埋地金属构筑物的阴极保护系统的制作方法

1.本实用新型涉及埋地金属构筑物保护的技术领域，尤其涉及埋地金属构筑物的阴极保护系统。


背景技术：

2.长输油气管线及其站场的埋地管道和城市燃气埋地管道由于深埋地下，为防止腐蚀造成的安全和环境污染等破坏，普遍采用已经被实践证明了的防腐涂层和阴极保护联合的措施对管道进行保护。防腐涂层的作用是将钢质管道外壁与外部环境土壤进行物理隔离，来达到保护管道外壁的目的。阴极保护采用电化学方法，使埋地管道发生阴极极化，使被保护管道的电位保持在规定的范围内，从而消除腐蚀的方法。阴极保护方法有牺牲阳极和外加电流两种，在某些情况下也可采用牺牲阳极和外加电流的联合保护方式。
3.牺牲阳极的阴极保护方法只适用于环境电阻率低，所需总保护电流小于1a的条件，同时牺牲阳极保护具有驱动电压有限、保护距离短，输出电流不易调节，需要定期更换等缺点，因此，对于大型的工程，设计多采用外加电流阴极保护或外加电流和牺牲阳极联合的保护方法。
4.在现有技术中外加电流法中阳极的布置方式是阴极保护系统设计是否成功的关键，在选择辅助阳极地床时要根据工程特点，现有辅助阳极地床的形式有深井阳极地床、浅埋阳极地床和线性阳极地床，辅助阳极根据阳极地床形式不同也是多种多样，有高硅铸铁阳极，预包装高硅铸铁阳极，钛基金属混合物阳极，铂复合阳极，线性阳极等。
5.在外加电流阴极保护系统中，阴极电缆与阳极电缆的断点排查已经是比较成熟的技术，可采用电缆故障仪、音频探测仪等测断方法，而辅助阳极地床中结构较电缆复杂有辅助阳极、辅助阳极自带电缆及其连接点，阳极地床一旦有断点产生，很难进行断点排查与修复。深井阳极地床，是将辅助阳极垂直埋在地下≥15米的深井中，为远阳极地床，容易对其他埋地金属结构产生干扰，存在过保护和保护不足现象，深井阳极地床中的辅助阳极与电缆的连接处及阳极电缆因腐蚀、拉力作用、端部效应或设计不合理等原因而断开，由于埋设深度大，断点不易排查，且修复困难，不经济，导致阳极还未达到其使用寿命就导致阳极地床失效，甚至导致整个阴极保护系统被废弃。浅埋阳极地床，辅助阳极的埋设与埋地管道同深，为远阳极地床，阳极用量多，容易对其他埋地金属结构产生干扰，存在过保护和保护不足现象，阳极电缆与辅助阳极连接处断开后，不容易排查，对于地下金属结构复杂，地面空间有限的站场来说，现场修复更是困难。线性阳极地床，为近阳极地床，这种阳极施工方便，与管道同沟敷设，距离管道≥300mm，克服了远阳极地床的受地质影响，对其他结构物干扰大，电流利用率低等问题，已广泛应用到区域阴极保护系统中，但是线性阳极容易因敷设不合理、地基下沉、第三方机械损伤，不可抗力等原因发生断点，一旦发生断点，为了找到断点需要将埋地的线性阳极全部挖开或者借助检测设备沿整个线性阳极进行排查来确定断点位置，费时费力，阴极保护系统维护成本高。


技术实现要素：

6.为解决上述问题，本实用新型提供一种埋地金属构筑物的阴极保护系统，该系统可以有效解决阳极地床因辅助阳极及阳极电缆产生断点后因修复困难而导致阳极地床失效，电流利用率低，对其他埋地金属结构干扰大，维护成本高的问题。
7.本实用新型提供的埋地金属构筑物的阴极保护系统，包括：恒电位仪1、防爆接线装置2、测试桩3、控制用参比电极4、电位测量装置5和测断功能辅助阳极6；
8.恒电位仪1通过防爆接线装置2分别与控制用参比电极4、测断功能辅助阳极6和被保护的金属构筑物7连接；
9.测试桩3设置在金属构筑物7上方，分别与设置在地下的电位测量装置5和金属构筑物7连接；
10.测断功能辅助阳极6设置在地下，与金属构筑物7同沟敷设，测断功能辅助阳极6的测断电缆和阳极电缆接入防爆接线装置2。
11.本实用新型可以快速排查阳极地床的断点、修复快捷方便，在辅助阳极寿命期内阳极地床不会失效，且保护电位分布均匀，电流利用率高，对其他埋地金属结构干扰小，降低了阴极保护系统的维护成本。
12.在一实施例中恒电位仪1和所述防爆接线装置2设置为多个，恒电位仪1和防爆接线装置2的数量相同。
13.在一实施例中，恒电位仪1的正极通过防爆接线装置2与测断功能辅助阳极6连接，恒电位仪1的负极通过防爆接线装置2与金属构筑物7连接。
14.在一实施例中，防爆接线装置2为户外防爆接线箱或埋地的防爆接线盒。
15.在一实施例中，测试桩3和电位测量装置5设置为多个，测试桩3和电位测量装置5的数量相同。
16.在一实施例中，测试桩3为智能测试桩。
17.在一实施例中，电位测量装置5为参比电极或极化探头。
18.在一实施例中，控制用参比电极4、电位测量装置5采用铜材质或者高纯锌材质。
19.在一实施例中，还包括：具有测断功能的仪器，与防爆接线装置2连接。
20.在一实施例中，具有测断功能的仪器为电缆故障测试仪。
21.本实用新型的这些和其它方面在以下(多个)实施例的描述中会更加简明易懂。
附图说明
22.以下参照附图来进一步说明本实用新型的各个特征和各个特征之间的联系。附图均为示例性的，一些特征并不以实际比例示出，并且一些附图中可能省略了本技术所涉及领域的惯常的且对于本技术非必要的特征，或是额外示出了对于本技术非必要的特征，附图所示的各个特征的组合并不用以限制本技术。另外，在本说明书全文中，相同的附图标记所指代的内容也是相同的。具体的附图说明如下：
23.图1为本实用新型提供的埋地金属构筑物的阴极保护系统的第一结构示意图；
24.图2为本实用新型提供的埋地金属构筑物的阴极保护系统的第二结构示意图。
具体实施方式
25.说明书和权利要求书中的词语“第一、第二、第三等”或模块a、模块b、模块c等类似用语，仅用于区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序，以使这里描述的本技术实施例能够以除了在这里图示或描述的以外的顺序实施。
26.说明书和权利要求书中使用的术语“包括”不应解释为限制于其后列出的内容；它不排除其它的元件或步骤。因此，其应当诠释为指定所提到的所述特征、整体、步骤或部件的存在，但并不排除存在或添加一个或更多其它特征、整体、步骤或部件及其组群。因此，表述“包括装置a和b的设备”不应局限为仅由部件a和b组成的设备。
27.本说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意味着与该实施例结合描述的特定特征、结构或特性包括在本实用新型的至少一个实施例中。因此，在本说明书各处出现的用语“在一个实施例中”或“在实施例中”并不一定都指同一实施例，但可以指同一实施例。此外，在一个或多个实施例中，能够以任何适当的方式组合各特定特征、结构或特性，如从本公开对本领域的普通技术人员显而易见的那样。
28.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。如有不一致，以本说明书中所说明的含义或者根据本说明书中记载的内容得出的含义为准。另外，本文中所使用的术语只是为了描述本技术实施例的目的，不是旨在限制本技术。为了准确地对本技术中的技术内容进行叙述，以及为了准确地理解本实用新型，在对具体实施方式进行说明之前先对本说明书中所使用的术语给出如下的解释说明或定义：
29.1、参比电极(reference electrode)，用于测量埋地金属结构对电解质的电位。是被测结构物与参比电极之间的电位差。
30.2、辅助阳极布设在阳极地床，是外加电流阴极保护系统中用于提供阴极保护电流的电极。
31.3、极化探头是一种测量消除ir降阴极保护电位的测量工具。
32.4、测试桩是一种布设在埋地管道沿线，用于监测和测试管道阴极保护参数的设施。
33.5、电缆故障测试仪由电缆故障测试仪主机、电缆故障定位仪、电缆路径仪三个主要部分组成。电缆故障测试仪主机用于测量电缆故障的故障性质，全长及电缆故障点距测试端的大致位置。电缆故障定点仪是在电缆故障测试仪主机确定电缆故障点的大致位置的基础上来确定电缆故障点的精确位置。对于未知走向的埋地电缆，需使用路径仪来确定电缆的地下走向。
34.下面对本技术的技术方案进行详细介绍。
35.图1为本实用新型提供的埋地金属构筑物的阴极保护系统的第一结构示意图，如图1所示，包括：恒电位仪1、防爆接线装置2、测试桩3、控制用参比电极4、电位测量装置5和测断功能辅助阳极6；
36.恒电位仪1通过防爆接线装置2分别与控制用参比电极4、测断功能辅助阳极6和被保护的金属构筑物7连接；
37.测试桩3设置在金属构筑物7上方，分别与设置在地下的电位测量装置5和被保护
的金属构筑物7连接；
38.测断功能辅助阳极6设置在地下，与金属构筑物7同沟敷设，测断功能辅助阳极6的测断电缆和阳极电缆接入防爆接线装置2。
39.在一些实施例中，如图1所示，恒电位仪1和防爆接线装置2可以设置为1个。如图2所示，恒电位仪1和防爆接线装置2也可以设置为多个，恒电位仪1和防爆接线装置2的数量相同。
40.在一些实施例中，恒电位仪1的正极通过防爆接线装置2与测断功能辅助阳极6连接，恒电位仪1的负极通过防爆接线装置2与金属构筑物7连接。
41.其中，恒电位仪1的正极、防爆接线装置2、测断功能辅助阳极6之间通过阳极电缆(属于测断功能辅助阳极6)连接(如图1和图2中恒电位仪1、防爆接线装置2和测断功能辅助阳极6之间包括箭头的线)。同时，防爆接线装置2与测断功能辅助阳极6通过测断电缆(属于测断功能辅助阳极6)连接(如图1和图2中防爆接线装置2和测断功能辅助阳极6之间没有箭头的线)。
42.恒电位仪1的负极、防爆接线装置2、金属构筑物7之间通过阴极电缆连接(如图1和图2中恒电位仪1、防爆接线装置2和金属构筑物7之间包括箭头的线)。同时，恒电位仪1、防爆接线装置2、金属构筑物7之间还通过零位线连接(如图1和图2中恒电位仪1、防爆接线装置2和金属构筑物7之间没有箭头的点虚线)。同时，恒电位仪1、防爆接线装置2、控制用参比电极4之间还通过长效参比电极线连接(如图1和图2中恒电位仪1、防爆接线装置2、控制用参比电极4之间的虚线)。
43.在一些实施例中，防爆接线装置2为户外防爆接线箱或埋地的防爆接线盒。
44.其中，防爆接线装置2的防爆防护等级为exdiibt4 ip55或更高，适合室外安装。
45.在一些实施例中，如图1和图2所示，测试桩3和电位测量装置5可以设置为多个，测试桩3和电位测量装置5的数量相同。
46.在一些实施例中，在非智能阴极保护系统中测试桩3可以是普通测试桩。当在智能阴极保护系统中，测试桩3为智能测试桩。如图2所示，本实用新型的阴极保护系统也可增加智能监测功能，测试桩3可以为智能测试桩，其可以包含电源模块、采集模块、控制模块和通讯模块等，恒电位仪1为智能恒电位仪，恒电位仪参数和智能测试桩采集的阴极保护数据可通过通讯模块发送至服务端，通讯模块可以是物联网、北斗卫星系统、wifi、rs485、蓝牙等，服务端可以是一台或多台服务器，也可以是云服务平台，从而实现阴极保护数据采集的智能化和自动化。
47.在本实用新型中，普通测试桩或智能测试桩均可以优选钢管测试桩，材质为不锈钢钢管或镀锌钢管。
48.在一些实施例中，电位测量装置5为参比电极或极化探头。
49.在一些实施例中，控制用参比电极4、电位测量装置5采用铜材质或者高纯锌材质。
50.即，控制用参比电极4、电位测量装置5采用的参比电极或极化探头可以优选硫酸铜参比电极/极化探头，也可以优选高纯锌参比电极和高纯锌极化探头。
51.在一些实施例中，还包括：具有测断功能的仪器，与防爆接线装置2连接。
52.在一些实施例中，具有测断功能的仪器为电缆故障测试仪。电缆故障测试仪为现有技术，通过接入防爆接线箱的测断电缆能够快速确定辅助阳极的断点位置。
53.在一些实施例中，测断功能辅助阳极优选具有测断功能的mmo/ti线性阳极，也可采用具有测断功能的辅助阳极。
54.该埋地金属构筑物的阴极保护系统的工作原理是：
55.(1)恒电位仪作为驱动电源，根据埋设在地下的控制用参比电极提供信号源，给阴极保护系统提供合适的阴极保护电流，阴极保护电流通过防爆接线装置经测断功能辅助阳极的阳极电缆流向测断功能辅助阳极，再通过测断功能辅助阳极流向被保护的金属构筑物(包括埋地管道)的外壁(该段的电流流向线未画出)，再通过被保护的金属构筑物上的阴极通电点(阴极电缆与被保护的金属构筑物连接的点)回流到恒电位仪，使埋地钢质管道外壁免受腐蚀，如图1所示的箭头为电流的流向。
56.(2)阴极保护系统通过测试桩和电位测量装置检测被保护的金属构筑物的保护电位，以保证被保护的金属构筑物外壁检测点的电位符合-850mv(cse)～-1200mv(cse)的要求。
57.(3)当检测点的电位不符合要求，说明阴极保护系统中存在问题，通过从恒电位仪获取恒电位仪参数(输出电流、输出电压和保护电位)来进行故障排查，比如可以短路、断路等。该部分为现有技术。
58.(4)当确定阴极保护系统中存在断点时，阴极电缆、阳极电缆可通过现有的电缆故障仪等设备直接进行检测。当通过排除法确认阳极地床(测断功能辅助阳极)有断点时，可通过电缆故障测试仪和接入防爆接线箱的测断电缆快速确定阳极地床(测断功能辅助阳极的阳极电缆)的断点位置，将断点处挖开，并用专用接头技术进行连接和修复，最后回填即可，可节省大量的人力和时间。
59.本实用新型可以获得如下有益效果：
60.(1)阴极保护系统的辅助阳极采用测断功能辅助阳极，利用现有电缆故障仪可快速排查阳极地床的断点、修复快捷方便，解决了外加电流阴极保护系统中阳极地床断点排查困难和阳极地床在寿命期内失效的问题，降低了阴极保护系统的维护成本。
61.(2)本实用新型的阳极地床为近阳极地床，具有保护电位分布均匀，电流利用率高，对其他埋地金属结构干扰小。
62.注意，上述仅为本技术的较佳实施例及所运用的技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本技术进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型的构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，均属于本实用新型的保护范畴。