天然气管道防腐监测工具的制作方法
【专利摘要】本实用新型属于天然气管道监测领域，尤其涉及一种天然气管道防腐监测工具，包括测量机构、测量单元，其中，所述测量机构包括由陶瓷半透膜材料制作的陶瓷罐、铜电极、以及硫酸铜晶体，所述陶瓷罐上部由固定在其上的电极封盖密封，所述铜电极为棒状结构，其主体部分设置在陶瓷罐中，陶瓷罐内装有硫酸铜晶体，铜电极固定设置有用于连接电极传输电信号的屏蔽引线，屏蔽引线伸到电极封盖之外，屏蔽引线外端固定设置有接插件胶密封胶将屏蔽引线伸入电极封盖内的部分包括与铜电极的连接点完全包裹密封，铜电极一端通过密封盖中间的通孔与所述测量单元连接。本实用新型结构简单，能够实时监控天然气管道的状态，具有较高的使用寿命。
【专利说明】天然气管道防腐监测工具
【技术领域】
[0001]本实用新型属于天然气管道监测领域，尤其涉及一种天然气管道防腐监测工具。
【背景技术】
[0002]随着石油化工产业的蓬勃发展，埋地金属管道的应用越来越多。因为埋地金属管道与土壤长时间的接触，土壤中溶解的各种电解质对管道外表面形成电化学腐蚀，当腐蚀到一定阶段管道会发生破损，会发生泄漏现象，发生泄漏后不但浪费资源而且污染环境。通过在埋地金属管道外侧涂上防腐层可有效防止金属管道腐蚀的发生，但是当金属管道外防腐涂层遭到破坏时埋地金属管道就会形成大阴极小阳极的腐蚀现象，此时会加剧管道的腐蚀。埋地金属管道一般处于高压的运输状态，因此金属管道内部存在较大的内应力，金属表面的内应力和腐蚀联合作用将会形成应力腐蚀从而加速管道的破坏和产生微裂纹。因此预先找到埋地金属管道防腐涂层的破裂处对预防管道泄漏有重要的意义。
[0003]目前，监测埋地金属管道防腐涂层破损的方法有很多种，较常见的有如下几种。交流电流衰减检测技术，它的工作原理是当电流施加在金属管道上时，根据电流衰减变化的大小探测防腐涂层的破损点。皮尔逊检测技术，基本原理是，当一个交流信号加在金属管道上，在防腐涂层破损处便会有电流泄漏入土壤中，这样在管道破损点与土壤之间会形成电压差，且在接近破损点的部位电压差最大，在管道竖直向上的地面上用仪器检测到这种电位的异常变化就可发现管道防腐层的破损点。密间隔电位检测技术(CIPS)，该方法是连续测量管道与地面的电位，在埋地管道防腐层的破损处，由于电流从防腐涂层破损处流向土壤，必然会产生一个电位梯度场，该电位梯度场的形状和位置将随防腐层缺陷的大小和管道上所处的位置而变化。该检测技术通过测得的电压图中电压梯度的变化来判断管道防腐层破损点。直流电压梯度检测技术(DCVG)，该技术的检测原理是在施加了阴极保护的埋地管线上，电流经过土壤介质流入管道外覆盖层破损处裸露的钢管处，在管道防腐层破损处的地面上形成了一个电压梯度场，在管道上方测量电势差即可判断管道防腐层破损点，该方法类似于，皮尔逊检测法，但是该方法的测量灵敏度更高。中国专利申请号为201110200971.7，名称为“埋地金属管道防腐层破损精确定位检测方法和装置”，公开了利用直流电压梯度的方法测量埋地金属管道防腐层破损检测的方法。
[0004]现有技术中的上述检测方法，虽然都可以检测埋地金属管道防腐层的破损，但是要么需要消耗大量的人力和大量的时间进行测量，比如交流电流衰减检测技术，要么需要检测成本非常高，比如密间隔电位检测技术。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的在于克服上述技术的不足，而提供一种天然气管道防腐监测工具。既能够实时的监控监测天然气管道的防腐情况又能够瞬时的进行采样监测，降低成本。
[0006]本实用新型为实现上述目的，采用以下技术方案:一种天然气管道防腐监测工具，其特征在于:包括测量机构、测量单元，其中，所述测量机构包括由陶瓷半透膜材料制作的陶瓷罐、铜电极、以及硫酸铜晶体，所述陶瓷罐上部由固定在其上的电极封盖密封，所述铜电极为棒状结构，其主体部分设置在陶瓷罐中，陶瓷罐内装有硫酸铜晶体，铜电极固定设置有用于连接电极传输电信号的屏蔽引线，屏蔽引线伸到电极封盖之外，屏蔽引线外端固定设置有接插件，用于连接测量单元以收集和储存数据；电极封盖内部分包裹设置有密封胶，密封胶将屏蔽引线伸入电极封盖内的部分包括与铜电极的连接点完全包裹密封，确保连接点不与电解液接触反应，同时密封胶起到胶合固定电极封盖和铜电极密封的作用，铜电极一端通过密封盖中间的通孔与所述测量单元连接。通过接插件既能够连接万用表又能够与智能单片机连接，可以即时监控也可以瞬时监控，提高了产品的通用性；采用屏蔽引线与铜电极连接，能够提高电流的稳定性，提高测量精度；采用密封胶包裹屏蔽引线，防止屏蔽引线与电解液接触，进而提高测量的精确度，防止电解液腐蚀屏蔽引线。
[0007]所述测量单元为数字直流电压表或者万用表，所述数字直流电压表与所述插件连接。本实用新型中采用双接口的方式，其中一个接口用于接万用表，主要是进行瞬时监控，该监控是人工用万用表监控，主要目的是在智能监控已经确认是此区域的情况下人工进行的进一步确认是否被腐蚀，以及腐蚀的情况。
[0008]所述测量单元主要由单片机以及与所述单片机信号连接的A/D转换器、时钟模块、存储模块、显示模块以及电源模块，其中A/D转换器通过线缆与所述插件连接。通过单片机进行智能监控，能够实时的将管道情况进行测量和存储并显示。
[0009]所述陶瓷罐与所述电极封盖之间设有密封件。在本实用新型，陶瓷罐和电极封盖之间必须完全密封，否则陶瓷罐中硫酸铜晶体会从电极封盖的缝隙间倒吸，今儿影响测量的精确度。
[0010]所述密封件为O形密封圈。该O形密封圈不同于现有技术中的结构，其内侧为平滑表面，外侧带动颗粒状的橡胶凸起，这种独特的结构是由于电极封盖和陶瓷罐的结构所决定的，由于电极封盖本身是表面光滑的所有密封圈的这个面必须是平面，而陶瓷罐由于在上面开有用于安装密封圈的凹槽，该凹槽在加工过程中由于陶瓷罐材料的原因会有一些凸起和凹陷区域，因此，密封圈与这些地方接触的位置必须是不规则的橡胶突刺，这样才能够完全密封住陶瓷罐。
[0011]所陶瓷罐的内壁周围设有环氧树脂层，所述环氧树脂层高度自陶瓷罐底向上的罐体高度1/2到1/8的位置设置。环氧树脂层将陶瓷罐内壁部分密封，使硫酸铜晶体不在具有环氧树脂层地方渗透，紧在陶瓷罐底部或侧壁很小一部分渗透，大大降低了硫酸铜晶体的渗透速度；在陶瓷罐内部增设一陶瓷板，使得硫酸铜晶体从陶瓷板中间的通孔流入陶瓷罐底部，进一步降低了硫酸铜晶体的渗透速度，大大提高了本装置的使用寿命，寿命可达十年以上。
[0012]有益效果:本实用新型结构设计合理，I)根据埋地金属管道防腐层破损
[0013]检测对实时性要求不高的特点使用人工发送监测命令对管道防腐层进行监测的方法，通过外置的接插件可以同时用万用表进行瞬时监测，也可以单片机进行长时间监控，通用性强。2)与传统的埋地金属管道防腐层破损检测技术相比本方法大大提高了监测的效率。短时间内就可完成对埋地金属管道防腐层破损点的检测。3)将管道的防腐层的破损信息自动传输给控制中心，因此与原有的监测方法相比减少了人力资源的投入。4)环氧树脂层将陶瓷罐内壁部分密封，使硫酸铜晶体不在具有环氧树脂层地方渗透，紧在陶瓷罐底部或侧壁很小一部分渗透，大大降低了硫酸铜晶体的渗透速度；在陶瓷罐内部增设一陶瓷板，使得硫酸铜晶体从陶瓷板中间的通孔流入陶瓷罐底部，进一步降低了硫酸铜晶体的渗透速度，大大提高了本装置的使用寿命，寿命可达十年以上。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是本实用新型的结构示意图；
[0015]图中:1、测量机构；11、陶瓷罐；12、铜电极；13、硫酸铜晶体；14、电极封盖；15、屏蔽引线；16、接插件；17、密封胶；2、测量单元；21、单片机22、A/D转换器；23、时钟模块；24、存储模块；25、显示模块；26、电源模块；3、密封件；4、万用表；5、环氧树脂层；6、陶瓷板。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图及较佳实施例详细说明本实用新型的【具体实施方式】。如图所示，一种天然气管道防腐监测工具，包括测量机构1、测量单元2，其中，所述测量机构包括由陶瓷半透膜材料制作的陶瓷罐11、铜电极12、以及硫酸铜晶体13，所述陶瓷罐上部由固定在其上的电极封盖14密封，所述铜电极为棒状结构，其主体部分设置在陶瓷罐中，陶瓷罐内装有硫酸铜晶体，铜电极固定设置有用于连接电极传输电信号的屏蔽引线15，屏蔽引线伸到电极封盖之外，屏蔽引线外端固定设置有接插件16，用于连接测量单元以收集和储存数据；电极封盖内部分包裹设置有密封胶17，密封胶将屏蔽引线伸入电极封盖内的部分包括与铜电极的连接点完全包裹密封，确保连接点不与电解液接触反应，铜电极一端通过密封盖中间的通孔与所述测量单元连接。参比陶瓷罐、电极封盖用优质人造绝缘材料制作，为增加产品的美感，采用透明材料，如有机玻璃，为减轻测量过程光敏作用引进误差，选用深彩色材料，也可以太阳膜做成内衬；铜电极用电工级铜制作，硫酸铜饱和溶液以分析纯以上硫酸铜晶体与蒸馆水配制。本实用新型用于长输管道等阴极保护的管理和维护，测量管道或其他对象对地电位，判运阴极保护运行状况，测量中只须按地表参比法或者近参比法测量放置参比电极，去除了重复、繁琐的测量接线，以测量线饵鱼夹直接连接测试桩中被测对象的接线，稳定后直接读取测量数据，使繁琐的电位测量变成仅对一点的操作，步骤和过程都大大简化，使造成错误的可能性降低到最小。起到胶合固定电极封盖和铜电极密封的作用。
[0017]所述测量单元为数字直流电压表或者万用表4，所述数字直流电压表与所述插件连接。采用万用表只是短期进行查看，只能实时的查看，但并不能对数据进行分析。
[0018]所述测量单元主要由单片机21以及与所述单片机信号连接的A/D转换器22、时钟模块23、存储模块24、显示模块25以及电源模块26，其中A/D转换器通过线缆与所述插件连接。为了解决上述万用表的缺点，通过单片机进行采集、存储，便于后续分析。通过设置单片机能够在管道外部收集输气管道内部腐蚀数据，更加方便地在管道外针对不同口径的管道进行测量；通过设置检测工作面来收集数据，不用将传感器放置于管道内部工作，也不用设置辅助的旁路系统，这一测量方法的改变不但创造了传感器结构上的简化，监测操作的方式也更加灵活高效，获得了更广的工作范围。
[0019]所述陶瓷罐与所述电极封盖之间设有密封件3。防止陶瓷罐和电极封盖之间漏液。所述密封件为O形密封圈。
[0020]所陶瓷罐的内壁周围设有环氧树脂层5，所述环氧树脂层高度自陶瓷罐底向上的罐体高度1/2到1/8的位置设置。环氧树脂层将陶瓷罐内壁部分密封，使硫酸铜晶体不在具有环氧树脂层地方渗透，紧在陶瓷罐底部或侧壁很小一部分渗透，大大降低了硫酸铜晶体的渗透速度；在陶瓷罐内部增设一陶瓷板6，使得硫酸铜晶体从陶瓷板中间的通孔流入陶瓷罐底部，进一步降低了硫酸铜晶体的渗透速度，大大提高了本装置的使用寿命，寿命可达十年以上。
[0021]根据电化学理论，参比电极是平衡电极或称可逆电极，即电解质溶液中只含有电极金属离子的电极，这样的电极电位才是稳定可靠的。铜/饱和硫酸铜电极是严格的平衡电极，不易极化，耐腐蚀性好，电位稳定，工业用铜/饱和疏酸铜参比电极产品是绝缘的筒状外壳内充装饱和硫酸铜溶液，一端用绝缘的微渗材料封装，做测量接口，另一端安装铜电极，与外部测量线相接，是测量端，铜/饱和硫酸铜产品构造简单，并与理论原型一致，因此电位标准，误差小，得到广泛承认和应用，是钢铁构筑物腐蚀防护测试的首选参比电极。
[0022]从管理维护和测量技术的角度来说，阴极保护是电化学保护技术中发展最成熟应用最广泛的技术，从设计、施工、运行和维护管理都按标准和规范进行。以长输管道为例，除阴极保护主占、传输阀室和固定监测点须要连续测量管地电位外，一般每0.5?1.0km设置一个测试桩，设置连接被测管道的测量线，由管理和维护人员进行定期(一般是每月)和不定期的检测。
[0023]测试时，参比电极放置在被测管道顶部地面(称地表参比法)或与管体接近的土壤表面(称近参比法)，测量接口端保持与土壤接触良好，比如加水润湿，使用高内阻直流电压表或直流电位差计，选择正确的量程，负端接测试桩中测量线，正端接参比电极接线端，指示或显示稳定读取管道对地电位。通电状态下为保护电位，不通电状态下为自腐蚀电位(称白然电位)。
[0024]测量仪表现在普遍采用的是数字万用表的直流电压档，整理测量数据，制作图表曲线，就可分析判断当前的阴极保护的技术状况和存在问题，决定进一步的检查测试措施和进一步的维护管理措施。测量管地电位是阴极保护技术和管理中最基本、最经常、最重要的工作。
[0025]我国的石油、石化企业的长输管道一般以两个阴极保护主占间为一个管理区段，距离在60?10km左右，有几十到一百多的测量点；一个输油气企业(公司)管辖3、4个或6、7个区段，需要测试和掌握几百个管地电位的数据，在一个测试周期里，管理人员和技术人员分一组或几组进行电位测试，几天内完成，要进行几十次几百次地重复工作，获得全部数据，因此电位测试也是阴极保护技术和管理中最大量和最繁琐的工作。少量的电位测试是很简单的工作，但是大量地重复地测试就不但麻烦而且枯燥、乏味，容易产生精神和情绪的疲劳，测量时参比电极和仪表接线的重复拆连，档位和量程的选择操作容易产生疏忽或失误，使测量结果产生错误的数据。美国《埋地或水下金属管道系统阴极保护准则的测试方法标准》中，列举了近30种产生测量误差的情况，一半以上与所用参比电极和仪表的操作有关(参见NACE TM0497 2002)，是腐蚀和防护的技术和管理中的不可忽视的不利影响。
[0026]为了克服电位测量中产生错误或误差，数字铜/饱和硫酸铜参比电极以直接测量，直接显示为目的，使测量的连接、接线、接点的数量减到最少，从而提高电位测量的正确性和可靠性，同时也使测试者的操作和认知达到最简单，减轻大量重复操作的负担。
[0027]为实现以上目的，数字铜/饱和硫酸铜参比电极把参比电极与数字测量仪表相结合，取消参比电极引出端和数字测量仪表正极端的测量接线，制作成既可靠电连接又可以固定结合的插孔和括头，保留数字测量仪表负极端测量线，成为数字铜/饱和硫酸铜参比电极的寻I出线，在实施电位测量时，参比电极放置以后测量线与被测对象的电接触是唯一的操作。
[0028]上述的阴极保护监测仪中，下面对每个模块进行说明:
[0029]单片机，采用高速低功耗80C51F型MCU。
[0030]A/D转换模块:芯片为16位A/D转换器，数据接口为并口方式，采集频率可达IMhz，有一路A/D转换，为了满足系统4路采样的要求，使用多路开关进行多路转换。
[0031]存储模块:数据存储选用三星公司型号为K9F8G08U0M的一款FLASH芯片，总存储容量为1Gbyte。每次采样数据为20个字节，A/D采样频率为1Hz，IGbyte的存储容量可以连续存储5万多次的采样数据点。
[0032]电源模块:系统采用外部电源独立供电方式，电压为7.2V。选用MAX603ESA电压转换芯片将7.2V转化为5V，MAX765ESA、MAX761ESA再将5V分别转化为-12V和+12V，为A/D转换芯片提供电压。MAX604ESA将7V电源转换为3.3V为单片机和FLASH芯片提供工作电压。
[0033]由于该监测仪工作环境为水下，而且要求长时间工作，所以要求该监测仪可以自动控制电源开关，以节省能耗，此功能由电源管理模块实现，
[0034]电源管理模块的控制逻辑由芯片SN74HCT14D和SN74HCT20D来实现，输入控制信号有定时时钟上电、外部上电和I/o控制通过组合逻辑产生一个输出信号POW —EN，P0W —EN又作为MAX603ESA和MAX604ESA的开关控制信号。MAX603ESA和MAX604ESA直接跟外部电源相连，POW — EN控制MAX603ESA和MAX604ESA的通断也就控制了整个系统电源的通断，从而实现了通过定时时钟上电、外部上电和I/O控制这三个信号来控制系统电源。
[0035]SN74HCT14D和SN74HCT20D通过MAX603ESA单独供电，整个系统电源关断时，就只有MAX603ESA、SN74HCT14D和SN74HCT20D通电，达到了降耗的目的。
[0036]时钟模块:时钟电路为常通电电路，以DS3231芯片为核心，采用12C串行数据总线与单片机通信。
[0037]DS3231芯片内部集成了 32kHz晶振信号，在_40°C至+85°C范围内，RTC的精度保持在±2分钟/年之内。
[0038]数据回收软件:实现各项参数的设置、更改及在线和离线方式的数据读取，软件方便操作，界面友好，数据读取后生成txt数据文件。
[0039]以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.一种天然气管道防腐监测工具，其特征在于:包括测量机构、测量单元，其中，所述测量机构包括由陶瓷半透膜材料制作的陶瓷罐、铜电极、以及硫酸铜晶体，所述陶瓷罐上部由固定在其上的电极封盖密封，所述铜电极为棒状结构，其主体部分设置在陶瓷罐中，陶瓷罐内装有硫酸铜晶体，铜电极固定设置有用于连接电极传输电信号的屏蔽引线，屏蔽引线伸到电极封盖之外，屏蔽引线外端固定设置有接插件，用于连接测量单元以收集和储存数据；电极封盖内部分包裹设置有密封胶，密封胶将屏蔽引线伸入电极封盖内的部分包括与铜电极的连接点完全包裹密封，铜电极一端通过密封盖中间的通孔与所述测量单元连接。
2.根据权利要求1所述的天然气管道防腐监测工具，其特征在于:所述测量单元为数字直流电压表或者万用表，所述数字直流电压表与所述插件连接。
3.根据权利要求1所述的天然气管道防腐监测工具，其特征在于:所述测量单元主要由单片机以及与所述单片机信号连接的A/D转换器、时钟模块、存储模块、显示模块以及电源模块，其中A/D转换器通过线缆与所述插件连接。
4.根据权利要求2或3所述的天然气管道防腐监测工具，其特征在于:所述陶瓷罐与所述电极封盖之间设有密封件。
5.根据权利要求4所述的天然气管道防腐监测工具，其特征在于:所述密封件为O形密封圈。
6.根据权利要求5所述的天然气管道防腐监测工具，其特征在于:所陶瓷罐的内壁周围设有环氧树脂层，所述环氧树脂层高度自陶瓷罐底向上的罐体高度1/2到1/8的位置设置。
【文档编号】F17D5/06GK203927419SQ201420400667
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年7月18日 优先权日:2014年7月18日
【发明者】翟骜 申请人:翟骜