基于阴极保护的埋地管道防护层健康诊断技术研究

摘要

迄今为止，管道运输在世界上已有数百年的历史。作为与铁路、公路、航空、水运并驾齐驱的五大运输行业之一，管道运输已成为现代社会不可缺少的组成部分，但随之管道安全事故频频发生，有些事故甚至酿成了灾难性后果。目前国内外均致力于采取补救措施，研究灵敏而可靠的管道防护层缺陷检测方法，以便及时发现问题，进行抢修处理，从而减少事故带来的损失。 通过测试管道的阴极保护电位，对管道的保护效果进行评价，是当前最简便而通行的一种方法。但是，通常测量的通电电位并不是管道的真实电位，包含各种IR降。本课题的主要任务是设计一个高精度、超低功耗，具有断电电位采集功能的阴极保护电位数据采集系统。现场应用中，通过管道测试桩检测消除IR降后的阴极保护电位，并由数据中心对现场状态参数和理想状态参数进行比对分析，从而诊断出现行管道运行状况。 论文在综合对比各种防护层缺陷检测方法和消除管道IR降方法的基础上，设计一种基于辅助试片法的阴极保护电位采集系统，对系统中各模块的硬件设计和实现进行了详细的说明，介绍了系统软件设计思路与总体框架，并基于现场实验数据进一步探究了断电电位采集时间和真实极化电位的确定方法。最后，通过管道防护层的缺陷仿真研究，论文提出了更为具体的管段缺陷定位方法。 实际测试表明，该系统工作可靠，测量精确，得到的消除IR降后的阴极保护电位能真实反映管道保护状况，达到了预期的设计要求。

目录

文摘

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声明

第一章绪论

1.1概述

1.2相关领域的发展情况

1.2.1阴极保护的历史

1.2.2阴极保护原理

1.2.3阴极保护电位准则

1.2.4基于阴极保护的成型系统

1.3相关领域的前人研究成果

1.3.1管道防护层缺陷检测传统技术

1.3.2管道防护层缺陷检测最新进展

1.3.3基于阴极保护的埋地管道防护层健康诊断技术

1.4课题概述

1.4.1课题来源

1.4.2课题研究意义

1.5本文主要研究内容

第二章埋地管道防护层健康诊断系统

2.1系统的总体结构

2.2系统关键问题

2.2.1修正IR降的各类方法比较

2.2.2基于辅助试片法的断电电位测试技术

2.3系统难点分析

2.4系统创新之处

2.5本章小结

第三章 管道健康诊断系统的硬件设计

3.1系统硬件设计方案

3.2基于辅助试片法的阴极保护电位采集电路设计

3.2.1试片开关元件

3.2.2断电电位采集电路

3.3信号调理电路设计

3.3.1信号调理元件

3.3.2信号调理功能模块

3.4单片机数据采集电路的设计

3.4.1 MCU的选型

3.4.2 A/D转换及主要外围电路

3.5数据接口通讯电路设计

3.5.1通讯方式的选择

3.5.2 RS-232接口电路

3.6电源相关电路设计

3.6.1单片机电源电压转换电路

3.6.2电源开关

3.7系统硬件实现

3.8本章小结

第四章管道健康诊断系统的软件设计

4.1绪言

4.2数据采集模块程序设计

4.2.1 MSP430集成开发调试环境介绍

4.2.2数据采集模块工作流程分析

4.2.3硬件设备初始化程序

4.2.4定时中断服务程序

4.2.5试片开关状态设置程序

4.2.6数据求均值程序

4.2.7串口双向通讯程序

4.3上位机分析软件设计

4.3.1 MSComm控件介绍

4.3.2上位机工作流程分析

4.3.3数据发送功能程序

4.3.4数据接收功能程序

4.3.5数据保存功能程序

4.3.6图形显示功能程序

4.4本章小结

第五章管道阴极保护电位的精确测量

5.1绪言

5.2试片的选型

5.3系统的搭建

5.4断电电位测试实验

5.4.1断电电位测试中的影响因素

5.4.2断电电位采集时间的确定

5.4.3极化电位的确定

5.4.4测试结果的验证

5.5本章小结

第六章管道缺陷定位仿真研究

6.1管道阴极保护电位分布公式

6.2管道防护层质量评价方法

6.2.1管道电阻的确定

6.2.2涂层评价的横向电阻法

6.3管道防护层缺陷仿真

6.4本章小结

第七章总结与展望

7.1总结

7.2展望

参考文献

致 谢

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