變頻-選頻法測量埋地管道防腐層絕緣電阻技術的製作方法

2023-10-06 19:44:09 1

專利名稱：變頻-選頻法測量埋地管道防腐層絕緣電阻技術的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種測量埋地管道防腐層絕緣電阻的方法，具體地說是提供一種利用變頻一選頻法測量上述埋地管道防腐層絕緣電阻的實用技術。
輸送石油、天然氣的埋地鋼質管道均有外防腐絕緣層以使管道免遭腐蝕，確保安全運行。然而，隨著時間的流逝，因光、電、水、氧，細菌等外界環境的影響及外力損傷，必然會導致防腐層的劣化。測量管道絕緣電阻是反映防腐層優劣諸多因素的一個綜合性參數。若能準確測得任意長管段絕緣電阻數值，即可判斷出防腐層是否完好或損壞程度，從而確定更換，修補或大修理防腐層。以及指導加強陰極保護措施等。如用於測量新建管道還可以確保施工質量。用於陰極保護設計，可以提高設計精度。多年來國內外已研究了不少測量埋地管道防腐層絕緣電阻的方法，大致有以下幾種主要類型1、包復法。此法需要開挖管段，而且只能測量幾米，不能代表長距離管道防腐層的質量，因此此法局限性極大，但測量準確度較高。
2、直流法。直流法是利用陰極保護電流或臨時外加直流電源，通過測量管道電位分布的變化，再利用公式計算，求出絕緣電阻。但是由於直流電流通過金屬與土壤(電解質)界面必然要產生極化電位，而計算絕緣電阻所需要的是直流電場分布電位(IR壓降)。然而，在測量管道點電位時這兩者是分不開的。因此，採用此法將引入電位、電流測量誤差。
3、接地電阻法。此法是用接地電阻測量儀測量管道的接地電阻(等效電阻)，然後通過計算求出絕緣電阻的方法。但是該方法在實測和計算過程中都尚存在一定問題。因此，確定準確的絕緣電阻值是比較困難。上述目前採用的主要測量方法，在實施中都遇到了不可克服的引入誤差因素。為此建立一種能克服已有各種方法弊病，可準確快速測量埋地管道防腐層絕緣電阻的方法，仍是一個極待需要解決的問題。
本發明的目的是解決目前測量埋地管道防腐層絕緣電阻的方法中所存在的各種缺點，建立一種新的能準確、快速實現測量的方法。即為測量埋地管道防腐層絕緣電阻提供一種新的實用性強的測量技術。
為實現上述目的，本發明在高頻信號沿埋地管線(單線-大地迴路)傳輸理論基礎上建立了變頻-選頻法測量技術。為更好地說明這種技術，下面簡述一下這種方法建立的理論基礎。當高頻電信號通過埋地管道傳輸時，可視為單線-大地迴路，這是一個十分複雜的不平衡網絡，反映這個網絡特性的參數很多，而且往往是變量，經理論推導可以確立以下數學模型r1=(Z1·Y1-Z2·Y2+｜Z ｜/2]]>(1)γ2＝(2/L)·1n|V0/VL/2| (2)上式中γ1傳播常數實部;γ2傳播常數虛部;Z1管道縱向阻抗實部;Z2縱向阻抗虛部;Y1管道橫嚮導納實部;Y2橫嚮導納虛部;｜Z｜及｜Y｜為縱向阻抗及橫嚮導納模值;L被測管段長度，Vo輸入信號電位;VL/2被測管段中點電位。需要求的管道絕緣電阻包含在一次參數防腐層橫嚮導納Yi中，即Yi＝Go+ωCtgδ+jωC (3)(3)式中Go漏電流引起的電導稱漏電導，它的倒數即為漏電阻，也就是防腐層絕緣電阻Ri;ω角頻率;tgδ損耗角正切;C防腐層橫向電容。防腐層橫向電容C可以通過公式求出C＝ (2πBi)/(1n(b/a)) (4)(4)式中Bi為防腐層絕緣材料介電常數，a為金屬管外半徑，b為管道外半徑。由上述式(1)～(4)，管道防腐層絕緣電阻Ri;包含在求管道傳播常數的實部γ1中，為此當應用上式，如果所需其它原始參數為已知，若能測算出γ1就可以應用式(1)(3)計算出管道防腐層絕緣電阻Ri了。關於如何現場測量管道傳播常數，也是測量「單線-大地」迴路的傳播常數問題是強電幹擾專業的問題，至今還沒有一個簡便可行的辦法。通過理論推導及考慮多種參數對傳播常數的影響，本發明者們提出了在滿足γ1·L＞5.3條件時(誤差＜2%)，可採用下述經驗公式γi＝(2/L)·1n｜Vo/VL/2｜ (5)由上式(5)可見，當滿足γiL＞5.3的條件，即要求｜Vo/VL/2｜比大於14.15時，則不管終接阻抗為任何值，都可以用式(5)求出傳播常數的實部γi，然後通過式(1)(3)即可求出長度為L的管道防腐層絕緣電阻Ri的平均值。而實測中要求滿足｜Vo｜與｜VL/2｜之比大於14.15，可以用電平差表示，即兩點電平差大於23dB，為了滿足這個條件，可以通過改變輸入高頻信號頻率來實現。在上述理論研究的基礎上提出了本發明的變頻-選頻法測量埋地管道防腐層絕緣電阻值技術。
本發明的測量埋地管道防腐層絕緣電阻的方法，其特徵在於是採用變頻-選頻法進行測量。具體地說，在兩個相距任意段長管道的兩端，一端接變頻信號源及選頻指示器，另一端接一臺選頻指示器，同時各儀器都有接地端，其接線可按附

圖1。測量時在發收兩端應配有對講機或用其它手段進行聯絡。所用的變頻信號源(儀器)，應能發出0.2～100KHz段高頻信號。發、收端選頻指示器，可為結構相同的兩臺選頻指示器，並能在與變頻信號源同樣的高頻段內工作。測量時，開機使信號源及指示器工作，在不知道防腐絕緣狀況時，可試送10KHz左右的信號，此時通過對講機聯絡，讀出發、收兩端指示器的電平，如果電平差小於23dB時，應增高輸入信號頻率，直至兩端指示電平差大於23dB，記錄下此時的頻率值及實測電平值。在進行上述測量的同時，還應按常規方法測量出和查出測算管道防腐層絕緣電阻所需其它原始參數包括金屬管道外半徑a，金屬管壁厚T，絕緣防腐層厚Ti，土壤電阻率ρ2，這些參數利用已知測量技術均可得到。金屬管材料電阻率ρ，金屬材料相對導磁率μr，真空介電常數Bo，絕緣材料介電常數Bi，絕緣材料損耗正切tgδ，真空導磁率μo，土壤介電常數Bz，這些常數或數值可以通過查表或計算求得。將上述得到的數據代入理論推導給出的公式中即可計算出埋地管道防腐層的絕緣電阻值。在實際計算工作，是將上述公式(及經驗公式)及運算編入程序，只要將實測出的高頻信號頻率值，電平差值、土壤電阻率值送入已編程序中，應用計算機即可求出所測部分長管段的防腐層絕緣電阻的平均值。下面通過實例對本發明的方法給予進一步詳細說明。
實例1，變頻-選頻法測量埋地管道防腐層絕緣電阻方法按附圖1的變頻-選頻法測量方法接線示意圖在相距一公裡的兩個檢測椿(檢測椿有導線連結到管道壁)，其一端接變頻信號源及選頻指示器;另一端接一臺選頻指示器，並將各儀器接地端接好。附圖1中A為變頻信號源，B1、B2分別為發、收端選頻指示器;G為接地;B1、B2兩指示器間距為1公裡。對儀器要求為變頻信號源，其數顯輸出頻率0.2～100KHz;分辯率1Hz，10Hz;不平衡輸出，低阻＜10Ω;電平輸出範圍+11dB～-45dB;0dB誤差±0.2dB。發、收選頻指示器B1和B2，其數顯輸入頻率0.2～100KHz;解析度10Hz;輸入電平+20～-80dB;輸入阻抗10KΩ，電平測量誤差±0.2dB;選擇性3dB帶寬±10KHz;解析度10Hz。當按圖1接線完成後，開機使信號源及指示器工作，通過對講機聯絡，讀出收發兩端的指示電平，直至兩端指示電平差大於23dB，記錄下此時的頻率值及實測電平值。同時用四極法測量被測管段區域的土壤電阻率。將上述實測數值及已經得到的關於金屬管道外半徑，金屬管壁厚，絕緣防腐層厚，金屬管材料電阻率，金屬材料相對導磁率，真空絕緣材料或土壤介電常數，絕緣材料損耗角正切值，真空導磁率等代入理論推導公式即可計算出所求的埋地管道防腐層絕緣電阻。實際運數中是將上述可測數據均先編入程序只要將待測數據輸入計算機內即可得到絕緣電阻值。
實例2、利用變頻-選頻法實測埋地原油管道防腐層絕緣電阻利用實例1所述的變頻-選頻法實測運行近二十年的一段30公裡埋地原油管道防腐層絕緣電阻，該段管道每隔1公裡有一檢測椿，實測數據由計算機處理得到絕緣電阻平均值其結果列於表1。作為評價管道防腐層優劣程度按表2進行分級，並按表2對防腐層質量進行分級，其結果列於表3。下述測量共進行兩次間隔2年。
表1，埋地原油管道絕緣電阻測量結果
表2，管道防腐層優劣分級表絕緣電阻(Ω·m2) 等級損傷程度10000優無2500-10000良極微小漏點500～2500可老化、少數破損500劣相當大面積損傷表3，被測防腐層質量分級情況絕緣電阻(Ω·m2) 級別第一次測段數第二次測段數10000優002500～10000良910500～2500可812500劣138在上述測量中第二次結果比第一次測得值高，這種增值結果可以認為是合理，因為第一次測量時發現了均壓線老化破損，在第二次測試前將均壓線折除，並重修了檢測椿。兩次測量數據比較，統計結果測量重現性很好佔56%，重現性好佔28%，第二次測得數據合理增大佔16%。
由上述實例，本發明的測量方法具有下列突出的特點1、可以測量埋地連續管道上的任意長度管段的防腐層絕緣電阻的平均值。所測結果不受被測管段以外的管道長短，有無分支，以及防腐層質量好壞的影響。
2、適用於不同管徑，不同金屬管，不同防腐絕緣材料的管道。
3、測量時可以不開挖管道，不影響管道正常工作狀況，不必關斷外加電流陰極保護電源。
4、測量方法簡單，實測數據準確程度高，重現性好，數量級與短段包復法十分相符，能真實地反映管道防腐層質量狀況。因此本發明的變頻-選頻法在測量埋地管道防腐絕緣電阻方面將有十分重要的實用價值，適於推廣應用。
權利要求
1.一種用於埋地管道防腐層絕緣電阻的測量方法，其特徵在於是採用變頻一選頻法進行，在兩個相距任意段長管道的兩端一端接變頻信號源及選頻指示器，另一端接一選頻指示器，同時各儀器都有接地端，測量時變頻信號源發出高頻信號，讀出發收兩端指示器的電平，如果電平差小於23dB時，應增高輸出信號頻率，直至兩端指示電平差大於23dB，記錄此時的頻率值及實測電平值；同時還應按常規方法測量出和查出測算管道防腐層絕緣電阻所需其它原始參數；並將上述得到的數據代入理論推導給出的經驗公式中即可求出其絕緣電阻平均值。
2.按照權利要求1所述的測量方法，其特徵在於在不知道埋地管道防腐絕緣狀況時，測量時變頻信號源可試送10KHZ左右的信號，再進行測量。
3.按照權利要求1所述的測量方法，其特徵在於所用的變頻信號源其數顯輸出頻率可為0.2～100KHz;發、收選頻指示器其數顯輸入頻率同樣應為0.2～100KHz。
全文摘要
一種利用變頻-選頻法測量埋地管道防腐層絕緣電阻技術，它利用一部變頻信號源及發、收兩部選頻指示器，可以測量出相距任意段長管道的實測電平值及測試頻率，再配合常規方法測量的其它數據，通過運算可以求出埋地管道防腐層絕緣電阻平均值。該方法測量時可不開挖管道，不影響管道正常工作狀況，亦可適用於在不同管徑，不同金屬管及不同防腐絕緣材料的管道進行測量。利用該方法進行測量，實測數據準確，重現性好，方法簡單，適於推廣應用。
文檔編號G01R31/14GK1071259SQ91106249
公開日1993年4月21日 申請日期1991年9月27日 優先權日1991年9月27日
發明者李紹忠, 苑紹成, 姚喆, 李裕晨, 梁舉 申請人:東北輸油管理局, 電部第五研究所