CN101846615B - 埋地金属管线腐蚀监测装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种埋地金属管线腐蚀监测方法，其包括：将感应电荷生成单元(10)埋设于待监测管线上方的土壤中，以便使所述感应电荷生成单元(10)处于与所述管线相同的电磁场环境中，从而产生感应电荷；通过感应电荷累积单元(20)定时地将所述感应电荷生成单元(10)多次产生的感应电荷累积起来；电流产生单元(30)利用所述感应电荷累积单元(20)累积的感应电荷产生电流；处理单元(40)对所述电流产生单元(30)产生的电流进行实时处理，以产生电流密度并找出最大瞬时电流密度；以及显示单元(50)显示所述处理单元(40)得到的最大瞬时电流密度。本发明还公开了用于实现这种方法的埋地金属管线腐蚀监测装置。

Description

埋地金属管线腐蚀监测装置和方法

技术领域

本发明涉及金属腐蚀监测领域，尤其涉及监测埋地金属管线腐蚀的装置和方法。

背景技术

随着电能供给需求的日益增长，现已建设了大批超高压、特高压交流、直流输电线路，这些线路产生的电(磁)场，会在临近的埋地金属管线上感应出大量电荷。对于埋地钢质油气输送管线来说，由于近20年新建的管线基本上都采用绝缘性能良好的3层PE防腐层，因而更容易造成感应电荷的累积；当防腐层出现小的破损时，由于破损点接地电阻低，感应电荷将通过破损点向大地排流，同时由于窗口面积小，流出钢表面的电流密度很大，因此会使钢发生严重腐蚀，甚至穿孔。近年来国内外多次发生由于感应腐蚀导致的油气管线泄露、***事故，不但造成很大的经济损失，还严重威胁社会安全。此外，随着人类进入信息时代，广播电视、无线电通信的快速发展，大量建设电视发射塔、广播发射站、雷达站、卫星通信地球站、微波中继站和移动通信基站，造成环境中电磁能量密度增大，与这些设施相邻的埋地金属管线发生感应腐蚀的风险增大，因此非常有必要对管线的感应腐蚀倾向进行监测。

从金属腐蚀机理的角度来看，腐蚀是因为发生了电化学反应导致金属流失，而电流密度是表征腐蚀速率和腐蚀倾向的最佳参数，因此，电流密度能够很好地反映感应腐蚀倾向。德国标准DIN CEN/TS15280-2006中规定，当埋地管线电流密度大于30A/m²时，预期会发生感应腐蚀。

目前常用的感应腐蚀监测技术是利用与管线相连的测试桩进行电流密度测试，具体方法为：将金属试片埋设在测试桩附近的土壤中，将金属试片通过测试桩与管线相连，管线上的感应电荷通过金属试片流入大地，利用电流表记录电流值，结合金属试片的裸露面积，得出电流密度。这种方法存在如下缺点：1、多数埋地管线没有设置测试桩，因此无法进行上述测试；2、即使设置了测试桩，一般每隔1公里设置一根，因而测试结果是1公里管线感应腐蚀风险的平均结果，无法反映管线某一具***置的风险，而感应腐蚀失效通常是管线某个局部发生严重腐蚀穿孔造成的。当架空高压输电线路与埋地油气输送管线交叉时这种现象尤为明显，因为处于交叉点的管线离干扰源最近，所以电(磁)场强度明显高于其它部位，但由于传统的测试无法实现定点监测，1公里的平均结果往往显示腐蚀风险不大，但开挖结果可能表明交叉点发生了严重感应腐蚀，因而现有检测技术无法满足使用要求，急需开发能够进行定点监测的装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种埋地金属管线腐蚀监测装置以及一种埋地金属管线腐蚀监测方法，它可以实现具***置的腐蚀监测，能够很好地反映管线局部位置的腐蚀倾向。

本发明提供了一种埋地金属管线腐蚀监测装置，其包括：感应电荷生成单元，其用于产生感应电荷；感应电荷累积单元，其用于定时地将所述感应电荷生成单元产生的感应电荷累积起来；电流产生单元；其利用所述感应电荷累积单元累积的感应电荷产生电流；处理单元，其用于对所述电流产生单元产生的电流进行实时处理，以产生电流密度并找出最大瞬时电流密度；显示单元，其用于显示所述最大瞬时电流密度。

其中所述感应电荷生成单元、感应电荷累积单元、电流产生单元、处理单元和显示单元依次连接。

所述埋地金属管线腐蚀监测装置还包括无线传输单元，用于以无线通信的方式将所述处理单元产生的最大瞬时电流密度传输至远程接收机，以进行远程控制，其中所述无线传输单元与所述处理单元相连。

所述埋地金属管线腐蚀监测装置还包括存储单元，其用于实时存储所述最大瞬时电流密度，其中所述存储单元与所述处理单元相连。

根据本发明的埋地金属管线腐蚀监测装置，其中所述感应电荷生成单元包括表面具有绝缘层的金属棒。其中所述感应电荷累积单元包括相连的第一控制器和电荷存储器，并且所述第一控制器还与所述感应电荷生成单元相连，所述电荷存储器还与所述电流产生单元相连，所述第一控制器定时地控制所述感应电荷生成单元与所述电荷存储器的连接和断开，当处于连接状态时，将所述感应电荷生成单元产生的感应电荷存储到所述电荷存储器中，当处于断开状态时，所述电荷存储器保持原有电荷，通过多次连接和断开来实现感应电荷的累积，其中所述第一控制器包括开关；并且所述第一控制器对所述感应电荷生成单元与所述电荷存储器的连接/断开的定时控制是能够调节的。

根据本发明的埋地金属管线腐蚀监测装置，其中所述电流产生单元包括依次相连的第二控制器、电流采集器和接地试片，所述第二控制器还与所述电荷存储器相连，所述电流采集器还与所述处理单元相连，所述第二控制器定时地控制所述电荷存储器与所述电流采集器和所述接地试片的连接和断开，当处于连接状态时所述电流采集器和所述接地试片与地形成通路，从而由所述感应电荷累积单元累积存储的感应电荷产生电流，当处于断开状态时不产生电流；所述电流采集器用于实时地采集所产生的电流；其中所述第二控制器包括开关，并且所述第二控制器对所述电荷存储器与所述电流采集器和所述接地试片的连接/断开的定时控制是能够调节的，并且所述第二控制器的定时时间间隔大于所述第一控制器的定时时间间隔。

本发明还提供了一种埋地金属管线腐蚀监测方法，其包括：将感应电荷生成单元埋设于待监测管线上方的土壤中，以便使所述感应电荷生成单元处于与所述管线相同的电磁场环境中，从而产生感应电荷；通过感应电荷累积单元定时地将所述感应电荷生成单元多次产生的感应电荷累积起来；电流产生单元利用所述感应电荷累积单元累积的感应电荷产生电流；处理单元对所述电流产生单元产生的电流进行实时处理，以产生电流密度并找出最大瞬时电流密度；以及显示单元显示所述处理单元得到的最大瞬时电流密度。

所述埋地金属管线腐蚀监测方法还包括：无线传输单元以无线通信的方式将所述最大瞬时电流密度传输至远程接收机，以进行远程控制，所述无线传输单元与所述处理单元相连。

所述埋地金属管线腐蚀监测方法还包括：通过存储单元实时地存储所述最大瞬时电流密度，所述存储单元与所述处理单元相连。

根据本发明的埋地金属管线腐蚀监测方法，其中所述感应电荷生成单元包括表面具有绝缘层的金属棒。其中所述感应电荷累积单元包括第一控制器和电荷存储器，所述第一控制器定时地控制所述感应电荷生成单元与电荷存储器的连接和断开，当处于连接状态时，所述电荷存储器将所述感应电荷生成单元产生的感应电荷存储起来；当处于断开状态时，所述电荷存储器保持原有电荷，并且通过多次连接和断开来实现感应电荷的累积；其中能够调节所述第一控制器对所述感应电荷生成单元与所述电荷存储器的连接/断开的定时控制，并且所述第一控制器包括开关。

根据本发明的埋地金属管线腐蚀监测方法，其中所述电流产生单元包括依次相连的第二控制器、电流采集器和接地试片，所述第二控制器还与所述电荷存储器相连，所述电流采集器还与所述处理单元相连，所述接地试片埋设于管线上方的土壤中，所述第二控制器定时地控制所述电荷存储器与所述电流采集器和所述接地试片的连接和断开，当处于连接状态时所述电流采集器和所述接地试片与地形成通路，从而由所述感应电荷累积单元累积存储的感应电荷产生电流，并且所述电流采集器实时地采集所产生的电流；当处于断开状态时不产生电流，所述电流采集器不采集电流；其中所述第二控制器包括开关，所述第二控制器对所述电荷存储器与所述电流采集器和所述接地试片的连接/断开的定时控制是能够调节的，并且所述第二控制器的定时时间间隔大于所述第一控制器的定时时间间隔。

本发明的有益效果

1、在不破坏管线防腐层的前提下，实现埋地金属管线腐蚀监测；

2、能够很好反映管线具***置的腐蚀倾向，便于掌握腐蚀状况，及时采取应对措施；

3、监测信号采用无线方式传输，免于布线；可实时监控多个位置的腐蚀状况。

附图说明

下面，参考附图来详细描述本发明，其中：

图1是根据本发明的装置的一个实施例的框图；

图2是根据本发明的装置的实施例的感应电荷累积单元的框图；

图3是根据本发明的装置的实施例的电流产生单元的框图；

图4是根据本发明的方法的实施例的示意图；以及

图5是根据本发明的装置的另一个实施例的框图。

具体实施方式

下面结合附图来说明本发明。

图1是根据本发明的埋地金属管线腐蚀监测装置1的一个实施例的框图。如图1所示，该埋地金属管线腐蚀监测装置1包括依次连接的感应电荷生成单元10、感应电荷累积单元20、电流产生单元30、处理单元40和显示单元50。

其中所述感应电荷生成单元10用于产生感应电荷，将其埋入待监测管线附近的土壤中，优选地位于管线的正上方并且距离所述管线1-2cm的位置。所述感应电荷生成单元10处于与待监测管线相同的电磁场环境，其包括表面具有绝缘层的金属棒，金属棒在电磁场环境下，会产生感应电荷。所述感应电荷生成单元10所产生感应电荷，是与埋设位置附近管线上感应电荷成正比的。所述金属棒可以选用与待测管线相同材质的金属，也可采用不同材质的金属。所述金属棒的绝缘层要具有较高的绝缘性能，防止感应电荷泄漏至大地。所述感应电荷生成单元10通过绝缘导线与所述感应电荷累积单元20连接。

其中所述感应电荷累积单元20用于定时地将所述感应电荷生成单元10产生的感应电荷累积起来，其中定时可以是每隔几天、每隔一个星期、每隔一个月等等。定时地将感应电荷累积的目的是为了增加感应电荷量。为了减小监测装置的体积，所述感应电荷生成单元10的体积不能太大，而待监测的埋地管线可能较粗，这样二者体积可能差别很大，使得所述感应电荷生成单元10产生的感应电荷明显少于待监测管线。但是，如果通过定时的多次累积，就可使所述埋地金属管线腐蚀监测装置1存储的感应电荷数量增多，能够如实反映待监测管线电荷感应状况。埋地管线的管径、壁厚、防腐层类型不同时，产生感应电荷的能力也不同，因而对于不同的待监测管线，定时的时间间隔不同。对于产生感应电荷能力强的管线，设置较短的时间间隔，保证有足够的感应电荷累积，准确反映待监测管线的易感应特性。

其中所述电流产生单元30埋设于土壤中，将所述感应电荷累积单元20累积的感应电荷导入大地，产生电流。待监测金属管线的接地电流密度大小反映了腐蚀倾向的大小，但接地电流通常无法测量，而通过所述埋地金属管线腐蚀监测装置1产生的电流可代替待监测管线的接地电流。对于待监测管线，接地电流密度大小主要取决于管线埋设位置的电磁场强度、土壤自身特性(电阻率、含水率和pH值等)以及防腐层特性(防腐层种类、缺陷面积等)等方面的因素。对于所述埋地金属管线腐蚀监测装置1，通过所述感应电荷生成单元10和所述感应电荷累积单元20可反映电磁场强度，通过埋设于土壤中的所述电流产生单元30可反映土壤和防腐层特性，因而所述埋地金属管线腐蚀监测装置1产生的电流密度，与待监测管线的接地电流密度是成正比的。

其中所述处理单元40用于对所述电流产生单元30产生的电流进行实时处理，以产生电流密度并找出最大瞬时电流密度。决定腐蚀倾向大小的是电流密度，所述电流产生单元30中的电流采集器32(将在后文中结合图3详述)所采集的是电流值，需要将电流值除以所述电流产生单元30的接地面积，来得到电流密度值。另一方面，由于所述电流产生单元30与土壤间的电阻较大，感应电荷导入大地需要一段时间(通常需要几秒到几分钟)，在此期间内，接地电流是不断变化的，而最大瞬时电流密度最能反映腐蚀倾向，因而需要利用所述处理单元40找出最大瞬时电流密度。所述处理单元40可采用单片机、可编程逻辑控制器、嵌入式微处理器、现场可编程逻辑阵列等本领域公知的器件来实现电流密度的计算和最大瞬时电流密度的查找。

其中所述显示单元50用于显示所述最大瞬时电流密度，其可以包括显示器或其它可以显示电流密度值的器件。所述显示单元50位于地上，工作人员可以通过其上显示的电流密度值，判断所述埋地金属管线腐蚀监测装置1埋设部位处管线的腐蚀风险大小，以决定是否采取排流等缓解腐蚀的措施。

图2是根据本发明的装置的实施例的感应电荷累积单元20的框图。如图2所示，所述感应电荷累积单元20包括相连的第一控制器21和电荷存储器22，并且所述第一控制器21还与所述感应电荷生成单元10相连，所述电荷存储器22还与所述电流产生单元30相连。所述第一控制器21定时地控制所述感应电荷生成单元10与所述电荷存储器22的连接和断开，当处于连接状态时，将所述感应电荷生成单元10产生的感应电荷存储到所述电荷存储器22中，所述电荷存储器22的电荷增多；当处于断开状态时，所述电荷存储器22保持原有电荷，通过多次连接，实现了感应电荷的累积。所述第一控制器21对所述感应电荷生成单元10与所述电荷存储器22的连接/断开的定时控制是能够调节的。定时的时间间隔在所述埋地金属管线腐蚀监测装置1埋入地下之前，根据待监测管线的特性(如管径、壁厚、防腐层类型等)具体设定，可以是每隔几天、每隔一个星期或每隔一个月，优选地，定时时间间隔小于一周。所述第一控制器21的定时功能可采用时基集成电路或其它电路来实现，优选地可采用定时器NE555所组成的定时电路来实现。所述第一控制器21包括开关，该开关可采用由场效应晶体管构成的电路或其它电路来实现。

图3是根据本发明的装置的实施例的电流产生单元30的框图。如图3所示，所述电流产生单元30包括依次相连的第二控制器31、电流采集器32和接地试片33，所述第二控制器31还与所述电荷存储器22相连，所述电流采集器32还与所述处理单元40相连。所述第二控制器31定时地控制所述电荷存储器22与所述电流采集器32和所述接地试片33的连接和断开，当处于连接状态时所述电流采集器32和所述接地试片33与地形成通路，从而由所述感应电荷累积单元20累积存储的感应电荷产生电流，当处于断开状态时不产生电流；所述电流采集器32用于实时地采集所产生的电流；所述接地试片33埋设于土壤中，当所述第二控制器31处于连接状态时，电流通过所述接地试片33流入大地，所述接地试片33用于反映待监测管线的防腐层特性和埋设位置的土壤特性，使得所述埋地金属管线腐蚀监测装置1产生的电流可代替待监测管线的接地电流。

所述第二控制器31的定时控制是能够调节的，定时的时间间隔要大于所述第一控制器21的定时时间间隔，优选地，所述第二控制器31的定时时间间隔为所述第一控制器21的5-10倍。所述第二控制器31的定时功能可采用时基集成电路或其它电路来实现，优选地可采用定时器NE555所组成的定时电路来实现。所述第二控制器31包括开关，该开关可以采用例如由场效应晶体管构成的电路或其它电路来实现。

当所述第二控制器31处于连接状态时，电流通过所述电流采集器32和所述接地试片33流入大地，所述电流采集器32包括电流表，它以固定的采样频率采样电流值，优选地，采样频率为10Hz。

所述接地试片33由金属和覆盖于其上的防腐层构成，防腐层上开有一个窗口，窗口处金属裸露，除窗口外，金属表面完全被防腐层覆盖。所述接地试片33采用与待监测管线材质相同的金属；所述接地试片33的防腐层种类和制备方法与待监测管线的防腐层相同。所述接地试片33埋设于待监测管线附近的土壤中，用于反映待监测管线所处土壤环境和管线防腐层特性，优选地，所述接地试片33埋设于管线正上方并且距离所述管线1-2cm。电流通过所述接地试片33防腐层上的窗口流入大地，所述接地试片33通过绝缘导线与所述电流采集器32相连。

图4是根据本发明的方法的实施例的示意图。如图4所示，由于该装置1处于与管线90相同的电磁场环境和土壤环境，而且装置1中接地试片33的金属材质和防腐层类型都与管线90相同，因而装置1产生的电流密度与管线90的电流密度成正比，并且如果合理设置第一控制器21和第二控制器31的定时间隔，可使装置1产生的电流密度与管线90的实际电流密度非常接近，所以可以将埋地金属管线腐蚀监测装置1的主要部件埋设于待监测管线90附近，通过采集电流密度来监测管线90在装置1埋设地点附近产生感应腐蚀的倾向。装置1可通过显示单元50将最大瞬时电流密度值显示出来，工作人员可结合相关判据(例如电流密度大于30A/m²时，可产生感应腐蚀)，判断装置1埋设地点附近管线的腐蚀风险大小，以决定是否采取排流等缓解腐蚀的措施。可沿管线90的走向方向布置多个装置1，得出不同位置的感应腐蚀倾向，尤其在管线90与高压输变线路交叉或平行的部位，更应加强监测。下面对本发明的监测方法进行详细介绍。

将包括表面具有绝缘层的金属棒的感应电荷生成单元10埋设于待监测管线90上方的土壤中，在电磁场作用下，待监测管线90和感应电荷生成单元10都会产生感应电荷。待监测管线90的感应电荷，通过其上的防腐层破损点或针孔缺陷流入大地，产生一定电流密度，当该电流密度超过某一临界值(比如30A/m²)时，待监测管线90会发生感应腐蚀，如果不加以控制，长时间腐蚀可能导致待监测管线90发生穿孔。但是待监测管线90上真实的电流密度无法测量，因而判断待监测管线90在某一地点的感应腐蚀风险，只能依靠外加监测装置。本发明装置1的感应电荷生成单元10产生感应电荷后，由第一控制器21控制，定时地通过绝缘导线将感应电荷存储到电荷存储器22中，因为感应电荷生成单元10的体积通常小于待监测管线90，为使装置1产生的电流密度与待监测管线90的接近，必须通过累积以增加感应电荷量，所以需要第一控制器21通过多次接通和断开感应电荷生成单元10和电荷存储器22来实现感应电荷的累积。

在感应电荷经多次累积之后，通过第二控制器31的控制，将累积的感应电荷通过接地试片33排入大地，中间经过电流采集器32，由电流采集器32记录瞬时电流值。瞬时电流值经处理单元40计算后，得出电流密度值，并找出最大瞬时电流密度。将最大瞬时电流密度值显示在显示单元50，以供工作人员参考，由此本发明监测装置可以得出某一具体埋设地点的电流密度值。由于埋地管线电流密度的大小与金属/土壤界面特性和防腐层破损程度密切相关，而本发明装置1中接地试片33的金属材质和防腐层类型都与管线90相同，又埋设于相同的土壤中，因而装置1产生的电流密度与待监测管线90的实际电流密度成正比，能够反映待监测管线90感应腐蚀倾向的大小。

图5是根据本发明的装置的另一个实施例的框图。如图5所示，本发明实施例2除了包括实施例1的单元外，还包括无线传输单元60、远程接收机61和存储单元70。无线传输单元60与处理单元40相连，用于以无线通信的方式将处理单元40产生的最大瞬时电流密度传输至远程接收机61，以实现远程监控。存储单元70与处理单元40相连，用于实时存储最大瞬时电流密度，使工作人员可以下载、查阅和分析以往电流密度数据，以便对腐蚀风险进行分析。

虽然本文已经说明并且描述了本发明的某些特征，但是本领域技术人员将想起许多修改和改变。因此，应当理解所附的权利要求意图覆盖落入本发明的真实精神内的所有这样的修改和改变。

Claims (6)

1.一种埋地金属管线腐蚀监测装置，包括：

感应电荷生成单元(10)，其包括表面具有绝缘层的金属棒，用于产生感应电荷；

感应电荷累积单元(20)，其用于定时地将所述感应电荷生成单元(10)产生的感应电荷累积起来，所述感应电荷累积单元(20)包括相连的第一控制器(21)和电荷存储器(22)，并且所述第一控制器(21)还与所述感应电荷生成单元(10)相连，所述第一控制器(21)定时地控制所述感应电荷生成单元(10)与所述电荷存储器(22)的连接和断开，当处于连接状态时，将所述感应电荷生成单元(10)产生的感应电荷存储到所述电荷存储器(22)中，当处于断开状态时，所述电荷存储器(22)保持原有电荷，通过多次连接和断开来实现感应电荷的累积；

电流产生单元(30)；其利用所述感应电荷累积单元(20)累积的感应电荷产生电流，所述电流产生单元(30)包括依次相连的第二控制器(31)、电流采集器(32)和接地试片(33)，所述第二控制器(31)还与所述电荷存储器(22)相连，所述第二控制器(31)定时地控制所述电荷存储器(22)与所述电流采集器(32)和所述接地试片(33)的连接和断开，当处于连接状态时所述电流采集器(32)和所述接地试片(33)与地形成通路，从而由所述感应电荷累积单元(20)累积存储的感应电荷产生电流，当处于断开状态时不产生电流；所述电流采集器(32)用于实时地采集所产生的电流；

处理单元(40)，其与所述电流采集器(32)相连，以用于对所述电流产生单元(30)产生的电流进行实时处理，以产生电流密度并找出最大瞬时电流密度；

显示单元(50)，其用于显示所述最大瞬时电流密度，

其中所述感应电荷生成单元(10)、感应电荷累积单元(20)、电流产生单元(30)、处理单元(40)和显示单元(50)依次连接。

2.根据权利要求1所述的埋地金属管线腐蚀监测装置，还包括无线传输单元(60)，其用于以无线通信的方式将所述处理单元(40)产生的最大瞬时电流密度传输至远程接收机(61)，以进行远程控制，其中所述无线传输单元(60)与所述处理单元(40)相连。

3.根据权利要求1或2所述的埋地金属管线腐蚀监测装置，还包括存储单元(70)，其用于实时存储所述最大瞬时电流密度，其中所述存储单元(70)与所述处理单元(40)相连。

4.根据权利要求1或2所述的埋地金属管线腐蚀监测装置，其中所述第一控制器(21)包括开关；并且所述第一控制器(21)对所述感应电荷生成单元(10)与所述电荷存储器(22)的连接/断开的定时控制是能够调节的。

5.根据权利要求1或2所述的埋地金属管线腐蚀监测装置，其中所述第二控制器(31)包括开关，并且所述第二控制器(31)对所述电荷存储器(22)与所述电流采集器(32)和所述接地试片(33)的连接/断开的定时控制是能够调节的，并且所述第二控制器(31)的定时时间间隔大于所述第一控制器(21)的定时时间间隔。

6.一种使用权利要求1-5之一的埋地金属管线腐蚀监测装置进行监测的方法，包括：

将感应电荷生成单元(10)埋设于待监测管线上方的土壤中，以便使所述感应电荷生成单元(10)处于与所述管线相同的电磁场环境中，从而产生感应电荷；

通过感应电荷累积单元(20)定时地将所述感应电荷生成单元(10)多次产生的感应电荷累积起来；

电流产生单元(30)利用所述感应电荷累积单元(20)累积的感应电荷产生电流；

处理单元(40)对所述电流产生单元(30)产生的电流进行实时处理，以产生电流密度并找出最大瞬时电流密度；以及

显示单元(50)显示所述处理单元(40)得到的最大瞬时电流密度。

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