專利名稱：變頻-選頻法測(cè)量埋地管道防腐層絕緣電阻技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測(cè)量埋地管道防腐層絕緣電阻的方法，具體地說(shuō)是提供一種利用變頻一選頻法測(cè)量上述埋地管道防腐層絕緣電阻的實(shí)用技術(shù)。
輸送石油、天然氣的埋地鋼質(zhì)管道均有外防腐絕緣層以使管道免遭腐蝕，確保安全運(yùn)行。然而，隨著時(shí)間的流逝，因光、電、水、氧，細(xì)菌等外界環(huán)境的影響及外力損傷，必然會(huì)導(dǎo)致防腐層的劣化。測(cè)量管道絕緣電阻是反映防腐層優(yōu)劣諸多因素的一個(gè)綜合性參數(shù)。若能準(zhǔn)確測(cè)得任意長(zhǎng)管段絕緣電阻數(shù)值，即可判斷出防腐層是否完好或損壞程度，從而確定更換，修補(bǔ)或大修理防腐層。以及指導(dǎo)加強(qiáng)陰極保護(hù)措施等。如用于測(cè)量新建管道還可以確保施工質(zhì)量。用于陰極保護(hù)設(shè)計(jì)，可以提高設(shè)計(jì)精度。多年來(lái)國(guó)內(nèi)外已研究了不少測(cè)量埋地管道防腐層絕緣電阻的方法，大致有以下幾種主要類型1、包復(fù)法。此法需要開挖管段，而且只能測(cè)量幾米，不能代表長(zhǎng)距離管道防腐層的質(zhì)量，因此此法局限性極大，但測(cè)量準(zhǔn)確度較高。
2、直流法。直流法是利用陰極保護(hù)電流或臨時(shí)外加直流電源，通過(guò)測(cè)量管道電位分布的變化，再利用公式計(jì)算，求出絕緣電阻。但是由于直流電流通過(guò)金屬與土壤(電解質(zhì))界面必然要產(chǎn)生極化電位，而計(jì)算絕緣電阻所需要的是直流電場(chǎng)分布電位(IR壓降)。然而，在測(cè)量管道點(diǎn)電位時(shí)這兩者是分不開的。因此，采用此法將引入電位、電流測(cè)量誤差。
3、接地電阻法。此法是用接地電阻測(cè)量?jī)x測(cè)量管道的接地電阻(等效電阻)，然后通過(guò)計(jì)算求出絕緣電阻的方法。但是該方法在實(shí)測(cè)和計(jì)算過(guò)程中都尚存在一定問(wèn)題。因此，確定準(zhǔn)確的絕緣電阻值是比較困難。上述目前采用的主要測(cè)量方法，在實(shí)施中都遇到了不可克服的引入誤差因素。為此建立一種能克服已有各種方法弊病，可準(zhǔn)確快速測(cè)量埋地管道防腐層絕緣電阻的方法，仍是一個(gè)極待需要解決的問(wèn)題。
本發(fā)明的目的是解決目前測(cè)量埋地管道防腐層絕緣電阻的方法中所存在的各種缺點(diǎn)，建立一種新的能準(zhǔn)確、快速實(shí)現(xiàn)測(cè)量的方法。即為測(cè)量埋地管道防腐層絕緣電阻提供一種新的實(shí)用性強(qiáng)的測(cè)量技術(shù)。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明在高頻信號(hào)沿埋地管線(單線-大地回路)傳輸理論基礎(chǔ)上建立了變頻-選頻法測(cè)量技術(shù)。為更好地說(shuō)明這種技術(shù)，下面簡(jiǎn)述一下這種方法建立的理論基礎(chǔ)。當(dāng)高頻電信號(hào)通過(guò)埋地管道傳輸時(shí)，可視為單線-大地回路，這是一個(gè)十分復(fù)雜的不平衡網(wǎng)絡(luò)，反映這個(gè)網(wǎng)絡(luò)特性的參數(shù)很多，而且往往是變量，經(jīng)理論推導(dǎo)可以確立以下數(shù)學(xué)模型r1=(Z1·Y1-Z2·Y2+｜Z ｜/2]]>(1)γ2＝(2/L)·1n|V0/VL/2| (2)上式中γ1傳播常數(shù)實(shí)部;γ2傳播常數(shù)虛部;Z1管道縱向阻抗實(shí)部;Z2縱向阻抗虛部;Y1管道橫向?qū)Ъ{實(shí)部;Y2橫向?qū)Ъ{虛部;｜Z｜及｜Y｜為縱向阻抗及橫向?qū)Ъ{模值;L被測(cè)管段長(zhǎng)度，Vo輸入信號(hào)電位;VL/2被測(cè)管段中點(diǎn)電位。需要求的管道絕緣電阻包含在一次參數(shù)防腐層橫向?qū)Ъ{Yi中，即Yi＝Go+ωCtgδ+jωC (3)(3)式中Go漏電流引起的電導(dǎo)稱漏電導(dǎo)，它的倒數(shù)即為漏電阻，也就是防腐層絕緣電阻Ri;ω角頻率;tgδ損耗角正切;C防腐層橫向電容。防腐層橫向電容C可以通過(guò)公式求出C＝ (2πBi)/(1n(b/a)) (4)(4)式中Bi為防腐層絕緣材料介電常數(shù)，a為金屬管外半徑，b為管道外半徑。由上述式(1)～(4)，管道防腐層絕緣電阻Ri;包含在求管道傳播常數(shù)的實(shí)部γ1中，為此當(dāng)應(yīng)用上式，如果所需其它原始參數(shù)為已知，若能測(cè)算出γ1就可以應(yīng)用式(1)(3)計(jì)算出管道防腐層絕緣電阻Ri了。關(guān)于如何現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量管道傳播常數(shù)，也是測(cè)量“單線-大地”回路的傳播常數(shù)問(wèn)題是強(qiáng)電干擾專業(yè)的問(wèn)題，至今還沒(méi)有一個(gè)簡(jiǎn)便可行的辦法。通過(guò)理論推導(dǎo)及考慮多種參數(shù)對(duì)傳播常數(shù)的影響，本發(fā)明者們提出了在滿足γ1·L＞5.3條件時(shí)(誤差＜2%)，可采用下述經(jīng)驗(yàn)公式γi＝(2/L)·1n｜Vo/VL/2｜ (5)由上式(5)可見，當(dāng)滿足γiL＞5.3的條件，即要求｜Vo/VL/2｜比大于14.15時(shí)，則不管終接阻抗為任何值，都可以用式(5)求出傳播常數(shù)的實(shí)部γi，然后通過(guò)式(1)(3)即可求出長(zhǎng)度為L(zhǎng)的管道防腐層絕緣電阻Ri的平均值。而實(shí)測(cè)中要求滿足｜Vo｜與｜VL/2｜之比大于14.15，可以用電平差表示，即兩點(diǎn)電平差大于23dB，為了滿足這個(gè)條件，可以通過(guò)改變輸入高頻信號(hào)頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)。在上述理論研究的基礎(chǔ)上提出了本發(fā)明的變頻-選頻法測(cè)量埋地管道防腐層絕緣電阻值技術(shù)。
本發(fā)明的測(cè)量埋地管道防腐層絕緣電阻的方法，其特征在于是采用變頻-選頻法進(jìn)行測(cè)量。具體地說(shuō)，在兩個(gè)相距任意段長(zhǎng)管道的兩端，一端接變頻信號(hào)源及選頻指示器，另一端接一臺(tái)選頻指示器，同時(shí)各儀器都有接地端，其接線可按附

圖1。測(cè)量時(shí)在發(fā)收兩端應(yīng)配有對(duì)講機(jī)或用其它手段進(jìn)行聯(lián)絡(luò)。所用的變頻信號(hào)源(儀器)，應(yīng)能發(fā)出0.2～100KHz段高頻信號(hào)。發(fā)、收端選頻指示器，可為結(jié)構(gòu)相同的兩臺(tái)選頻指示器，并能在與變頻信號(hào)源同樣的高頻段內(nèi)工作。測(cè)量時(shí)，開機(jī)使信號(hào)源及指示器工作，在不知道防腐絕緣狀況時(shí)，可試送10KHz左右的信號(hào)，此時(shí)通過(guò)對(duì)講機(jī)聯(lián)絡(luò)，讀出發(fā)、收兩端指示器的電平，如果電平差小于23dB時(shí)，應(yīng)增高輸入信號(hào)頻率，直至兩端指示電平差大于23dB，記錄下此時(shí)的頻率值及實(shí)測(cè)電平值。在進(jìn)行上述測(cè)量的同時(shí)，還應(yīng)按常規(guī)方法測(cè)量出和查出測(cè)算管道防腐層絕緣電阻所需其它原始參數(shù)包括金屬管道外半徑a，金屬管壁厚T，絕緣防腐層厚Ti，土壤電阻率ρ2，這些參數(shù)利用已知測(cè)量技術(shù)均可得到。金屬管材料電阻率ρ，金屬材料相對(duì)導(dǎo)磁率μr，真空介電常數(shù)Bo，絕緣材料介電常數(shù)Bi，絕緣材料損耗正切tgδ，真空導(dǎo)磁率μo，土壤介電常數(shù)Bz，這些常數(shù)或數(shù)值可以通過(guò)查表或計(jì)算求得。將上述得到的數(shù)據(jù)代入理論推導(dǎo)給出的公式中即可計(jì)算出埋地管道防腐層的絕緣電阻值。在實(shí)際計(jì)算工作，是將上述公式(及經(jīng)驗(yàn)公式)及運(yùn)算編入程序，只要將實(shí)測(cè)出的高頻信號(hào)頻率值，電平差值、土壤電阻率值送入已編程序中，應(yīng)用計(jì)算機(jī)即可求出所測(cè)部分長(zhǎng)管段的防腐層絕緣電阻的平均值。下面通過(guò)實(shí)例對(duì)本發(fā)明的方法給予進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
實(shí)例1，變頻-選頻法測(cè)量埋地管道防腐層絕緣電阻方法按附圖1的變頻-選頻法測(cè)量方法接線示意圖在相距一公里的兩個(gè)檢測(cè)椿(檢測(cè)椿有導(dǎo)線連結(jié)到管道壁)，其一端接變頻信號(hào)源及選頻指示器;另一端接一臺(tái)選頻指示器，并將各儀器接地端接好。附圖1中A為變頻信號(hào)源，B1、B2分別為發(fā)、收端選頻指示器;G為接地;B1、B2兩指示器間距為1公里。對(duì)儀器要求為變頻信號(hào)源，其數(shù)顯輸出頻率0.2～100KHz;分辯率1Hz，10Hz;不平衡輸出，低阻＜10Ω;電平輸出范圍+11dB～-45dB;0dB誤差±0.2dB。發(fā)、收選頻指示器B1和B2，其數(shù)顯輸入頻率0.2～100KHz;分辨率10Hz;輸入電平+20～-80dB;輸入阻抗10KΩ，電平測(cè)量誤差±0.2dB;選擇性3dB帶寬±10KHz;分辨率10Hz。當(dāng)按圖1接線完成后，開機(jī)使信號(hào)源及指示器工作，通過(guò)對(duì)講機(jī)聯(lián)絡(luò)，讀出收發(fā)兩端的指示電平，直至兩端指示電平差大于23dB，記錄下此時(shí)的頻率值及實(shí)測(cè)電平值。同時(shí)用四極法測(cè)量被測(cè)管段區(qū)域的土壤電阻率。將上述實(shí)測(cè)數(shù)值及已經(jīng)得到的關(guān)于金屬管道外半徑，金屬管壁厚，絕緣防腐層厚，金屬管材料電阻率，金屬材料相對(duì)導(dǎo)磁率，真空絕緣材料或土壤介電常數(shù)，絕緣材料損耗角正切值，真空導(dǎo)磁率等代入理論推導(dǎo)公式即可計(jì)算出所求的埋地管道防腐層絕緣電阻。實(shí)際運(yùn)數(shù)中是將上述可測(cè)數(shù)據(jù)均先編入程序只要將待測(cè)數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)內(nèi)即可得到絕緣電阻值。
實(shí)例2、利用變頻-選頻法實(shí)測(cè)埋地原油管道防腐層絕緣電阻利用實(shí)例1所述的變頻-選頻法實(shí)測(cè)運(yùn)行近二十年的一段30公里埋地原油管道防腐層絕緣電阻，該段管道每隔1公里有一檢測(cè)椿，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)由計(jì)算機(jī)處理得到絕緣電阻平均值其結(jié)果列于表1。作為評(píng)價(jià)管道防腐層優(yōu)劣程度按表2進(jìn)行分級(jí)，并按表2對(duì)防腐層質(zhì)量進(jìn)行分級(jí)，其結(jié)果列于表3。下述測(cè)量共進(jìn)行兩次間隔2年。
表1，埋地原油管道絕緣電阻測(cè)量結(jié)果
表2，管道防腐層優(yōu)劣分級(jí)表絕緣電阻(Ω·m2) 等級(jí)損傷程度>10000優(yōu)無(wú)2500-10000良極微小漏點(diǎn)500～2500可老化、少數(shù)破損<500劣相當(dāng)大面積損傷表3，被測(cè)防腐層質(zhì)量分級(jí)情況絕緣電阻(Ω·m2) 級(jí)別第一次測(cè)段數(shù)第二次測(cè)段數(shù)>10000優(yōu)002500～10000良910500～2500可812<500劣138在上述測(cè)量中第二次結(jié)果比第一次測(cè)得值高，這種增值結(jié)果可以認(rèn)為是合理，因?yàn)榈谝淮螠y(cè)量時(shí)發(fā)現(xiàn)了均壓線老化破損，在第二次測(cè)試前將均壓線折除，并重修了檢測(cè)椿。兩次測(cè)量數(shù)據(jù)比較，統(tǒng)計(jì)結(jié)果測(cè)量重現(xiàn)性很好占56%，重現(xiàn)性好占28%，第二次測(cè)得數(shù)據(jù)合理增大占16%。
由上述實(shí)例，本發(fā)明的測(cè)量方法具有下列突出的特點(diǎn)1、可以測(cè)量埋地連續(xù)管道上的任意長(zhǎng)度管段的防腐層絕緣電阻的平均值。所測(cè)結(jié)果不受被測(cè)管段以外的管道長(zhǎng)短，有無(wú)分支，以及防腐層質(zhì)量好壞的影響。
2、適用于不同管徑，不同金屬管，不同防腐絕緣材料的管道。
3、測(cè)量時(shí)可以不開挖管道，不影響管道正常工作狀況，不必關(guān)斷外加電流陰極保護(hù)電源。
4、測(cè)量方法簡(jiǎn)單，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確程度高，重現(xiàn)性好，數(shù)量級(jí)與短段包復(fù)法十分相符，能真實(shí)地反映管道防腐層質(zhì)量狀況。因此本發(fā)明的變頻-選頻法在測(cè)量埋地管道防腐絕緣電阻方面將有十分重要的實(shí)用價(jià)值，適于推廣應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種用于埋地管道防腐層絕緣電阻的測(cè)量方法，其特征在于是采用變頻一選頻法進(jìn)行，在兩個(gè)相距任意段長(zhǎng)管道的兩端一端接變頻信號(hào)源及選頻指示器，另一端接一選頻指示器，同時(shí)各儀器都有接地端，測(cè)量時(shí)變頻信號(hào)源發(fā)出高頻信號(hào)，讀出發(fā)收兩端指示器的電平，如果電平差小于23dB時(shí)，應(yīng)增高輸出信號(hào)頻率，直至兩端指示電平差大于23dB，記錄此時(shí)的頻率值及實(shí)測(cè)電平值；同時(shí)還應(yīng)按常規(guī)方法測(cè)量出和查出測(cè)算管道防腐層絕緣電阻所需其它原始參數(shù)；并將上述得到的數(shù)據(jù)代入理論推導(dǎo)給出的經(jīng)驗(yàn)公式中即可求出其絕緣電阻平均值。
2.按照權(quán)利要求1所述的測(cè)量方法，其特征在于在不知道埋地管道防腐絕緣狀況時(shí)，測(cè)量時(shí)變頻信號(hào)源可試送10KHZ左右的信號(hào)，再進(jìn)行測(cè)量。
3.按照權(quán)利要求1所述的測(cè)量方法，其特征在于所用的變頻信號(hào)源其數(shù)顯輸出頻率可為0.2～100KHz;發(fā)、收選頻指示器其數(shù)顯輸入頻率同樣應(yīng)為0.2～100KHz。
全文摘要
一種利用變頻-選頻法測(cè)量埋地管道防腐層絕緣電阻技術(shù)，它利用一部變頻信號(hào)源及發(fā)、收兩部選頻指示器，可以測(cè)量出相距任意段長(zhǎng)管道的實(shí)測(cè)電平值及測(cè)試頻率，再配合常規(guī)方法測(cè)量的其它數(shù)據(jù)，通過(guò)運(yùn)算可以求出埋地管道防腐層絕緣電阻平均值。該方法測(cè)量時(shí)可不開挖管道，不影響管道正常工作狀況，亦可適用于在不同管徑，不同金屬管及不同防腐絕緣材料的管道進(jìn)行測(cè)量。利用該方法進(jìn)行測(cè)量，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，重現(xiàn)性好，方法簡(jiǎn)單，適于推廣應(yīng)用。
文檔編號(hào)G01R31/14GK1071259SQ91106249
公開日1993年4月21日 申請(qǐng)日期1991年9月27日 優(yōu)先權(quán)日1991年9月27日
發(fā)明者李紹忠, 苑紹成, 姚喆, 李裕晨, 梁舉 申請(qǐng)人:東北輸油管理局, 電部第五研究所