專利名稱：鋼質管道防腐層耐陰極剝離性能自動化測試系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是一種鋼質管道防腐層耐陰極剝離性能自動化測試系統(tǒng)。涉及金屬材料的一般防蝕和管道系統(tǒng)技術領域。
背景技術：
隨著國家經(jīng)濟的不斷提升，國內各行業(yè)對石油、天然氣的需求也在與日俱增。國家不僅對國內的石油、天然氣資源的勘探進行了大規(guī)模的投入，并且積極與國外周邊國家合作，購入大量的原油及天然氣來滿足國內的需求。在這樣的環(huán)境下，作為輸送原油、天然氣主要手段的管道其建設也進入了一個新的發(fā)展時期，十一五期間國內已完成近10萬千米的管道建設任務。如此快速的發(fā)展使得人們對管道的防腐質量更加關注。近年來，我國的大多數(shù)管道工程中普遍采用了先進的三層結構聚乙烯(3PE)涂層技術，取得了很好的應用效果。3PE涂層克服了單一環(huán)氧涂層和聚乙烯防腐層的不足，具有優(yōu)良的綜合性能。但近年來對在役管道進行開挖檢測時，發(fā)現(xiàn)諸多由于防腐層失效所導致的管體腐蝕現(xiàn)象，有的管線在3-4年內管體的腐蝕深度就達到了 3-4mm，年平均腐蝕達lmm。如此快速的腐蝕不但影響了管道的質量和使用壽命，而且給生產運行管理留下了巨大的安全隱患。所以，防腐材料在管道防腐工程中的作用尤為重要。在實驗室進行的防腐材料性能檢測中，陰極剝離性能是管道防腐層材料的重要性能之一，它的優(yōu)劣直接關系到涂層與陰極保護的聯(lián)合效果。目前，國內使用的陰極剝離技術標準主要有兩種，一種是SY/T0413《埋地鋼質管道聚乙烯防腐層技術標準》附錄B規(guī)定的基本方法進行，一種是SY/T 0315-2005《鋼質管道熔結環(huán)氧粉末外涂層技術標準》附錄C規(guī)定的基本方法進行。測試在恒溫干燥箱中進行，輔助電極為213型鉬電極，參比電極為飽和甘汞電極(見圖1)。通過改變幾個主要實驗參數(shù)來考察不同因素對3PE涂層陰極剝離性能的影響。測試過程中需不斷調節(jié)電阻器來保證試驗電壓，并且在測試周期結束后需要人為地撬剝涂層直至防腐層表現(xiàn)出明顯的抗撬剝性為止，這樣，不僅降低了測試效率，還使得測試數(shù)據(jù)不夠準確，不能客觀地反映涂層的抗陰極剝離性能。為了使得陰極剝離試驗數(shù)據(jù)更為準確，試驗操作更為便利，應開發(fā)一種專門應用于管道涂層的陰極剝離測試數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是發(fā)明一種擁有控制、采集、存儲等主要功能，能夠更為高效、準確、客觀地反映測試數(shù)據(jù)的鋼質管道防腐層耐陰極剝離性能自動化測試系統(tǒng)。由于陰極剝離與電流、溫度變化有一定的關系，因此可通過實驗建立電流、溫度變化與陰極剝離變化之間的關系，通過監(jiān)測電流、溫度變化，即可得到陰極剝離數(shù)值。本發(fā)明基于數(shù)據(jù)自動采集和分析技術，對通過電解液和試件陰極剝離實驗進行實時監(jiān)測。通過對控制系統(tǒng)進行采樣周期設置，數(shù)據(jù)采集卡可不間斷地采集試驗溫度、電流、電壓等參數(shù)的數(shù)值，通過分析這些參數(shù)的變化，得出陰極剝離強度的數(shù)值，從而更為簡單客觀地評價涂層防腐質量。
本發(fā)明基于數(shù)據(jù)自動采集和分析技術，對通過電解液和試件陰極剝離檢測進行實時監(jiān)測。通過對控制系統(tǒng)進行采樣周期設置，數(shù)據(jù)采集卡可不間斷地采集試驗溫度、電流、電壓等參數(shù)的數(shù)值，通過分析這些參數(shù)的變化，能夠得出陰極剝離強度的數(shù)值，同時更為客觀地評價涂層防腐質量。本發(fā)明的陰極剝離自動測試系統(tǒng)總體構成如圖1所示，包括專用電壓數(shù)據(jù)采集卡、電流數(shù)據(jù)采集卡、PCI總線、上位機、可變電阻箱、電壓/電流數(shù)據(jù)采集探頭、直流電源、可控溫度系統(tǒng)、測試槽、電解液及電極；置于可控溫度系統(tǒng)中的多個測試槽內由閥門控制注入電解液，電解液中插入鉬電極、甘汞電極以及電流采集端，試件置于測試槽下；鉬電極通過可變電阻后與直流電源的正極相連接，電流源的負極與試件相接；專用電壓數(shù)據(jù)采集卡、電流數(shù)據(jù)采集卡通過PCI總線與分析控制系統(tǒng)-上位機連接，電壓采集探頭經(jīng)與甘汞電極端相連接，電流采集探頭伸入電解液中進行實時采集?？勺冸娮柰ㄟ^控制單元進行自動調節(jié)，以保證試件兩端電壓維持在-1.5V。電解液中插入另外一只電極用來實時采集測試過程中電解液電流數(shù)據(jù)，并實時存儲數(shù)據(jù)便于測試結束后進行評價。其中:測試槽內的電解液由烘箱控制溫度；用密封膠將預制好的塑料圓筒與試件同心連接，并在測試槽中加入濃度為3%的NaCl電解液，液位傳感器放置于測試槽4/5處，當液位低于此位置時，系統(tǒng)能夠自動加入蒸懼水以保持液位;電流數(shù)據(jù)采集卡及電壓數(shù)據(jù)采集卡擁有多個數(shù)據(jù)采集通道，能夠同時對多組試件同時進行測試；上位機開發(fā)專用的數(shù)據(jù)庫及數(shù)據(jù)處理軟件，對測試數(shù)據(jù)進行客觀、科學、有效的評價。圖2是本測試系統(tǒng)的測控及采集系統(tǒng)電路圖，本測試系統(tǒng)采用NI電壓采集卡PCI6221及電流采集卡PCI6239。PCI6221為16位、采樣率250kS/s、具有10通道的高速電壓數(shù)據(jù)采集卡。PCI6221為16位、采樣率250kS/s、具有8通道的高速電流數(shù)據(jù)采集卡。電流采集端和鉬電極接入PCI6221的一路通道，對測試時的電壓保持隨時采集。由于測試時溶液的電阻率發(fā)生變化，使得兩端電壓不能穩(wěn)定，所以根據(jù)PCI6221采集的電壓值對可變電阻器進行實時調節(jié)，以保證測試電壓穩(wěn)定為-1.5V。測試槽的電解液中插入甘汞電極和電流采集端接入PCI6239的一路通道，對電解液內電流進行實時采集，通過PCI端口由計算機處理后存儲入磁盤系統(tǒng)。本發(fā)明的陰極剝離自動測試系統(tǒng)，擁有控制、采集、存儲、分析等主要功能，上位機軟件實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫支持、數(shù)據(jù)分析及下位機控制等功能，陰極剝離自動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠更為高效、準確、客觀地反映實驗數(shù)據(jù)，提供評價測試涂層抗陰極剝離性能是否有效的手段。本發(fā)明提供一種用于管道涂層陰極剝離測試的自動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。該采集系統(tǒng)解決了長期以來實驗室進行陰極剝離試驗由人為因素所帶來的數(shù)據(jù)不準確、效率較低等問題，能夠對測試中的試件及測試結束后的試件進行更為有效、客觀地評價。解決了國內管道防腐層檢測機構的陰極剝離測試主要為人工操作，減小測試人員勞動強度，提高工作效率。將自動化技術應用于陰極剝離測試中，實現(xiàn)自動實時在線監(jiān)測，且成本較低。該測試系統(tǒng)具有自動、連續(xù)、及時的特點，能夠準確及時掌握陰極剝離測試時的狀態(tài)，數(shù)據(jù)準確性、復現(xiàn)性高，為測試結果提供更為科學、客觀準確的依據(jù)。所以，本發(fā)明的優(yōu)點是:I)解決了國內管道防腐層檢測機構的陰極剝離測試主要為人工操作，減小試驗人員勞動強度，提高工作效率；2)將自動化技術應用于陰極剝離試驗中，實現(xiàn)自動實時在線監(jiān)測，且成本較低；3)本測試系統(tǒng)具有自動、連續(xù)、及時的特點，能夠準確及時掌握陰極剝離測試時的狀態(tài)，數(shù)據(jù)準確性、復現(xiàn)性高，為測試結果提供更為科學、客觀準確的依據(jù)。


圖1鋼質管道防腐層耐陰極剝離性能數(shù)據(jù)自動采集測試系統(tǒng)原理框2測試系統(tǒng)電原理圖
具體實施例方式實施例.以本例來說明本發(fā)明的具體實施方式
并對本發(fā)明作進一步的說明。本例是一實驗樣機，其構成如圖1所示，包括專用電壓、電流數(shù)據(jù)采集卡、PCI總線、上位機(普通PC)、可變電阻箱、電壓/電流數(shù)據(jù)采集探頭、直流電源。專用電壓、電流數(shù)據(jù)采集卡通過PCI總線與上位機連接，電壓/電流數(shù)據(jù)采集探頭通過可變電阻箱與輔助電極相連接并插入溶液，置于烘箱中的試件與直流電源的負極相連接?？勺冸娮柰ㄟ^控制單元進行自動調節(jié)，以保證試件兩端電壓維持在-1.5V。電解液中插入另外一只探頭用來實時采集測試過程中電解液電流數(shù)據(jù)，并實時存儲數(shù)據(jù)便于測試結束后進行評價。本測試系統(tǒng)(見圖2)采用NI電壓采集卡PCI6221及電流采集卡PCI62390PCI6221為16位、采樣率250kS/s、具有10通道的高速電壓數(shù)據(jù)采集卡。PCI6221為16位、采樣率250kS/s、具有8通道的高速電流數(shù)據(jù)采集卡。由電壓源輸出的電壓通過可變電阻器后與實驗槽兩端的電極相連，調整變阻器使得電極兩端電壓保持在-1.5VoPCI6221的13腳接測試槽Pl的電流采集端PF10/P1.0,15腳接測試槽P2的電流采集端PF13/P1.3，17腳接測試槽P3的電流采集端PF16/P1.6，32腳接測試槽P4的電流采集端PF11/P1.1，33腳接測試槽P5的電流采集端 PF12/P1.2 ；PCI6221 的 DGND14、DGND16、DGND18 接 P1-P5 的鉬電極；PCI6239的32腳接測試槽Pl的甘汞電極PF11/P0.1 (input)，33腳接測試槽P2的甘汞電極PF12/P0.2 (input)，34腳接測試槽P3的甘汞電極PF14/P0.4(input)，13腳接測試槽P4的甘汞電極PF10/P0.0 (input)，15腳接測試槽P5的甘汞電極PF13/P0.03 (input)。由電壓源輸出的電壓通過可變電阻器后與測試槽兩端的電極相連，即電壓源輸出接可變電阻器Rl后再接Pl的PF10/P1.0，接可變電阻器R2后再接P2的PF13/P1.3，接可變電阻器R3后再接P3的PF14/P0.4(input)，接可變電阻器R4后再接P4的PF11/P1.1，接可變電阻器R5后再接P5的PF12/P1.2，調整變阻器使得電極兩端電壓保持在-1.5V。電極兩端接入PCI6221的一路通道，對測試時的電壓保持隨時采集。由于測試時溶液的電阻率發(fā)生變化，使得兩端電壓不能穩(wěn)定，所以根據(jù)PCI6221采集的電壓值對可變電阻器進行實時調節(jié)，以保證測試電壓穩(wěn)定為-1.5V。測試槽的電解液中插入PCI6239的一路通道，對電解液內電流進行實時采集，通過PCI端口由計算機處理后存儲入磁盤系統(tǒng)。其中電流采集卡及電壓采集卡擁有24個數(shù)據(jù)采集通道，能夠同時對24組試件同時進行測試；上位機開發(fā)專用的數(shù)據(jù)庫及數(shù)據(jù)處理軟件，對測試數(shù)據(jù)進行客觀、科學、有效的評價。其中電流采集卡及電壓采集卡擁有24個數(shù)據(jù)采集通道，能夠同時對24組試件同時進行測試；上位機開發(fā)專用的數(shù)據(jù)庫及數(shù)據(jù)處理軟件，對測試數(shù)據(jù)進行客觀、科學、有效的評價。其中:電壓采集卡選取NI公司PCI6221，其特點如下:2 路 16 位模擬輸出(833kS/s)；24路數(shù)字I/O線；32位計數(shù)器；可溯源至NIST的校準證書，以及70多個信號調理選項；關聯(lián)(Correlated)DIO (8 條時鐘線，IMHz ；N1-MCal校準技術提高了測量精度；另有5倍采樣速率的高速M系列和4倍分辨率的高精度M系列可供選擇；N1-DAQmx驅動軟件和NI LabVIEff SignalExpress LE交互式數(shù)據(jù)記錄軟件；附件:接線盒-螺栓端子SCB-68-776844-01 ；電纜-屏蔽SHC68-68-EPMCable(2m)-192061-02 ；電流采集卡選取NI公司PCI6239，其特點如下:60VDC無間斷的組隔離，可承受5s的1，400Vrms/l, 950VDC通道至總線間隔離；2路模擬輸出(OmA到20mA)，16位分辨率，采樣率達500kS/s ；6路數(shù)字輸入和4路數(shù)字輸出，24V源極電壓；2個計數(shù)器/定時器，32位分辨率，80MHz ;數(shù)字觸發(fā)；N1-MCal校準技術提高了測量精度；N1-DAQmx驅動軟件和NI LabVIEff SignalExpress交互式數(shù)據(jù)記錄軟件；附件:接線盒-螺栓端子CB-37F-HVD-779491-01 ;電纜-屏蔽SH37F-37MCable(Im)-778621-01。本例經(jīng)試驗，能夠準確及時掌握陰極剝離測試時的狀態(tài)，數(shù)據(jù)準確性、復現(xiàn)性高，實現(xiàn)了自動實時在線監(jiān)測，且成本較低。
權利要求
1.一種鋼質管道防腐層耐陰極剝離性能自動化測試系統(tǒng)，其特征是它包括專用電壓數(shù)據(jù)采集卡、電流數(shù)據(jù)采集卡、PCI總線、上位機、可變電阻箱、電壓/電流數(shù)據(jù)采集探頭、直流電源、烘箱、測試槽、電解液及電極；置于可控溫度系統(tǒng)中的多個測試槽內由閥門控制注入電解液，電解液中插入鉬電極、甘汞電極以及電流采集端，試件置于測試槽下；鉬電極通過可變電阻后與直流電源的正極相連接，電流源的負極與試件相接；專用電壓數(shù)據(jù)采集卡、電流數(shù)據(jù)采集卡通過PCI總線與分析控制系統(tǒng)-上位機連接，電壓采集探頭與甘汞電極端相連接； 可變電阻通過控制單元進行自動調節(jié)，使試件兩端電壓維持在-1.5V ;電解液中插入另外一只探頭用來實時采集測試過程中電解液電流數(shù)據(jù)，并實時存儲數(shù)據(jù)便于測試結束后進行評價。
2.根據(jù)權利要求1所述的鋼質管道防腐層耐陰極剝離性能自動化測試系統(tǒng)，其特征是用密封膠將預制好的塑料圓筒與試件同心連接，并在測試槽中加入濃度為3%的NaCl電解液，液位傳感器放置于測試槽4/5處。
3.根據(jù)權利要求1所述的鋼質管道防腐層耐陰極剝離性能自動化測試系統(tǒng)，其特征是所述電流數(shù)據(jù)采集卡及電壓數(shù)據(jù)采集卡擁有多個數(shù)據(jù)采集通道。
4.根據(jù)權利要求1所述的鋼質管道防腐層耐陰極剝離性能自動化測試系統(tǒng)，其特征是本測試系統(tǒng)采用NI電壓采集卡PCI6221及電流采集卡PCI6239 ；PCI6221為16位、采樣率250kS/s、具有10通道的高速電壓數(shù)據(jù)采集卡；PCI6221為16位、采樣率250kS/s、具有8通道的高速電流數(shù)據(jù)采集卡；電流采集端和鉬電極接入PCI6221的一路通道，對電壓保持隨時采集并保證測試電壓穩(wěn)定為-1.5V ;測試槽的電解液中插入甘汞電極和電流采集端接入PCI6239的一路通道，對電解液內電流進行實時采集，通過PCI端口由計算機處理后存儲入磁盤系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明是一種鋼質管道防腐層耐陰極剝離性能自動化測試系統(tǒng)。涉及金屬材料的一般防蝕和管道系統(tǒng)技術領域。它包括專用電壓數(shù)據(jù)采集卡、電流數(shù)據(jù)采集卡、PCI總線、上位機、可變電阻箱、電壓/電流數(shù)據(jù)采集探頭、直流電源、烘箱、測試槽、電解液及電極；置于可控溫度系統(tǒng)中的多個測試槽內由閥門控制注入電解液，電解液中插入鉑電極、甘汞電極以及電流采集端，試件置于測試槽下；鉑電極經(jīng)可變電阻后與直流電源的正極連接，電流源的負極與試件連接；專用電壓數(shù)據(jù)采集卡、電流數(shù)據(jù)采集卡通過PCI總線與分析控制系統(tǒng)-上位機連接，電壓采集探頭與甘汞電極端相連接。本發(fā)明擁有控制、采集、存儲等功能，能夠更為高效、準確、客觀地反映測試數(shù)據(jù)。
文檔編號G01N17/02GK103091242SQ20111034369
公開日2013年5月8日 申請日期2011年11月3日 優(yōu)先權日2011年11月3日
發(fā)明者侯宇, 劉國豪, 李睿, 趙國星, 李云杰, 許鐵, 趙吉詩, 吳長訪, 許彥博, 李榮光 申請人:中國石油天然氣股份有限公司