CN109371402A - 一种可调节的外加电源阴极保护系统 - Google Patents
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Abstract
一种可调节的外加电源阴极保护系统，包含：外加电源，其阴极电性连接被保护的水下球阀管汇，该被保护的水下球阀管汇作为外加电源的阴极；辅助阳极地床，其电性连接外加电源的阳极，作为外加电源的阳极。本发明保护范围大，受环境电阻率影响小，经济性好，保护装置寿命长。
Description
技术领域
本发明涉及水下石油设备防腐工艺，尤其涉及一种可调节的外加电源阴极保护系统。
背景技术
水下球阀及管道在水下的环境中会与周围海水等介质发生化学或电化学作用而导致材料无谓的消耗或破坏，从而影响使用寿命。为了避免这种现象，现场需采取阴极保护措施。
目前常用的阴极保护措施是牺牲阳极的阴极保护法，将还原性较强的金属作为保护极，与被保护金属相连构成原电池，还原性较强的金属将作为负极发生氧化反应而消耗，被保护的金属作为正极就可以避免腐蚀。其缺点在于：1.较低的驱动电压/电流；2.对于劣质涂层的结构物需要较多的阳极；3.在高电阻的土壤环境下可能是无效的；4.由于较低的电流效率(自腐蚀消耗)，其每安培电流费用高于外加电流阴极保护；5.替换用废的阳极是困难或昂贵的。
发明内容
本发明提供一种可调节的外加电源阴极保护系统，保护范围大，受环境电阻率影响小，经济性好，保护装置寿命长。
为了达到上述目的，本发明提供一种可调节的外加电源阴极保护系统，包含：
外加电源，其阴极电性连接被保护的水下球阀管汇，该被保护的水下球阀管汇作为外加电源的阴极；
辅助阳极地床，其电性连接外加电源的阳极，作为外加电源的阳极。
所述的外加电源采用恒电位仪。
所述的辅助阳极地床包含：
接地钢板，其设置在水底，电性连接外加电源的接地端；
阳极床，其设置在水底，电性连接外加电源的阳极输出端。
所述的阳极床采用镀铂的钛，或者镀铂的钽，或者镀铂的铌，或者铅-银阳极。
所述的外加电源阴极保护系统还包含参比电极，其电性连接外加电源的参比电极端，用于计算被测定电极的电极电势。
所述的参比电极设置在被保护的水下球阀管汇的出土点处，或入土点处，或入土点附近。
所述的参比电极采用硫酸铜参比电极。
所述的外加电源阴极保护系统还包含多个测试桩。
所述的测试桩包含：电位测试桩，电流测试桩，套管电位测试桩，绝缘接头电位测试桩。
本发明相比于牺牲阳极的阴极保护法具有以下优势：
1、保护范围大；
2、受环境电阻率影响小；
3、工程越大越经济；
4、保护装置寿命长。
附图说明
图1是本发明提供的一种可调节的外加电源阴极保护系统的结构示意图。
图2是外加电源的连接示意图。
具体实施方式
以下根据图1～图2，具体说明本发明的较佳实施例。
阴极保护利用将金属表面各点电位达到一致，从而减少电子的流失来减缓金属腐蚀。外加电源的阴极保护是指通过埋地的辅助阳极、将保护电流引入地下，通过土壤提供给被保护金属，被保护金属在大地中仍为阴极，其表面只发生还原反应，不会再发生失去金属离子的氧化反应，腐蚀受到抑制。而辅助阳极表面则发生失电子氧化反应。
如图1和图2所示，本发明提供一种可调节的外加电源阴极保护系统，包含：
外加电源1，其阴极电性连接被保护的水下球阀管汇；
辅助阳极地床2，其电性连接外加电源1的阳极。
该外加电源阴极保护系统还包含：参比电极3和多个测试桩4。
外加电源1是外加电源阴极保护技术的心脏，其作用是不间断地向被保护金属结构物提供阴极保护电流。随着电源和电子技术的发展，强制电流阴极保护用的电源经历了直流发电机、整流器、恒电位仪的历程，目前得到广泛应用的是整流器和恒电位仪。在本实施例中，为了可以满足根据实际工况自动调节系统的功能性要求，采用恒电位仪作为外加电源。因恒电位仪具有恒电位，恒电流特性，从而可以满足根据实际工况自动调节系统的功能性要求，故在此作为系统的电源不间断地向被保护金属结构物提供阴极保护电流。
恒电位仪整体就是一个负反馈放大输出系统，具有恒电位和恒电流两种运行状态可切换。恒电位仪与被保护物(如埋地管道)构成闭环调节，通过参比电极测量通电点电位，作为取样信号与控制信号进行比较，实现控制并调节极化电流输出，使通电点电位得以保持在设定的控制电位上。而一旦恒电位出现问题，比如说干扰，参比电极损坏等，这时需要切换至恒电流运行状态，恒定电流输出，也就是说，电流输出不变，电压变化。
1、恒电位运行状态：当恒电位仪处于“自动”工作状态时，机内给定信号(控制信号)或外控给定信号和经阻抗变换器隔离后的参比信号一起送入比较放大器，经高精度、高稳定性的比较放大器比较放大，输出误差控制信号，将此信号送入移相触发器，移相触发器根据该信号的大小，自动调节脉冲的移相时间，通过脉冲变压器输出触发脉冲调整极化回路中可控硅的导通角，改变输出电压、电流的大小，使保护电位等于设定的给定电位，从而实现恒电位保护。
2、切换成恒电流运行模式：当恒电位仪工作在恒电位状态而因参比失效或其它故障致使仪器不能实现恒电位控制时，经一定时间延迟后，恒电位仪确认采集到的信号实属恒电位失控的误差信号，就将自动转换为恒电流工作状态。恒电流给定信号和经阻抗变换后输出电流取样信号一起送入比较放大器，比较放大器输出误差控制信号通过移相触发器调整可控硅的导通角的大小使仪器的输出电流恒定在预先设定的电流值上。
如图2所示，恒电位仪1的零位和阴极输出端连接被保护体(水下球阀管汇)，则被保护体作为恒电位仪的阴极。
如图2所示，所述的辅助阳极地床2包含：
接地钢板201，其设置在水底，电性连接恒电位仪1的接地端；
阳极床202，其设置在水底，电性连接恒电位仪1的阳极输出端。
辅助阳极地床2具有增大阳极与土壤的接触的功能，将保护电流从电源引入土壤中的导电体。通过辅助阳极把保护电流送入土壤，经土壤流入被保护的水下球阀管汇，使水下球阀管汇表面进行阴极极化(防止电化学腐蚀)，电流再由水下球阀管汇流入外加电源负极形成一个回路，这一回路形成了一个电解池，水下球阀管汇在回路中为负极处于还原环境中，防止腐蚀，而辅助阳极地床2进行氧化反应遭受腐蚀。
在本实施例中，因为周边环境是海水，故阳极床202大多采用的是镀铂的钛，钽或铌，铅-银阳极，每月需测量一次辅助阳极地床2的接地电阻。
如图2所示，参比电极3电性连接恒电位仪1的参比电极端。参比电极是测量各种电极电势时作为参照比较的电极，将被测定的电极与精确已知电极电势数值的参比电极构成电池，测定电池电动势数值，就可计算出被测定电极的电极电势。恒电位仪用的参比电极选择的安装位置在被保护的水下球阀管汇的出土点处，或入土点处，或入土点附近，距管道10cm(通电点附近)。参比电极的基本要求为极化小、稳定性好，硫酸铜参比电极的极化允许量为±10mV。
所述的测试桩4包含：电位测试桩，电流测试桩，套管电位测试桩，绝缘接头电位测试桩。在本实施例中，为了检测维护管道的阴极保护系统，在管道沿线设置电流及电位测试桩，每公里设置一个电位测试桩，每五公里设一个电流测试桩，每个套管处设置一个套管电位测试桩，每个绝缘处设一个绝缘接头电位测试桩，每月测量一次阴极保护电位。
本发明的工作流程如下：
在通电前先进行管道自然电位测试，即在未实施阴极保护的情况下，用硫酸铜参比电极测沿线测试桩(测试桩与需保护的管汇连接)的电位，其电位一般为-0.4V～-0.6V。
自然电位测试完成后，通过远程控制台给定控制电压(根据现场管道实际情况)并打开恒电位仪输出恒定的保护电压，待控制表盘上的输出电压等数值稳定后，进行管道保护电位测试，即在施加阴极保护的情况下，用硫酸铜参比电极测沿线测试桩电位，其电位应在-0.85V～-1.5V。若数据满足要求则判定系统在恒电位运行状态下正常工作。
当恒电位仪工作在恒电位状态而因参比失效或其它故障致使仪器不能实现恒电位控制时，经恒电位仪采集信号确定为恒电位失控后，恒电位仪自动切换成恒电流模式，继续对水下球阀管汇提供阴极保护。
本发明保护范围大，受环境电阻率影响小，经济性好，保护装置寿命长，主要应用于海洋下大型石油钻采设备的阴极保护，例如水下长距离输油输气工业管道、水下球阀、大型水下储罐群等。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (9)
1.一种可调节的外加电源阴极保护系统，其特征在于，包含：
外加电源(1)，其阴极电性连接被保护的水下球阀管汇，该被保护的水下球阀管汇作为外加电源(1)的阴极；
辅助阳极地床(2)，其电性连接外加电源(1)的阳极，作为外加电源(1)的阳极。
2.如权利要求1所述的可调节的外加电源阴极保护系统，其特征在于，所述的外加电源(1)采用恒电位仪。
3.如权利要求1所述的可调节的外加电源阴极保护系统，其特征在于，所述的辅助阳极地床(2)包含：
接地钢板(201)，其设置在水底，电性连接外加电源(1)的接地端；
阳极床(202)，其设置在水底，电性连接外加电源(1)的阳极输出端。
4.如权利要求3所述的可调节的外加电源阴极保护系统，其特征在于，所述的阳极床(202)采用镀铂的钛，或者镀铂的钽，或者镀铂的铌，或者铅-银阳极。
5.如权利要求1所述的可调节的外加电源阴极保护系统，其特征在于，所述的外加电源阴极保护系统还包含参比电极(3)，其电性连接外加电源(1)的参比电极端，用于计算被测定电极的电极电势。
6.如权利要求5所述的可调节的外加电源阴极保护系统，其特征在于，所述的参比电极(3)设置在被保护的水下球阀管汇的出土点处，或入土点处，或入土点附近。
7.如权利要求6所述的可调节的外加电源阴极保护系统，其特征在于，所述的参比电极(3)采用硫酸铜参比电极。
8.如权利要求1所述的可调节的外加电源阴极保护系统，其特征在于，所述的外加电源阴极保护系统还包含多个测试桩(4)。
9.如权利要求8所述的可调节的外加电源阴极保护系统，其特征在于，所述的测试桩(4)包含：电位测试桩，电流测试桩，套管电位测试桩，绝缘接头电位测试桩。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20190222 |