用于牺牲阳极排流保护范围的测试装置及方法与流程

本发明涉及管道防腐领域，特别涉及一种用于牺牲阳极排流保护范围的测试装置及方法。

背景技术：

近年来，管道与地铁等轨道交通系统临近铺设的现象越来越多，这使管道容易遭受地铁杂散电流的干扰。地铁杂散电流会对管道的阴极保护系统造成干扰，加速管道腐蚀泄露。目前，主要通过牺牲阳极排流和强制电流阴极保护来对地铁杂散电流进行防护。其中，牺牲阳极排流或强制电流阴极保护的有效保护范围对于能否有效实现管道防腐十分重要。

目前，在牺牲阳极排流方法中，其有效保护范围通常在几十米到几百米，这种方法的评价精度不能满足牺牲阳极排流有效保护范围的精度要求。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种用于牺牲阳极排流保护范围的测试装置及方法，可解决上述技术问题。具体技术方案如下：

一方面，本发明实施例提供了一种用于牺牲阳极排流保护范围的测试装置，所述装置包括：至少三个测试单元，距离阳极排流体最近的测试单元为中心测试单元，其余测试单元沿目标管道的轴向均匀且间隔布设于所述中心测试单元的两侧，相邻两个所述测试单元之间的间距为5～10m；

所述测试单元包括：位于地层的极化探头和位于地表的断电电位测试仪；

所述极化探头包括：相互绝缘且均与地接触的测试极片及参比电极；

所述测试极片通过所述断电电位测试仪和电缆与所述目标管道上的连接点连接；

所述参比电极通过电缆与所述断电电位测试仪连接。

在一种可能的设计中，所述测试极片呈环形结构；所述参比电极呈柱体结构；

所述测试极片套装于所述参比电极上。

在一种可能的设计中，所述测试极片与所述参比电极之间具有间隙；

或者，所述测试极片与所述参比电极之间具有绝缘件。

在一种可能的设计中，所述极化探头还包括：绝缘的保护件；

所述保护件套装在所述测试极片和所述参比电极上。

在一种可能的设计中，所述极化探头还包括：绝缘的填充件；

所述填充件填充在所述测试极片与所述保护件之间；

和/或，所述填充件填充在所述参比电极与所述保护件之间。

在一种可能的设计中，所述装置还包括：处理单元，所述处理单元与所述断电电位测试仪信号连接。

另一方面，本发明实施例提供了一种用于牺牲阳极排流保护范围的测试方法，所述方法应用于上述提及的任一种所述的装置中，所述方法包括：

对多个测试单元进行编号；

控制每个测试单元对应的断电电位测试仪获取测试极片与参比电极之间的平均断电电位数据；

确定每个平均断电电位数据是否在参考范围内：若否，将对应的测试单元作为无效测试单元；

根据无效测试单元，分别获取中心测试单元两侧最近的两个无效测试单元的编号；

根据所述中心测试单元两侧最近的两个无效测试单元的编号、相邻两个测试单元之间的间距，确定用于牺牲阳极排流的保护范围。

在一种可能的设计中，所述对多个测试单元进行编号，包括：

将中心测试单元编号为0号测试单元；

沿所述0号测试单元的第一侧，将测试单元顺次编号为1s号测试单元、……、ns号测试单元；

沿所述0号测试单元的第二侧，将测试单元顺次编号为1x号测试单元、……、nx号测试单元。

在一种可能的设计中，所述控制每个测试单元对应的断电电位测试仪获取测试极片与参比电极之间的平均断电电位数据，包括：

控制每个测试单元对应的断电电位测试仪以参考周期进行通电第一参考时间，断电第二参考时间，以参考频率采样第三参考时间，获取多个断电电位数据；

根据所述多个断电电位数据和数目，获取每个测试单元的平均断电电位数据。

在一种可能的设计中，通过以下公式来确定用于牺牲阳极排流的保护范围：

l＝l×(ns-1)+l×(nx-1)(1)

其中，l为用于牺牲阳极排流的保护范围，单位为m；l相邻两个测试单元之间的间距，单位为m；ns为沿所述0号测试单元的第一侧的第一个无效测试单元的编号；nx为沿所述0号测试单元的第二侧的第一个无效测试单元的编号。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

本发明实施例提供的用于牺牲阳极排流保护范围的测试装置，通过使均匀且间隔布设的至少三个测试单元的断电电位测试仪并联至目标管道上的一个连接点，以减少地层电流干扰带来的误差，利于高精度地检测牺牲阳极排流保护范围。通过设置包括测试极片和参比电极的极化探头，利于断电电位测试仪高精度地测试测试极片与参比电极之间的断电电位，进而间接测试出目标管道与参比电极之间的断电电位。通过使相邻两个测试单元之间的间距为5～10m，远小于传统的测试桩之间的间距(通常为1000m)，这能够明显提高牺牲阳极排流有效保护范围的测试精度。通过每个测试单元的检测结果和相邻两个测试单元之间的间距，可以快速、精确地确定牺牲阳极排流的保护范围。而且，该装置可以获取目标管道任意位置处的牺牲阳极排流效果，这对于科学评价牺牲阳极排流的效果，快速、准确找出高风险管道，并采用经济有效的防护措施，确保管道安全具有至关重要的意义。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的用于牺牲阳极排流保护范围的测试装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的极化探头的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的用于牺牲阳极排流保护范围的测试方法流程图。

其中，附图标记分别表示：

1-测试单元，1a-中心测试单元，101-极化探头，1011-测试极片，1012-参比电极，1013-保护件，1014-填充件，102-断电电位测试仪，

n-阳极排流体，

m-目标管道。

具体实施方式

除非另有定义，本发明实施例所用的所有技术术语均具有与本领域技术人员通常理解的相同的含义。在对本发明实施方式作进一步地详细描述之前，对理解本发明实施例一些术语给出定义。

阳极地床又称为辅助阳极，是外加电流阴极保护系统中，将保护电流从电源引入土壤中的导电体。通过阳极地床将保护电流送入土壤，经土壤流入被保护的管道，使管道表面进行阴极极化，防止电化学腐蚀，电流再由管道流入电源负极形成一个回路，这一回路形成了一个电解池，管道在回路中为负极处于还原环境中，防止腐蚀，而阳极地床进行氧化反应遭受腐蚀。

在本发明实施例中，通过阳极排流体n对目标管道m进行排流。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

一方面，本发明实施例提供了一种用于牺牲阳极排流保护范围的测试装置，如附图1所示，该装置包括：至少三个测试单元1，距离阳极排流体n最近的测试单元1为中心测试单元1a，其余测试单元1沿目标管道m的轴向均匀且间隔布设于中心测试单元1a的两侧，相邻两个测试单元1之间的间距为5～10m。

其中，测试单元1包括：位于地层的极化探头101和位于地表的断电电位测试仪102。

极化探头101包括：相互绝缘且均与地接触的测试极片1011及参比电极1012。

测试极片1011通过断电电位测试仪102和电缆与目标管道m上的连接点连接。

参比电极1012通过电缆与断电电位测试仪102连接。

可以理解的是，多个测试单元1均并联连接至目标管道m上的同一连接点处。当任意一个测试单元1出现故障时，均不影响其他测试单元1的测试结果。

需要说明的是，参见附图1，目标管道m上的连接点、中心测试单元1a、阳极排流体n在同一竖直线上。

极化探头101在地层中能够起到抗阴极干扰的作用。目标管道m上的电流能够通过电缆和断电电位测试仪102流通至测试极片1011上。当断电电位测试仪102使目标管道m与测试极片1011之间断开时，测试极片1011的电位与目标管道m的电位相同。通过检测测试极片1011的电位能够间接测试目标管道m的电位。

当测试极片1011与目标管道m断开时，由于测试极片1011被极化而处于高电位，参比电极1012处于低电位，测试极片1011与参比电极1012之间存在电位差。

断电电位测试仪102具有至少三个数据接口，一个数据接口通过电缆与目标管道m连接，一个数据接口通过电缆与测试极片1011连接，一个数据接口通过电缆与参比电极1012连接。

在本发明实施例中，断电电位测试仪102能够使测试极片1011与目标管道m之间实现电导通，也可以使测试极片1011与目标管道m之间实现电断开。当测试极片1011与目标管道m之间电断开时，测试极片1011被极化，测试极片1011与目标管道m上的电流相同，断电电位测试仪102测试测试极片1011与参比电极1012之间的电位差，进而可以间接测试目标管道m与参比电极1012之间的电位差。

本发明实施例提供的用于牺牲阳极排流保护范围的测试装置，通过使均匀且间隔布设的至少三个测试单元1的断电电位测试仪102并联至目标管道m上的一个连接点，以减少地层电流干扰带来的误差，利于高精度地检测牺牲阳极排流保护范围。通过设置包括测试极片1011和参比电极1012的极化探头101，利于断电电位测试仪102高精度地测试测试极片1011与参比电极1012之间的断电电位，进而间接测试出目标管道m与参比电极1012之间的断电电位。通过使相邻两个测试单元1之间的间距为5～10m，远小于传统的测试桩之间的间距(通常为1000m)，这能够明显提高牺牲阳极排流有效保护范围的测试精度。通过每个测试单元1的检测结果和相邻两个测试单元1之间的间距，可以快速、精确地确定牺牲阳极排流的保护范围。而且，该装置可以获取目标管道m任意位置处的牺牲阳极排流效果，这对于科学评价牺牲阳极排流的效果，快速、准确找出高风险管道，并采用经济有效的防护措施，确保管道安全具有至关重要的意义。

在本发明实施例中，测试单元1的数目可以为奇数个，距离阳极排流体n最近的测试单元1为中心测试单元1a，其他测试单元1对称且间隔布设于中心测试单元1a的两侧。如此，通过多个测试单元1可以分别获取目标管道m同一连接点与不同参比电极1012之间的电位差，进而可以减少地层不同位置杂散电流对检测结果的影响。

相邻两个测试单元1之间的间距可以为5～10m，例如可以为5m、6m、7m、8m、9m、10m等。

测试极片1011与参比电极1012的结构可以设置为多种，本发明实施例对测试极片1011和参比电极1012的结构给出一种示例：

如附图2所示，测试极片1011呈环形结构；参比电极1012呈柱体结构；测试极片1011套装于参比电极1012上。

上述结构的测试极片1011和参比电极1012容易获取，能够容易地获取两者之间的稳定电位，而且能够有效降低断电电位的测试误差。

在本发明实施例中，测试极片1011与参比电极1012之间相对绝缘，以避免两者之间的相互影响，保证能够获取稳定的电位差。本发明实施例就测试极片1011与参比电极1012之间绝缘设置的方式给出以下两种示例：

作为第一种示例，测试极片1011与参比电极1012之间具有间隙，两者通过其他部件或土层实现相对固定。

作为第二种示例，测试极片1011与参比电极1012之间具有绝缘件。

其中，绝缘件可以为橡胶垫片。

上述两种方式简单，容易使测试极片1011与参比电极1012之间相对绝缘固定。

其中，参比电极1012的材料可以为硫酸铜。如此，能够使该参比电极1012具有良好的耐用性、耐久性和耐损坏性。

进一步地，作为一种示例，如附图1或附图2所示，极化探头101还包括：绝缘的保护件1013；保护件1013套装在测试极片1011和参比电极1012上。

如此，保护件1013能够对测试极片1011和参比电极1012起到保护作用，还利于使测试极片1011和参比电极1012之间相对固定，而且，保护件1013还能避免地层中的杂散电流影响断电电位的测量精度。

举例来说，测试极片1011和参比电极1012均与保护件1013连接，进而实现测试极片1011和参比电极1012之间的相对固定。

进一步地，作为一种示例，如附图1或附图2所示，极化探头101还包括：绝缘的填充件1014；填充件1014填充在测试极片1011与保护件1013之间；和/或，填充件1014填充在参比电极1012与保护件1013之间。

如此，能够使保护件1013与测试极片1011、保护件1013与参比电极1012之间相对固定。

其中，填充件1014可以为绝缘材料，例如可以为橡胶、树脂等。

在本发明实施例中，作业员可以根据断电电位测试仪102的断电电位数据直接判断，也可以通过以下方式进行判断：

本发明实施例提供的用于牺牲阳极排流保护范围的测试装置还包括：处理单元，处理单元与断电电位测试仪102信号连接。

断电电位测试仪102将获取的断电电位数据传递给处理单元，处理单元进行处理分析。

其中，处理单元与断电电位测试仪102之间可以通过电缆连接，也可以无线连接。

处理单元可以为plc(可编程逻辑控制器，programmablelogiccontroller)。

在本发明实施例中，断电电位测试仪102，可以为具有断电电位测试功能的数据记录仪。

在本发明实施例中，安装测试单元1时，无需大面积开挖地表，安装简单，方便施工。

另一方面，本发明实施例提供了一种用于牺牲阳极排流保护范围的测试方法，该方法应用于上述提及的任一种装置中，如附图3所示，该方法包括：

步骤101、对至少三个测试单元1进行编号。

其中，步骤101包括但不限于以下方法：

步骤1011、将中心测试单元1a编号为0号测试单元1。

“中心测试单元1a”即为距离阳极排流体n最近的测试单元1。参见附图1，中心测试单元1a位于阳极排流体n的上方。

步骤1012、沿0号测试单元1的第一侧，将测试单元1顺次编号为1s号测试单元1、……、ns号测试单元1。

步骤1013、沿0号测试单元1的第二侧，将测试单元1顺次编号为1x号测试单元1、……、nx号测试单元1。

其中，n为正整数。

步骤102、控制每个测试单元1对应的断电电位测试仪102获取测试极片1011与参比电极1012之间的平均断电电位数据。

步骤102包括但不限于以下步骤：

步骤1021、控制每个测试单元1对应的断电电位测试仪102循环进行通电第一参考时间，断电第二参考时间，以参考频率采样第三参考时间，获取测试极片1011与参比电极1012之间的多个断电电位数据。

其中，第一参考时间可以为10～14秒，例如可以为10秒、11秒、12秒、13秒、14秒等。

第二参考时间可以为2～4秒，例如可以为2秒、3秒、4秒等。

断电电位测试仪102可以延迟300毫秒进行采样。参考频率可以为1～2秒/个，例如可以为1秒/个、2秒/个。第三参考时间可以为至少24小时，例如可以为24小时、24.5小时、25小时、25.5小时、26小时等。

步骤1022、根据多个断电电位数据和数目，获取每个测试单元1的平均断电电位数据。

步骤103、确定每个平均断电电位数据是否在参考范围内：若否，将对应的测试单元1作为无效测试单元。

其中，参考范围可以为-0.85～-1.2v。

步骤104、根据无效测试单元，分别获取中心测试单元1a两侧最近的两个无效测试单元的编号。

即，获取中心测试单元1a第一侧的第一个无效测试单元的编号，获取中心测试单元1a第二侧的第二个无效测试单元的编号。

步骤105、根据中心测试单元1a两侧最近的两个无效测试单元的编号、相邻两个测试单元1之间的间距，确定用于牺牲阳极排流的保护范围。

通过以下公式来确定用于牺牲阳极排流的保护范围：

l＝l×(ns-1)+l×(nx-1)(1)

其中，l为用于牺牲阳极排流的保护范围，单位为m；l为相邻两个测试单元1之间的间距，单位为m；ns为沿0号测试单元1的第一侧的第一个无效测试单元的编号；nx为沿0号测试单元1的第二侧的第一个无效测试单元的编号。

需要说明的是，步骤101与步骤102之间的顺序不限。

本发明实施例提供的用于牺牲阳极排流保护范围的测试方法，通过对至少三个测试单元1进行编号，控制每个测试单元1对应的断电电位测试仪102获取测试极片1011与参比电极1012之间的平均断电电位数据，以减少地层杂散电流的干扰，便于高精度地获取目标管道m与参比电极1012之间的电位差。根据平均断电电位数据确定对应的测试单元1是否为无效测试单元，根据中心测试单元1a两侧最近的两个无效测试单元的编号、相邻两个测试单元1之间的距离，高精度地确定目标管道m牺牲阳极排流的保护范围。该方法简单，能够快速、精确地确定目标管道m任意位置处的牺牲阳极排流效果，这对科学评价牺牲阳极排流的效果，快速、准确找出高风险管道，并采用经济有效的防护措施，确保管道安全具有至关重要的意义。

本发明实施例提供的装置和方法弥补了传统测试方法中依赖管道阴极保护测试桩的不足，大大提高了牺牲阳极排流的有效保护测试范围，且方便易行，现场可操作性强。

以下将通过具体实施例进一步地描述本发明。

实施例1

本实施例对本发明实施例提供的用于牺牲阳极排流保护范围的测试装置及方法进行评价。具体地，以某城区一条受地铁杂散电流干扰的管道为目标管道m，该目标管道m具有防腐涂层pe(聚乙烯)，现场测得目标管道m杂散电流干扰范围为-2v～1v。为了抑制杂散电流的干扰，采用了3支mg-14型镁合金牺牲阳极进行排流保护。采用本发明实施例提供的测试方法确定这3支镁合金牺牲阳极的有效保护范围。具体过程如下：

加工21个极化探头101，每个极化探头101包括内径为4.8cm、外径为6cm的环形测试极片1011(环形试片的工作面积为10cm²)，将测试极片1011与电缆焊接连接。将外径为4cm的硫酸铜参比电极1012放置于测试极片1011中央，将参比电极1012与电缆焊接连接。引出测试极片1011的电缆和参比电极1012的电缆，然后将测试极片1011与参比电极1012整体置于内径为8cm的pvc管中，且在pvc管与测试极片1011之间填充环氧树脂。

采购21个断电电位测试仪102，分别与21个极化探头101构成21个测试单元1。

以阳极排流体n或排流桩所在位置为中心，设置中心测试单元1a，然后沿目标管道m的轴向，在中心测试单元1a的第一侧和第二侧分别对称设置10个测试单元1，相邻两个测试单元1之间距离为10m。每个测试单元1中的断电电位测试仪102通过电缆并联至目标管道m的连接点处。

每个测试单元1埋于地层的深度为0.5m，测试单元1与目标管道m之间的距离为0.5m，断电电位测试仪102位于地表。断电电位测试仪102的一个数据接口通过电缆与管道连接，一个数据接口通过电缆与测试极片1011连接，另一个数据接口通过电缆与参比电极1012连接。

对21个测试单元1进行编号，将中心测试单元1a编号为0#测试单元1，从0#测试单元1开始，往目标管道m上游方向的测试单元1依次编号为1s#号测试单元1、2s#号测试单元1、……、10s#号测试单元1。从0#测试单元1开始，往目标管道m下游方向的测试单元1依次编号为1x#测试单元1、2x#测试单元1、……、10x#测试单元1。

设置断电电位测试仪10224小时后开始周期性地通断电，通电时间为12秒，断电时间为3秒，断电电位测试仪102采集延迟时间300毫秒，采样时间至少为24小时，采样频率1秒/个。

根据多个断电电位数据和数目，获取每个测试单元1的平均断电电位数据。

确定每个平均断电电位数据是否在-0.85v～-1.2v内：若否，将对应的测试单元1作为无效测试单元。从0#测试单元1开始，往目标管道m上游方向4s#测试单元1为第一个无效测试单元。从0#测试单元1开始，往目标管道m下游方向6x#测试单元1为第一个无效测试单元。

根据公式(1)计算牺牲阳极排流保护范围为：

即，3支镁合金牺牲阳极的有效保护范围为80m。

上述所有可选技术方案，可以采用任意结合形成本公开的可选实施例，在此不再一一赘述。

以上所述仅为本发明的说明性实施例，并不用以限制本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。