CN202401132U - 埋地钢质管道风光电互补网络式防腐*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种埋地钢质管道风光电互补网络式防腐***，包括单片机模块，在单片机模块上连接有数据采集模块，野外监控模块，显示模块，一体化防腐模块，无线检测和短信模块，风光电互补电源模块及按键模块。本实用新型采用五点面检测方法对埋地钢质管道进行检测后通过一体化防腐模块对管道进行全面保护，并利用了风光电互补电源模块来解决用电不方便的问题，使用清洁能源，减少市电电缆的铺设费用及减少市电的使用，减少巡线人员，全面提升管道的运营可靠性，和传统钢质管道阴极保护***相比较，延长管道使用寿命5-10年。本实用新型已在贵阳市某段埋地燃气管道上试用，节约电能效果明显，受到了燃气企业的好评。本实用新型结构简单，成本低廉，使用效果好。

Description

埋地钢质管道风光电互补网络式防腐***

技术领域

本实用新型涉及的是一种管道维护***，尤其是一种埋地钢质管道风光电互补网络式防腐***。

背景技术

我国已建成投入运营长输油气管道6.2万公里，海底管道 3000 多公里，西气东输，南水北调工程也全面铺开，这些管道大部分是钢质管道，铺设在地下，和地铁轻轨、电缆等纵横交错，数量多，环境复杂。引起管道失效泄漏的主要表现形式为腐蚀穿孔，管道一旦失效将造成严重的经济损失和人员伤亡。我国大部分钢质管道处于埋设15年以上的高风险期，面临着腐蚀防护的难题。传统防腐蚀的方法主要有涂抹内外防腐涂层、加强巡查、排除杂散电流、牺牲阳极阴极保护、强制电流阴极保护、阳极保护等。内外防腐涂层的方法很多，对于埋地钢质管道，防腐涂层容易在运输和安装的过程中受到损害，经研究发现，在防腐涂层破损处，管道呈阳极区，其腐蚀速率比其它区域大得多，这种方法只能部分缓解腐蚀；加强巡查的方法是公司每天派出巡线班子，在埋地钢质管道所经过的区域进行巡线，排查有无开挖情况及在测试桩和凝水缸处检测管地电位和地电位梯度是否超标，用管线测漏仪检测管道有没有泄漏等，这种方法不能从根本上解决管道的防腐蚀问题，而且耗费大量的人力物力；杂散电流是指在设计或规定回路以外流动的电流，管道杂散电流是指外界非规定流动的电流，经过土壤流进管道一侧，然后从管道另一侧流出，电流从土壤进入金属管道的地方带有负电，流入区域称为管道阴极区，在阴极区如果管地电位过负，比-1350mV更负时，管道表面会析出大量氢，造成防腐绝缘层破坏和脱落，从而加剧阴极区的腐蚀破坏。当杂散电流由管道的某一点流出时，管道带正电，这一区域称为管道阳极区，在阳极区如果管地电位过正，大于-850mV时，钢管以铁离子的形式溶入周围介质中，因此阳极区的管道受到严重腐蚀^[7]，目前杂散电流常用的测试技术包括检查片腐蚀监测法、管地电位正向偏移法、管地电位连续监测法、杂散电流干扰探针测试法、地电位梯度检测法、SCM智能杂散电流测绘仪等，传统的方法为“点”检测或“线”检测，“面”检测刚刚起步。排除杂散电流的方法有直接排流法和引流法，这些方法往往会产生新的杂散电流从而使管道周围的金属构筑物加剧腐蚀破坏，造成了二次腐蚀；阴极保护法有牺牲阳极阴极保护、强制电流阴极保护、阳极保护等，传统的阴极保护方法检测和保护分离，没有一体化设备，保护不到位，常常形成过保护或欠保护，会产生新的杂散电流腐蚀周围的金属构筑物而不能在市区应用，且浪费电能严重。管道防护在山区用电不方便，必须解决方便用电问题。

发明内容

本实用新型的目的是：提供了一种埋地钢质管道风光电互补网络式防腐***，它能解决管道防护用电不方便的问题，而且，以克服现有技术的不足。 

本实用新型是这样实现的：埋地钢质管道风光电互补网络式防腐***，包括单片机模块，在单片机模块上连接有数据采集模块，野外监控模块，显示模块，一体化防腐模块，无线检测和短信模块，风光电互补电源模块及按键模块。

在单片机模块上还连接有时钟模块。

所述的野外监控模块包括摄像头及微波式感应探头。

所述的风光电互补电源模块包括风力发电机、太阳能蓄电池及民用电源。

单片机模块：单片机模块采用飞思卡尔公司提供的MC9S12XS128MAA单片机芯片，80管脚LQFP贴片封装，其特点为自带12位模数转换，自带看门狗电路、导电类型为双极型，工作温度为-40℃到80℃之间，并能在潮湿的环境下工作。单片机模块是***的核心模块，主要协调和驱动各个模块的工作。

数据采集模块：主要实现腐蚀识别的数据采集，数据采集方法为五点面检测法，主要采集的数据有检测钢质管道的阴阳极、检测管道上流过的微小杂散电流，检测管地电位和地电位梯度。数据采集模块的工作原理是采用杂散电流五点检测法，其具体方法及结构与已公开的论文《埋地燃气管道杂散电流五点检测***研究》相同。

野外监控模块：野外监控模块由单片机驱动摄像头，增配微波感应探头，可以对防腐设备周围20平方米的范围进行探测，并通过无线检测和短信模块将动态短信传送图片到公司的上位机电脑，其主要目的是监控野外管道周围是否有非法开挖、盗管、偷水偷气等现象发生，减少巡线难度，可实现夜间监控，填补埋地钢质管道夜间巡查难的问题，提高连续监测的效率。

显示模块：显示模块选用压电式触摸液晶显示屏，主要显示数据采集过程的状态值和最终处理值，并实现人性化的触摸动作指令，其显示任务有显示管道的阴阳极、显示管道与金属构筑物的电位、管道流动的微电流、显示管地电位和地电位梯度、显示自动排流的状态数据、查看管地电位—时间曲线、查看交流电位—时间曲线、显示杂散电流方向、无线发送短信状态、显示帮助等。显示内容可以根据具体需要来进行设定。

一体化防腐模块：一体化防腐模块主要由单片机驱动的防腐电路组成，为腐蚀情况检测与防腐一体化硬件设备，当数据采集模块采集的管地电位不在[-1350mV，-850mV】区间，***自动判断钢质管道属于哪种腐蚀，并启动强制电流保护***。若管道受到杂散电流腐蚀，则启动强制电流杂散电流排流，若管道不受杂散电流腐蚀，则启动柔性阳极强制电流阴极保护。一体化防腐模块通过接线口连接不同的防腐工艺设备，分为直流杂散电流的防腐，交流杂散电流的防腐，强制电流阴极保护的防腐，具体连接方式根据防腐工艺来选择现有的连接方式，防腐模块最终驱动柔性阳极进行防腐，在工作过程中，电源的正端连接柔性阳极，电源的负端连接管道，电流的大小通过单片机检测的管地电位，用自适应算法算出。其目的时随时让管道的管地电位在安全的范围[-830，-1350】毫伏内，在安全范围内，***不用启动排流模块，不在时才启动。

无线检测和短信模块：无线检测模块和短信模块选用GSM无线收发模块，无线模块有发送端和接收端，发送端和单片机相连接，接收端和上位机连接，上位机设计有接收软件。无线检测和短信模块主要实现和笔记本电脑实现10米距离数据检测状态传输、无线进行防腐***参数设置和用短信的形式传送防腐状态数据，传送数据用相应的上位机软件处理。短信发送要求实现24小时给公司监控主机发送一次，发送的内容为管道腐蚀检测和防腐的状态数据、发送始端机号、故障报告等。

风光电互补电源模块：***的供能方式是风光电互补电源（民用220V交流电源、风光互补发电电源等两种电源相互补充供电），电源模块经过逆变器进行逆变，升压电路进行升压并储存，双通路滤波、整流和变压，最终达到各个单元模块的用电要求。风光电互补供电模块有电源模块控制器，作用是控制整个***的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。电源模块控制器核心控制为单片机控制，通过对电源电压进行检测，优选电源为风光互补电源，在冬天，或是用电功率大的管段，风光互补电源供能欠缺时，再自动启动民用220V交流电源作为补充。

时钟模块：时钟模块主要实现腐蚀状况循环检测计时及一体化防腐计时。可采用常规的时钟电路。

按键模块：按键模块可根据需要设置检测周期设定按钮、***启停按钮、排流电流设置按钮，手动排流和自动排流操作按钮等。

由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本实用新型采用五点面检测方法对埋地钢质管道进行检测后通过一体化防腐模块对管道进行全面保护，并利用了风光电互补电源模块来解决用电不方便的问题，使用清洁能源，减少市电电缆的铺设费用及减少市电的使用，减少巡线人员，全面提升管道的运营可靠性，和传统钢质管道阴极保护***相比较，延长管道使用寿命5-10年。本实用新型已在贵阳市某段埋地燃气管道上试用，节约电能效果明显，受到了燃气企业的好评。本实用新型结构简单，成本低廉，使用效果好。

附图说明

附图1为本实用新型的结构示意图；

附图2为本实用新型的数据采集模块的结构示意图；

注：附图2中A/D表示数/模转换模块，YF表示运算放大器，J表示继电器开关，G表示埋地钢质管道。

具体实施

本实用新型的实施例：埋地钢质管道风光电互补网络式防腐***的结构如图1所示，包括单片机模块1，在单片机模块1上连接有数据采集模块2，野外监控模块3，显示模块4，一体化防腐模块5，无线检测和短信模块6，风光电互补电源模块9及按键模块7；在单片机模块1上还连接有时钟模块8；所述的野外监控模块3包括摄像头及微波式感应探头；所述的风光电互补电源模块5包括风力发电机、太阳能蓄电池及民用电模块。

本实用新型通常在野外工作，为了提高安全性，在使用时都加装防雷器，防止在野外工作时牵引雷电，本实用新型的各个模块的电子元件设备除了野外监控模块3和风光电互补电源模块9都装入控制箱体内，野外监控模块3和风光电互补电源模块9安装在箱体外部，模块间通过电路连接，控制箱体采用电磁屏蔽和防水设计；本实用新型设计有升级口和程序写入口；接线口要求用标准接线，方便接线；本实用新型设有简单通风设计，控制箱体壁面有两个小型风扇，为保证***长时间工作，设置一个简单的温度传感器，当温度大于30℃时启动风扇。本实用新型的各个主要部件的设计要求模块化设计，设计寿命20年，若有坏损，更换方便。

为防止人为破坏，并使操作简单化，将本实用新型安装在约7m高的钢质材料支撑杆的中部位置，距地面不得低于5m，支撑杆上安装了由同轴多转子风力发电机、太阳能帆板、摄像头和微波感应探头，风力发电机和太阳能帆板的功率选取要根据安装地的风力条件、光照条件和具体的防腐电流来确定。装置还设有防雨设备，支撑杆要求风力条件设计为10级。本实用新型运行时，通过风力发电机和太阳能帆板发电，通过蓄电池储存电能，并接通辅助市电电源，组成风光电互补供能模块，给本实用新型中的各部件提供电源，当本实用新型启动后，自动检测钢质管道的腐蚀情况，并启动软件决策***，实现自动高效一体化对钢质管道进行防腐蚀保护。无线检测和短信发送模块6将数据传输给处于支撑杆下10m范围内的笔记本电脑，同时执行24小时/次实时发送状态数据给公司电脑或防腐主管部门，笔记本电脑的上位机软件可以设置防腐***的状态参数，对每台装置进行实时监控和更改参数。

防腐***设计保护管道的长度为1-2公里，每隔1-2公里就安装一台，每两台防腐***之间可以实现无线自由通信，对整个管网形成一个防腐网络。对于腐蚀不严重的管段，***起一个检测和预报的作用，当需要进行腐蚀防护时，***就启动一体化防腐模块。

Claims (4)

1.一种埋地钢质管道风光电互补网络式防腐***，包括单片机模块（1），其特征在于：在单片机模块（1）上连接有数据采集模块（2），野外监控模块（3），显示模块（4），一体化防腐模块（5），无线检测和短信模块（6），风光电互补电源模块（9）及按键模块（7）。

2.根据权利要求1所述的埋地钢质管道风光电互补网络式防腐***，其特征在于：在单片机模块（1）上还连接有时钟模块（8）。

3.根据权利要求1所述的埋地钢质管道风光电互补网络式防腐***，其特征在于：所述的野外监控模块（3）包括摄像头及微波式感应探头。

4.根据权利要求1所述的埋地钢质管道风光电互补网络式防腐***，其特征在于：所述的风光电互补电源模块（5）包括风力发电机、太阳能蓄电池及民用电源。

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