专利名称：钢筋复合管腐蚀电位的检测的制作方法
技术领域：
本发明涉及由于管外电解介质与嵌入管壁的钢材之间的接触而造成的钢复合材料管的腐蚀电位的一种检测技术。概括地说，本技术涉及检测钢材与局外介质之间是否存在一个稳定的电位。
高压管道，如油、气管道，一般都由普通钢管构造。这些管道内、外受压。内压用于传输管道内的液体或气体。管道埋在地下或沉入水下时，泥土和水的重量在管外产生压力。
虽然这些钢管具备抗内、外压力的必要强度，但它们对腐蚀很敏感。管内的局外介质(如管道传输的电解液或气体)与钢的接触，或者管外的导电介质与钢的接触，都造成一个腐蚀环境。管道埋入地下时，管外的局外介质可能是泥土，沉入海洋时，管外的局外介质可能是海水，管道沿污水系统排列或暴露在雨水中时，这种局外介质则是水。腐蚀降低管的强度，可以使管泄漏，或在压力下破裂。
为克服这些缺点，已经发展了钢复合材料管。这些钢管有一个涂有聚合物的钢壁，或者，钢嵌入纤维增强复合材料中，如玻璃树脂系统。涂料或树脂系统使钢与局外界质隔离没有任何接触，从而使钢不腐蚀。授与Cocks的U.S 4351364中公开了钢复合材料管的一个实例，该文件结合作为参考。公开的这个管在其内、外衬筒之间有一个夹层结构壁。衬筒是由玻璃或其他纤维增强的富树脂层。结构壁由三层或多层涂有结构环氧树脂的结构钢筋层制造。管的各个层在心轴或管线绕线机上依次制造，一层靠在另一层上。每个衬层是由螺旋缠绕浸润的纤维粗纱形成。每个钢层由螺旋缠绕涂有树脂的钢带构成。
由于大多数管道都埋在地下或沉入水下，对其外表面进行目视检验至少是一个困难而又费钱的问题。管埋在地下时，必须挖开埋在管上的泥土。管在水下时，必须由潜水员进行目视检验。管内的目视检验的困难性是显然的。
即使可以进行目视检验，但钢腐蚀的开始是不可目视检验的，因为钢层涂有纤维树脂系统或由其复盖。在许多情况下，只有当腐蚀发展到足以影响其防护层时，这种腐蚀才可目视检验。很可能是管子不泄漏或不破裂便不可能对其腐蚀进行目视检验。因此，必须检测钢与促进腐蚀的局外介质的任何接触，以便适时采取措施防止腐蚀开始。一个能够检测这类接触的系统应该检测成本低，减少管道的事故。为此，这样一个系统必须能在不干扰管道工作的情况下进行检测。换句话说，每当对管道进行检测时，不得停止管道的工作。否则，停止管道工作所涉及的成本将使这样一种检测系统在经济上是不可行的。
已经公开了用于检测管道或容器泄漏或腐蚀的各种系统，但不涉及本发明。授与Kidd的U.S.4110739公开了一个检测内装电解液的多层板容器或管道泄漏的系统。这种管或容器在其玻璃纤维增强聚酯外壁和抗腐蚀热塑性内壁之间夹有一层导电层。根据连通以下四个元件的一个电路可以判断液体已从管内泄漏一个导电探针；连接这个探针的一个电池组；与这个电池组相连的一个信号器，把信号器连接到管的导电层的一根电线。操作时，接通电路，当管的内壁破裂使电解液在探针的一端与管的导电层间建立起电路时，这个信号器即检测了一次泄漏。这个技术限于检测通过管内防护层的泄漏。没有公开检测通过管外防护层泄漏的方法。
授与Offner的U.S.4101827公开了一个定位埋在导电介质(如地下)中的电绝缘材料管的泄漏管的方法。这个管内充满导电液体(如自来水)。一个电流通过这个液体，即确定了沿管内液体长度的一个电压梯度。分析这个电压梯度确定泄漏位置。在一个实施例中，伏特计的一个端子接地，另一端子接在由管伸出的一个绝缘导体的裸露端，以测量这个电压梯度。另一实施例中，一个电压源接在管的相对一端与液体相连，以确定这些端头之间的距离内的电压梯度。然后测量管的一端液体和地面的电压降，并由这两个电压与距离间的关系确定从这个端点到一个泄漏点的距离。与本发明不同，这个系统要求使用电流源。
授与Fenner的U.S5214387公开了检测通过钢复合材料容器壁的液体渗透性的一个检测器。这种检测器至少配备两个，或多达四个连接构成电路的电传感器。一个传感器是渗入容器内部的湿的共用参考点形式，其余几个是嵌入容器壁不同深度的干的参考点。用一个安培计测量渗入容器内部液体的电极和干电极之间的电阻。液体在容器壁的渗透性以测量的一个低电阻表示。这个技术限于检测液体到容器壁传感器位置的渗透性。如果在不同于传感器位置的一个位置发生泄漏，则无法检测。然而，本技术可以检测发生在沿管道任何位置的通过复合层的泄漏。此外，Funner在泄漏检测中使用了电流计，而本发明根据用毫伏传感器测量的电位稳定性检测泄漏。
现有技术未公开本发明的特征。虽然它揭示了检测透过管壁或容器壁的泄漏的某些方法和装置，但现有技术都未揭示本发明的根据毫伏电位测量值稳定性的检测方法和装置。
在本发明中，采用一种方法和装置检测由非导电介质使之相互绝缘的两个或多个导电介质之间的可能导致腐蚀的接触，确定其接触是被测出的这些相互绝缘的导电介质之间的电位稳定性。电位在一定的时间周期在预定范围内变化表示这些绝缘的导电介质之间没有接触。另一方面，一个稳定的不变电位表示电解液已与钢接触具有腐蚀电位。
下面通过附图及实施例说明本发明，附图中
图1是一个钢增强的复合材料管部分的横截面视图，这个图不是按比例绘制的。
图2是由钢嵌入纤维玻璃树脂制造的钢增强的复合材料管组成的地下高压管道的一个示意图。图中也描绘了检测钢与管外介质接触的一个系统。这个图也不是按比例绘制的。
钢增强的复合材料管可以用于在压力下输送原油的管道。这些管道通常埋在地下。钢与原油或泥土的接触导致腐蚀。与精炼油不同，原油既有导电性又有腐蚀性，因为它含有电解质，如盐水。为避免钢的这种导致腐蚀的接触，这些管的钢结构壁被夹在内衬筒10和外衬筒12之间。衬筒是由玻璃或其他纤维加强的富树脂层，因而不导电。这个结构壁由涂有结构环氧树脂的三层或多层结构钢盘层14制造。管的各层在心轴或管道编绕机上依次制造，一层靠在另一层上。每一衬筒层由螺旋缠绕树脂浸润的纤维粗纱构成，每一钢层由螺旋缠绕涂有树脂的钢带构成。
本发明的一个最佳实施例用一个敏感伏特计确定嵌入管内的钢和在管内流动的一种局外电解介质之间的电位，以及嵌入管内的钢与管外的局外介质之间的电位。
一根导线16接在管的一个钢层上，并由管的外衬筒12伸出。可用几种技术简化这种连接。一种技术是在制造过程中把导线连接到管的钢层上，换句话说，这个导线随管一起制造。另一种技术是通过管的外衬筒开口以便容纳导线，导线通过这个开口插入直到与钢层接触。然后密封这个开口-导线界面。
钢层14没有跨越这个管的整个长度。确切地说，如图1所示，它们还没到达端面15便中断了。因此，管道上的每个管之间没有连续的电路。这样，一根导线16必须连接到管道上的每个单独管上。这个导线沿沟槽中的管道外表面，和表示为试验站18的适当间隔处的表面安排。在每个试验站，这些导线都连接在一个伏特计20的第一端子上。这些伏特计应有大于10兆欧的输入阻抗，不然的话，钢可能被伏特计极化，影响电位测量。
为了建立导线16与这个导线未连接的钢层之间的一个电路，用电线22互连所有其他层。当透过一个防护衬筒发生泄漏时，这个局外介质不是与最外的就是与最内的钢层接触。由于大多数情况导线16都是连接最外的钢层上，只要最外的和最内的钢层间有一个连接就已足够。在Cocks专利公开的这类钢增强的复合材料管中没有必要用电线22进行的连接。业已发现Cocks型管的钢层，即使涂有树脂层，仍相互处于电接触。这是因为在制造时，树脂涂很薄地铺开，明显不均匀，产生开口使钢层之间实现接触。
为了确定管内传输的液体(电解质)24是否已经与一个管的最内钢层接触，伏特计的第二个端子连接到浸入在管内传输液体内的电极26或一个金属片上。例如，这个金属片可以是与液体接触但与管壁内的钢层隔绝的阀门或其他连接件。一个临时用的电极沿一个管道总是需要的。只要局外介质是适当导电的，不必管的每一件有一个电极。
如果这个液体与最内的钢层接触，则形成一个闭合电路，在伏特计上显示出一个稳定的毫伏电位。另一方面，如果内部的非导电层未触动，管内液体和嵌入管壁的钢之间没有电接触，则这两者之间的电位是不稳定的。这个接地电位随时间而变化，可见不稳定。通过内层的泄漏使钢与液体有效地短路，使电位稳定。这个电位可以是或不是零，决定于其电解作用，但是它至少在短的时间间隔内仍是稳定的。无论液体和钢之间可测量的电流如何流动，都可观察到这种电压稳定性。
为了确定埋住管道的泥土28是否已经与管的最外钢层接触，伏特计的第二端子连接到埋在泥土周围的一个电极30或一个金属片上。这个金属片可以是任何导电结构，如邻近钢管道的镀锌链节护拦柱，阀门，扎入泥土的钢支架。如果泥土与最外的钢层电接触，则形成一个闭合电路，在伏特计上显示一个稳定的毫伏电位。不稳定的电位表明没有电接触。对于沉入水下的管道，试验相类似，伏特计上的一个导线连接到浸入周围水中的一个金属片。
因此，取决于第二伏特计导线的连接，一个稳定的电位读数表明泥土或传输液体与管壁的钢层的接触，说明存在腐蚀电位。稳定的电位是指在预定的时间周期内，其变化不大于1毫伏。对于这种特定类型的管，推荐的适当时间周期大约是10秒或更低，而1秒就已足够。
用一个高阻抗伏特计(例如，10兆安)可很容易目视观察到电位的这种稳定性，在这里，一个数字伏特计可指出小于1毫伏的变化，在整个刻度上模拟相当大的百分数的1毫伏模拟表上也可观察到。当有电位接触时，读数(或指针)是不变的。衬筒未触动，没有电接触时，很容易看到变化的电压读数。只要几秒钟就足以判断是稳定和不稳定电压。
在这些管安装配到管道之前，或安装到管道之后但工作之前，都可用这种技术对这些管进行检查。而且，这个技术可以作为进行的定期维护程序的一部分进行检测。也可以作为从中心站远距离监控整个管道的一个自动系统的一部分。每个试验站的伏特计可以测量每根管到该试验站的电位。然后把测量结果输入到计算机，以评定每根管所测电位的稳定性，确定钢层是否与泥土或传输液体接触产生腐蚀。如有这类接触，验明管已受影响的一个代码传到中心站，以便采取修补措施。在另一方案中，所有伏特计读数都可直接传到中心站，以一台中心计算机评定来自管道的每一根管的读数，确定是否发生电位腐蚀性接触。由于这些管道一般都有许多英里长，最好是把各试验站的信息传到卫星上，由卫星再把它依次传给中心站。
一旦检测了腐蚀电位，则可对受影响的管进行修理或更换。受影响管的修理或更换的时机取决于腐蚀开始到这类腐蚀失效的时间。Cocks专利公开的管设计从腐蚀形成到失效前至少能经受一年。换句话说，从腐蚀开始，这个管可以在腐蚀环境安全工作一整年。因此，如果腐蚀一开始就立即被检测，在一年内不必对管采取修理或更换措施。而且，腐蚀开始到失效之间的这个临界时间周期可用于确定检测间隔。例如，如果管的临界时间周期为一年，那么，这根管可以一年检测一次(监控腐蚀电位)。然而，如果一年只监控一次，这个管应迅速修理或更换，因为不知道腐蚀开始的实际时间。
虽然这种要求的实施例，专指钢增强的复合材料管，但这种方法很容易应用于由导电材料或材料层嵌入非导电材料而制造的任何管和容器。
还应注意，本说明书使用的“导电材料”和“导电介质”是指有任何程度导电性(例如，半导体材料)的材料和介质。即使是像原油这样极低导电性的材料，也足以使钢短路，并产生稳定的电压。
权利要求
1.一种检测由非导电介质使其相互绝缘的两个或多个导电介质间产生电位腐蚀的接触的方法包括下列步骤测定被绝缘的导电介质之间的作为时间函数的一个电位；确定在一个时间周期内电位的变化是大于或小于规定的范围。
2.按照权利要求1所述的一个方法，其特征在于，一个导电介质是嵌入纤维增强复合材料管壁的钢，第二个导电介质是管和钢外的一种介质，纤维增强复合材料形成非导电介质，还包括下列步骤连接测量嵌入管壁的钢和局外导电介质之间的作为时间函数的电位的测量装置；测量嵌入管壁的钢和局外导电介质之间的作为时间函数的电位。
3.按照权利要求2所述的一个方法，其特征在于，电位变化规定范围小于1毫伏。
4.按照权利要求2所述的一个方法，其特征在于，连接测量装置的步骤包括下列步骤把一个高输入阻抗伏特计的第一导线连到管壁的钢上；把这个伏特计的第二导线连到局外介质上。
5.按照权利要求4所述的一种方法，其特征在于把第二导线连接到局外介质的步骤包括把第二导线连接到管内暴露在电解液中的一个电极、阀门或其他导电突出物，但不连接到管壁的钢上，或者连接到埋入泥土中与管壁钢没有电接触的任何局外金属或其他导电结构上。
6.一种检测由非导电介质使其相互绝缘的两个或多个导电介质接触的一个装置，包括测定绝缘的导电介质之间的电位的装置；确定在一个时间周期内电位的变化是否小于一个规定范围的装置。
7.按照权利要求6所述的一个装置，其特征在于，其中一个导电介质是嵌入纤维增强复合材料管壁的钢，第二导电介质是管和钢外的局外介质，纤维增强复合材料形成非导电介质。
8.按照权利要求7所述的一个装置，其特征在于，测定电位的装置包括一个高输入阻抗伏特计，还包括连接伏特计第一导到管壁钢上的装置；连接伏特计第二导线到局外介质的装置。
9.按照权利要求8所述的一个装置，其特征在于，伏特计对电压敏感性小于1毫伏。
10.按照权利要求8所述的一种装置，其特征在于，局外介质包括管内传输的电解液和掩埋管的泥土，还包括其连接装置，这种连接装置把伏特计第二导线连接到暴露在管内液体但不是管壁的钢的一个电极、阀门或其他导电突出物上，或者，连接到掩埋在泥土中但与钢没有电接触的一个电极、或任何局外金属、或其他导电结构上。
全文摘要
本方法和装置用于测定其管壁由导电材料(14)嵌入非导电材料构成的,且导电材料(14)夹在内衬筒(10)和外衬筒(12)之间的管的腐蚀电位,腐蚀电位是由于管外导电介质和嵌入管壁的导电材料(14)之间的接触造成的。测定局外介质与管导电材料(14)之间的电位。然后确定这个电位的稳定性。如果在一个时间周期内电位的变化不超过预定范围,则认为这个电位是稳定的,表明局外介质与管内导电材料有电接触,从而促进腐蚀,而不稳定的电压表明没有电接触。
文档编号G01N17/00GK1173223SQ95197402
公开日1998年2月11日 申请日期1995年11月22日 优先权日1994年11月28日
发明者西尔维亚·C·霍尔 申请人:阿迈隆国际公司