埋地金属管道安全保护方法技术

一种埋地金属管道安全保护方法，建立以保护管道绝缘良好为目标的埋地管道安全保护准则，阴极保护作为防护的辅助方法，管道划分成独立检测保护区间，安装能够以恒定直流电流或电压输出、也能够以直流脉冲方式输出、还能够在整个保护区内建立一个监测网络、实现以检测电流为特征的实时阴极保护监测系统，通过设立系统内的统一检测电位参考点，检测点或区间的管道电位，发现绝缘层漏电就根据欧姆定律、戴维南定理、基尔霍夫定律具体位置，实现了管道内部损坏与应力危险预警，根据同步综合电流检测方法实现了杂散电流检测预警，分辨出漏电部位杂散电流腐蚀与原电池腐蚀性质的差异以及腐蚀被抑制的程度，提出了管道不再大修的及时修补法。

【技术实现步骤摘要】

：本专利技术属于管道安全
，尤其涉及到一种埋地金属管道安全保护方法。
技术介绍
：埋地金属管道采用阴极保护防止腐蚀如今是公知的技术。自从1833年法拉第发现了金属腐蚀量与腐蚀电流之间的相互关系，也就是我们熟知的法拉第第一定律，1834年英国学者汉·戴维先生首次在军舰上采用阴极保护的方法，1928年美国罗伯特·J.柯恩(Kuhn)在新奥尔良的一条长距离输气管道上安装了第一套阴极保护装置，并且提出了0.85v的电位保护准则，从而为埋地金属管道阴极保护的现代技术打下了基础以来，阴极保护技术在金属管道腐蚀防护领域得到广泛应用。现有的埋地金属管道安全保护方法中，首先是将管道与大地绝缘，对于绝缘无法达到要求的部位，一般都采用阴极保护，它们分别是牺牲阳极保护、直流恒电位仪和脉冲恒电位仪或者是它们组合的方法。目前，国内外阴极保护标准均要求被保护的管道必须具有良好的纵向导电连续性，且对于非焊接连接的管道接头应增设金属导线跨接。基于这种思想，工程师们就自然而然地按照管道“电连续”规则配置油气长输管道的阴极保护系统。世界著名管道(例如，美国的阿拉斯加管道、芬兰油气管道、俄罗斯油气管道、中俄油气管道、中国的西气东输管道一线、二线和三线天然气管道等)都是整条“电连续”管道。每个阴极保护场站均安装一套直流恒电位仪，阴极保护场站进出管道均安装电绝缘法兰，靠近管道侧的电绝缘法兰需通过金属导线跨接并连接到直流恒电位仪的阴极，因此，整条管道是电连续的。电连续管道过长的“负面”累积效应是：当有磁暴发生时或有外来交直流杂散电流干扰时，由于整条管道的累积效应，杂散电流干扰管地电位随着管道长度的增加而累积增加。整条管道的杂散电流干扰信号相互叠加“耦合”，使一段电连续管道的干扰管/地电位分布两端电压极性相反，幅值最大且接近相等，这种电压通过大地电解质构成回路，使长距离管道某两点大电流进入和流出，造成管道一端析出氢气破坏防腐层的同时形成管道氢脆，为此后给管道带来更大的腐蚀破坏打下了基础；而另一端则因为大电流进入电解质而使管道快速腐蚀。为了检测管道阴极保护是否有效，国内外几乎毫无例外的在管道沿程布置若干个检测桩，采用在检测点设置埋地参比电极，在管道上引出检测导线，在阴极保护通电和断电不同状态下检测该导线与参比电极的管/地电位，以管/地电位的高低作为判断管道保护水平的准则，比如标准规定的在饱和硫酸铜参比电极下-0.85伏到-1.2伏为合理保护区。这样做的结果是可以很清楚的看出检测点管道的保护状态，但是，经常有检测结果证明保护很好的数据而管道腐蚀却很严重，很多情况下把它简单的归结为地下杂散电流腐蚀，而杂散电流腐蚀的来龙去脉又很难分清。虽然管道上也有少部分检测电流的检测桩，而这有限时间个别点的电流数据并不能描绘出实时变化不确定的管道整体电流进出的真实情况，也无法作为判断管道保护状态的权威依据，阴极保护状态下管道局部腐蚀很严重成了业内亟须解决的难题。现有技术以大地参比电极检测的管/地电位差异很大，这里至少有两个问题，第一个问题是采集的电位数据不同步，由于受到杂散电流影响的管/地电位是时刻变化的，不同步采集的数据无法反应杂散电流影响的真实情况。另一个如果大地电位是零，则根据管道不同点之间电位差和管道电阻计算他们之间的巨大电流根本与事实不符。如果以某一点为参考，大地电位是不同的，尽管这种差别一般只在数百毫伏以内，而这数百毫伏对管道阴极保护要求的、在饱和硫酸铜参比电极下0.35伏(-0.85伏到-1.2伏)压差波动的电位变化区间来说，已经严重影响管道的阴极保护状态的正确判断。所以，以大地为参考测量管/地电位作为准则判断管道保护状态的条件至少是不够充分的。从本质上看，以管道为阴极，当给管道所在位置的大地外加电压大于原电池电压时，原电池就处于抑制状态不再发挥作用，腐蚀就应该停止，而现有的管/地电位检测方法无法检测到原电池的影响状态，当然也就不能清楚地知道管道的腐蚀状态，尤其是恒电位仪仅以个别反馈点电位来调节保护输出，就更不可能发现其他点保护状态，发现其他点电位超过保护区后，为了防止腐蚀往往将阴极保护系统电压拉得更低，由于检测周期长和检测数据代表性差，发现管道保护电压不合理时已经是很久以前早已发生的漏电腐蚀事件，拉低电压的必然结果是，降低管/地保护电位使原来发现部位的局部腐蚀停止了，又有新的部分管道因过保护而析氢，造成新的管道氢脆和防腐层脱落，形成新的破坏点，然后再去调整保护电位，造成恶性循环，致使管道腐蚀点越来越多，阴极保护设备输出功率越来越大，终因功率有限不能继续工作，管道开始加速腐蚀报废的进程。由于现有电位检测方式无法及时发现腐蚀点，为了管道安全，必须另外按一定周期进行专门的腐蚀检测，对腐蚀严重的部分开挖修补，而管道腐蚀不严重的地方难于及时发现，只能任其继续腐蚀，结果是越修补管道腐蚀点越多，最后腐蚀点逐步增多到使管道终于失去修补价值。可见，埋地金属管道这种保护与腐蚀严重后再修补维护方法一是不能很好地保护管道，二是周期性检测修补浪费大量资金人力的同时最终还是导致管道百孔千疮泄漏事故不断增多而过早报废。
技术实现思路
：本专利技术就是针对上述现有技术的不足和人们的需求提出来的。埋地金属管道寿命主要是由腐蚀速度决定的，腐蚀绝大部分来源于绝缘层损坏漏电后接触电解质形成原电池造成的电化学腐蚀和杂散电流腐蚀。一条埋地金属管道会有无穷多不同程度的绝缘层损坏漏电点，就有可能形成无穷多的腐蚀原电池，这些腐蚀原电池的回路长短、距离远近、阻抗大小各异，对管道产生的影响各不相同，特别是对于年久失修的管道，这样的点特别多，这又为各种原因产生的杂散电流开通了无数个回路，使管道腐蚀不断的加速。绝缘层可靠无漏电，管道就不会形成电化学腐蚀，也就消除了杂散电流通路，及时发现绝缘层损坏漏电点，及时修复绝缘层，过小暂时不需要修复的部分采用阴极保护电压抑制原电池的形成，就能消除电解质对管道的腐蚀破坏作用，这就是本专利技术的思想基础。本专利技术公开了一种埋地金属管道安全保护方法，这种方法的突出特征首先是建立以保护管道绝缘良好为目标的埋地管道安全保护准则，把绝缘作为管道防护的主要方法，阴极保护作为防护的辅助方法，把长距离管道划分成不同的独立检测保护区间，在每个区间内都安装能够以恒定直流电流或电压输出、也能够以直流脉冲方式输出、还能够在整个保护区内建立一个监测网络、实现以检测电流为特征的实时阴极保护监测系统，该保护监测系统沿管道被保护区设有多本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种埋地金属管道安全保护方法，这种方法的突出特征首先是建立以保护管道绝缘良好为目标的埋地管道安全保护准则，把绝缘作为管道防护的主要方法，阴极保护作为防护的辅助方法，把长距离管道划分成不同的独立检测保护区间，在每个区间内都安装能够以恒定直流电流或电压输出、也能够以直流脉冲方式输出、还能够在整个保护区内建立一个监测网络、实现以检测电流为特征的实时阴极保护监测系统，该保护监测系统沿管道被保护区设有多个监测点，通过设立系统内所有监测点的统一检测电位参考点，在实时阴极保护监测系统向管道提供保护和停止保护两种状态下，在每个监测点或监测点之间通过开关转换，借助于产生电流增量和增设恒流源等手段，分别检测点或区间的管道电位、大地电位、参比电极电位、采样电阻上的电压，利用欧姆定律计算不同的电流、电阻、温度，监视管道绝缘电阻的变化，一旦发现绝缘层漏电就根据欧姆定律、戴维南定理、基尔霍夫定律分析计算，报出漏电危险程度和具体位置，监视管道保护电压、保护电流的变化，以实时检测所有点的综合数据为反馈自动调整阴极保护电源输出抑制腐蚀原电池的形成，这种自动调整的突出特点是使保护电压控制在既保护管道又不产生过保护的区间内，同时根据反馈调整对检测区的整体影响，通过漏电流的监视能够预测漏电修补点的重要度，为管道绝缘层损坏修补提供经济合理的解决方案，也能够根据发展趋势预测对不及时解决可能导致的问题报警。除了正常实时监测之外，需要时，采用电流扫描的方式实现微小漏电点的检查和定位，为了检测数据可靠准确，本专利技术对作为电流检测的采样电阻都进行温度补偿计算，得到了除温度影响以外管道电阻实际变化的数值，据此，结合管道工艺数据，实现了管道内部损坏与应力危险预警，根据同步综合电流检测方法实现了杂散电流检测预警，从而分辨出漏电部位杂散电流腐蚀与原电池腐蚀性质的差异以及腐蚀被抑制的程度，据此提出了管道不再大修的及时修补法，从而消灭管道外腐蚀百孔千疮造成的报废，延长管道寿命。...

【技术特征摘要】
1.一种埋地金属管道安全保护方法，这种方法的突出特征首先是建立以保护管道绝缘良好为目标的埋地管道安全保护准则，把绝缘作为管道防护的主要方法，阴极保护作为防护的辅助方法，把长距离管道划分成不同的独立检测保护区间，在每个区间内都安装能够以恒定直流电流或电压输出、也能够以直流脉冲方式输出、还能够在整个保护区内建立一个监测网络、实现以检测电流为特征的实时阴极保护监测系统，该保护监测系统沿管道被保护区设有多个监测点，通过设立系统内所有监测点的统一检测电位参考点，在实时阴极保护监测系统向管道提供保护和停止保护两种状态下，在每个监测点或监测点之间通过开关转换，借助于产生电流增量和增设恒流源等手段，分别检测点或区间的管道电位、大地电位、参比电极电位、采样电阻上的电压，利用欧姆定律计算不同的电流、电阻、温度，监视管道绝缘电阻的变化，一旦发现绝缘层漏电就根据欧姆定律、戴维南定理、基尔霍夫定律分析计算，报出漏电危险程度和具体位置，监视管道保护电压、保护电流的变化，以实时检测所有点的综合数据为反馈自动调整阴极保护电源输出抑制腐蚀原电池的形成，这种自动调整的突出特点是使保护电压控制在既保护管道又不产生过保护的区间内，同时根据反馈调整对检测区的整体影响，通过漏电流的监视能够预测漏电修补点的重要度，为管道绝缘层损坏修补提供经济合理的解决方案，也能够根据发展趋势预测对不及时解决可能导致的问题报警。除了正常实时监测之外，需要时，采用电流扫描的方式实现微小漏电点的检查和定位，为了检测数据可靠准确，本发明对作为电流检测的采样电阻都进行温度补偿计算，得到了除温度影响以外管道电阻实际变化的数值，据此，结合管道工艺数据，实现了管道内部损坏与应力危险预警，根据同步综合电流检测方法实现了杂散电流检测预警，从而分辨出漏电部位杂散电流腐蚀与原电池腐蚀性质的差异以及腐蚀被抑制的程度，据此提出了管道不再大修的及时修补法，从而消灭管道外腐蚀百孔千疮造成的报废，延长管道寿命。
2.根据权利要求1所说的埋地金属管道安全保护方法，其特征是：其中的埋地管道安全保护准则包括监测方法、保护状态的认定和保护电位的确定：监测方法的认定是：采用实时电流法检测为核心的综合监测方法，这种检测方法是将整个保护区的监测看作一个整体，通过上位机统一控制各个监测点下位机同步检测不同的数据；管道安全保护状态的判定：管道绝缘损坏点有阴极保护电流流入为保护状态，没有阴极保护电流流入为腐蚀状态；保护电位区间的确定是根据保护区段内的大地自然电位、管道电位、通过实验测量得到的保护电位和析氢电位确定的，在没有实验测量数据以前，对于碳钢结构管道，采用饱和硫酸铜参比电极下管道比大地低0.85V～1.05V为合理控制区间，采用其他参比电极的，按照其他参比电极与饱和硫酸铜参比电极电位差换算电位，如果被保护的金属管道材质不同，则应该按照不同金属材料与碳钢结构材料之间的电位差进行换算保护电位。如果被保护管道的保护电流和电位都处在合理区间，该管道就被认为是处于保护完好状态。在检测电压和管道保护电位数值的处理分析上，不再称“管/地”电位，而统一称电压和保护电位，在数值上，相当于把“管/地”电位的符号反过来称呼命名。
3.根据权利要求1所说的埋地金属管道安全保护方法，其特征是：其中的把绝缘作为管道防护的主要方法，阴极保护作为防护的辅助方法，是指在管道建设使用中从管理层面建立一套以保证管道绝缘为主要考核技术指标、以阴极保护作为管道局部绝缘不达标部位防止腐蚀的辅助方法为原则的管理机制。
4.根据权利要求1所说的埋地金属管道安全保护方法，其特征是：其中的把长距离管道划分成不同的独立检测保护区间，是为了消除管道过保护、欠保护和电连续管道过长的“负面”累积效应，具体做法是根据管道沿途所在地自然电位、外部电磁环境、磁暴的历史资料等因素综合考虑，将埋地金属管道划分为不同的阴极保护区段，区段之间采用绝缘接头、绝缘法兰等隔开，且不再采用现有阴极保护技术在绝缘法兰两侧焊连接导线的电连续管道做法，然后按区段安装独立的、以检测电流为准则的实时阴极保护监测系统，系统能够根据监测数据自动调整保护电压或电流，使其工作在合理区域，不产生管道欠保护和过保护，同时还有绝缘层漏电预警监测功能，所在地自然电位是指沿埋地管道轴向长度测量的大地自然电位，一个阴极保护区段自然电位差别越小越好，为留有一定安全系数，这个自然电位之差不应该大于100mV，同时考虑到大地电阻的因素、阳极地床的位置，以恒电位仪向管道提供保护电流时产生的IR降不同也不会造成任意点的欠保护和过保护为原则，确定保护区段的长度；外部电磁环境指的是高压线、电气化铁路、工矿区等可能对埋地管道形成电磁干扰的环境，这些影响应该通过调查检测核实后确定它的影响区域和强度，再合理的将影响区作为不同的保护区段采用单独的保护措施处理；磁暴的历史资料主要是指雷电影响，可以查询当地的历史气象资料获得，主要是考虑雷电影响后不要形成长距离的电连续管道的叠加电位效应，因此，假定长距离管道所在地大地自然电位差不超过100mV，阴极保护区段也不要过大，一般不应该超过30km。
5.根据权利要求1所说的埋地金属管道安全保护方法，其特征是：其中的以恒定直流电流或电压输出、也能够以直流脉冲方式输出部分可以选用具有此功能的电源，该电源的输出可以采用人工调节，也可以自动调节，这里的自动调节反馈信号是整个网络内各监测点的综合信号，就是在整个监测区内自动调整的结果能够保证既不超过析氢电压也能使所有绝缘漏电点都能够有保护电流进入管道的范围内，其中析氢电压的阈值是由实际试验后确定的，为了防止过高的感应电压形成破坏，在此电源的正负极之间，加装防雷保护器和正反向保护齐纳二极管。
6.根据权利要求1所说的埋地金属管道安全保护方法，其特征是：所说的埋地金属管道安全保护方法，其特征是：其中所说的监测网络，就是在保护区内安装实时数据采集处理控制系统，根据规模的不同，这种系统由上位机和安装在各个监测点的下位机构成，下位机的设备可以选用计算机、RTU、PLC或它们的等效设备，采用网络设备将上下位机连接起来构成一个网络整体，其中的通讯方式可以采用有线(包括光纤)或无线网络，也可以两者全用，根据现场情况按既经济又可靠的原则处理，不承担监测处理任务的其他计算机比如客户端、Web服务器虽然也可以在网络以内，但并不属于监测网络，监测点的标志可以单独设立，也可以和公里桩、转角桩等合用，同时在重要地点增加监测点，在需要采用无线通讯的地方，也可以根据通讯特点灵活设立监测点。
7.根据权利要求1所说的埋地金属管道安全保护方法，其特征是：所说的埋地金属管道安全保护方法，其特征是：其中的实现以检测电流为核心的实时阴极保护监测系统，在实时阴极保护监测系统向管道提供保护和停止保护两种状态下，在每个监测点或监测点之间通过开关转换，借助于产生电流增量和增设恒流源等手段，分别检测点或区间的管道电位、大地电位、参比电极电位、采样电阻上的电压，利用欧姆定律计算不同的电流、电阻、温度，监视管道绝缘电阻的变化，一旦发现绝缘层漏电就根据欧姆定律、戴维南定理、基尔霍夫定律分析计算，报出漏电危险程度和具体位置，监视管道保护电压、保护电流的变化，所说产生电流增量的办法是指通过一个接地电极在大地和检测点之间引入一个电流，所说的增设恒流源是指在两个监测点之间管道长度上加一个恒流源，检测这两个点在此恒流源下的电位差求电阻的方法，有了准确的管道电阻值，就能够根据增量电流所引起的增量电压变化，求得电流进入点到参考点的管道电阻值，再根据管道电阻值与管道长度成正比的关系，确定管道进入电流的具体位置，从而实现了定位，这里所说的检测都是消除了检测引线电阻影响后得到的值，有两种方式，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈久会，张昆，陈靖，
申请(专利权)人：陈久会，张昆，陈靖，
类型：发明
国别省市：北京;11