用於埋地金屬管道的陰極保護電位監測系統的製作方法
2023-06-05 11:46:11 1
用於埋地金屬管道的陰極保護電位監測系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種用於埋地金屬管道的陰極保護電位監測系統，包括監控中心和若干個數據採集終端，若干個數據採集終端分布於被測管道不同的測量位置，用於對被測管道上不同位置的電位進行測量，監控中心用於接收各個數據採集終端反饋的檢測數據，並將檢測數據存入資料庫，用於實時數據顯示和歷史數據回調，同時再輔以監控中心的數據分析功能，實現信號的預測報警和管道的異常點定位等功能。採用本系統對埋地金屬管道的陰極保護電位進行遠程監測，相比人工定期巡檢，更能夠滿足管道陰極保護參數實時檢測的需要，同時還能夠大幅提高檢測效率，節省人工成本。
【專利說明】用於埋地金屬管道的陰極保護電位監測系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用於監測埋地金屬管道防腐性能的監測設備，特別是涉及一種用於埋地金屬管道的陰極保護電位監測系統。
[0002]
【背景技術】
[0003]隨著石油工業的發展，採用埋地金屬管道進行燃氣輸送已成為國內天然氣輸送的一種重要方式，為了最大限度延長管道的使用壽命，保障管道的安全運營，必須提高管道的陰極保護效率，完善陰極保護措施，而對陰極保護狀況的監測和對獲取的數據進行準確分析至關重要。截止目前，國內大多數管線陰極保護數據的採集都是依靠人工巡線方法，依據國家標準《埋地鋼質管道陰極保護技術規範》GB/T21448-2008的相關規定:強制電流系統的陰極保護每一個月至三個月進行一次常規功能檢測，工作人員依次經過管道的各個測試樁定期錄取，採集陰極保護數據的方法仍未得到提高，難以滿足管道陰極保護實時檢測的需要，針對外加電流和犧牲陽極保護下的輸氣管線，研製一套能夠對管道各個位置的電位進行遠程監測並且具有實時數據顯示、歷史數據回調、分析預警和管道異常點定位等功能的在線監測系統是管線正常生產作業、消除安全隱患的重要保證。
[0004]
【發明內容】
[0005]本發明的目的在於克服人工定期巡檢效率低，不能滿足管道陰極保護實時檢測的需要，而提供一種用於埋地金屬管道的陰極保護電位監測系統，該系統通過若干個數據採集終端對管道上不同位置的電位進行遠程監測，並定期將檢測數據傳回監控中心，監控中心將數據存入資料庫，用於實時數據顯示、歷史數據回調、分析預警和管道異常點定位。
[0006]為了解決上述技術問題，本發明採用了如下的技術方案:一種用於埋地金屬管道的陰極保護電位監測系統，包括若干個用於對管道上不同位置的電位進行測量的數據採集終端以及用於接收各個數據採集終端反饋的檢測數據的監控中心，所述數據採集終端包括極化探頭、測試樁和電池組，所述測試樁的底部設置有數據採集器，所述數據採集器包括空心殼體以及封裝在空心殼體內的數據採集電路，所述電池組用於為數據採集電路供電；所述數據採集電路包括電位採集電路、信號調理電路、單片機、RS-232接口晶片、GPRS模塊和光耦繼電器，所述電位採集電路的輸入端有兩個接線柱，所述極化探頭內的極化試片和參比電極通過導線分別與兩個接線柱連接，並且與極化試片對應的接線柱通過導線連接在管道的被測位置上，電位採集電路用於採集管道上被測位置的電位，並將採集得到電位值傳送到信號調理電路；所述信號調理電路包括一級反向比例器和二級正向比例器，電位採集電路將採集的電位值經過一級反向比例器由負信號轉換成正信號，再經過二級正向比例器放大調整後傳送到單片機集成的A/D轉換器進行A/D轉換；單片機將經過運算處理後的電位值傳送到RS-232接口晶片，RS-232接口晶片內置有監控中心的IP位址和監測點的編號，RS-232接口晶片將收到的電位值、監控中心的IP位址和監測點的編號打包後傳送到GPRS模塊，單片機通過光耦繼電器控制GPRS模塊的定時通斷電，GPRS模塊根據監控中心的IP位址定時將對應監測點的電位值傳回監控中心,監控中心對接收到的數據按照內部設定程序進行分析、處理。
[0007]進一步，所述測試樁為玻璃鋼材質的空心柱狀體，測試樁的底部具有沿外壁向四周延伸而形成的矩形連接板，連接板上具有若干個螺栓孔；所述空心殼體上設置有若干個豎直向上延伸的螺杆，螺杆穿過各自對應的螺栓孔後通過螺母鎖緊，使連接板和空心殼體連接起來。
[0008]進一步，所述測試樁上設置有可通過鑰匙打開或關閉的測試門，所述測試門內設置有接線板，所述電位採集電路的兩個接線柱通過導線連接在接線板上。
[0009]進一步，所述測試樁的頂部設置有天線，GPRS模塊的引出線經接線板與天線連接。
[0010]本發明的有益效果在於:
本系統通過若干個數據採集終端對管道上不同位置的電位進行遠程監測，並定期將檢測數據傳回監控中心，監控中心將數據存入資料庫，用於實時數據顯示和歷史數據回調，同時再輔以監控中心的數據分析功能，實現信號的預測報警和管道的異常點定位等功能。相比人工定期巡檢，本系統能夠滿足管道陰極保護參數實時檢測的需要，同時還能夠大幅提高檢測效率，節省人工成本。
[0011]【專利附圖】
【附圖說明】
圖1為本發明用於埋地金屬管道的陰極保護電位監測系統的整體原理框圖；
圖2為本發明數據採集終端的結構圖；
圖3為本發明數據採集電路的原理框圖；
圖4為本發明信號調理電路的電路圖。
[0012]
【具體實施方式】
[0013]下面結合附圖對本發明作進一步的詳細說明。
[0014]圖1是用於埋地金屬管道的陰極保護電位監測系統的整體原理框圖。本系統包括監控中心和若干個數據採集終端，若干個數據採集終端分布於被測管道3不同的測量位置，用於對被測管道3上不同位置的電位進行測量，監控中心用於接收各個數據採集終端反饋的檢測數據，並將檢測數據存入資料庫，用於實時數據顯示和歷史數據回調，同時再輔以監控中心的數據分析功能，實現信號的預測報警和管道的異常點定位等功能。
[0015]圖2是數據採集終端的結構圖，圖3是數據採集電路的原理圖，圖4是信號調理電路的電路圖。數據採集終端包括極化探頭2、測試樁I和電池組(圖中未畫出)，測試樁I的底部設置有數據採集器4，數據採集器4包括採用不鏽鋼材質製成的空心殼體以及封裝在空心殼體內的數據採集電路，數據採集電路包括電位採集電路、信號調理電路、單片機、RS-232接口晶片、GPRS模塊和光耦繼電器，電位採集電路的輸入端有兩個接線柱，極化探頭2內的極化試片和參比電極通過導線5分別與兩個接線柱連接，並且與極化試片對應的接線柱通過導線焊接在管道的被測位置上，此時極化試片受到與被測管道3同樣程度的極化，測量時斷開極化試片與被測管道的連接，切斷極化試片的陰極保護電流，立即進行電位測量，得到極化試片的斷電電位，此種測量方法稱為極化探頭法，由於採用極化探頭來進行管道電位的測量屬於本領域技術人員的公知常識，故在本文中不再進行贅述。
[0016]電位採集電路將採集得到的電位值傳送到信號調理電路，在本實施例中，信號調理電路包括由運放LM358構成的一級反向比例器和二級正向比例器，電位採集電路將採集的電位值經過一級反向比例器由負信號轉換成正信號，再經過二級正向比例器放大調整後傳送到單片機集成的A/D轉換器進行A/D轉換；由於長輸輸氣管道沿邊沒有交流電源，只能採用太陽能電池或高能電池工作，因此採集終端的功耗必須很低；此外，陰極保護的電位一般在-0.85V-1.50V之間，微小的電位變化反映的可能是比較大的防腐層脫落或其它變化，因此必須精確採樣保護電位值，本實施例的單片機可採用MSP430，它不僅功耗低，而且內部集成了 8路12位A/D，能夠實現12位精度的模數轉換，同時它還具有高速和通用的特點，可以選擇P6.0-P6.7中的任意一個埠作為信號的輸入，進行A/D轉換。
[0017]單片機將經過運算處理後的電位值傳送到RS-232接口晶片，根據各個監測點的不同，RS-232接口晶片內置有監控中心的IP位址和監測點的編號，RS-232接口晶片將收到的電位值、監控中心的IP位址和監測點的編號打包後傳送到GPRS模塊，GPRS模塊根據監控中心的IP位址定時將各個監測點的電位值和編號傳回監控中心。考慮到GPRS工作時功耗較大，因此設計了 GPRS電源控制電路，採用光耦繼電器AQV101，由單片機實現GPRS電源的打開和關閉；另外本實施例的RS-232接口晶片採用MAX3221，MAX3221作為單片機與GPRS之間的串行接口，空閒時，將MAX3221的16/F0RCE0N接低，進入關閉模式，收發器被關閉而且停止供電，從而進一步降低功耗。
[0018]用GPRS進行數據傳輸常用GPRS MODEM和GPRS DTU兩種方式，GPRS MODEM是由GPRS部分和外圍電路組成的數據機，可藉助PC機的軟硬體進行數據的接收和發送；GPRS DTU是指內部集成了通信協議可直接進行數據傳輸的單元，內部有嵌入式處理器，可方便進行數據傳輸，比較適合工業應用，因此本實施例選用GPRS DTU模塊。
[0019]陰極保護參數遠程監測的難點在於電路功耗的控制，長輸管道一般處於野外環境，沒有電源保障，要實現陰極保護參數的自動採集可採用太陽能電池作為電源，也可採用長效大功能電池組作為電源，而採用太陽能電源，設備和安裝成本較高，維護非常困難，而且難以保障設備的完好；採用長效大功率電池組，成本較低，且安裝方便，不易遭到破壞，因此本實施例採用長效大功能電池組，經測試，採用30安時高能鉛酸電池，可以維持系統工作50000小時以上，即五年以上。
[0020]作為優選，測試樁I為玻璃鋼材質的空心圓柱體，測試樁的底部具有沿外壁向四周延伸而形成的矩形連接板，連接板的四個角上具有螺栓孔，數據採集器4的空心殼體上設置有四個豎直向上延伸的螺杆，螺杆穿過各自對應的螺栓孔後通過螺母鎖緊，使連接板和空心殼體連接起來。安裝時，可首先按照要求進行接線，接線完成後，將數據採集器4連接在測試樁I的底部，最後再將極化探頭2、電池組和測試樁I的下半部分埋在管道被測位置附近的土壤中。
[0021]作為優選，測試樁I上設置有可通過鑰匙打開或關閉的測試門6，測試門6內設置有接線板，電位採集電路的兩個接線柱通過導線連接在接線板上，採用此種設計可以人工通過電位表對管道被測位置的電位進行測量。
[0022]作為優選，測試樁I的頂部設置有天線7，GPRS模塊的引出線經接線板與天線7連接，採用天線收發信號更有利於監控中心接收各個監測點傳回的監測數據。
[0023]最後需要說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制技術方案，儘管 申請人:參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，那些對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本技術方案的宗旨和範圍，均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。
【權利要求】
1.一種用於埋地金屬管道的陰極保護電位監測系統，其特徵在於，包括若干個用於對管道上不同位置的電位進行測量的數據採集終端以及用於接收各個數據採集終端反饋的檢測數據的監控中心，所述數據採集終端包括極化探頭、測試樁和電池組，所述測試樁的底部設置有數據採集器，所述數據採集器包括空心殼體以及封裝在空心殼體內的數據採集電路，所述電池組用於為數據採集電路供電；所述數據採集電路包括電位採集電路、信號調理電路、單片機、RS-232接口晶片、GPRS模塊和光耦繼電器，所述電位採集電路的輸入端有兩個接線柱，所述極化探頭內的極化試片和參比電極通過導線分別與兩個接線柱連接，並且與極化試片對應的接線柱通過導線連接在管道的被測位置上，電位採集電路用於採集管道上被測位置的電位，並將採集得到電位值傳送到信號調理電路；所述信號調理電路包括一級反向比例器和二級正向比例器，電位採集電路將採集的電位值經過一級反向比例器由負信號轉換成正信號，再經過二級正向比例器放大調整後傳送到單片機集成的A/D轉換器進行A/D轉換；單片機將經過運算處理後的電位值傳送到RS-232接口晶片，RS-232接口晶片內置有監控中心的IP位址和監測點的編號，RS-232接口晶片將收到的電位值、監控中心的IP位址和監測點的編號打包後傳送到GPRS模塊，單片機通過光耦繼電器控制GPRS模塊的定時通斷電，GPRS模塊根據監控中心的IP位址定時將對應監測點的電位值傳回監控中心，監控中心對接收到的數據按照內部設定程序進行分析、處理。
2.根據權利要求1所述的用於埋地金屬管道的陰極保護電位監測系統，其特徵在於，所述測試樁為玻璃鋼材質的空心柱狀體，測試樁的底部具有沿外壁向四周延伸而形成的矩形連接板，連接板上具有若干個螺栓孔；所述空心殼體上設置有若干個豎直向上延伸的螺杆，螺杆穿過各自對應的螺栓孔後通過螺母鎖緊，使連接板和空心殼體連接起來。
3.根據權利要求2所述的用於埋地金屬管道的陰極保護電位監測系統，其特徵在於，所述測試樁上設置有可通過鑰匙打開或關閉的測試門，所述測試門內設置有接線板，所述電位採集電路的兩個接線柱通過導線連接在接線板上。
4.根據權利要求3所述的用於埋地金屬管道的陰極保護電位監測系統，其特徵在於，所述測試樁的頂部設置有天線，所述GPRS模塊的引出線經接線板與天線連接。
【文檔編號】G01N17/00GK103985243SQ201410238710
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月30日 優先權日:2014年5月30日
【發明者】王輝, 朱曦 申請人:王輝