所述腐蚀金属试片的电阻rc和所述补偿金属试片的电阻rr；
17.所述金属试片厚度计算单元用于根据所述腐蚀金属试片和所述补偿金属试片在一定时间内的阻值变化，计算所述腐蚀金属试片的当前厚度；
18.所述腐蚀率计算单元用于根据所述腐蚀金属试片在一定时间内的厚度变化，计算腐蚀速率。
19.进一步的，所述信号处理模块还包括：电流密度计算单元；所述测量模块还包括：交直流分离单元；
20.所述交直流分离单元用于采用傅里叶变换将流经所述腐蚀金属试片的交直流进行分离，得到直流分量和交流分量；
21.所述电流密度计算单元用于根据经傅里叶变换得到的直流分量和所述腐蚀金属试片的面积，计算所述腐蚀金属试片的直流电流密度，根据经傅里叶变换得到的交流分量和所述腐蚀金属试片的面积，计算所述腐蚀金属试片的交流电流密度。
22.进一步的，所述信号处理模块还包括：扩散电阻计算单元；所述扩散电阻计算单元用于计算所述腐蚀试片的扩散电阻。
23.进一步的，所述信号处理模块还包括：报警数据生成单元；
24.所述报警数据生成单元用于将所述腐蚀金属试片的腐蚀速率和/或腐蚀厚度与预设阈值进行比较，当超出预设阈值时，生成警报数据。
25.进一步的，所述通信存储模块包括：通信单元和存储单元；
26.所述通信单元用于采用4g mqtt json的方式将所述信号处理单元生成的各种数据以及测试装置的位置信息远程发送至云平台或移动终端；
27.所述存储单元用于在所述通信单元发送数据失败时，将本次待发送数据进行暂存。
28.进一步的，所述通信单元包括：rs485接口、gprs接口、nb-iot接口和蓝牙接口。
29.进一步的，所述电源模块为可充电电池、市电供电模块或太阳能供电模块。
30.经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种管道腐蚀速率自动测试装置，通过腐蚀金属试片和补偿金属试片组成的双金属试片探头，实时测量腐蚀金属试片和补偿金属试片两端的电压值，将补偿金属试片封装起来使其不与土壤接触，进而保证补偿金属试片的厚度不发生变化，并根据两个金属试片的阻值和厚度间的正相关关系，实现对腐蚀金属试片的厚度进行测量，最终实现管道腐蚀速率的在线监测。本发明无需频繁对管道开挖进行人工巡检，也能实现对管道的在线自动监测和在线评估，大大提升了检测效率。
附图说明
31.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
32.图1为本发明提供的金属试片探头的原理图；
33.图2为本发明提供的自动测试装置与管道的连接示意图；
34.图3为本发明提供的测量模块的结构框图。
具体实施方式
35.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
36.如图1所示，本发明实施例公开了一种管道腐蚀速率自动测试装置，包括：电源模块、金属试片探头、标准信号源、测量模块、信号处理模块、定位模块和通信存储模块；电源模块分别为标准信号源、测量模块、信号处理模块、通信存储模块和定位模块供电；电源模块为可充电电池、市电供电模块或太阳能供电模块；
37.金属试片探头包括：探头本体、腐蚀金属试片和补偿金属试片；其中，腐蚀金属试片的材质与被测管道材质一致，并靠近待测管道埋设在土壤中；补偿金属试片封装在探头本体内部；
38.标准信号源(即恒流源)用于在所述信号处理模块的控制下提供恒定电流至腐蚀金属试片和补偿金属试片；
39.测量模块用于在信号处理模块的控制下，每间隔预设时间段测量腐蚀金属试片和补偿金属试片两端的电压；
40.信号处理模块用于根据测量模块测量的电压信号，计算腐蚀金属试片在一定时间内的厚度变化以及腐蚀速率；
41.定位模块用于对测试装置的安装位置进行定位；
42.通信存储模块用于将腐蚀金属试片的腐蚀速率和测试装置的位置信息传输至云平台和/或移动终端。
43.在一个实施例中，还包括：参比电极；测量模块用于测量腐蚀金属试片和参比电极两端的电压以及补偿金属试片和参比电极两端的电压。
44.本发明实际应用时，参数的测量方法如下：
45.腐蚀速率测量
46.开关s0断开，s1、s2闭合。第一电压表记录腐蚀金属试片与参比电极两端的电压、第二电压表记录补偿金属试片与参比电极两端的电压。其中，开关s0、s1和s2采用继电器，在信号处理模块的控制下每间隔一定时间进行一次启动。
47.第一步：计算出腐蚀试片两端电压，即第一电压表记录的电压值减去参比电极的固定电压，即v1；
48.第二步：根据已知电流，分别计算出此时刻，腐蚀试片电阻rc(t)、温度补偿试片电阻rr(t)；
49.第三步：根据公式：
[0050][0051]
计算出此时刻腐蚀试片的厚度，根据初始厚度，计算出腐蚀掉的厚度，即可计算出腐蚀速率。
[0052]
在一个实施例中，如图3所示，测量模块包括两路测量单元，每路测量单元分别包括电压衰减单元、偏置单元和adc变换单元；电压衰减单元用于将当前环境中存在的大电压通过分压的方式衰减成较小的电压；偏置单元用于将衰减后的电压转换成可输入adc变换单元的特定电压信号；adc变换单元用于将特定电压信号转换为对应的数字信号，并输出至信号处理模块。
[0053]
在一个具体实施例中，信号处理模块包括：电阻计算单元、金属试片厚度计算单元和腐蚀率计算单元；
[0054]
电阻计算单元用于根据标准信号源输出的恒定电流、腐蚀金属试片两端的电压vc和补偿金属试片两端的电压vr，计算腐蚀金属试片的电阻rc和补偿金属试片的电阻rr；
[0055]
金属试片厚度计算单元用于根据腐蚀金属试片和补偿金属试片在一定时间内的阻值变化，计算腐蚀金属试片的当前厚度；具体计算公式如下：
[0056][0057]
其中，dc(t)为t时刻腐蚀金属试片测量厚度；d(t＝0)为初始时刻腐蚀金属试片厚度；rc(t＝0)为初始时刻腐蚀金属试片电阻值；rr(t＝0)为初始时刻补偿金属试片电阻值；rc(t)为t刻腐蚀金属试片电阻值；rr(t)为t刻补偿金属试片电阻值。
[0058]
腐蚀率计算单元用于根据腐蚀金属试片在一定时间内的厚度变化，计算腐蚀速率，具体计算公式如下：
[0059][0060]
其中，kd为腐蚀速率；d(t＝0)为初始时刻测试金属试片厚度，单位毫米(mm)；d(t)为t时刻测试金属试片测量厚度,单位毫米(mm)；t为腐蚀时间，单位年。
[0061]
在其他实施例中，信号处理模块还包括：电流密度计算单元；测量模块还包括：交直流分离单元；
[0062]
交直流分离单元用于采用傅里叶变换将流经腐蚀金属试片的交直流进行分离，得到直流分量和交流分量；
[0063]
电流密度计算单元用于根据经傅里叶变换得到的直流分量和腐蚀金属试片的面积，计算腐蚀金属试片的直流电流密度，根据经傅里叶变换得到的交流分量和腐蚀金属试片的面积，计算腐蚀金属试片的交流电流密度。具体计算公式为：
[0064]
交流电流密度：j
ac
＝i
ac
/s；
[0065]
直流电流密度：j
dc
＝i
dc
/s；
[0066]
式中，s为腐蚀金属试片面积。本发明实施例中，电流密度即电流在试片单位面积
的大小，相当于求管道腐蚀破损点单位面积的泄漏量。
[0067]
本实施例目的在于分离管道交流电压和直流电压，管道中，在阴极的保护的前提下，预先安装有牺牲阳极或恒电位仪，闭合s0，断开s1、s2，记录腐蚀试片两端电压值，此时记录的电压值为流经管道和腐蚀金属试片的交直流电压，然后用fft分析出交直流电压中的直流电压和交流电压，进而分析管道受杂散电流的干扰情况。
[0068]
在其他实施例中，本发明信号处理模块还包括扩散电阻计算单元，所述扩散电阻计算单元用于计算待测管道或腐蚀试片的扩散电阻，扩散电阻也是反应管道腐蚀情况的一种参数，扩散电阻的计算公式如下：
[0069]
其中，vac表示流经腐蚀金属试片的交流电压。
[0070]
在一个实施例中，信号处理模块还包括：报警数据生成单元；
[0071]
报警数据生成单元用于将腐蚀金属试片的腐蚀速率和/或腐蚀厚度与预设阈值进行比较，当超出预设阈值时，生成警报数据。
[0072]
本实施例可通过警报数据对管道进行在线评估。
[0073]
在一个实施例中，通信存储模块包括：通信单元和存储单元；
[0074]
通信单元用于采用4g mqtt json的方式将信号处理单元生成的各种数据以及测试装置的位置信息远程发送至云平台或移动终端；本发明实施例中，通信单元每间隔预设时间发送一次数据。
[0075]
存储单元用于在通信单元发送数据失败时，将本次待发送数据进行暂存，以等待下一次发送。
[0076]
其中，通信单元包括：rs485接口、gprs接口、nb-iot接口和蓝牙接口。
[0077]
具体的，本发明的测试过程如下所示：
[0078]
第一步：按照图2安装自动测试装置，图中的标准电阻指的即为采样电阻，用于测量管道的交直流电压；
[0079]
第二步：信号处理模块控制标准信号源输出恒定电流；
[0080]
第三步：测量模块完成腐蚀金属试片和补偿金属试片的电压测量；
[0081]
第四步：信号处理模块实时读取测量模块的信号，进行电流密度、电阻值和腐蚀速率计算；
[0082]
第五步：结合管道的腐蚀速率和交直流电压和电流分析管道的状态，判断管道的状态和报警级别，根据相应的状态向后台发送管道的状态信号和报警状态信号；管道的状态信号为：管道腐蚀是否严重、管道保护电位是否正常、受杂散电流的干扰是否很大。
[0083]
第六步：将采集到的数据、管道状态信号、报警级别状态信号发送到后台，若本次数据发送失败，则将本次发送数据暂存在存储模块(sd卡)等待下一次发送；
[0084]
第七步：在云平台上对数据、管道状态信号、报警级别状态信号进行存储、分析，结合管道状态信号、报警级别状态信号发出报警信息。
[0085]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0086]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。