水下装备电位腐蚀自动安全关井系统的制作方法

本发明涉及一种水下装备安全保护装置，具体是指水下装备电位腐蚀自动安全关井系统，属于监测预警技术领域。

背景技术：

众所周知，海水是一种电解质溶液。由金属制成的各种水下装备长期在海水中浸泡，极易形成腐蚀电位，从而造成水下装备外表面的金属材料的腐蚀，以及水下装备结构功能的损伤。其中，所述的腐蚀电位是指，在没有外加电流时，金属达到一个稳定腐蚀状态时测得的电位。

水下装备的腐蚀电位为湿腐蚀电位，其原理为电化学反应，即在金属表面形成一个阳极区和阴极区隔离的腐蚀电位电池，金属在海水中失去电子，变成带正电的离子，这是一个氧化过程即阳极过程。与此同时在接触海水的金属表面，电子有大量机会被海水中的阳离子中和，中和电子的过程是还原过程，即阴极过程。

水下装备通常使用锌块实现防腐蚀。由于锌块比钢铁更容易形成腐蚀电位，因此目前的水下装备普遍采用牺牲阳极的阴极保护法，通过在水下装备的表面装载锌块来保护水下装备本身。

但是由于海洋水下环境的复杂情况，采用这种方法仍然缺乏对实际腐蚀情况进行迅速、直接的监测手段。由于传统的海洋油气生产控制系统，一般对电位腐蚀不进行监测和自动化控制，仅从海面平台按实际情况下达关断指令。因此，实际情况中如果锌块被腐蚀破坏殆尽了还没有及时察觉，那么水下装备就会面临被腐蚀损坏的危险，通常在电位腐蚀发生后，会对海洋油气田的水下装备造成破坏，导致油气泄漏的安全事故的发生，并最终由于关井不及时导致人员伤亡。

基于上述，本发明提出一种水下装备电位腐蚀自动安全关井系统，能实现对水下设备的腐蚀电位数据的实时探测，在电位腐蚀影响到水下设备功能完整性之前及时预警并自动安全关井，从而有效解决现有技术中存在的缺点和限制。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种水下装备电位腐蚀自动安全关井系统，实时对水下装备外表面的电位腐蚀情况进行监测，在电位腐蚀影响到水下装备功能完整性之前，及时自动关井，避免发生重大安全事故。

为了达到上述目的，本发明提出一种水下装备电位腐蚀自动安全关井系统，包含通过水下电缆连接的腐蚀探测系统和自动关井系统；其中，所述的腐蚀探测系统包含：腐蚀监测仪，固定安装在水下装备的外表面金属上需要进行电位腐蚀监测的监测位置处，实时监测水下装备上各个监测位置处的电位腐蚀数据；数据分析模块，与腐蚀监测仪通过水下电缆连接，根据接收到的电位腐蚀数据，判断是否超出预设的金属厚度损失阈值，并输出监测预警信号；所述的自动关井系统与数据分析模块通过水下电缆连接，在接收到监测预警信号时，自动控制关井。

所述的腐蚀监测仪采用电阻探针腐蚀监测仪。

所述的数据分析模块采用plc实现，分析、处理和记录腐蚀监测仪监测的电位腐蚀数据，得到水下装备外表面金属的厚度损失量、腐蚀余量、腐蚀速率以及温度变化；并判断当前的厚度损失量是否达到或超过预设的金属厚度损失阈值，如是则向自动关井系统输出监测预警信号。

所述的预设的金属厚度损失阈值为4mm～6mm，优选为5mm。

所述的腐蚀探测系统还包含蓄电池开关模块，分别与腐蚀监测仪和数据分析模块通过水下电缆连接，根据锌块的腐蚀程度，为腐蚀监测仪和数据分析模块供电以启动电位腐蚀监测。

所述的蓄电池开关模块包含：紧压缩弹簧，连接设置在锌块与水下装备之间，且预设压缩量；继电器，其开关控制端与紧压缩弹簧连接至锌块的端部连接；蓄电池，分别与继电器、腐蚀监测仪和数据分析模块通过水下电缆连接；当锌块因电位腐蚀而致使厚度缩小时，连接在锌块与水下装备之间的弹簧的压缩量减小，带动继电器的开关控制端的开合度减小，直至继电器闭合，蓄电池为腐蚀监测仪和数据分析模块提供工作电源，触发腐蚀监测仪和数据分析模块启动电位腐蚀数据的监测。

所述的腐蚀探测系统还包含耐压防水外壳，固定安装在水下装备的外表面金属上，且位于锌块安装位置处；所述的数据分析模块和蓄电池设置在该耐压防水外壳的内部，且通过填充防水树脂固定。

所述的自动关井系统包含：逻辑控制模块，设置在水下装备内部，与数据分析模块通过水下电缆连接，在接收到监测预警信号时，输出关井启动信号；电磁阀控制单元，设置在水下装备内部，与逻辑控制模块通过水下电缆连接；电磁阀，设置在水下装备的井口，与电磁阀控制单元通过水下电缆连接；在电磁阀控制单元接收到关井启动信号时，控制电磁阀关闭，从而实现在无人操控的情况下自动及时关井。

所述的逻辑控制模块在接收到监测预警信号时，向地面监控平台远程发送电位腐蚀报警信号。

所述的水下装备为：采油树或采气树、输油或输气管道、电子仪器以及控制阀门。

综上所述，本发明所述的水下装备电位腐蚀自动安全关井系统，在锌块被严重腐蚀后，能实时对水下装备外表面的电位腐蚀情况进行监测，在电位腐蚀影响到水下装备功能完整性之前，及时预警并自动关井，以避免发生因电位腐蚀而导致的井喷等重大安全事故，保障国家财产安全和工作人员的生命安全。

附图说明

图1为本发明中的蓄电池开关模块的结构示意图；

图2为本发明中的水下装备电位腐蚀自动安全关井系统的结构示意图。

具体实施方式

以下结合图1～图2，通过优选实施例对本发明的技术内容、构造特征、所达成目的及功效予以详细说明。

如图2所示，为本发明提供的水下装备电位腐蚀自动安全关井系统，包含通过水下电缆连接的腐蚀探测系统和自动关井系统；其中，所述的腐蚀探测系统包含：腐蚀监测仪1，固定安装在水下装备的外表面金属上需要进行电位腐蚀监测的监测位置处，实时监测水下装备上各个监测位置处的电位腐蚀数据；数据分析模块2，与腐蚀监测仪1通过水下电缆连接，根据接收到的电位腐蚀数据，判断是否超出预设的金属厚度损失阈值，并输出监测预警信号；所述的自动关井系统与数据分析模块2通过水下电缆连接，在接收到监测预警信号时，自动控制关井。

在本发明的优选实施例中，所述的腐蚀监测仪1采用型号为cst1800的井下腐蚀监测仪实现，其为电阻探针腐蚀监测仪，集成有精密电阻探针和电化学交流阻抗探针，能实时检测得到水下装备上各个监测位置处的电位腐蚀数据。

在本发明的优选实施例中，所述的数据分析模块2采用型号为西门子公司的s7-400plc的可编程逻辑控制器(plc)实现，其内载cst1800井下腐蚀监测仪的电位腐蚀数据分析系统，可根据cst1800井下腐蚀监测仪检测到的电位腐蚀数据，通过分析、处理和记录，从而实时得到水下装备外表面金属的厚度损失量(腐蚀减薄量)、腐蚀余量、腐蚀速率曲线以及温度变化曲线，具有腐蚀趋势的预测功能，并且在当厚度损失量达到或超过预设的金属厚度损失阈值时，输出监测预警信号至自动关井系统。

其中，所述的cst1800井下腐蚀监测仪将检测到的电位腐蚀数据转换为电信号输出至数据分析模块2，数据分析模块2根据收到的电信号计算得到水下装备外表面金属的实时厚度，与预先存储的金属初始厚度对比，得到当前的厚度损失量。

在本发明的优选实施例中，所述的预设的金属厚度损失阈值为4mm～6mm，优选为5mm。一旦发现实际的水下装备外表面金属的厚度损失量达到或超过金属厚度损失阈值时，即认为当前的电位腐蚀情况已经相当严重，需要提前预警且人为干预。

所述的腐蚀探测系统还包含蓄电池开关模块，分别与腐蚀监测仪1和数据分析模块2通过水下电缆连接，根据锌块的腐蚀程度，为腐蚀监测仪1和数据分析模块2供电以启动电位腐蚀检测。

如图1和图2所示，所述的蓄电池开关模块包含：紧压缩弹簧8，连接设置在锌块7与水下装备之间，且预设一定的压缩量；继电器9，其开关控制端与紧压缩弹簧8连接至锌块7的端部连接；蓄电池3，分别与继电器9、腐蚀监测仪1和数据分析模块2通过水下电缆连接。

当锌块7因电位腐蚀而导致其厚度缩小时，其与水下装备之间的间隔将增大，使得连接在锌块7与水下装备之间的弹簧8的压缩量减小(弹簧长度增大)，从而带动继电器9的开关控制端的开合度不断减小，直至继电器9完全闭合，使蓄电池3为腐蚀监测仪1和数据分析模块2提供工作电源，以触发腐蚀监测仪1和数据分析模块2启动电位腐蚀数据的检测。

在本发明的优选实施例中，所述的蓄电池3的供电电压为直流48v，供电电流为100ma。

进一步，所述的腐蚀探测系统还包含耐压防水外壳，所述的数据分析模块2和蓄电池3设置在该耐压防水外壳的内部，且通过填充防水树脂固定。

所述的耐压防水外壳固定安装在水下装备的外表面金属上，且位于锌块安装位置处。

所述的自动关井系统包含：逻辑控制模块4，设置在水下装备内部，与数据分析模块2通过水下电缆连接，在接收到监测预警信号时，输出关井启动信号；电磁阀控制单元5，设置在水下装备内部，与逻辑控制模块4通过水下电缆连接；电磁阀6，设置在水下装备的井口，与电磁阀控制单元5通过水下电缆连接；在电磁阀控制单元5接收到关井启动信号时，控制电磁阀6关闭，从而实现在无人操控的情况下自动及时关井。

进一步，所述的逻辑控制模块4在接收到监测预警信号时，向地面监控平台远程发送电位腐蚀报警信号。

在本发明的优选实施例中，所述的逻辑控制模块4采用型号为西门子公司的s7-400plc的可编程逻辑控制器(plc)实现。

在本发明的优选实施例中，对于水下设备而言，一些重要且易腐蚀的部位是必须实时进行电位腐蚀监测的，具体包括采油树或采气树、输油或输气管道、电子仪器以及控制阀门等。也就是说，本发明中的腐蚀监测仪1可选择性的安装在水下装备的采油树或采气树、输油或输气管道、电子仪器以及控制阀门的外表面金属上，形成多个监测位置，同时监测这些位置处的电位腐蚀情况。所述的逻辑控制模块4和电磁阀控制单元5可选择性的设置在采油树或采气树的内部。而所述的电磁阀6则设置在采油树或采气树的井口位置，从而通过关闭电磁阀6实现自动关井。

在本发明的优选实施例中，所述的水下电缆采用耐压多芯导线实现。

综上所述，本发明所述的水下装备电位腐蚀自动安全关井系统，在锌块被严重腐蚀后，能实时对水下装备外表面的电位腐蚀情况进行监测，在电位腐蚀影响到水下装备功能完整性之前，及时预警并自动关井，以避免发生因电位腐蚀而导致的井喷等重大安全事故，保障国家财产安全和工作人员的生命安全。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。