專利名稱：精確測量腐蝕體系極化電阻的方法及專用測試儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是與精確測量油氣金屬管道內(nèi)部腐蝕速率相關(guān)的極化電阻的方法有關(guān)。
背景技術(shù)：
管道運輸是我國五大運輸產(chǎn)業(yè)之一，它廣泛應(yīng)用于油氣、化工、供水等行業(yè)，在國民經(jīng)濟中占有極其重要的地位。埋入地下的金屬管道周圍環(huán)境及內(nèi)部介質(zhì)會對其造成腐蝕，腐蝕穿孔后產(chǎn)生的跑冒滴漏不僅對人們的生產(chǎn)生活造成影響，而且會污染環(huán)境，嚴(yán)重時還會發(fā)生爆炸和火災(zāi)，給國家和人民的生命財產(chǎn)帶來巨大的經(jīng)濟損失。因此對地下金屬管道的腐蝕狀況進行檢測與監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)安全隱患，避免事故發(fā)生，具有十分重要的意義。目前對于金屬管道外部腐蝕的檢測方法很多，而且也很成熟，但是對于管道內(nèi)部的腐蝕目前主要采用的是超聲波法、漏磁法、渦流法等。這些方法在檢測過程中均需要將檢測探頭置于管道內(nèi)部，靠管道內(nèi)介質(zhì)的壓差推動前進，同時檢測記錄與管道內(nèi)部腐蝕相關(guān)的數(shù)據(jù)，經(jīng)計算機分析后給出腐蝕的位置和狀況。這些方法對管道內(nèi)腐蝕的檢測一般來說是有效的，但也存在著許多不足。首先是設(shè)備昂貴(一臺進口檢測設(shè)備要100多萬美元)， 檢測費用高(正常情況下檢測每公里費用在2萬元左右)；其次是對于一些管道內(nèi)部均勻腐蝕，使用目前的方法檢測難度很大；對于小管徑管道(外徑小于273mm)目前的方法無法檢測；無法實時監(jiān)測腐蝕速度。正是由于上述原因，我國目前只是在管徑較大的長輸管道進行過里程不長的檢測，而小管徑管道在我國地下管道中占的比例比較大，是油氣田、化工企業(yè)廣泛應(yīng)用的，因此對這類管道進行內(nèi)部腐蝕檢測是國內(nèi)目前廣大管道業(yè)主的迫切需求。目前從金屬油氣管道外部對管道內(nèi)部腐蝕檢測方法主要有1)由超聲、渦流、射線在管道外部定期檢測管壁厚度，從厚度隨時間的變化，推算內(nèi)腐蝕的速率，其局限性在于必需較長時間的數(shù)據(jù)積累才能得出有用的結(jié)論，而且要去掉保護層，實施較困難；2)國外還有電化學(xué)噪聲法(美國)和線性極化電阻法(俄羅斯)以及微分極化電阻法(中國，1986年)，這些方法有在線實時測定內(nèi)腐蝕速度的優(yōu)點，但精度差，受油氣成分變化影響產(chǎn)生誤判，誤差較大。本發(fā)明的要點是采用高速計算機芯片(440Mps，32bit)實時輪換進行線性極化電阻(LPR)測量、流體歐姆電阻測量、微分極化電阻測量、電化學(xué)電流和電位噪聲測量自動選擇，信號源的脈沖頻率、脈沖幅度自適應(yīng)選擇測量系統(tǒng)的中心頻率、帶寬和增益，自動調(diào)節(jié)， 自動記錄。本發(fā)明提出并實現(xiàn)了以前從未實現(xiàn)過的快速測量極化電阻的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能夠適應(yīng)所有管徑的管道，而且又能夠進行實時監(jiān)測管道腐蝕速度，以對其進行了有效控制的方法。其核心思想是用精確測量極化電阻的方法推算油氣金屬管道內(nèi)部的腐蝕速率，從而實現(xiàn)大量在用的液化氣和石油輸送管線的長期健康監(jiān)測。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種精確測量腐蝕體系極化電阻的方法，其特征在于用階梯波對極小幅度電位極化掃描，確保在讀數(shù)期間極化電流穩(wěn)定而且保持，并且用頻率特性區(qū)分并除去歐姆電阻，從而得到精確的極化電阻。一種專用于實施權(quán)利要求書1的測試儀，其特征在于它由階梯波發(fā)生器(1)，輸出驅(qū)動匹配器(2)，探針(3)，低噪聲放大器(4)，選頻放大相敏檢波(5)，模數(shù)轉(zhuǎn)換(6)，數(shù)據(jù)處理顯示記錄(7)，調(diào)理電路控制單元(8)和中央處理器片上系統(tǒng)(9)組成。所說的程控階梯波發(fā)生器由鎖存器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器及阻抗變換器構(gòu)成。所說的輸出驅(qū)動匹配器由電平轉(zhuǎn)換電路和準(zhǔn)恒流驅(qū)動電路構(gòu)成。所說的探針是由與金屬管道同一材質(zhì)制成。所說的低噪聲放大器由低噪聲放大器和程控增益儀表放大器構(gòu)成。所說的模數(shù)轉(zhuǎn)換器不僅把選頻放大器的輸出信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字量，而且同時把對應(yīng)的時間統(tǒng)一信號、增益、中心頻率及帶寬同時記錄。所說的調(diào)理電路控制單元由階梯波數(shù)據(jù)輸出接口、輸出驅(qū)動控制接口、中心頻率和帶寬控制接口、構(gòu)成。本發(fā)明在于提出并實現(xiàn)了以前從未實現(xiàn)過的精確測量極化電阻的方法，其核心是數(shù)字化自適應(yīng)測量來實現(xiàn)大動態(tài)高精度信號發(fā)生器是階梯波輸出，其頻率和輸出恒流值是極化電阻的特征自動調(diào)節(jié)、自動記錄的，選頻放大器的濾波中心頻率、帶寬、增益自動調(diào)節(jié)、自動記錄。提高金屬材料在介質(zhì)中的極化電阻Rp的精度的說明
一、現(xiàn)在國內(nèi)外應(yīng)用的Rp測量中，由于加壓電極上的極化值E是連續(xù)變化的，在線性極化測量讀數(shù)的速度和頻率選擇均會影響測量結(jié)果，因為讀數(shù)過快，電極未達(dá)到穩(wěn)定；而讀數(shù)過慢，極化值E已不是原來數(shù)值了。本發(fā)明用階梯波取代了鋸齒波，在每個讀數(shù)過程中保持E值恒定，測量該點極化電流的穩(wěn)定值，該點測量完成后變動△ E后，再測量下一個點數(shù)值。最后通過將極化曲線處理得到自腐蝕電極附近的線性極化電阻。二、階梯波產(chǎn)生的電位信號為E=AVXNX Δ t，N=O 1024 其中，Δ V為小于IOmV的電位變化值，在At測量間隔內(nèi)維持恒定；
Δ t為每個點的測量時間，其值由電極達(dá)到穩(wěn)定所需最小時間和測量系統(tǒng)讀數(shù)所需時間約束；
N為測量點數(shù)，其最大值可選28 232 (256 4294967296)， 測試電極到參考電極的電流為
其中，/。為電極間介質(zhì)的充電電流，符合歐姆定律，與兩電極間的電容和介質(zhì)的介電常數(shù)及介質(zhì)的電阻率有關(guān)?！闇y試電極附近由電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的電極反應(yīng)電流(極化電流)，它引起腐蝕。目前，國內(nèi)外應(yīng)用的Rp測量中或者假定參考電極到研究電極間的介質(zhì)電阻忽略不計，或者假定電極間的電容和介電常數(shù)不變，這導(dǎo)致了難以忽略的測量誤差。本發(fā)明除將E改用階梯波，測量時恒壓變化量ΔΕ恒定，測量讀數(shù)時間At自適應(yīng)提高了 Rp測量精度外，還將/Ω和4用頻率特性區(qū)分開。
權(quán)利要求
1.一種精確測量腐蝕體系極化電阻的方法，其特征在于用階梯波對極小幅度電位極化掃描，確保在讀數(shù)期間極化電流穩(wěn)定而且保持，并且用頻率特性區(qū)分并除去歐姆電阻，從而得到精確的極化電阻。
2.一種專用于實施權(quán)利要求書1的測試儀，其特征在于它由階梯波發(fā)生器(1)，輸出驅(qū)動匹配器(2)，探針(3)，低噪聲放大器(4)，選頻放大相敏檢波(5)，模數(shù)轉(zhuǎn)換(6)，數(shù)據(jù)處理顯示記錄(7)，調(diào)理電路控制單元(8)和中央處理器片上系統(tǒng)(9)組成。
3.按權(quán)利要求書2所述高精度極化電阻測試儀，其特征在于所說的程控階梯波發(fā)生器由鎖存器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器及阻抗變換器構(gòu)成。
4.按權(quán)利要求書2所述高精度極化電阻測試儀，其特征在于所說的輸出驅(qū)動匹配器由電平轉(zhuǎn)換電路和準(zhǔn)恒流驅(qū)動電路構(gòu)成。
5.按權(quán)利要求書2所述高精度極化電阻測試儀，其特征在于所說的探針是由與金屬管道同一材質(zhì)制成。
6.按權(quán)利要求書2所述高精度極化電阻測試儀，其特征在于所說的低噪聲放大器由低噪聲放大器和程控增益儀表放大器構(gòu)成。
7.按權(quán)利要求書2所述高精度極化電阻測試儀，其特征在于所說的模數(shù)轉(zhuǎn)換器不僅把選頻放大器的輸出信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字量，而且同時把對應(yīng)的時間統(tǒng)一信號、增益、中心頻率及帶寬同時記錄。
8.按權(quán)利要求書2所述高精度極化電阻測試儀，其特征在于所說的調(diào)理電路控制單元由階梯波數(shù)據(jù)輸出接口、輸出驅(qū)動控制接口、中心頻率和帶寬控制接口、構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種精確測量腐蝕體系極化電阻的方法及專用測試儀，用階梯波對極小幅度電位極化掃描，確保在讀數(shù)期間極化電流穩(wěn)定而且保持，并且用頻率特性區(qū)分并除去歐姆電阻，從而得到精確的極化電阻。測試儀由階梯波發(fā)生器、輸出驅(qū)動匹配器、探針、低噪聲放大器、選頻放大相敏檢波、模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理顯示記錄、調(diào)理電路控制單元和中央處理器片上系統(tǒng)組成。本發(fā)明組合使用了專用檢測探頭，超低噪聲高靈敏度放大，寬動態(tài)范圍放大，多點頻選頻放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、信號發(fā)生器，數(shù)字檢測和處理技術(shù)，基于電化學(xué)理論的分析處理軟件及配套的人機對話記錄重放，顯示存儲軟件技術(shù)，遙測遙控技術(shù)，廣泛適用于各種油氣傳輸?shù)纳】禉z測系統(tǒng)。
文檔編號G01N17/02GK102478496SQ20101056465
公開日2012年5月30日 申請日期2010年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月30日
發(fā)明者孫珍同, 黃冬林 申請人:海安縣智能儀器廠