CN110066997A - 外腐蚀交直流综合检测方法 - Google Patents

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Abstract

一种外腐蚀交直流综合检测方法，步骤包括：恒电位仪通过第一连接线缆向管道输入直流电流，第一连接线缆上安装的通断器周期***替进行接通和关断；PCM发射机通过第二连接线缆向管道输入交流电流，PCM发射机周期***替进行输出和中断；检测设备进行信号采集；数据采集终端对交流数据和直流数据进行处理。外腐蚀交直流综合检测方法通过对PCM发射机电流输出时间、频率和相位的控制，以及电磁场、电流、电位和电位差采集数据的时间段、时间点进行选择和处理，消除交流检测和直流检测之间的相互干扰，从而实现交流信号检测和直流信号检测的同时进行。

Description

外腐蚀交直流综合检测方法
技术领域
本发明属于阴极保护防腐技术领域，尤其涉及一种外腐蚀交直流综合检测方法。
背景技术
我国管道建设的快速发展,在役油气管道里程将迅速增加,同时我国许多现役埋地管线已进入老龄期,由于管道本身的老化、腐蚀,严重影响了管道的正常运行,油气输送管道失效事故一旦发生,不但给生产企业带来巨大经济损失,还会对社会和周围自然环境产生严重后果。通过管道防腐保护***的定期检测与评价,可及时准确地掌握油气输送管道的腐蚀状态,对确保油气管道的安全运行日显重要。
外腐蚀直接评价(ECDA)技术是评价外腐蚀对管道完整性影响的一种方法,目前已经形成了技术标准。ECDA按照规范化程序,通过外检测手段获取管道外腐蚀和防腐***的现状信息,结合开挖验证和相关资料的分析结果,对管道外防腐***进行***而全面的评价。通过ECDA可判断管道外防腐***的薄弱环节、外腐蚀情况及相关影响因素。
目前的ECDA技术标准中，包括四种检测方法：1、密间距电位测量法(CIPS)；2、直流电位梯度法(DCVG)；3、交流电流衰减法(PCM)；4、交流电位梯度法(ACVG)。目前也将完成DCVG/CIPS检测功能的设备通常称为DCVG，完成PCM/ACVG检测功能的设备通常称为PCM，DCVG和PCM是目前管道外腐蚀检测的主要检测设备。
目前DCVG和PCM这两种检测设备工作时，存在的主要问题在于：在进行ECDA检测时，PCM和DCVG相互干扰，无法同时使用。PCM检测时，其发射机输出的信号包含多种频率的交流成分，影响DCVG电位检测的精度。为了保证工程检测的质量，工程上通常的做法是PCM和DCVG分开检测，导致对同一条管道的检测工作必须进行两遍，成本高，效率低。
发明内容
本发明针对上述现有技术存在的问题，提出一种能够使PCM和DCVG同时使用的外腐蚀交直流综合检测方法。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种外腐蚀交直流综合检测方法，步骤如下：
恒电位仪通过第一连接线缆向管道输入直流电流，第一连接线缆上安装的通断器周期***替进行接通和关断，通断器的一个通断周期内，进行一次接通和一次关断，接通持续时间为T1，关断持续时间为T2；
PCM发射机通过第二连接线缆向管道输入交流电流，PCM发射机周期***替进行输出和中断，PCM发射机的一个工作周期内，进行一次输出和一次中断，输出持续时间为T3，中断持续时间为T4；
通断器的接通和PCM发射机的输出同时启动，PCM发射机输出中断时输出电流的相位与PCM发射机输出启动时输出电流的相位相同，通断器的通断周期与PCM发射机的工作周期时长相同，接通持续时间T1大于输出持续时间T3；
检测设备进行信号采集：
交流信号检测设备检测管道上产生的电磁场信号，检测出的电磁场信号发送给数据采集终端；直流信号检测设备检测与其通过导线连接的管道与地面之间的管地电位差，检测出的管地电位差发送给数据采集终端；
数据采集终端对交流数据和直流数据进行处理：
数据采集终端对接收到的电磁场信号数据持续记录，并将PCM发射机处于输出中断时段内的电磁场信号去除，其余电磁场信号拼接后作为电磁场数据存入到数据采集终端设置的存储器内；数据采集终端将PCM发射机输出中断时段内通断器接通和关断时的管地电位差，分别作为通电电位检测数据和断电电位检测数据存入到存储器内。
作为优选，检测设备进行信号采集时：
交流信号检测设备检测管道上方地表间隔的两点之间的交流电位差，检测出的交流电位差发送给数据采集终端，直流信号检测设备检测管道上方地表间隔的两点之间的直流电位差，检测出的直流电位差发送给数据采集终端；
数据采集终端对交流数据和直流数据进行处理时：
数据采集终端对接收到的交流电位差持续记录，并将PCM发射机处于输出中断时段内的交流电位差去除，其余交流电位差拼接后作为交流电位差数据存入到数据采集终端设置的存储器内；数据采集终端将PCM发射机输出中断时段内通断器接通和关断时的直流电位差，分别作为通电直流电位差和断电直流电位差数据存入到存储器内。
作为优选，所述PCM发射机输出中断时输出电流的相位与PCM发射机输出启动时输出电流的相位均位于相位零点。
作为优选，所述PCM发射机、通断器和数据采集终端均连接卫星同步时钟。
作为优选，所述PCM发射机输入管道的交流电流包含1个基准频率的交流分量和1个或多个频率为基准频率不同整数倍的交流分量，所有交流分量均在PCM发射机输出启动时同时由相位零点开始输出。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
1、外腐蚀交直流综合检测方法通过对PCM发射机电流输出时间、频率和相位的控制，以及电磁场、电流、电位和电位差采集数据的时间段、时间点进行选择和处理，消除交流检测和直流检测之间的相互干扰，从而实现交流信号检测和直流信号检测的同时进行。
2、通过去除PCM发射机输出中断时段内测量的交流信号检测数据，保留和拼接PCM发射机输出持续时段内检测的交流信号检测数据，使最终拼接后的交流检测数据能够反映PCM发射机处于连续不间断输出时管道上的交流信号，使获得的交流检测数据更加准确，消除PCM发射机间断性输出模式对交流检测数据的干扰。
3、通电电位和断电电位均在PCM发射机的输出中断时采集，从而消除了PCM发射机对管道施加的交流电压对直流电位检测的干扰，无须进行交流电压干扰的去除处理，能够快速的测出准确的直流电位，提高检测效率，使交流信号检测和直流信号检测能够同时进行。
4、PCM发射机发射的交流电流，包含1个基准频率交流分量和1个或多个频率为基准频率不同整数倍的交流分量，所有交流分量均在PCM发射机输出启动时同时由相位零点开始输出，进而使PCM发射机输出中断和输出启动均能够位于相位零点，避免PCM发射机启动就将输出电流升至较高的设定点，降低PCM发射机输出启动时的输出功率，减小设备运行的冲击，并且消除了输出电流需要由零升至设定点产生的时间误差，增加检测精度。
5、PCM发射机、通断器和数据采集终端采用卫星同步时钟，PCM发射机的输出和通断器的接通可以同步启动，数据采集终端能够确定PCM发射机输出处于中断状态的时段，以及该时段内通断器处于接通和关断的时段，从而选择通电电位、断电电位、通电直流电位差和断电直流电位差的采集时刻，确保采集到的通电电位、断电电位、通电直流电位差和断电直流电位差均为无交流电压干扰时测得，从而保证检测的精确性。
附图说明
图1为本发明外腐蚀交直流综合检测方法所采用设备的***示意图；
以上各图中：1、管道；2、测试桩；31、PCM发射机；32、交流信号检测设备；33、A字架；34、探针；41、直流信号检测设备；42、参比电极；5、恒电位仪；6、通断器；7、数据采集终端。
具体实施方式
下面，通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“上”、“下”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
如图1所示，外腐蚀交直流综合检测方法采用的设备，包括PCM检测单元和DCVG检测单元。
PCM检测单元包括PCM发射机31、交流信号检测设备32以及交流信号检测设备32连接的A字架33。
PCM发射机31通过线缆直接与管道1连接，或者通过连接与管道1相连的测试桩2，使PCM发射机31与管道1连接，PCM发射机31能够向管道1输入交流电流。
交流信号检测设备32能够检测交流电流在管道1上形成电磁场，并将测得的电磁场信号发送到数据采集终端7进行存储。
A字架33通过安装的一对探针34，检测探针34之间地表的交流电位差，用以获得从管道防腐层破损点流出的交流电流在地表产生的交流电场信号，并将测得的交流电位差发送到数据采集终端7进行存储。
DCVG检测单元包括直流信号检测设备41。直流信号检测设备41设置两个电极，一个电极连接管道1，另一个电极连接用于接地的参比电极42，以使直流信号检测设备41对管道1进行直流电位检测，从而检测管地之间的电压差，并将测得的管地电位差发送到数据采集终端7进行存储。
DCVG检测单元中参比电极42设置有两个，分别固定在两个探仗上，两个参比电极42连接到地面上间隔的两个位置，在检测管地之间电位差的同时进行两个参比电极42之间的直流电位检测，从而得到管道1上方地表间隔的两点之间的直流电位差，并将测得的直流电位差发送到数据采集终端7进行存储。
数据采集终端7对采集到的数据进行分析和处理，从而得到DCVG、CIPS、PCM和ACVG的检测结果。
数据采集终端7对接收的电磁场信号进行分析处理，可得出管道1上交流电流的大小和方向，以及管道1的深度和位置，实现PCM检测功能。
数据采集终端7对接收的交流电位差进行分析处理，可得出管道1上防腐层破损点的位置和大小，实现ACVG检测功能。
数据采集终端7对接收的管地电位差进行分析处理，可得到管道1当前阴极保护的状态，实现CIPS检测功能。
数据采集终端7对接收的直流电位差进行分析处理，可得到管道1防腐层破损点的位置和恒电位仪通断状态下流经防腐层破损点的电流方向，得到管道1防腐层破损点的严重程度，实现DCVG检测功能。
恒电位仪5通过第一连接线缆与管道1相连，向管道1输入直流电流，对管道1形成阴极保护。第一连接线缆上安装通断器6，能够控制恒电位仪5与管道1之间的通断。
通断器6接通时，恒电位仪5与管道1之间的连接导通，恒电位仪5向管道1通电，检测到的管地之间电压差为通电电位；通断器6关断时，恒电位仪5与管道1之间的连接断开，恒电位仪5停止向管道1通电，检测到的管地之间电压差为断电电位。
通断器6按照固定的通断周期运行，交替进行接通和关断。通断器6的一个通断周期内，进行一次接通和一次关断，接通持续时间为T1，关断持续时间为T2。
PCM发射机31通过第二连接线缆，按照固定的工作周期，向管道1进行交流电流的输入。PCM发射机31的输出间歇性运行，即输出运行和输出中断交替进行。在PCM发射机31的一个工作周期内，进行一次输出和一次中断，输出持续时间为T3，中断持续时间为T4。
通断器6的接通和PCM发射机31的输出同时启动，即通断器6的通断周期与PCM发射机31的工作周期同时开始。
PCM发射机31输出中断时输出电流的相位与PCM发射机31输出启动时输出电流的相位相同，即：一个工作周期中PCM发射机31输出中断时与下一个工作周期中PCM发射机31输出启动时，输出电流的相位大小和相位方向都相同，将PCM发射机31每个输出时段输出电流的波形进行首尾连续拼接，可得到与PCM发射机31连续不间断输出电流时一样的波形图。
通断器6的通断周期与PCM发射机31的工作周期时长相同，即通断器6的通断周期与PCM发射机31的工作周期同时结束，始终使通断器6的接通和PCM发射机31的输出同时启动。
接通持续时间T1大于输出持续时间T3，使PCM发射机31输出中断时，恒电位仪5与管道仍然处于接通状态，持续时间为ΔT，ΔT＝T1-T3。
PCM检测单元中的交流信号检测设备32检测管道1上的电磁场信号，检测出的电磁场信号发送给数据采集终端7。
PCM检测单元中的A子架33通过安装的一对探针34检测管道上方地表间隔的两点之间的交流电位差，检测出的交流电位差发送给数据采集终端7。
直流信号检测设备41通过两个探仗上的参比电极42，检测与直流信号检测设备41通过导线连接的管道1与地面之间的管地电位差以及参比电极42之间的直流电位差，检测出的管地电位差和直流电位差发送给数据采集终端7。
参比电极42之间的直流电位差即为管道上方地表间隔的两点之间的直流电位差。
数据采集终端7可为检测人员手持的手机、电脑等能够对数据进行记录和处理的电子设备。
数据采集终端7对交流数据进行处理：
交流数据包括电磁场信号和交流电位差，数据采集终端7设置的数据处理单元对接收到的电磁场信号和交流电位差持续记录，并将PCM发射机31处于输出中断状态的时段内的电磁场信号和交流电位差去除，其余电磁场信号和交流电位差拼接后分别作为电磁场数据和交流电位差数据存入到数据采集终端7设置的存储器内。
数据采集终端7对存储器内存储的电磁场数据和交流电位差数据进行分析处理，实现PCM/ACVG检测。
数据采集终端7对直流数据进行处理：
数据采集终端7将PCM发射机31处于输出中断时段并且通断器6处于接通时段内X时刻直流信号检测设备41采集到的管地电位差，作为通电电位数据，存入到存储器内。
数据采集终端7将PCM发射机31处于输出中断时段并且通断器6处于关断时段内Y时刻直流信号检测设备41采集到的管地电位差，作为断电电位数据，存入到存储器内。
数据采集终端7将PCM发射机31处于输出中断时段并且通断器6处于接通时段内X时刻直流信号检测设备41采集到的直流电位差，作为通电直流电位差检测数据，存入到存储器内。
数据采集终端7将PCM发射机31处于输出中断时段并且通断器6处于关断时段内Y时刻直流信号检测设备41采集到的直流电位差，作为断电直流电位差检测数据，存入到存储器内。
数据采集终端7对存储器内存储的通电电位数据、断电电位数据、通电直流电位差数据和断电直流电位差数据，送入到分析设备进行分析处理，实现DCVG/CIPS检测。
通电电位数据、断电电位数据、通电直流电位差数据以及断电直流电位差数据均在PCM发射机31输出中断时采集，管道1上没有交流电流，消除交流检测对直流检测的干扰。另外，经过去除和拼接得到的电磁场数据和交流电位差数据，均为管道1上同时存在交流电流和直流电流时采集到的数据结果，即电磁场数据和交流电位差数据均为恒电位仪5与管路通电时测得，为管路处于阴极保护状态时管道1上的交流数据，使获得的交流数据更加准确，消除直流电流对交流检测数据的干扰。
通过上述方式消除了交流检测和直流检测之间的相互干扰，实现了PCM检测和DCVG检测的同时进行。
为了使数据采集终端7获知PCM发射机31和通断器6的运行状态，PCM发射机31、通断器6和数据采集终端7均连接卫星同步时钟。
通过卫星同步时钟，PCM发射机31、通断器6和数据采集终端7均按照同一时钟时间运行，由于通断器6的接通和PCM发射机31的输出同时启动，通断器6的通断周期与PCM发射机31的工作周期时长相同。因此，向数据采集终端7中输入PCM发射机31输出启动时刻以及PCM发射机31工作周期的时长，即可使数据采集终端7能够获知通断器6接通启动时刻以及通断器6通断周期的时长，数据采集终端7能够获知PCM发射机31处于输出中断状态并且通断器6处于接通状态的时段，以及PCM发射机31处于输出中断状态并且通断器6处于关断状态的时段，进而能够确定X时刻和Y时刻，从而获得通电电位数据、断电电位数据、通电直流电位差数据和断电直流电位差数据。
为了保持PCM发射机31输出电流呈相位连续，同时实现PCM发射机31通过软启动的方式启动，PCM发射机31输出中断时输出电流的相位与PCM发射机31输出启动时输出电流的相位均位于相位零点。
由于PCM发射机31的输出电流由相位零点开始，因此PCM发射机31开始一个工作周期时，PCM发射机31启动，启动时输出功率从零开始逐渐增加，从而避免PCM发射机31的输出电流由较高的相位设定点启动，防止PCM发射机31启动即在较高的输出功率下运行，降低设备负荷，提高设备寿命。
若PCM发射机31的输出电流由较高的相位设定点开始，输出电流需要迅速从相位零点迅速升至相位设定点，消耗一定的时间，形成延时。因此PCM发射机31的输出电流由相位零点开始，相比于由较高的相位设定点开始，能够消除延时，保证PCM发射机31输出电流相位状态的准确性，从而保证PCM/ACVG检测的精度。
为了便于确定相位零点的位置，同时保证PCM/ACVG检测时对防腐层的检测、电流方向的确定以及管道1位置的定位，PCM发射机31向管道1输入的交流电流，为多种频率混合的交流电流。交流电流中各个交流分量，包含1个基准频率交流分量和1个或多个频率为基准频率不同整数倍的交流分量，所有交流分量均在PCM发射机输出启动时同时由相位零点开始输出，从而使全部交流分量在某个相同时刻都能够处于相位零点。

Claims (5)

1.一种外腐蚀交直流综合检测方法，其特征在于，步骤如下：
恒电位仪通过第一连接线缆向管道输入直流电流，第一连接线缆上安装的通断器周期***替进行接通和关断，通断器的一个通断周期内，进行一次接通和一次关断，接通持续时间为T1，关断持续时间为T2；
PCM发射机通过第二连接线缆向管道输入交流电流，PCM发射机周期***替进行输出和中断，PCM发射机的一个工作周期内，进行一次输出和一次中断，输出持续时间为T3，中断持续时间为T4；
通断器的接通和PCM发射机的输出同时启动，PCM发射机输出中断时输出电流的相位与PCM发射机输出启动时输出电流的相位相同，通断器的通断周期与PCM发射机的工作周期时长相同，接通持续时间T1大于输出持续时间T3；
检测设备进行信号采集：
交流信号检测设备检测管道上产生的电磁场信号，检测出的电磁场信号发送给数据采集终端；直流信号检测设备检测与其通过导线连接的管道与地面之间的管地电位差，检测出的管地电位差发送给数据采集终端；
数据采集终端对交流数据和直流数据进行处理：
数据采集终端对接收到的电磁场信号数据持续记录，并将PCM发射机处于输出中断时段内的电磁场信号去除，其余电磁场信号拼接后作为电磁场数据存入到数据采集终端设置的存储器内；数据采集终端将PCM发射机输出中断时段内通断器接通和关断时的管地电位差，分别作为通电电位检测数据和断电电位检测数据存入到存储器内。
2.根据权利要求1所述的外腐蚀交直流综合检测方法，其特征在于，检测设备进行信号采集时：
交流信号检测设备检测管道上方地表间隔的两点之间的交流电位差，检测出的交流电位差发送给数据采集终端，直流信号检测设备检测管道上方地表间隔的两点之间的直流电位差，检测出的直流电位差发送给数据采集终端；
数据采集终端对交流数据和直流数据进行处理时：
数据采集终端对接收到的交流电位差持续记录，并将PCM发射机处于输出中断时段内的交流电位差去除，其余交流电位差拼接后作为交流电位差数据存入到数据采集终端设置的存储器内；数据采集终端将PCM发射机输出中断时段内通断器接通和关断时的直流电位差，分别作为通电直流电位差和断电直流电位差数据存入到存储器内。
3.根据权利要求1所述的外腐蚀交直流综合检测方法，其特征在于，所述PCM发射机输出中断时输出电流的相位与PCM发射机输出启动时输出电流的相位均位于相位零点。
4.根据权利要求1所述的外腐蚀交直流综合检测方法，其特征在于，所述PCM发射机、通断器和数据采集终端均连接卫星同步时钟。
5.根据权利要求1所述的外腐蚀交直流综合检测方法，其特征在于，所述PCM发射机输入管道的交流电流包含1个基准频率的交流分量和1个或多个频率为基准频率不同整数倍的交流分量，所有交流分量均在PCM发射机输出启动时同时由相位零点开始输出。
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