变频-选频法测量埋地管道防腐层绝缘电阻技术的制作方法

文档序号:6086697阅读:1137来源:国知局
专利名称:变频-选频法测量埋地管道防腐层绝缘电阻技术的制作方法
技术领域
本发明涉及一种测量埋地管道防腐层绝缘电阻的方法,具体地说是提供一种利用变频一选频法测量上述埋地管道防腐层绝缘电阻的实用技术。
输送石油、天然气的埋地钢质管道均有外防腐绝缘层以使管道免遭腐蚀,确保安全运行。然而,随着时间的流逝,因光、电、水、氧,细菌等外界环境的影响及外力损伤,必然会导致防腐层的劣化。测量管道绝缘电阻是反映防腐层优劣诸多因素的一个综合性参数。若能准确测得任意长管段绝缘电阻数值,即可判断出防腐层是否完好或损坏程度,从而确定更换,修补或大修理防腐层。以及指导加强阴极保护措施等。如用于测量新建管道还可以确保施工质量。用于阴极保护设计,可以提高设计精度。多年来国内外已研究了不少测量埋地管道防腐层绝缘电阻的方法,大致有以下几种主要类型1、包复法。此法需要开挖管段,而且只能测量几米,不能代表长距离管道防腐层的质量,因此此法局限性极大,但测量准确度较高。
2、直流法。直流法是利用阴极保护电流或临时外加直流电源,通过测量管道电位分布的变化,再利用公式计算,求出绝缘电阻。但是由于直流电流通过金属与土壤(电解质)界面必然要产生极化电位,而计算绝缘电阻所需要的是直流电场分布电位(IR压降)。然而,在测量管道点电位时这两者是分不开的。因此,采用此法将引入电位、电流测量误差。
3、接地电阻法。此法是用接地电阻测量仪测量管道的接地电阻(等效电阻),然后通过计算求出绝缘电阻的方法。但是该方法在实测和计算过程中都尚存在一定问题。因此,确定准确的绝缘电阻值是比较困难。上述目前采用的主要测量方法,在实施中都遇到了不可克服的引入误差因素。为此建立一种能克服已有各种方法弊病,可准确快速测量埋地管道防腐层绝缘电阻的方法,仍是一个极待需要解决的问题。
本发明的目的是解决目前测量埋地管道防腐层绝缘电阻的方法中所存在的各种缺点,建立一种新的能准确、快速实现测量的方法。即为测量埋地管道防腐层绝缘电阻提供一种新的实用性强的测量技术。
为实现上述目的,本发明在高频信号沿埋地管线(单线-大地回路)传输理论基础上建立了变频-选频法测量技术。为更好地说明这种技术,下面简述一下这种方法建立的理论基础。当高频电信号通过埋地管道传输时,可视为单线-大地回路,这是一个十分复杂的不平衡网络,反映这个网络特性的参数很多,而且往往是变量,经理论推导可以确立以下数学模型r1=(Z1·Y1-Z2·Y2+|Z |/2]]>(1)γ2=(2/L)·1n|V0/VL/2| (2)上式中γ1传播常数实部;γ2传播常数虚部;Z1管道纵向阻抗实部;Z2纵向阻抗虚部;Y1管道横向导纳实部;Y2横向导纳虚部;|Z|及|Y|为纵向阻抗及横向导纳模值;L被测管段长度,Vo输入信号电位;VL/2被测管段中点电位。需要求的管道绝缘电阻包含在一次参数防腐层横向导纳Yi中,即Yi=Go+ωCtgδ+jωC (3)(3)式中Go漏电流引起的电导称漏电导,它的倒数即为漏电阻,也就是防腐层绝缘电阻Ri;ω角频率;tgδ损耗角正切;C防腐层横向电容。防腐层横向电容C可以通过公式求出C= (2πBi)/(1n(b/a)) (4)(4)式中Bi为防腐层绝缘材料介电常数,a为金属管外半径,b为管道外半径。由上述式(1)~(4),管道防腐层绝缘电阻Ri;包含在求管道传播常数的实部γ1中,为此当应用上式,如果所需其它原始参数为已知,若能测算出γ1就可以应用式(1)(3)计算出管道防腐层绝缘电阻Ri了。关于如何现场测量管道传播常数,也是测量“单线-大地”回路的传播常数问题是强电干扰专业的问题,至今还没有一个简便可行的办法。通过理论推导及考虑多种参数对传播常数的影响,本发明者们提出了在满足γ1·L>5.3条件时(误差<2%),可采用下述经验公式γi=(2/L)·1n|Vo/VL/2| (5)由上式(5)可见,当满足γiL>5.3的条件,即要求|Vo/VL/2|比大于14.15时,则不管终接阻抗为任何值,都可以用式(5)求出传播常数的实部γi,然后通过式(1)(3)即可求出长度为L的管道防腐层绝缘电阻Ri的平均值。而实测中要求满足|Vo|与|VL/2|之比大于14.15,可以用电平差表示,即两点电平差大于23dB,为了满足这个条件,可以通过改变输入高频信号频率来实现。在上述理论研究的基础上提出了本发明的变频-选频法测量埋地管道防腐层绝缘电阻值技术。
本发明的测量埋地管道防腐层绝缘电阻的方法,其特征在于是采用变频-选频法进行测量。具体地说,在两个相距任意段长管道的两端,一端接变频信号源及选频指示器,另一端接一台选频指示器,同时各仪器都有接地端,其接线可按附

图1。测量时在发收两端应配有对讲机或用其它手段进行联络。所用的变频信号源(仪器),应能发出0.2~100KHz段高频信号。发、收端选频指示器,可为结构相同的两台选频指示器,并能在与变频信号源同样的高频段内工作。测量时,开机使信号源及指示器工作,在不知道防腐绝缘状况时,可试送10KHz左右的信号,此时通过对讲机联络,读出发、收两端指示器的电平,如果电平差小于23dB时,应增高输入信号频率,直至两端指示电平差大于23dB,记录下此时的频率值及实测电平值。在进行上述测量的同时,还应按常规方法测量出和查出测算管道防腐层绝缘电阻所需其它原始参数包括金属管道外半径a,金属管壁厚T,绝缘防腐层厚Ti,土壤电阻率ρ2,这些参数利用已知测量技术均可得到。金属管材料电阻率ρ,金属材料相对导磁率μr,真空介电常数Bo,绝缘材料介电常数Bi,绝缘材料损耗正切tgδ,真空导磁率μo,土壤介电常数Bz,这些常数或数值可以通过查表或计算求得。将上述得到的数据代入理论推导给出的公式中即可计算出埋地管道防腐层的绝缘电阻值。在实际计算工作,是将上述公式(及经验公式)及运算编入程序,只要将实测出的高频信号频率值,电平差值、土壤电阻率值送入已编程序中,应用计算机即可求出所测部分长管段的防腐层绝缘电阻的平均值。下面通过实例对本发明的方法给予进一步详细说明。
实例1,变频-选频法测量埋地管道防腐层绝缘电阻方法按附图1的变频-选频法测量方法接线示意图在相距一公里的两个检测椿(检测椿有导线连结到管道壁),其一端接变频信号源及选频指示器;另一端接一台选频指示器,并将各仪器接地端接好。附图1中A为变频信号源,B1、B2分别为发、收端选频指示器;G为接地;B1、B2两指示器间距为1公里。对仪器要求为变频信号源,其数显输出频率0.2~100KHz;分辩率1Hz,10Hz;不平衡输出,低阻<10Ω;电平输出范围+11dB~-45dB;0dB误差±0.2dB。发、收选频指示器B1和B2,其数显输入频率0.2~100KHz;分辨率10Hz;输入电平+20~-80dB;输入阻抗10KΩ,电平测量误差±0.2dB;选择性3dB带宽±10KHz;分辨率10Hz。当按图1接线完成后,开机使信号源及指示器工作,通过对讲机联络,读出收发两端的指示电平,直至两端指示电平差大于23dB,记录下此时的频率值及实测电平值。同时用四极法测量被测管段区域的土壤电阻率。将上述实测数值及已经得到的关于金属管道外半径,金属管壁厚,绝缘防腐层厚,金属管材料电阻率,金属材料相对导磁率,真空绝缘材料或土壤介电常数,绝缘材料损耗角正切值,真空导磁率等代入理论推导公式即可计算出所求的埋地管道防腐层绝缘电阻。实际运数中是将上述可测数据均先编入程序只要将待测数据输入计算机内即可得到绝缘电阻值。
实例2、利用变频-选频法实测埋地原油管道防腐层绝缘电阻利用实例1所述的变频-选频法实测运行近二十年的一段30公里埋地原油管道防腐层绝缘电阻,该段管道每隔1公里有一检测椿,实测数据由计算机处理得到绝缘电阻平均值其结果列于表1。作为评价管道防腐层优劣程度按表2进行分级,并按表2对防腐层质量进行分级,其结果列于表3。下述测量共进行两次间隔2年。
表1,埋地原油管道绝缘电阻测量结果
表2,管道防腐层优劣分级表绝缘电阻(Ω·m2) 等级损伤程度>10000优无2500-10000良极微小漏点500~2500可老化、少数破损<500劣相当大面积损伤表3,被测防腐层质量分级情况绝缘电阻(Ω·m2) 级别第一次测段数第二次测段数>10000优002500~10000良910500~2500可812<500劣138在上述测量中第二次结果比第一次测得值高,这种增值结果可以认为是合理,因为第一次测量时发现了均压线老化破损,在第二次测试前将均压线折除,并重修了检测椿。两次测量数据比较,统计结果测量重现性很好占56%,重现性好占28%,第二次测得数据合理增大占16%。
由上述实例,本发明的测量方法具有下列突出的特点1、可以测量埋地连续管道上的任意长度管段的防腐层绝缘电阻的平均值。所测结果不受被测管段以外的管道长短,有无分支,以及防腐层质量好坏的影响。
2、适用于不同管径,不同金属管,不同防腐绝缘材料的管道。
3、测量时可以不开挖管道,不影响管道正常工作状况,不必关断外加电流阴极保护电源。
4、测量方法简单,实测数据准确程度高,重现性好,数量级与短段包复法十分相符,能真实地反映管道防腐层质量状况。因此本发明的变频-选频法在测量埋地管道防腐绝缘电阻方面将有十分重要的实用价值,适于推广应用。
权利要求
1.一种用于埋地管道防腐层绝缘电阻的测量方法,其特征在于是采用变频一选频法进行,在两个相距任意段长管道的两端一端接变频信号源及选频指示器,另一端接一选频指示器,同时各仪器都有接地端,测量时变频信号源发出高频信号,读出发收两端指示器的电平,如果电平差小于23dB时,应增高输出信号频率,直至两端指示电平差大于23dB,记录此时的频率值及实测电平值;同时还应按常规方法测量出和查出测算管道防腐层绝缘电阻所需其它原始参数;并将上述得到的数据代入理论推导给出的经验公式中即可求出其绝缘电阻平均值。
2.按照权利要求1所述的测量方法,其特征在于在不知道埋地管道防腐绝缘状况时,测量时变频信号源可试送10KHZ左右的信号,再进行测量。
3.按照权利要求1所述的测量方法,其特征在于所用的变频信号源其数显输出频率可为0.2~100KHz;发、收选频指示器其数显输入频率同样应为0.2~100KHz。
全文摘要
一种利用变频-选频法测量埋地管道防腐层绝缘电阻技术,它利用一部变频信号源及发、收两部选频指示器,可以测量出相距任意段长管道的实测电平值及测试频率,再配合常规方法测量的其它数据,通过运算可以求出埋地管道防腐层绝缘电阻平均值。该方法测量时可不开挖管道,不影响管道正常工作状况,亦可适用于在不同管径,不同金属管及不同防腐绝缘材料的管道进行测量。利用该方法进行测量,实测数据准确,重现性好,方法简单,适于推广应用。
文档编号G01R31/14GK1071259SQ91106249
公开日1993年4月21日 申请日期1991年9月27日 优先权日1991年9月27日
发明者李绍忠, 苑绍成, 姚喆, 李裕晨, 梁举 申请人:东北输油管理局, 电部第五研究所
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