鋼筋複合管腐蝕電位的檢測的製作方法

2023-09-14 05:04:10

專利名稱：鋼筋複合管腐蝕電位的檢測的製作方法
技術領域：
本發明涉及由於管外電解介質與嵌入管壁的鋼材之間的接觸而造成的鋼複合材料管的腐蝕電位的一種檢測技術。概括地說，本技術涉及檢測鋼材與局外介質之間是否存在一個穩定的電位。
高壓管道，如油、氣管道，一般都由普通鋼管構造。這些管道內、外受壓。內壓用於傳輸管道內的液體或氣體。管道埋在地下或沉入水下時，泥土和水的重量在管外產生壓力。
雖然這些鋼管具備抗內、外壓力的必要強度，但它們對腐蝕很敏感。管內的局外介質(如管道傳輸的電解液或氣體)與鋼的接觸，或者管外的導電介質與鋼的接觸，都造成一個腐蝕環境。管道埋入地下時，管外的局外介質可能是泥土，沉入海洋時，管外的局外介質可能是海水，管道沿汙水系統排列或暴露在雨水中時，這種局外介質則是水。腐蝕降低管的強度，可以使管洩漏，或在壓力下破裂。
為克服這些缺點，已經發展了鋼複合材料管。這些鋼管有一個塗有聚合物的鋼壁，或者，鋼嵌入纖維增強複合材料中，如玻璃樹脂系統。塗料或樹脂系統使鋼與局外界質隔離沒有任何接觸，從而使鋼不腐蝕。授與Cocks的U.S 4351364中公開了鋼複合材料管的一個實例，該文件結合作為參考。公開的這個管在其內、外襯筒之間有一個夾層結構壁。襯筒是由玻璃或其他纖維增強的富樹脂層。結構壁由三層或多層塗有結構環氧樹脂的結構鋼筋層製造。管的各個層在心軸或管線繞線機上依次製造，一層靠在另一層上。每個襯層是由螺旋纏繞浸潤的纖維粗紗形成。每個鋼層由螺旋纏繞塗有樹脂的鋼帶構成。
由於大多數管道都埋在地下或沉入水下，對其外表面進行目視檢驗至少是一個困難而又費錢的問題。管埋在地下時，必須挖開埋在管上的泥土。管在水下時，必須由潛水員進行目視檢驗。管內的目視檢驗的困難性是顯然的。
即使可以進行目視檢驗，但鋼腐蝕的開始是不可目視檢驗的，因為鋼層塗有纖維樹脂系統或由其復蓋。在許多情況下，只有當腐蝕發展到足以影響其防護層時，這種腐蝕才可目視檢驗。很可能是管子不洩漏或不破裂便不可能對其腐蝕進行目視檢驗。因此，必須檢測鋼與促進腐蝕的局外介質的任何接觸，以便適時採取措施防止腐蝕開始。一個能夠檢測這類接觸的系統應該檢測成本低，減少管道的事故。為此，這樣一個系統必須能在不幹擾管道工作的情況下進行檢測。換句話說，每當對管道進行檢測時，不得停止管道的工作。否則，停止管道工作所涉及的成本將使這樣一種檢測系統在經濟上是不可行的。
已經公開了用於檢測管道或容器洩漏或腐蝕的各種系統，但不涉及本發明。授與Kidd的U.S.4110739公開了一個檢測內裝電解液的多層板容器或管道洩漏的系統。這種管或容器在其玻璃纖維增強聚酯外壁和抗腐蝕熱塑性內壁之間夾有一層導電層。根據連通以下四個元件的一個電路可以判斷液體已從管內洩漏一個導電探針；連接這個探針的一個電池組；與這個電池組相連的一個信號器，把信號器連接到管的導電層的一根電線。操作時，接通電路，當管的內壁破裂使電解液在探針的一端與管的導電層間建立起電路時，這個信號器即檢測了一次洩漏。這個技術限於檢測通過管內防護層的洩漏。沒有公開檢測通過管外防護層洩漏的方法。
授與Offner的U.S.4101827公開了一個定位埋在導電介質(如地下)中的電絕緣材料管的洩漏管的方法。這個管內充滿導電液體(如自來水)。一個電流通過這個液體，即確定了沿管內液體長度的一個電壓梯度。分析這個電壓梯度確定洩漏位置。在一個實施例中，伏特計的一個端子接地，另一端子接在由管伸出的一個絕緣導體的裸露端，以測量這個電壓梯度。另一實施例中，一個電壓源接在管的相對一端與液體相連，以確定這些端頭之間的距離內的電壓梯度。然後測量管的一端液體和地面的電壓降，並由這兩個電壓與距離間的關係確定從這個端點到一個洩漏點的距離。與本發明不同，這個系統要求使用電流源。
授與Fenner的U.S5214387公開了檢測通過鋼複合材料容器壁的液體滲透性的一個檢測器。這種檢測器至少配備兩個，或多達四個連接構成電路的電傳感器。一個傳感器是滲入容器內部的溼的共用參考點形式，其餘幾個是嵌入容器壁不同深度的幹的參考點。用一個安培計測量滲入容器內部液體的電極和乾電極之間的電阻。液體在容器壁的滲透性以測量的一個低電阻表示。這個技術限於檢測液體到容器壁傳感器位置的滲透性。如果在不同於傳感器位置的一個位置發生洩漏，則無法檢測。然而，本技術可以檢測發生在沿管道任何位置的通過複合層的洩漏。此外，Funner在洩漏檢測中使用了電流計，而本發明根據用毫伏傳感器測量的電位穩定性檢測洩漏。
現有技術未公開本發明的特徵。雖然它揭示了檢測透過管壁或容器壁的洩漏的某些方法和裝置，但現有技術都未揭示本發明的根據毫伏電位測量值穩定性的檢測方法和裝置。
在本發明中，採用一種方法和裝置檢測由非導電介質使之相互絕緣的兩個或多個導電介質之間的可能導致腐蝕的接觸，確定其接觸是被測出的這些相互絕緣的導電介質之間的電位穩定性。電位在一定的時間周期在預定範圍內變化表示這些絕緣的導電介質之間沒有接觸。另一方面，一個穩定的不變電位表示電解液已與鋼接觸具有腐蝕電位。
下面通過附圖及實施例說明本發明，附圖中

圖1是一個鋼增強的複合材料管部分的橫截面視圖，這個圖不是按比例繪製的。
圖2是由鋼嵌入纖維玻璃樹脂製造的鋼增強的複合材料管組成的地下高壓管道的一個示意圖。圖中也描繪了檢測鋼與管外介質接觸的一個系統。這個圖也不是按比例繪製的。
鋼增強的複合材料管可以用於在壓力下輸送原油的管道。這些管道通常埋在地下。鋼與原油或泥土的接觸導致腐蝕。與精煉油不同，原油既有導電性又有腐蝕性，因為它含有電解質，如鹽水。為避免鋼的這種導致腐蝕的接觸，這些管的鋼結構壁被夾在內襯筒10和外襯筒12之間。襯筒是由玻璃或其他纖維加強的富樹脂層，因而不導電。這個結構壁由塗有結構環氧樹脂的三層或多層結構鋼盤層14製造。管的各層在心軸或管道編繞機上依次製造，一層靠在另一層上。每一襯筒層由螺旋纏繞樹脂浸潤的纖維粗紗構成，每一鋼層由螺旋纏繞塗有樹脂的鋼帶構成。
本發明的一個最佳實施例用一個敏感伏特計確定嵌入管內的鋼和在管內流動的一種局外電解介質之間的電位，以及嵌入管內的鋼與管外的局外介質之間的電位。
一根導線16接在管的一個鋼層上，並由管的外襯筒12伸出。可用幾種技術簡化這種連接。一種技術是在製造過程中把導線連接到管的鋼層上，換句話說，這個導線隨管一起製造。另一種技術是通過管的外襯筒開口以便容納導線，導線通過這個開口插入直到與鋼層接觸。然後密封這個開口-導線界面。
鋼層14沒有跨越這個管的整個長度。確切地說，如圖1所示，它們還沒到達端面15便中斷了。因此，管道上的每個管之間沒有連續的電路。這樣，一根導線16必須連接到管道上的每個單獨管上。這個導線沿溝槽中的管道外表面，和表示為試驗站18的適當間隔處的表面安排。在每個試驗站，這些導線都連接在一個伏特計20的第一端子上。這些伏特計應有大於10兆歐的輸入阻抗，不然的話，鋼可能被伏特計極化，影響電位測量。
為了建立導線16與這個導線未連接的鋼層之間的一個電路，用電線22互連所有其他層。當透過一個防護襯筒發生洩漏時，這個局外介質不是與最外的就是與最內的鋼層接觸。由於大多數情況導線16都是連接最外的鋼層上，只要最外的和最內的鋼層間有一個連接就已足夠。在Cocks專利公開的這類鋼增強的複合材料管中沒有必要用電線22進行的連接。業已發現Cocks型管的鋼層，即使塗有樹脂層，仍相互處於電接觸。這是因為在製造時，樹脂塗很薄地鋪開，明顯不均勻，產生開口使鋼層之間實現接觸。
為了確定管內傳輸的液體(電解質)24是否已經與一個管的最內鋼層接觸，伏特計的第二個端子連接到浸入在管內傳輸液體內的電極26或一個金屬片上。例如，這個金屬片可以是與液體接觸但與管壁內的鋼層隔絕的閥門或其他連接件。一個臨時用的電極沿一個管道總是需要的。只要局外介質是適當導電的，不必管的每一件有一個電極。
如果這個液體與最內的鋼層接觸，則形成一個閉合電路，在伏特計上顯示出一個穩定的毫伏電位。另一方面，如果內部的非導電層未觸動，管內液體和嵌入管壁的鋼之間沒有電接觸，則這兩者之間的電位是不穩定的。這個接地電位隨時間而變化，可見不穩定。通過內層的洩漏使鋼與液體有效地短路，使電位穩定。這個電位可以是或不是零，決定於其電解作用，但是它至少在短的時間間隔內仍是穩定的。無論液體和鋼之間可測量的電流如何流動，都可觀察到這種電壓穩定性。
為了確定埋住管道的泥土28是否已經與管的最外鋼層接觸，伏特計的第二端子連接到埋在泥土周圍的一個電極30或一個金屬片上。這個金屬片可以是任何導電結構，如鄰近鋼管道的鍍鋅鏈節護攔柱，閥門，扎入泥土的鋼支架。如果泥土與最外的鋼層電接觸，則形成一個閉合電路，在伏特計上顯示一個穩定的毫伏電位。不穩定的電位表明沒有電接觸。對於沉入水下的管道，試驗相類似，伏特計上的一個導線連接到浸入周圍水中的一個金屬片。
因此，取決於第二伏特計導線的連接，一個穩定的電位讀數表明泥土或傳輸液體與管壁的鋼層的接觸，說明存在腐蝕電位。穩定的電位是指在預定的時間周期內，其變化不大於1毫伏。對於這種特定類型的管，推薦的適當時間周期大約是10秒或更低，而1秒就已足夠。
用一個高阻抗伏特計(例如，10兆安)可很容易目視觀察到電位的這種穩定性，在這裡，一個數字伏特計可指出小於1毫伏的變化，在整個刻度上模擬相當大的百分數的1毫伏模擬表上也可觀察到。當有電位接觸時，讀數(或指針)是不變的。襯筒未觸動，沒有電接觸時，很容易看到變化的電壓讀數。只要幾秒鐘就足以判斷是穩定和不穩定電壓。
在這些管安裝配到管道之前，或安裝到管道之後但工作之前，都可用這種技術對這些管進行檢查。而且，這個技術可以作為進行的定期維護程序的一部分進行檢測。也可以作為從中心站遠距離監控整個管道的一個自動系統的一部分。每個試驗站的伏特計可以測量每根管到該試驗站的電位。然後把測量結果輸入到計算機，以評定每根管所測電位的穩定性，確定鋼層是否與泥土或傳輸液體接觸產生腐蝕。如有這類接觸，驗明管已受影響的一個代碼傳到中心站，以便採取修補措施。在另一方案中，所有伏特計讀數都可直接傳到中心站，以一臺中心計算機評定來自管道的每一根管的讀數，確定是否發生電位腐蝕性接觸。由於這些管道一般都有許多英裡長，最好是把各試驗站的信息傳到衛星上，由衛星再把它依次傳給中心站。
一旦檢測了腐蝕電位，則可對受影響的管進行修理或更換。受影響管的修理或更換的時機取決於腐蝕開始到這類腐蝕失效的時間。Cocks專利公開的管設計從腐蝕形成到失效前至少能經受一年。換句話說，從腐蝕開始，這個管可以在腐蝕環境安全工作一整年。因此，如果腐蝕一開始就立即被檢測，在一年內不必對管採取修理或更換措施。而且，腐蝕開始到失效之間的這個臨界時間周期可用於確定檢測間隔。例如，如果管的臨界時間周期為一年，那麼，這根管可以一年檢測一次(監控腐蝕電位)。然而，如果一年只監控一次，這個管應迅速修理或更換，因為不知道腐蝕開始的實際時間。
雖然這種要求的實施例，專指鋼增強的複合材料管，但這種方法很容易應用於由導電材料或材料層嵌入非導電材料而製造的任何管和容器。
還應注意，本說明書使用的「導電材料」和「導電介質」是指有任何程度導電性(例如，半導體材料)的材料和介質。即使是像原油這樣極低導電性的材料，也足以使鋼短路，並產生穩定的電壓。
權利要求
1.一種檢測由非導電介質使其相互絕緣的兩個或多個導電介質間產生電位腐蝕的接觸的方法包括下列步驟測定被絕緣的導電介質之間的作為時間函數的一個電位；確定在一個時間周期內電位的變化是大於或小於規定的範圍。
2.按照權利要求1所述的一個方法，其特徵在於，一個導電介質是嵌入纖維增強複合材料管壁的鋼，第二個導電介質是管和鋼外的一種介質，纖維增強複合材料形成非導電介質，還包括下列步驟連接測量嵌入管壁的鋼和局外導電介質之間的作為時間函數的電位的測量裝置；測量嵌入管壁的鋼和局外導電介質之間的作為時間函數的電位。
3.按照權利要求2所述的一個方法，其特徵在於，電位變化規定範圍小於1毫伏。
4.按照權利要求2所述的一個方法，其特徵在於，連接測量裝置的步驟包括下列步驟把一個高輸入阻抗伏特計的第一導線連到管壁的鋼上；把這個伏特計的第二導線連到局外介質上。
5.按照權利要求4所述的一種方法，其特徵在於把第二導線連接到局外介質的步驟包括把第二導線連接到管內暴露在電解液中的一個電極、閥門或其他導電突出物，但不連接到管壁的鋼上，或者連接到埋入泥土中與管壁鋼沒有電接觸的任何局外金屬或其他導電結構上。
6.一種檢測由非導電介質使其相互絕緣的兩個或多個導電介質接觸的一個裝置，包括測定絕緣的導電介質之間的電位的裝置；確定在一個時間周期內電位的變化是否小於一個規定範圍的裝置。
7.按照權利要求6所述的一個裝置，其特徵在於，其中一個導電介質是嵌入纖維增強複合材料管壁的鋼，第二導電介質是管和鋼外的局外介質，纖維增強複合材料形成非導電介質。
8.按照權利要求7所述的一個裝置，其特徵在於，測定電位的裝置包括一個高輸入阻抗伏特計，還包括連接伏特計第一導到管壁鋼上的裝置；連接伏特計第二導線到局外介質的裝置。
9.按照權利要求8所述的一個裝置，其特徵在於，伏特計對電壓敏感性小於1毫伏。
10.按照權利要求8所述的一種裝置，其特徵在於，局外介質包括管內傳輸的電解液和掩埋管的泥土，還包括其連接裝置，這種連接裝置把伏特計第二導線連接到暴露在管內液體但不是管壁的鋼的一個電極、閥門或其他導電突出物上，或者，連接到掩埋在泥土中但與鋼沒有電接觸的一個電極、或任何局外金屬、或其他導電結構上。
全文摘要
本方法和裝置用於測定其管壁由導電材料(14)嵌入非導電材料構成的,且導電材料(14)夾在內襯筒(10)和外襯筒(12)之間的管的腐蝕電位,腐蝕電位是由於管外導電介質和嵌入管壁的導電材料(14)之間的接觸造成的。測定局外介質與管導電材料(14)之間的電位。然後確定這個電位的穩定性。如果在一個時間周期內電位的變化不超過預定範圍,則認為這個電位是穩定的,表明局外介質與管內導電材料有電接觸,從而促進腐蝕,而不穩定的電壓表明沒有電接觸。
文檔編號G01N17/00GK1173223SQ95197402
公開日1998年2月11日 申請日期1995年11月22日 優先權日1994年11月28日
發明者西爾維亞·C·霍爾 申請人:阿邁隆國際公司