可预测和预警管道腐蚀深度的多层复合管道

摘要

一种可预测和预警管道腐蚀深度的多层复合管道，所述多层复合管道连接金属管道之间；所述多层复合管道具有四层不同功能、不同材质的管道层，最里一层为衬里层，采用水泥砂浆或聚四氟乙烯材料；中间并列设置两层，分别是主体管道层，采用铸铁或钢材料，腐蚀深度预测层，采用含示踪剂的复合材料；最外层为预警层，内置金属属性的测量探头；所述腐蚀深度预测层为在主体管道层中沿管道纵向均匀设置至少4条含示踪剂的三角柱；在多层复合管道内设置有测量探头，与管外的检测电路连接。本发明集管道腐蚀破坏预警、管道腐蚀深度测量于一体，扩大了普通管道的使用功能，便于管理人员及时对管内腐蚀和腐蚀破坏预警进行处理，以减小爆管事故的发生率，降低运输能耗，提高管道传输系统的质量安全性。

说明书

技术领域

本发明涉及管道腐蚀预测与预警领域，尤其是针对供水管道中的金属管道腐蚀深度检测及对腐蚀极限破坏进行预警的系统。

背景技术

管道的基本功能是用于输送气体、液体或带固体颗粒的流体。根据管道的材质可以分为金属管、非金属管、复合管。其中金属管道在使用中可能发生腐蚀、疲劳、蠕变、低温脆断、材质劣化等破坏形式,其中腐蚀破坏最具有普遍性，金属管道腐蚀破坏不仅引起能量损失，对本身的输送介质也会带来二次污染。已有技术对金属管道腐蚀进行预防防护，但是当金属管道已经腐蚀时，不能对已有金属管道的腐蚀程度进行预测和预警。

现有对管道腐蚀预测的方法分为两种：

1）依据传输介质中的几种参数建立数学模型对管道腐蚀进行预测，即BP神经网络组合预测方法、灰色组合模型管道腐蚀速率预测、灰色马尔可夫理论管道腐蚀剩余寿命预测、粒子群算法的地下管道腐蚀剩余寿命预测等等；

2）直接对腐蚀管道进行检测，其检测方法包括如线性极化法腐蚀速率监测技术、激光全息检测技术、电磁超声法、声振法、磁阻法、声发射等等。

已有的预测方法存在一下弊端：

1）已有的预测方法不能直接反应管道自身的腐蚀，只能给出一个间接的预测值；

2）检测过程复杂，有些方法要通过开挖才能直接对管道腐蚀进行检测，而且设备投入所需资金大。

发明内容

本发明提出一种可直观预测和预警管道腐蚀深度的多层复合管道，复合管道本身能对腐蚀深度进行直接预测对腐蚀极限破坏进行预警，并能将信号快速传输到管网在线运行系统，对管道的腐蚀速率、运行寿命可进行预测和评价。 

本发明的技术方案如下：

一种可预测和预警管道腐蚀深度的多层复合管道，所述多层复合管道连接金属管道之间。所述多层复合管道具有四层不同功能、不同材质的管道层，最里一层为衬里层，采用水泥砂浆或聚四氟乙烯材料；中间并列设置两层，分别是主体管道层，采用铸铁或钢材料，腐蚀深度预测层，采用含示踪剂的复合材料；最外层为预警层，内置测量金属属性（如可测试金属材料导电率、氧化还原电位等指标）的测量探头，测量管材物理化学性能的变化参数，其探头的位置及预警层厚度均由管道破坏等实验确定。所述腐蚀深度预测层为在主体管道层中沿管道纵向均匀设置多条含示踪剂的柱条。在多层复合管道内设置的测量探头，与管内的流动介质接触，测定示踪剂的浓度变化。所述预警层中和多层复合管道内设置的测量探头与管外的检测电路连接，将收集到的测量信号经数据采集与监视控制系统SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系统传入管网运行系统。

含示踪剂的条柱为三角柱条或半圆柱条，所述三角柱的布置方向为一个角与衬里层接触，一条边与预警层接触，所述半圆柱条的布置方向为半圆的顶点与衬里层接触，半圆的弦边与预警层接触，随着腐蚀深度的增加，三角柱条或半圆柱条暴露的面积逐渐增加，则所产生的测量信号越强烈。

腐蚀深度测量的原理是：在管道中设置不同的功能层，随着管道腐蚀深度的增加，流体能与相应的功能层发生反应，并通过管道外设置的检测线路进行信号转化和传输，将腐蚀信号及预警信号直观、迅速地传入管网运行系统。具体是通过在管道中设置含示踪剂的三角柱，当衬里层被腐蚀后，三角柱中的示踪剂在输送介质中被检测出来，且随着腐蚀深度的加大，三角柱中的示踪剂在水中的浓度会发生变化（如浓度逐渐增大），在管内设置的探头检测示踪剂的浓度反映管道的腐蚀深度，当腐蚀深度超过管道的极限程度时，传输介质与预警层接触，探头将检测到预警层中的金属材料的电导率及氧化还原信号，这些信号通过管外连接的检测电路收集处理，并将测量信号经SCADA系统传入管网运行系统，就能及时对管内腐蚀和腐蚀破坏进行预测和预警进行处理。

本发明的有益效果是，可以在不开挖地下管道的情况下直接、迅速地测出管道的腐蚀深度，以及在超出管道腐蚀破坏时，进行管道预警，并能及时反馈到管网运行系统中，进行调整和处理，能减小爆管事故的发生率和提高传输系统的安全性。

附图说明

图1是多层复合管道的立体图；

图2是图1的A-A剖面图；

图3是图1的B-B剖面图。

图中：1衬里层，2腐蚀深度预测层，3主体管道层，4预警层，5测量探头，6检测线路。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

参见图1和图2，本发明将管道腐蚀预测与预警系统结合到管道中，通过在管道中设置4层不同功能、不同材质的主体管道层，分别为衬里层1、主体管道层3、腐蚀深度预测层2和预警层4。衬里层的材质为水泥砂浆或聚四氟乙烯，主体管道层的材质为铸铁或钢，腐蚀深度预测层的材质采用含示踪剂的复合材料，预警层内置测量探头5，材质与主体管道层类似的金属层。在多层复合管道内设置有测量探头5，与管外的检测电路连接，将收集到的测量信号经SCADA系统传入管网运行系统。

参见图3，主体管道层和腐蚀深度预测层是并列的，腐蚀深度预测层2为在主体管道层3中沿管道纵向均匀设置的4条含示踪剂的三角柱条，三角柱条的布置方向为一个角与衬里层1接触，一条边与预警层4接触。测量探头径向穿过腐蚀深度预测层。

将以上多层复合管道与普通的金属管道相连，当介质对管道有腐蚀影响时，首先破坏衬里层1，然后腐蚀主体管道层3，而同时也会腐蚀主体管道层位于同一层的腐蚀深度预测层2，同时腐蚀深度测定层中含有的示踪剂会随着输送介质一起流出，在管内壁的附近可以用测量探头5中的长探头测出示踪剂的浓度，由于腐蚀深度预测层2采用三角柱的形式，因此随着腐蚀深度的增加，其示踪剂的浓度呈线性递增，因此可以预测出管道腐蚀深度。最后当腐蚀深度预测层2和主体管道层3都被破坏后，管道处于高危的运行阶段，此时，运输介质将与预警层4进行接触并氧化预警层的金属，由于金属与其氧化物的物理化学性质不同，则测量探头5可测出该位置处金属的导电率、氧化还原电位等指标，通过测量探头测得的数据及信号由检测电路6进行收集，并将接收到的测量信号进行转化，并通过SCADA系统进行传输，最后将信号储存在管道运行系统中的终端机中，就可以让管理人员及时对管内腐蚀和腐蚀破坏预警进行处理。

该管道可以减小爆管事故的发生率、降低运输能耗和提高管道传输系统的质量安全性。