專利名稱：埋地金屬管道防護(hù)層健康狀況診斷、預(yù)警及缺陷定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及埋地金屬管道防護(hù)層健康狀況的檢測、診斷、預(yù)警領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
埋地金屬管道防護(hù)層健康診斷技術(shù)對金屬管道的安全運(yùn)行意義重大，多年來各 國防腐工作者研究了許多種用于檢測金屬管道防護(hù)層缺陷的方法和技術(shù)，主要有向管線 輸入直流電信號或交流電信號，沿管線檢測電位、電流或磁場強(qiáng)度的變化來實(shí)現(xiàn)，常用技 術(shù)有管對地電位法(P/S)、密間隔電位測試法(CIPS)、直流電位梯度法(DCVG)、皮爾遜法 (PEARSON)、磁場法、電位差法、管內(nèi)電流法、變頻選頻法、電流梯度法等。上述檢測方法和技 術(shù)成本高、實(shí)現(xiàn)一條完整的金屬管道檢測耗時、費(fèi)力。目前，在油、氣田現(xiàn)場，絕大多數(shù)還是采用人工巡線方法，用便攜式硫酸銅參比電 極和萬用表為工具，檢測沿埋地金屬管道間隔一定距離布置的測試樁上的陰極保護(hù)電位， 以-0.85V為標(biāo)準(zhǔn)來評價(jià)金屬管道的受保護(hù)情況。這種工作方式存在以下缺點(diǎn)1)采用人 工巡線法測得的陰極保護(hù)電位，都是采用便攜式硫酸銅參比電極，工作人員責(zé)任心不強(qiáng)、專 業(yè)技術(shù)技能不同、經(jīng)驗(yàn)不同、參比電極埋設(shè)位置和深度不同，以及不同時間土壤含水率的變 化、通電點(diǎn)電位的變化、測量時間不同等等，都會造成測量得到的陰極保護(hù)電位具有較大差 異，測得結(jié)果沒有可比對性；2)埋地金屬管道是否受保護(hù)，僅以測試樁上的陰極保護(hù)電位 是否低于-0.85V為判斷依據(jù)是不科學(xué)的。事實(shí)上存在這種情況由于通電點(diǎn)電位較負(fù)， 即使兩個測試樁之間出現(xiàn)了防護(hù)層脫落，但所有測試樁上的陰極保護(hù)電位都低于-0. 85V, 因此無法發(fā)現(xiàn)管道防護(hù)層缺陷；3)陰極保護(hù)電位測量中存在測量誤差，不同的測量誤差引 入到不同管段其單位長度防護(hù)層橫向絕緣層電阻的計(jì)算誤差是不同的，簡單地由相鄰兩個 測試樁上的陰極保護(hù)電位計(jì)算得到的管段單位長度防護(hù)層橫向絕緣電阻來評價(jià)管段的防 護(hù)層健康狀況會引入很大的評價(jià)誤差，從而無法實(shí)現(xiàn)對管道防護(hù)層的健康狀況作出正確評 價(jià)；4)無法實(shí)現(xiàn)對管道防護(hù)層缺陷的定位。本發(fā)明基于埋地金屬管道陰極保護(hù)電位遙測技術(shù)，能夠消除通電點(diǎn)電位變化、不 同時段土壤水分含量不同等引起的陰極保護(hù)電位波動對管道防護(hù)層健康診斷結(jié)果的影響， 精確測量測試樁上的陰極保護(hù)電位，使測量得到的陰極保護(hù)電位具有可比對性；能夠根據(jù) 不同的儀表測量誤差對不同位置管段實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的單位長度防護(hù)層橫向絕緣電阻的可靠評 定；并在現(xiàn)有管道運(yùn)行條件下無需開挖施工，根據(jù)測試樁的歷史和當(dāng)前陰極保護(hù)電位測量 值，實(shí)現(xiàn)對管道防護(hù)層的安全預(yù)警和缺陷位置的定位。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一套埋地金屬管道陰極保護(hù)電位精確測量方法、單位長 度防護(hù)層橫向絕緣電阻可靠評估方法、防護(hù)層安全預(yù)警和缺陷定位方法。本發(fā)明采用的技術(shù)方案采用基于GPRS無線通信技術(shù)的埋地金屬管道陰極保護(hù) 電位無線遙測系統(tǒng)，監(jiān)控機(jī)采用固定IP的ADSL網(wǎng)絡(luò)通信。采用長效硫酸銅參比電極，固定埋設(shè)在測試樁旁邊，以保證每次測量結(jié)果具有相同的參考?，F(xiàn)場儀表采用電池供電，軟硬件 采用低功耗設(shè)計(jì)，保證系統(tǒng)的可實(shí)現(xiàn)性和長期運(yùn)行。埋地金屬管道陰極保護(hù)電位的測量由微功耗單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。測試樁上的金屬片與A/ D轉(zhuǎn)換器的輸入端連接，埋地金屬管道陰極保護(hù)電位采集模塊的“地”與長效硫酸銅參比電 極相連。在上述技術(shù)基礎(chǔ)上，本發(fā)明包含以下內(nèi)容1管道陰極保護(hù)電位精確測量與儀表微功耗實(shí)現(xiàn)方法管道的陰極保護(hù)電位在24小時內(nèi)呈現(xiàn)不規(guī)律的波動，其原因是多方面的，如通電 點(diǎn)電位的變化，土壤層水分的變化、降雨等。為了精確測量對應(yīng)測試樁的陰極保護(hù)電位并實(shí) 現(xiàn)測量儀表的微功耗，采用如下方法確定N天為管道防護(hù)層健康診斷周期；電位測量儀表每天采樣24次，即每小時采 樣一次，其余時間儀表處于睡眠狀態(tài)，無線通信模塊斷電；定時時間1小時到，每個管道陰 極保護(hù)電位采集模塊周期采樣對應(yīng)測試樁上的陰極保護(hù)電位256次(采樣周期0. 1秒)，將 采樣值平均后存于內(nèi)存單元廣天24小時重復(fù)上述過程24次，24小時采樣結(jié)果的均值作 為當(dāng)天的測量結(jié)果。N天24*N次采樣結(jié)果的均值作為本次診斷周期的評判依據(jù)。采用這種 數(shù)據(jù)采樣和處理方法，可以最大限度地逼近所在位置埋地金屬管道的陰極保護(hù)電位，消除 外部因素引起的各種干擾，保證每次測量的結(jié)果具有很高的可靠性和比對性。同時，到達(dá)數(shù) 據(jù)無線發(fā)送時刻后，由電位測量儀表的微處理器控制打開無線通信模塊的電源，進(jìn)行無線 數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)通信結(jié)束，重新關(guān)閉無線通信模塊的供電電源，以此實(shí)現(xiàn)電位測量儀表的微 功耗目的。2管道防護(hù)層橫向絕緣電阻的可靠評價(jià)假定通電點(diǎn)距1#、2#、3#、4#……N#測試樁的距離分別為L” L2，L3，L4……LN ；通電點(diǎn) 到各個測試樁的平均衰減系數(shù)依次為a工、a 2、a 3、a 4……a N，相應(yīng)的通電點(diǎn)到各個測試樁 的單位長度橫向絕緣電阻分別為Ri、R2、R3、R4……Rn ；通電點(diǎn)到1#測試樁、1#測試樁到2#測 試樁、2#測試樁到3#測試樁……化1#測試樁到#測試樁的平均衰減系數(shù)分別為3”旦2、 旦3、日4……^^，相鄰測試樁之間的單位長度橫向絕緣電阻分別為禮^隊(duì)^&^民,‘……Rn, 將第i個測試樁的陰極保護(hù)電位測量值代入極化電位衰減公式叫)二f C0Sh[ ,(Z-i,)](1)可以得到通電點(diǎn)到第i個測試樁的電位衰減系數(shù)a ,，根據(jù)公式⑵得到通電點(diǎn)到第i個測試樁的單位長度防護(hù)層橫向絕緣電阻Ri，由于通電點(diǎn)到第i個測試樁的單位長度防護(hù)層橫向絕緣電阻氏和第i個測試樁 到第i+1個測試樁的單位長度防護(hù)層橫向絕緣電阻氏,i+1并聯(lián)得到通電點(diǎn)到第i+1個測試 樁的單位長度防護(hù)層橫向絕緣電阻Ri+1，由此可以計(jì)算得到任意兩個相鄰測試樁之間的單 位長度防護(hù)層橫向絕緣電阻 根據(jù)單位長度防護(hù)層橫向絕緣電阻Ri,i+1和表1可以評價(jià)管道防護(hù)層的健康狀況。表1中國管道外防腐層絕緣電阻值的評價(jià)指標(biāo)

但是，由于儀表不可避免地帶有測量誤差，因此根據(jù)各個測試樁的陰極保護(hù)電位 和其距通電點(diǎn)的距離計(jì)算得到的相鄰測試樁之間的單位長度防護(hù)層橫向絕緣電阻Ri, i+1并 不是準(zhǔn)確的值，其隨著距通電點(diǎn)距離的不同、防護(hù)層本身絕緣電阻的不同，帶有不同的誤差。假定管道通電點(diǎn)電位為-1. 223V，管道全長4公里，各個測試樁距離通電點(diǎn)的距離 L1, L2, L3, L4分別為1、2、3、4公里，各個管段的防護(hù)層絕緣電阻Rtl^ R1,2、R2,3、R3,4分別都為 11000 Ω m2，根據(jù)公式(4)
Γ n r>Ri ‘ RiJ+l ‘ A+1^ Λ \Rm = —~~—(4)
Ki，M’Li+Ki-、LM-Li)可以計(jì)算出通電點(diǎn)到各個測試樁的單位長度防護(hù)層橫向絕緣電阻，進(jìn)而可以計(jì)算 出通電點(diǎn)到各個測試樁的平均衰減系數(shù)αι、α2、α3、α4……α Ν，最后根據(jù)公式⑴可以計(jì) 算出各個測試樁的陰極保護(hù)電位分別為-1. 2230V，-1. 2131V，-1. 2061V,-1. 2019V，-1. 2005 V。如果相鄰測試樁之間管段的防護(hù)層絕緣電阻在10000 Ω m2，5000 Ω m2，3000 Ω m2和 1000 Ωm2四個值之間隨機(jī)變化，則四段管道的防護(hù)層絕緣電阻共有256種變化可能。在通 電點(diǎn)恒電位儀電位恒定在-1. 223V不變的前提下，隨著相鄰測試樁之間管段的防護(hù)層絕緣 電阻的變化，各個測試樁上的陰極保護(hù)電位必定會發(fā)生變化。由于儀表存在測量誤差，假定 測量誤差最大為士0. lmV，根據(jù)公式(3)計(jì)算得到的各段管道的單位長度防護(hù)層絕緣電阻 與實(shí)際防護(hù)層橫向絕緣電阻之間誤差極值如表2所示。表2不同的單位長度防護(hù)層橫向絕緣電阻在不同管段的測量誤差極值單位Ωπι2 由表可見不同的防護(hù)層橫向絕緣電阻在不同管段(距通電點(diǎn)距離不同)其測量 誤差是不同的，距離通電點(diǎn)距離越遠(yuǎn)，誤差越大；單位長度防護(hù)層橫向絕緣電阻越大，測量 誤差越大，單位長度防護(hù)層橫向絕緣電阻越小，誤差越小。由于測量誤差的存在，原本防護(hù) 層質(zhì)量為一般的，可能評定為差，也可能評定為良好。針對管道防護(hù)層質(zhì)量評定中存在的上述問題，本發(fā)明提出如下評價(jià)方法1.精確測量管道通電點(diǎn)電位Etl，確定沿管道各個測試樁距通電點(diǎn)的距離L1, L2, L3, L4……Ln，測量管道沿線各個測試樁上的陰極保護(hù)電位E(Li)；2.根據(jù)Etl和L1, L2, L3, L4……LN，以及儀表的測量誤差，計(jì)算表2中4種單位長 度防護(hù)層橫向絕緣電阻在不同管段的測量誤差土 。其中，R取值10000 Ωm2，5000 Ωm2， 3000 Ω m2 和 1000 Ω m2 四種；3.根據(jù)公式⑴和實(shí)測通電點(diǎn)電位、各個測試樁的陰極保護(hù)電位及其距通電點(diǎn)的 距離，計(jì)算通電點(diǎn)到各個測試樁的電位衰減系數(shù)α i ；4.根據(jù)公式(2)計(jì)算通電點(diǎn)到各個測試樁的單位長度防護(hù)層橫向絕緣電阻Ri ；5.根據(jù)公式(3)計(jì)算相鄰測試樁之間的單位長度防護(hù)層橫向絕緣電阻Rim,N ；6.根據(jù)IV1,,和土 AR^1，評價(jià)管段防護(hù)層的健康狀況防護(hù)層狀態(tài)優(yōu)絕緣電阻大于等于ΙΟΟΟΟ+Δ/^ ^Ωπ 2;防護(hù)層狀態(tài)優(yōu)與良之間絕緣電阻介于10000-Δ<^Ωηι’Π10000+Δ<° 7Ωηι^ 間；防護(hù)層狀態(tài)良絕緣電阻介于5000+Μ^Ωιη2和IOOOO-Ai^ilieQm2之間；防護(hù)層狀態(tài)良與中之間絕緣電阻介于5000-Δ7 ,^Ωπι2和δΟΟΟ+ΔΛ^Ωιη2之 間；防護(hù)層狀態(tài)中絕緣電阻介于3000+Ai^fQm2和SOOO-Ai ,5^Qm2;防護(hù)層狀態(tài)中與差之間絕緣電阻介于3000-Ai ;^Qm2和SOOO+Ai^fQm2;防護(hù)層狀態(tài)差絕緣電阻介于1000+ΔΤ ^Ωιη2和3000-Δ7 ^Ωηι2;防護(hù)層狀態(tài)差與劣之間絕緣電阻介于1000-Mf10Om2和1000+防護(hù)層狀態(tài)劣絕緣電阻小于1000-Δ<°^Ωιη23管道防護(hù)層安全預(yù)警及缺陷定位假定前一次管道陰極保護(hù)電位測量結(jié)果為EP01d[i]，i = 1……N, i為管道測試樁樁號，N為距管道通電點(diǎn)最遠(yuǎn)測試樁的樁號；最新一次管道陰極保護(hù)電位測量結(jié)果為 EPNew[i] ；L[i]為各個測試樁距管道通電點(diǎn)的距離。管道防護(hù)層安全預(yù)警及缺陷定位方法如下1)計(jì)算新舊兩次管道陰極保護(hù)電位測量值的差deltaE[i] = EP01d[i]-EPNew[i]；2)判斷哪個測試樁電位下降最大(1)如果是1#測試樁陰極保護(hù)電位下降最大且大于閾值，則1#和2#測試樁之間 管段一定程度上出現(xiàn)了防護(hù)層缺陷，缺陷位置在1#和2#測試樁之間，記errl = 1 ；err2 = 2 ；El = deltaE[l] ；E2 = deltaE[2]；LI = L[l] ；L2 = L[2]；(2)如果是#測試樁陰極保護(hù)電位下降最大(N#樁為管道末尾)，且大于閾值，則 N-l#和N#樁之間管段一定程度上出現(xiàn)了防護(hù)層缺陷，缺陷位置在N-l#和N#樁之間，記errl = N-1 ；err2 = N ；El = deltaE[N_l] ；E2 = deltaE [N]；LI = L[N-1] ；L2 = L[N]；(3)否則，如果deltaE[i+1] > deltaE[i]，則管道缺陷發(fā)生在第i#樁和第(i+l)# 樁之間管段，記errl = i ；err2 = i+1 ；El = deltaE [i] ；E2 = deltaE [i+1]；LI = L[i] ；L2 = L[i+1]；否則，第(i_l)#樁和第i#樁之間管段一定程度上出現(xiàn)了防護(hù)層缺陷，缺陷位置在 第(i_l)#樁和第i#樁之間，記errl = i_l ；err2 = i ；El = deltaE [i-1] ；E2 = deltaE [i]；LI = L[i-1] ;L2 = L[i];3)定位，err [1] = errl ；err [2] = err2 ；err[l]和 err [2]為管道防護(hù)層缺陷預(yù) 警管段對應(yīng)的測試樁樁號；記tempE = E1+E2 ；tempE為兩相鄰測試樁的電位變化累加和tempL = L2-L1 ；tempL為相鄰測試樁之間的距離如果(El < E2)，則 maxE = E2 ；Location = tempL*maxE/tempE ；否則 maxE = El ；Location = tempL*maxE/tempE ；Location 即為距缺陷管段前一號樁的距離。本發(fā)明具有如下有益效果本發(fā)明可以為管道安全檢測人員提供一項(xiàng)埋地金屬管道防護(hù)層健康狀況診斷、管 道防護(hù)層安全預(yù)警和缺陷定位的方法，并且實(shí)現(xiàn)了埋地金屬管道陰極保護(hù)電位的低功耗無 線遙測。
本發(fā)明可以實(shí)時掌握埋地金屬管道防護(hù)層健康狀況的動態(tài)變化，為檢測部門提供 埋地金屬管道防護(hù)層健康診斷的方法、管道防護(hù)層安全預(yù)警和缺陷定位方法，并對缺陷類 型做出危害等級的可靠評估，便于職能部門及時采取措施，減少損失。管段不同、單位長度防護(hù)層橫向絕緣電阻不同，由帶電位測量誤差的電位檢測儀 表引入的單位長度防護(hù)層橫向絕緣電阻計(jì)算誤差不同，針對這一現(xiàn)狀，本發(fā)明提出了消 除電位檢測儀表引入的計(jì)算誤差的評價(jià)方法。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)管道防護(hù)層健康狀態(tài)的無線監(jiān)測，在不需大量施工情況下，既能實(shí)現(xiàn) 防護(hù)層健康診斷，又能實(shí)現(xiàn)管道的安全預(yù)警和缺陷定位，且成本低?？梢蕴岣吖ぷ餍?，減 輕工作人員野外勞動強(qiáng)度。


圖1埋地金屬管道各個測試樁陰極保護(hù)電位、距通電點(diǎn)距離、平均衰減系數(shù)和單 位長度防護(hù)層橫向絕緣電阻關(guān)系曲線圖。圖2埋地金屬管道防護(hù)層健康狀況診斷系統(tǒng)框圖。圖中編號1電位采集模塊，2長效硫酸銅參比電極，3 GPRS模塊，4 ADSL modem, 5 監(jiān)控計(jì)算機(jī)圖3埋地金屬管道陰極保護(hù)電位采集儀表電路原理圖。21——信號調(diào)理模塊；30——MSP430F149單片機(jī)；31——單片機(jī)內(nèi)部12位A/D ；32——單片機(jī)內(nèi)部UART;33——單片機(jī)內(nèi)部CPU;34——單片機(jī)內(nèi)部10控制端
n ；41--RS-232接口 ；51——光耦繼電器AQV101 ；61——6V鉛酸電池；71——DC/
DC模塊
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的技術(shù)路線是在管道沿線各個測試樁安裝低功耗電位采集儀表，電位采 集儀表檢測管道各個測試樁的陰極保護(hù)電位，通過GPRS無線發(fā)送模塊將電位值、管道信 息、樁號傳輸給監(jiān)控計(jì)算機(jī)，并存入數(shù)據(jù)庫。監(jiān)控軟件根據(jù)各個測試樁上的陰極保護(hù)電位和 其距通電點(diǎn)的距離，評價(jià)各段管道防護(hù)層的健康狀況，并根據(jù)各個測試樁前后兩次電位測 量結(jié)果的差(電位下降值)中的極大值是否大于閾值，決定是否發(fā)出管段安全預(yù)警并實(shí)現(xiàn) 管道缺陷的定位。參閱圖2，埋地金屬管道防護(hù)層健康狀況診斷系統(tǒng)由陰極保護(hù)電位采集儀表1、長 效硫酸銅參比電極2、GPRS無線發(fā)送模塊3、監(jiān)控計(jì)算機(jī)5、ADSL Modem 4和監(jiān)控軟件組成。 監(jiān)控軟件包括埋地金屬管道防護(hù)層健康狀況診斷、管段預(yù)警、缺陷定位等功能。電位采集儀表主要考慮系統(tǒng)功耗、采樣精度、數(shù)據(jù)通信方式。參閱圖3，電位采集 儀表采用6V，24Ah的鉛酸電池61供電。由MSP430F149超低功耗單片機(jī)作為微處理器30， 工作電壓3. 3V由DC/DC模塊71提供，其內(nèi)嵌12位采樣分辨率的A/D模塊31 ；平時單片機(jī) 處于睡眠狀態(tài)，以節(jié)省電能，只有到采樣時刻才被喚醒。采用光電耦合開關(guān)AQV10151作為GPRS模塊的供電電源開關(guān)，平時不給GPRS模塊供電，以節(jié)省電能，當(dāng)需要發(fā)送數(shù)據(jù)時由微 處理器的CPU 33通過內(nèi)部I/O端口 34控制光電耦合開關(guān)AQV10151給GPRS模塊3供電， 同時通過內(nèi)部UART 32把數(shù)據(jù)經(jīng)外部RS-232接口電路41送給GPRS模塊3 ；參比電極2采 用長效硫酸銅參比電極，連接管道陰極保護(hù)電位采集模塊的“地”端，為陰極保護(hù)電位的測 量提供“地”基準(zhǔn)；其長期埋設(shè)在固定位置和固定深度，可以保證每次測量得到的電位可靠、 真實(shí)，具有可比性。GPRS無線發(fā)送模塊3采用深圳倚天科技開發(fā)公司的ETPro-221 Ai DTU 模塊。1.管道陰極保護(hù)電位精確測量及儀表低功耗實(shí)現(xiàn)方法步驟1. 1 確定1天為管道防護(hù)層健康狀況診斷周期；步驟1. 2 :MSP430F149超低功耗單片機(jī)采用32768kHz晶振，平時處于睡眠中，定時 喚醒周期為1秒；步驟1. 3 定時1秒到，累加器加1 ；累加60次，即定時1小時到。以0. 1秒為采樣 周期，連續(xù)采樣256次，平均值存于數(shù)組元素為24的數(shù)組M中；步驟1. 4 一天24小時重復(fù)步驟1. 3共24次，24次采樣結(jié)果的均值作為本診斷周 期的測量結(jié)果；步驟1. 5 單片機(jī)控制光耦繼電器閉合，使供電電池給GPRS模塊供電，經(jīng)過50秒 延時后，將采樣結(jié)果、管道信息、樁號通過串行接口發(fā)送給GPRS模塊，最后由GPRS模塊無線 發(fā)送，經(jīng)由ADSL傳送給監(jiān)控機(jī)；步驟1. 6 關(guān)斷GPRS模塊電源，微處理進(jìn)入睡眠，回到步驟1. 3，重復(fù)步驟1. 3-1. 52.管道單位長度防護(hù)層橫向絕緣電阻的可靠評價(jià)方法。步驟2. 1 確定電位檢測儀表的測量誤差為士0. lmV ；步驟2.2 確定通電點(diǎn)電位為1.2368V，各個測試樁距通電點(diǎn)距離分別為1.0、 2. 0,3. 0,5. 0km。計(jì)算不同的單位長度防護(hù)層橫向絕緣電阻在不同管段的測量誤差極值，如 表3所示。表3不同的單位長度防護(hù)層橫向絕緣電阻在不同管段的測量誤差單位Qm2 步驟2. 3 實(shí)測各個測試樁的陰極保護(hù)電位為1. 0332V、0. 9162V、0. 8696V、 0. 8308V。根據(jù)通電點(diǎn)電位1. 2368V和各個測試樁距通電點(diǎn)的距離1. 0km、2. 0km、3. 0km、和 5. 0km，計(jì)算得到各段管道的單位長度防護(hù)層橫向絕緣電阻分別為480.3Qm2、642.7Qm2、 1029. 5 Qm2和820. 0 Qm2。依據(jù)表3和表1可以判斷通電點(diǎn)至1#測試樁管段、1#測試樁至 2#測試樁管段、3#測試樁至4#測試樁管段防護(hù)層都處于劣狀態(tài)，2s測試樁至3#測試樁管段防護(hù)層處于差狀態(tài)。3.管道防護(hù)層建康狀況預(yù)警及缺陷定位方法。確定通電點(diǎn)電位為1.2364V，各個測試樁距通電點(diǎn)距離分別為1.0km,2. 0km, 3. 0km、5. 0km。上次四個測試樁的陰極保護(hù)電位實(shí)測結(jié)果分別為1. 2368V、1. 0329V、0. 9196V、 0. 8726V、0. 8403V ；本次四個測試樁的陰極保護(hù)電位實(shí)測結(jié)果分別為1. 2368VU. 0332V、
0.9162V、0. 8696V、0. 8308V ；選取閾值為0. 005V ；每個測試樁前后電位差分別為_0. 3mV、 3. 4mV、3. OmV和9. 5mV。其中，5#測試樁對應(yīng)的陰極保護(hù)電位下降最大，且大于閾值0. 005V, 則4#和5#測試樁之間管段一定程度上出現(xiàn)了防護(hù)層缺陷，缺陷位置在4#和5#測試樁之間。 兩相鄰測試樁4#和5#測試樁的電位變化累加為12. 5mV，兩相鄰測試樁之間的距離tempL 為2km，根據(jù)缺陷定位公式Location = tempL*maxE/tempE,得出缺陷位置為距4#測試樁
1.52km處(實(shí)際缺陷位置與之相符)。
權(quán)利要求
一種埋地金屬管道陰極保護(hù)電位精確測量方法，其特征在于，包括下列步驟確定N天為管道防護(hù)層健康診斷周期，電位測量儀表每天采樣24次，即每小時采樣一次，其余時間儀表處于睡眠狀態(tài)，無線通信模塊斷電；定時時間1小時到，每個管道陰極保護(hù)電位采集模塊周期地采樣對應(yīng)的測試樁上的陰極保護(hù)電位256次(采樣周期0.1秒)，將采樣值平均后存于內(nèi)存單元；一天24小時重復(fù)上述過程24次，24小時采樣結(jié)果的均值作為當(dāng)天的測量結(jié)果；N天24*N次采樣結(jié)果的均值作為本次陰極保護(hù)電位的測量結(jié)果。
2.—種電位測量儀表微功耗的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，包括下列步驟電位測量儀表在非采樣期間處于睡眠狀態(tài)，無線通信模塊在非通信期間處于斷電狀 態(tài)；由電位測量儀表的微處理器控制無線通信模塊的電源，當(dāng)需要進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時，打開無 線通信模塊的電源，數(shù)據(jù)通信結(jié)束后，關(guān)閉無線通信模塊的電源，同時儀表進(jìn)入睡眠狀態(tài)， 以此實(shí)現(xiàn)電位測量儀表的微功耗。
3.—種埋地金屬管道防護(hù)層質(zhì)量評價(jià)方法其特征在于，包括下列步驟(1)精確測量管道通電點(diǎn)電位Etl，確定沿管道各個測試樁距通電點(diǎn)的距離L1,L2, L3, L4……Ln，測量管道沿線各個測試樁上的陰極保護(hù)電位E(Li)；(2)根據(jù)Etl和L1,L2, L3, L4……Ln，以及儀表的測量誤差，計(jì)算表2中4種防護(hù)層橫向 絕緣電阻在不同管段的測量誤差其中，R取值10000 Ω m2，5000 Ω m2，3000 Ω m2和 1000 Ω m2 四種；(3)根據(jù)公式⑴和實(shí)測通電點(diǎn)電位Etl、各個測試樁的陰極保護(hù)電位E(Li)及其距通電 點(diǎn)的距離L1, L2, L3, L4……LN，計(jì)算通電點(diǎn)到各個測試樁的電位衰減系數(shù)α ,；E(Li)= ^ cosh[ ,(Z-I,)](1)COSaiaiL)(4)根據(jù)公式(2)Ri=^r(2)α,計(jì)算通電點(diǎn)到各個測試樁的單位長度防護(hù)層橫向絕緣電阻Ri ；(5)根據(jù)公式(3)、+1 二(m)(3)Ri · lM 一 代+1 ‘ L1計(jì)算相鄰測試樁之間的單位長度防護(hù)層橫向絕緣電阻Rn-U ；(6)根據(jù)Rn-U和±^Rtl,,，評價(jià)管段防護(hù)層的健康狀況防護(hù)層狀態(tài)優(yōu)絕緣電阻大于等于10000+Ai^1TjΩιη2;防護(hù)層狀態(tài)優(yōu)與良之間絕緣電阻介于10000-M,1!^Ωπι2和10000+Ai^=Qm2之間；防護(hù)層狀態(tài)良絕緣電阻介于5000+八尺501°；^ 12和10000^<°17^1112之間；防護(hù)層狀態(tài)良與中之間絕緣電阻介于SOOO-M=Qm2和5000+Ai ,5^Qm2之間；防護(hù)層狀態(tài)中絕緣電阻介于3000+Δ7 ,3^Qm2和SOOO-Ai^fQm2;防護(hù)層狀態(tài)中與差之間絕緣電阻介于βΟΟΟ-Μ^Ωιη2和SOOO+Ai^^m2;防護(hù)層狀態(tài)差絕緣電阻介于1000+Ai ,1^Qm2和3000-防護(hù)層狀態(tài)差與劣之間絕緣電阻介于1000-Ai ,L= Dm2和1000+Ait=; 防護(hù)層狀態(tài)劣絕緣電阻小于ΙΟΟΟ-ΔΤ^^Ωηι2。
4.埋地金屬管道防護(hù)層安全預(yù)警及缺陷定位方法，其特征在于，包括下列步驟 假定前一次管道陰極保護(hù)電位測量結(jié)果為EP01d[i]，i = 1……N，i為管道測試 樁樁號，N為距管道通電點(diǎn)最遠(yuǎn)測試樁的樁號；最新一次管道陰極保護(hù)電位測量結(jié)果為 EPNew[i] ；L[i]為各個測試樁距管道通電點(diǎn)的距離；1)計(jì)算新舊兩次管道陰極保護(hù)電位測量值的差 deltaE[i] = EPOld[i]-EPNew[i]；2)判斷哪個測試樁電位下降最大a.如果是1#測試樁陰極保護(hù)電位下降最大且大于閾值，則1#和2#測試樁之間管段一 定程度上出現(xiàn)了防護(hù)層缺陷，缺陷位置在1#和2#測試樁之間，記errl = 1；err2 = 2；El = deltaE[l] ；E2 = deltaE[2]；Ll = L[l] ；L2 = L[2]；b.如果是#測試樁陰極保護(hù)電位下降最大(N#樁為管道末尾)，且大于閾值，則N-Is和 Nfl樁之間管段一定程度上出現(xiàn)了防護(hù)層缺陷，缺陷位置在N-Is和Ns樁之間，記errl = N-I ；err2 = N ；El = deltaE[N-1] ；E2 = deltaE[N]；Ll = L[N-1] ；L2 = L [N]；c.否則，如果deltaE[i+l]> deltaE[i]，則管道缺陷發(fā)生在第i#樁和第(i+l)#樁之 間管段，記errl = i ；err2 = i+1 ；El = deltaE[i] ；E2 = deltaE[i+l]；Ll = L[i] ；L2 = L[i+1]；否則，第(i_l)#樁和第1#樁之間管段一定程度上出現(xiàn)了防護(hù)層缺陷，缺陷位置在第 (i_l)#樁和第i#樁之間，記 errl = i_l ； err2 = i ；El = deltaE[i-l] ；E2 = deltaE[i]； Ll = L[i-1] ；L2 = L[i]；3)定位，err[1] = errl ；err [2] = err2 ；err[l]和err [2]為管道防護(hù)層缺陷預(yù)警管 段對應(yīng)的測試樁樁號；記tempE = E1+E2 ；tempE為兩相鄰測試樁的電位變化累加和； tempL = L2-L1 ；tempL為相鄰測試樁之間的距離； 如果(El < E2),貝U maxE = E2 ；Location = tempL*maxE/tempE ； 否貝U maxE = El ；Location = tempL*maxE/tempE ；Location即為距缺陷管段前一號樁的距離。
全文摘要
本發(fā)明涉及埋地金屬管道防護(hù)層的健康狀況診斷、預(yù)警及缺陷定位方法，包括埋地金屬管道陰極保護(hù)電位精確測量方法、單位長度防護(hù)層橫向絕緣電阻可靠評估方法、防護(hù)層安全預(yù)警及缺陷定位方法、以及測量儀表微功耗的實(shí)現(xiàn)方法，提出一套埋地金屬管道防護(hù)層質(zhì)量評價(jià)方法。
文檔編號G01R19/00GK101865944SQ20101018949
公開日2010年10月20日 申請日期2010年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月2日
發(fā)明者林偉國, 鄭志受 申請人:北京化工大學(xué)