一种海底管道外腐蚀检测装置及检测方法与流程

本发明涉及的是一种海底管道外腐蚀检测装置。本发明也涉及一种海底管道外腐蚀检测方法。

背景技术：

石油天然气的管道运输具有的运输过程投资少、运输周期短、运量大、效率高等特点使之被称为“能源血脉”,在五大运输产业中具有非常明显的优势，对经济的发展起着重要的作用。然而，因海底管道破损导致的安全事故频繁发生，不仅破坏了生态环境，给国民经济造成了难以估量的损失，同时也危害着人民的生命安全。因此，社会各界对海底管道运行安全问题的关注程度越来越高。

目前，海底管线外腐蚀检测以潜水员目测或者携带水下摄像仪器检测为主，将采集到的视频或者图像信息通过精密仪器进行显示，通过图像处理技术来判断表面的腐蚀状况，这不仅对潜水员提出了很高的要求，而且无法实现对管线的实时检测。同时也受限于海况、水深、季节等条件限制。海底管道外腐蚀检测手段的缺乏已经成为影响海底管道运输的技术屏障。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种不受海况、水深、季节限制的海底管道外腐蚀检测装置。本发明的目的还在于提供一种海底管道外腐蚀检测方法。

本发明的海底管道外腐蚀检测装置包括依次相连接的压差采集传感器、数据采集处理模块、信号传输器和远程观测控制终端，所述压差采集传感器、数据采集处理模块和信号传输器位于海水下，所述远程观测控制终端位于海水上，各部分之间通过光纤传输信号；所述压差采集传感器采用铂电极；所述数据采集处理模块采用ni度数据采集卡，并且在数据采集之前加入差分放大电路，将电压信号放大到采集卡采集范围内。

本发明的海底管道外腐蚀检测方法为：

步骤一：铂电极在被测管道表面移动，当遇到腐蚀地方时，铂电极产生压差信号；

步骤二：铂电极产生的压差信号传递到差分放大器，将压差信号放大到采集卡可以采集的0-5v之间的电压信号；

步骤三：将差分放大后的信号用采集卡进行采集，并传输到远程观测控制终端，采样频率设置为1khz；

步骤四：远程观测控制终端中基于libview的系统接收到采集卡采集的信号显示并传输到中值滤波模块进行滤波将有用信号从噪声信号中提取出来，再进行谱分析，分析信号的时域和频域特征，为腐蚀点的判定提供依据。

为了解决海底管道外腐蚀检测的技术难题，本发明提出了一种以非接触测量原理和虚拟仪器技术为理论基础的海底油气输送管道外防腐层破损腐蚀检测系统的装置及检测方法，从而维护管道的正常运行；通过对阴极保护下的海底管道表面电流密度分布和周围环境电场分布特点的分析，将电压差法应用于海洋环境下的油气输送管道外防腐层的破损检测中，并完成了系统硬件和软件部分的设计。

(1)硬件方面以数据采集卡为核心器件，实现对信号的高速采集，选取了合适的电化学信号测量探头，设计了信号放大电路和滤波、存储的数据处理模块；水上与水下处理机的远程通信由光纤传输模块实现；根据工作环境的实际需要，为系统配置了独立供电模块。

(2)在硬件系统的基础上，基于labview开发环境编写了一套用于采集和分析海底管道环境电场电位信号的软件，能实现信号的采集与存储、形态滤波、频谱分析和破损腐蚀点报警等功能。

附图说明

图1：海底管道腐蚀检测装置原理框图。

图2：海底管道腐蚀检测装置结构示意图。

图3：系统软件整体框图。

图4：实时测量软件工作流程图。

图5：光纤收发器系统结构。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明作更详细的描述。

结合图1和图2，本发明的海底管道外腐蚀检测装置主要包括压差采集传感器1、数据采集处理模块2、信号传输器3、远程观测控制终端4以及管道5。其中所述压差采集传感器、数据采集处理模块、信号传输器位于海水下，远程观测控制终端位于海水上，并且信号通过光纤传输。

压差采集传感器采用铂电极。铂电极具有良好的稳定性；抗极化性能强；温度响应特性好的电极温度系数也越小，对温度的敏感程度低，受温度的影响就越小，而且当温度回到原先的温度后，电极电位应该有相对应的变化，无滞后性，性能相对稳定，并且铂电极的使用寿命比普通参比电极的长。

数据采集模块采用的是ni高精度数据采集卡，并且在数据采集之前加入差分放大电路，将电压信号放大到采集卡采集范围内。

本系统的数据传输线路采用光纤传输。光传输方式几乎不受电干扰的影响。对于温度变动等环境变化，也能保持稳定。即使是在海洋那样苛刻的环境条件下，也能期望获得满意的稳定性。

本系统的远程观测控制端的采用的是基于libview制作的上位机。首先通过数据采集模块，实时测量软件可以将控制指令、配置参数发送到硬件设备中，并接收硬件设备发送至软件的数据，为下一步的分析处理提供数据源；数据处理是整个实时测量软件的核心，包括信号的滤波和谱分析。滤波的作用是对信号进行筛选，将有用信号从噪声信号中提取出来，谱分析的作用是分析信号的时域和频域特征，为腐蚀点的判定提供依据；数据处理结果更加形象、直观地展现在屏幕上，采用波形和数据的显示方式。

本系统的采集的信息实时保存到本地磁盘。

结合图3-图5，本发明的海底管道外腐蚀检测方法包括以下工作流程步骤：

步骤一：首先用铂电极在管道表面移动，当遇到腐蚀地方就会产生微弱的压差信号。

步骤二：铂电极产生的压差信号传递到ad620组成差分放大器将信号放大。放大到采集卡可以采集的0-5v之间的电压信号。

步骤三：将差分放大后的信号用采集卡进行采集，并传输到上位机，采样频率设置为1khz。

步骤四：基于libview的上位机系统接收到采集卡采集的信号显示并传输到中值滤波模块进行滤波，滤波参数可以设置。在上位机界面有一个布尔指示灯，如果灯亮了，就说明该位置管道背腐蚀。

一：数据采集模块的数据采集，通过数据采集模块，实时测量软件可以将控制指令、配置参数发送到硬件设备中，并接收硬件设备发送至软件的数据，为下一步的分析处理提供数据源。

二：信号的传输，本系统通过光纤进行信号的传输，将水下的信号传输到水上，光纤收发器的结构图如图5所示。

三：数据分析处理，它是整个实时测量软件的核心，包括信号的滤波和谱分析。滤波的作用是对信号进行筛选，将有用信号从噪声信号中提取出来，谱分析的作用是分析信号的时域和频域特征，为腐蚀点的判定提供依据。

四：结果显示与存储，为使数据处理结果更加形象、直观地展现在屏幕上，采用波形和数据的显示方式。波形图显示的是信号滤波前后的时域波形和经过快速傅里叶变换后的频域波形，通过调用waveformgraph.vi来实现。数据显示的是采样点对应的信号电压值，用realmatrix.vi来实现，并且将实时采集到的电位信息以文本的形式保存到磁盘中，方便后续的研究处理。

技术特征：

技术总结
本发明提供的是一种海底管道外腐蚀检测装置及检测方法。通过对阴极保护下的海底管道表面电流密度分布和周围环境电场分布特点的分析，将电压差法应用于海洋环境下的油气输送管道外防腐层的破损检测中，并完成了系统硬件和软件部分的设计。硬件方面以数据采集卡为核心器件，实现对信号的高速采集，选取了合适的电化学信号测量探头，设计了信号放大电路和滤波、存储的数据处理模块；水上与水下处理机的远程通信由光纤传输模块实现；在硬件系统的基础上，基于LABVIEW开发环境编写了一套用于采集和分析海底管道环境电场电位信号的软件，能实现信号的采集与存储、形态滤波、频谱分析和破损腐蚀点报警等功能。

技术研发人员：国强;于鑫;滕龙;张典飞;徐庆帅;王强波;戚连钢;付文宇;李高源
受保护的技术使用者：哈尔滨工程大学
技术研发日：2017.08.22
技术公布日：2018.02.09