专利名称：海底管线阴极保护状态的非接触式检测方法及其专有装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及海洋工程水下检测作业，具体地说是一种海底管线阴极保护状态的非接触式检测方法及其专有装置。
背景技术：
随着海洋油气资源开发的迅速发展，我国在主要的海上经济专属区和油气田兴建了大量的海底油气管线。海底管线若发生某种形式的破坏，将会导致油气田的停产和海洋环境污染，还可能导致伤亡事件，直接的经济损失和间接损失非常巨大。目前我国部分油气管线已经接近到达其设计使用寿命，急需对其阴极保护状况进行检测和评估，为海上油气开发提供安全保障。目前的海底管线水下阴极保护电位检测方法中，检测系统的一端需要与海底管线(例如海上油气平台的立管处)进行电连接，另一端则由潜水员携带参比电极沿管线路由测量其保护电位，这只是在水深较小、距离平台较近的情况下是合适的、可行的；但是对于水深达数十米甚至数百米，长度少则数十公里，多则数百公里的海底管线而言，这种检测系统在远离油气平台时将面临需携带信号电缆过长、费用偏高、占用工作船有效船载空间大、信号衰减严重且操作不便等诸多难以克服的问题。所需的水下电场检测装置，在没有经过耐高压和密封防护处理之前是不能入水长期并连续进行检测作业的。
发明内容
为了克服上述不足之处，本发明的目的是提供一种非接触式检测海底管线阴极保护状态的方法，以及一种体积小、重量轻、耐高压、密封性强的海底管线阴极保护电场检测专有装置。
海底管线通常处在一个非均匀的复杂腐蚀环境中，当海底油气管线上的保护层出现老化破损或失效时，牺牲阳极通过管线周围环境(海泥及海水)向裸露的管线表面提供阴极保护。从而，在管线周围的海泥及海水环境中形成连续分布的非均匀电场。影响该电场中电位分布状态的主要因素包括保护层的老化状态(破损比率及破损处的分布)，牺牲阳极和管体表面在其所处环境(海泥或海水)中的极化特性、海泥的电导率、海水的电导率、管线上海泥的覆盖厚度等。在海底管线周围的阴极保护电场中，当保护层的老化状态(破损比率及破损处的分布)和环境诸要素(牺牲阳极及管体裸露表面在其所处环境中的极化特性、海泥的电导率、海水的电导率、管线上海泥的覆盖厚度)确定时，海底管线的阴极保护状态(海管表面的保护电位和保护电流密度分布)及管线周围的阴极保护电场分布也便唯一地被确定下来，并且可以通过边界元方法准确地计算出来。
由于海底管线阴极保护状态(海管表面的保护电位和保护电流密度分布)和管线上保护层的老化状态(破损比率及破损处的分布)难以直接检测，而环境诸要素中，牺牲阳极及管体裸露表面在其所处环境中的极化特性、海泥的电导率、海水的电导率、管线上海泥的覆盖厚度比较容易获得，因此，本发明采用如下的技术方案首先在6个影响因素(保护层的老化状态、牺牲阳极和管体裸露表面在其所处的海泥或海水环境中的极化特性、海泥的电导率、海水的电导率、管线上海泥的覆盖厚度)的可能的参数范围内设定海底管线所处的可能状态，应用边界元方法进行系列数值模拟试验，确立一个完备的“阴极保护电场-影响因素数据库”。然后通过水下拖体或机器人携带检测装置，沿管线路由现场检测海底管线周围的电场分布，进而反演确定保护层的老化状态信息，同时获得海底管线表面的保护电位和保护电流密度分布，从而对海底管线的阴极保护状态进行可靠的评估。所述检测装置包括一个水上主机和一个水下阴极保护电场检测装置，其特征在于水上主机运行边界元计算、反演程序和数据通信程序；水下阴极保护电场检测装置由密封舱、参比电极接插件、信号电缆、密封式可充电电池、信号调理模块、模拟量输入模块和分布式电位数据采集、控制系统构成；密封舱舱体中安装有DIN导轨，用于固定密封式可充电电池、信号调理模块、模拟量输入模块和低功耗分布式数据采集、控制系统，密封舱舱体前、后部密封法兰用紧固螺栓与面板法兰盘紧固，面板法兰盘上设有O型槽并放有O型圈对密封舱舱体进行密封；面板法兰盘上固定有参比电极接插件，参比电极测得的水下阴极保护电场信号用信号电缆接入信号调理模块，经信号调理模块进行电气隔离、信号放大、滤波处理后送入模拟量输入模块，并存储在低功耗分布式数据采集、控制系统中；信号调理模块、模拟量输入模块和低功耗分布式数据采集、控制系统由密封式可充电电池进行供电；低功耗分布式数据采集、控制系统上运行实时操作系统，进行实时数据采集，并将数据存储在物理闪存中；低功耗分布式数据采集、控制系统上设有以太网网络接口和RS232串行通信接口，检测结束后可通过以太网网络接口或RS232串行通信接口与水上主机进行离线数据交换，将水下检测数据备份出来进行数据反演，获得海底管线表面的保护电位和电流密度分布。
本发明具有如下优点耐高压、防腐蚀、耐磨损、抗干扰能力强、有效工作时间长；体积小、重量轻、强度高、绝缘和密封性能均好，便于水下拖体或机器人携带进行阴极保护电场检测。
图1为本发明方法原理示意图。
图2为本发明检测装置示意图。
图3为图2中检测装置的左视图。
具体实施例方式如图1、2、3所示，所述检测装置包括一个水上主机(1)和一个水下阴极保护电场检测装置(2)。水上主机(1)运行边界元计算、反演程序和数据通信程序；水下阴极保护电场检测装置(2)由密封舱(21)、参比电极接插件(22)、信号电缆(23)、密封式可充电电池(24)、信号调理模块(25)、模拟量输入模块(26)和分布式电位数据采集、控制系统(27)构成；密封舱(21)舱体中安装有DIN导轨，用于固定密封式可充电电池(24)、信号调理模块(25)、模拟量输入模块(26)和低功耗分布式数据采集、控制系统(27)，密封舱(21)舱体前、后部密封法兰用紧固螺栓与面板法兰盘紧固，面板法兰盘上设有O型槽并放有O型圈对密封舱舱体进行密封；面板法兰盘上固定有参比电极接插件(22)，参比电极测得的水下阴极保护电场信号用信号电缆(23)接入信号调理模块(25)，经信号调理模块(25)进行电气隔离、信号放大、滤波处理后送入模拟量输入模块(26)，并存储在低功耗分布式数据采集、控制系统(27)中；信号调理模块(25)、模拟量输入模块(26)和低功耗分布式数据采集、控制系统(27)由密封式可充电电池(24)进行供电；低功耗分布式数据采集、控制系统(27)上运行实时操作系统，进行实时数据采集，并将数据存储在物理闪存中；低功耗分布式数据采集、控制系统(27)上设有以太网网络接口和RS232串行通信接口，检测结束后可通过以太网网络接口或RS232串行通信接口与水上主机(1)进行离线数据交换，将水下检测数据备份出来进行数据反演，获得海底管线表面的保护电位和电流密度分布。
密封舱(21)采用铝合金经车、钳、铣、刨、亚弧焊、硬质阳极氧化处理等工艺就可生产，保证加工精度和表面光洁度，绝缘电阻500MΩ以上，工作水深可达450米，是目前海底管线阴极保护电场检测的极好装备。使用本发明时可于岸上或现场插合后，再放入水中，进行水下的阴极保护电场检测操作。
权利要求
1.海底管线阴极保护状态的非接触式检测方法及其专有检测装置包括一种海底管线阴极保护状态的非接触式检测方法和一种检测装置。所述检测方法的特征在于首先在海底管线阴极保护电场的6个影响因素(保护层的老化状态、牺牲阳极和管体裸露表面在其所处的海泥或海水环境中的极化特性、海泥的电导率、海水的电导率、管线上海泥的覆盖厚度)的可能的参数范围内设定海底管线所处的可能状态，应用边界元方法进行系列数值模拟试验，并在此基础上确立一个完备的“阴极保护电场-影响因素数据库”；然后通过现场检测海底管线附近的电场分布，反演确定保护层的老化状态，同时获得海底管线表面的保护电位和保护电流密度分布，从而实现对海底管线的阴极保护状态的可靠评估。所述检测装置包括一个水上主机(1)和一个水下阴极保护电场检测装置(2)，其特征在于水上主机(1)运行边界元计算、反演程序和数据通信程序；水下阴极保护电场检测装置(2)由密封舱(21)、参比电极接插件(22)、信号电缆(23)、密封式可充电电池(24)、信号调理模块(25)、模拟量输入模块(26)和分布式电位数据采集、控制系统(27)构成；密封舱(21)舱体中安装有DIN导轨，用于固定密封式可充电电池(24)、信号调理模块(25)、模拟量输入模块(26)和低功耗分布式数据采集、控制系统(27)；密封舱(21)密封法兰用紧固螺栓与面板法兰盘紧固，面板法兰盘上设有O型槽并放有O型圈对密封舱舱体进行密封；面板法兰盘上固定有参比电极接插件(22)，参比电极测得的水下阴极保护电场信号用信号电缆(23)接入信号调理模块(25)，经信号调理模块(25)进行电气隔离、信号放大、滤波处理后送入模拟量输入模块(26)，并存储在低功耗分布式数据采集、控制系统(27)中；信号调理模块(25)、模拟量输入模块(26)和低功耗分布式数据采集、控制系统(27)由密封式可充电电池(24)进行供电；低功耗分布式数据采集、控制系统(27)上运行实时数据采集、记录程序和数据通信程序，并将数据存储在自带的物理闪存中；低功耗分布式数据采集、控制系统(27)上设有以太网网络接口和RS232串行通信接口，检测结束后可通过以太网网络接口或RS232串行通信接口与水上主机(1)进行离线数据交换，将水下检测数据备份出来进行数据反演，获得海底管线表面的保护电位和电流密度分布。
2.按照权利要求1所述海底管线阴极保护状态的非接触式检测方法及其专有装置，其特征在于所述检测方法在海底管线阴极保护电场的6个影响因素(保护层的老化状态、牺牲阳极和管体裸露表面在其所处的海泥或海水环境中的极化特性、海泥的电导率、海水的电导率、管线上海泥的覆盖厚度)的可能的参数范围内设定海底管线所处的可能状态，并应用边界元方法进行系列数值模拟试验。
3.按照权利要求1所述海底管线阴极保护状态的非接触式检测方法及其专有装置，其特征在于所述检测方法在数值模拟试验基础上确立一个完备的“阴极保护电场-影响因素数据库”。
4.按照权利要求1所述海底管线阴极保护状态的非接触式检测方法及其专有装置，其特征在于所述检测方法通过现场检测海底管线附近的电场分布，利用“海底管线阴极保护电场-影响因素数据库”进行反演，确定保护层的老化状态，同时获得海底管线表面的保护电位和保护电流密度分布。
5.按照权利要求1所述海底管线阴极保护状态的非接触式检测方法及其专有装置，其特征在于所述检测装置包括一个水上主机(1)和一个水下阴极保护电场检测装置(2)。
6.按照权利要求1所述海底管线阴极保护状态的非接触式检测方法及其专有装置，其特征在于主机(1)上运行边界元计算、反演程序和数据通信程序。
7.按照权利要求1所述海底管线阴极保护状态的非接触式检测方法及其专有装置，其特征在于所述水下阴极保护电场检测装置(2)由密封舱(21)、参比电极接插件(22)、信号电缆(23)、密封式可充电电池(24)、信号调理模块(25)、模拟量输入模块(26)和分布式数据采集、控制系统(27)构成。
8.按照权利要求1所述海底管线阴极保护状态的非接触式检测方法及其专有装置，其特征在于所述密封舱(21)采用铝合金经机械加工和硬质阳极氧化处理工艺生产。
9.按照权利要求1所述海底管线阴极保护状态的非接触式检测方法及其专有装置，其特征在于密封舱(21)舱体中安装有DIN导轨，用于固定密封式可充电电池(24)、信号调理模块(25)、模拟量输入模块(26)和低功耗分布式数据采集、控制系统(27)。
10.按照权利要求1所述海底管线阴极保护状态的非接触式检测方法及其专有装置，其特征在于所述密封舱(21)舱体前、后部密封法兰用紧固螺栓与面板法兰盘紧固，面板法兰盘上设有O型槽并放有O型圈对密封舱舱体进行密封。
11.按照权利要求1所述海底管线阴极保护状态的非接触式检测方法及其专有装置，其特征在于所述密封舱(21)两端面板法兰盘上固定有参比电极接插件(22)。
12.按照权利要求1所述海底管线阴极保护状态的非接触式检测方法及其专有装置，其特征在于所述参比电极接插件(22)的个数一般采用4个或6个，在密封舱(21)两端面板法兰盘上沿周向均匀分布各2个或3个，组成2个或3个参比电极组(两端各1个投影位置重合的参比电极构成1组)；每组参比电极的轴心连线与密封舱(21)的轴线保持平行。
13.按照权利要求1所述海底管线阴极保护状态的非接触式检测方法及其专有装置，其特征在于所述参比电极接插件(22)测得的水下阴极保护电场信号用信号电缆(23)接入信号调理模块(24)，经信号调理模块(24)进行电气隔离、信号放大、滤波处理后送入模拟量输入模块(26)，并存储在低功耗分布式数据采集、控制系统(27)中。
14.按照权利要求1所述海底管线阴极保护状态的非接触式检测方法及其专有装置，其特征是所述信号调理模块(25)、模拟量输入模块(26)和低功耗分布式数据采集、控制系统(27)由密封式可充电电池(24)进行供电；
15.按照权利要求1所述海底管线阴极保护状态的非接触式检测方法及其专有装置，其特征在于所述低功耗分布式数据采集、控制系统(27)上运行实时数据采集、记录程序和数据通信程序，进行实时数据采集并存储在自带的物理闪存中。
16.按照权利要求1所述海底管线阴极保护状态的非接触式检测方法及其专有装置，其特征在于所述低功耗分布式数据采集、控制系统(27)上设有以太网网络接口和RS232串行通信接口，检测结束后可通过以太网网络接口或RS232串行通信接口与水上主机(1)进行离线数据交换，将水下检测数据读取出来进行数据反演，获得海底管线表面的保护电位和电流密度分布。
全文摘要
本发明涉及海底管线阴极保护状态的非接触式检测方法及其专有装置，属于海洋工程技术领域。所述方法首先在海底管线阴极保护电场的影响因素的可能的参数范围内设定海底管线的状态，应用边界元方法进行系列数值模拟试验，并在此基础上确立一个完备的“阴极保护电场－影响因素数据库”；然后依托水下阴极保护电场的自主式实时数据采集系统，通过现场检测海底管线附近的电场分布，利用“阴极保护电场－影响因素数据库”反演确定海底管线表面保护层的老化状态，同时获得海底管线表面的保护电位和保护电流密度分布，从而实现对海底管线的阴极保护状态的可靠评估。本发明具有非接触式、无缆、实时检测等优点，非常适用于海底管线的阴极保护电场检测。
文档编号G08C19/00GK1940578SQ20061006970
公开日2007年4月4日 申请日期2006年7月23日 优先权日2006年7月23日
发明者李焰, 贾旭, 向斌, 鞠虹, 马瑛 申请人:中国海洋石油总公司, 中海石油研究中心, 中国科学院海洋研究所