一种用于金属管道防腐的保护装置的制作方法

1.本实用新型涉及金属管道保护技术领域，特别涉及一种用于金属管道防腐的保护装置。


背景技术：

2.金属腐蚀的危害巨大，具体有以下表现方式：1.使桥梁、建筑物的金属结构强度降低而造成坍塌；2.地下金属管道发生泄漏；3.轮船的船体损坏；4.金属及其设备、仪器、仪表的精度和灵敏度降低,直至报废惊人的数字。
3.在金属腐蚀领域，油气管道等金属管道的腐蚀危害尤为突出。而现有管道防腐主要镁阳极和恒电位仪的方式，其中：镁阳极主要牺牲镁来达到保护管道的作用，镁的输出电压恒定，无法应对杂散电流干扰对管道导致的损失，同时镁阳极属于消耗品，更换是需要进行二次开挖，消耗大量的人力物力；恒电位仪，以保持恒定的电压或者电流，来达到保护管道的腐蚀，但现场实际使用环境十分复杂，杂散电流复杂程度，恒电位仪无法更上杂散电流的变化速度。同时恒电位仪对电能消耗巨大，且对电能的稳定性要求较高。
4.综上所述，传统的金属管道保护装置存在保护效果弱、环境适应性差的问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本实用新型提供一种用于金属管道防腐的保护装置，通过改进装置结构及对应的检测数据种类，解决了传统的金属管道保护装置存在保护效果弱、环境适应性差的问题。
6.为解决以上技术问题，本实用新型的技术方案为采用一种用于金属管道防腐的保护装置，包括信号采集单元、信号处理单元和综合治理单元，其中，所述信号采集单元、所述信号处理单元和所述综合治理单元按照依次级联的方式电气连接，在所述信号采集单元采集管道的电压电流数据并将所述电压电流数据传输至所述综合治理单元时，所述综合治理单元生成的补偿耦合参数传输至所述综合治理单元，所述综合治理单元基于所述补偿耦合参数输出补偿电压至所述管道。
7.可选地，所述信号处理单元至少包括依次级联的信号隔离单元、信号放大及转换单元、主控单元和数据分析单元，其中，所述信号采集单元的输出端与所述信号隔离单元的输入端电气连接，所述数据分析单元的输出端与所述综合治理单元的输入端电气连接。
8.可选地，所述综合治理单元至少包括数据处理单元、电压控制单元和igbt电压驱动单元，其中，所述数据处理单元基于所述补偿耦合参数输出门控波形数据至所述电压控制单元，所述电压控制单元基于所述门控波形数据输出电压控制信号至所述igbt电压驱动单元，所述igbt电压驱动单元基于所述电压控制信号输出补偿电压至所述管道。
9.可选地，所述保护装置还包括供电单元，其中，所述供电单元分别与所述信号采集单元、所述信号处理单元和所述综合治理单元电气连接。
10.可选地，所述供电单元至少包括太阳能板、风力发电机和储能电池。
11.可选地，所述信号采集单元至少包括阴极保护电位试片、交流试片、自然试片和参比电极。
12.本实用新型的首要改进之处为提供的用于金属管道防腐的保护装置，通过设置信号采集单元采集多类检测数据并还原真实的管道电压电流数据后，信号处理单元基于模拟出的管道的交流电压模型和杂散电流模型确定补偿耦合参数后，综合治理单元基于所述补偿耦合参数确定门控波形数据并输出补偿电压，实现了精准治理金属管道腐蚀，解决了传统的金属管道保护装置存在的保护效果弱、环境适应性差的问题。
附图说明
13.图1是本实用新型的用于金属管道防腐的保护装置的简化单元电气连接图。
具体实施方式
14.为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。
15.如图1所示，一种用于金属管道防腐的保护装置，包括信号采集单元1、信号处理单元2和综合治理单元3，其中，所述信号采集单元1、所述信号处理单元2 和所述综合治理单元3按照依次级联的方式电气连接，在所述信号采集单元1采集管道的电压电流数据并将所述电压电流数据传输至所述综合治理单元3时，所述综合治理单元3生成的补偿耦合参数传输至所述综合治理单元3，所述综合治理单元3 基于所述补偿耦合参数输出补偿电压至所述管道。
16.进一步的，所述电压电流数据包括：管道的交流干扰电压数据，其中，vc(t)为交流分量、m为集合主要干扰频率个数、an为不同频率交流干扰对应的振幅、nwt为角频率、θn为初始相位角；管道的直流电压数据vd；管道的等效交流电流分量数据ic；管道的直流电流分量数据 id。
17.进一步的，在所述信号采集单元1采集管道的电压电流数据并将所述电压电流数据传输至所述综合治理单元3时，所述综合治理单元3通过预存储的管道的交流电压模型和杂散电流模型，基于所述电压电流数据构建管道的交流电压模型和杂散电流模型确定补偿耦合参数。
18.更进一步的，构建管道的交流电压模型包括：基于所述交流干扰电压数据和所述直流电压数据构建杂散电压的所述交流电压模型，所述交流电压模型的表达式为：构建管道的杂散电流模型包括：基于所述直流电压数据和所述直流电流分量数据计算等效电阻数据；基于所述交流电压模型和所述等效电阻数据构建所述杂散电流模型。其中，还原所述等效电阻数据的计算公式为其中，r为管道环境等效电阻；k为调整系数，默认为1； vd为所述直流电压数据；id为所述直流电流分量数据。基于所述交流电压模型和所述等效电阻数据构建所述杂散电
流模型的计算公式为：
[0019][0020]
更进一步的，基于所述交流电压模型和所述杂散电流模型确定补偿耦合参数，包括：基于所述杂散电流模型提取杂散电流的最大频率及其对应的最小治理周期；基于所述交流电压模型和预设管道维持电压计算补偿电压；基于所述补偿电压、所述杂散电流模型和最小治理周期生成治理能耗；基于所述治理能耗、供电单元的额定电压值生成输出占空比。
[0021]
更进一步的，基于所述杂散电流模型提取杂散电流的最大频率及其对应的最小治理周期，包括：基于不同频率交流干扰的角频率确定杂散电流的最大频率，计算公式为：f
max
＝nw；进而利用公式计算最小治理周期t。其中， t的数值区间可以是：t∈[340ns，∞)，其原因在于，现有的igbt开关周期85ns/ 次，因而根据四分之一周期补偿原则，保护装置可支持治理的最小杂散波周期为340ns，即，可治理的杂波范围为(0，2.9mhz]。
[0022]
更进一步的，计算补偿电压的计算公式为：vo(t)＝v(t)-v
t
。其中，v
t
为预设管道维持电压；由于油气金属管道最佳阴保电压为[-0.85v，-1.75v]，因此预设管道维持电压通常为-1.25v。
[0023]
更进一步的，基于所述补偿电压、所述杂散电流模型和最小治理周期生成所需的治理能耗，包括：计算所述治理能耗的公式为：其中，x为数据采集时间t以最小周期t分割的取整周期数。
[0024]
更进一步的，基于所述治理能耗、供电单元的额定电压值u生成输出占空比，包括：在t周期内，当vo(t)
min
＞0时，电源输入正向电压，其输出占空比为当vo(t)
max
＜0时，电源输入反向电压，其输出占空比为
[0025]
在t周期内当vo(t)
max
＞0，vo(t)
min
＜0时，分别计算正向和反向输出电压所耗能，计算公式为：
[0026]
此时，令q(x)＝|q(x)
+
|-|q(x)-|，当q(x)＞0时，输出占空比为当q(x)≤0时，其输出占空比为
[0027]
更进一步的，将所述补偿耦合参数转化为igbt的门控波形，包括：基于所述补偿电压、所述杂散电流模型和所述输出占空比确定补偿电压的峰峰值、电压曲线、电源通断时间，输出igbt的门控波形。
[0028]
进一步的，所述信号处理单元2至少包括依次级联的信号隔离单元、信号放大及转换单元、主控单元和数据分析单元，所述信号采集单元1的输出端与所述信号隔离单元的输入端电气连接，所述数据分析单元的输出端与所述综合治理单元3的输入端电气连接。其中，信号隔离单元由常规的输入隔离电路构成，用于防止雷击等因素造成的电涌对装置产生危害；信号放大及转换单元由常规的信号放大电路和数模转换电路构成，用于将采集的数字信号放大并转换为模拟信号。
[0029]
更进一步的，所述信号处理单元2还包括用于输出时钟信号的时钟单元、用于存储采集数据的数据存储单元和用于确定管道位置的定位单元。
[0030]
进一步的，所述综合治理单元3至少包括数据处理单元、电压控制单元和igbt 电压驱动单元，其中，所述数据处理单元基于所述补偿耦合参数输出门控波形数据至所述电压控制单元，所述电压控制单元基于所述门控波形数据输出电压控制信号至所述igbt电压驱动单元，所述igbt电压驱动单元基于所述电压控制信号输出补偿电压至所述管道。
[0031]
进一步的，所述保护装置还包括供电单元，所述供电单元4分别与所述信号采集单元1、所述信号处理单元2和所述综合治理单元3电气连接。所述供电单元4 至少包括太阳能板、风力发电机和储能电池。本实用新型的供电单元由太阳能、风能等自然清洁能源构成，所述太阳能与风能组合能够为一套风光互补供电系统为装置进行供电，无须外加能耗。同时，本技术的保护装置无须接入市电，无须大量人工通过定期到现场通过测试桩进行测量管道保护电位数据，无须专业技术人员进行设备的操作与维护，仅需将设备安装到测试桩内即可，供电来源于太阳能板与风电系统等自然清洁能源，安装灵活方便，便于普适化部署。
[0032]
更进一步的，所述信号采集单元1至少包括阴极保护电位试片、交流试片、自然试片和参比电极。
[0033]
本实用新型通过设置信号采集单元采集多类检测数据并还原真实的管道电压电流数据后，信号处理单元基于模拟出的管道的交流电压模型和杂散电流模型确定补偿耦合参数后，综合治理单元基于所述补偿耦合参数确定门控波形数据并输出补偿电压，实现了精准治理金属管道腐蚀，解决了传统的金属管道保护装置存在的保护效果弱、环境适应性差的问题。
[0034]
以上对本发明实施例所提供的用于金属管道防腐的保护装置进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同
之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
[0035]
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
[0036]
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(ram)、内存、只读存储器(rom)、电可编程rom、电可擦除可编程rom、寄存器、硬盘、可移动磁盘、cd-rom、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。