定向钻穿越段管道防腐层绝缘性能评价装置及方法

摘要

本发明公开了一种定向钻穿越段管道防腐层绝缘性能评价装置，其包括第一测量机构、第二测量机构、直流电源、电流中断器和临时性辅助阳极，第一测量机构和第二测量机构分别安装于穿越段管道的第一端和第二端，测量机构用于获取穿越段管道两端的通断电电位和通断电电流，直流电源的负极与穿越段管道第二端所连接的非穿越段管道连接，直流电源的正极与电流中断器连接，电流中断器与临时性辅助阳极连接。本发明还公开了一种使用所述评价装置的定向钻穿越段管道防腐层绝缘性能评价方法。其目的是为了提供一种定向钻穿越段管道防腐层绝缘性能评价装置及方法，其能够对穿越段管道防腐层的绝缘性能进行评价。

说明书

技术领域

本发明涉及管道防腐领域，特别是涉及一种对定向钻穿越段管道防腐层绝缘性能进行评价的装置及方法。

背景技术

水平定向钻技术是一种非开挖技术，具有不破坏地层结构，施工占地少，不受季节影响，施工周期短等特点，其广泛应用于油气管道穿越江河、铁路、高速公路、山地等不宜浅埋通过的区域。穿越段管道在回拖过程中，由于受到岩石、硬石、不规则孔等因素的影响，其防腐层的完整性常常难以保持，但是防腐层作为管道防护的一道重要屏障，其完整性关系到管道的使用寿命，因此，如何评价定向钻穿越段管道防腐层的绝缘性能成为实际工程中亟待解决的难题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种定向钻穿越段管道防腐层绝缘性能评价装置及方法，其能够对穿越段管道防腐层的绝缘性能进行评价。

本发明中的定向钻穿越段管道防腐层绝缘性能评价装置，包括第一测量机构、第二测量机构、直流电源、电流中断器和临时性辅助阳极，所述第一测量机构安装于穿越段管道的第一端，所述第二测量机构安装于穿越段管道的第二端，所述第一测量机构用于获取第一端的通电电位和断电电位以及流经第一端的通电电流和断电电流，所述第二测量机构用于获取第二端的通电电位和断电电位以及流经第二端的通电电流和断电电流，所述直流电源的负极与穿越段管道第二端所连接的非穿越段管道连接，所述直流电源的正极与电流中断器连接，所述电流中断器与临时性辅助阳极连接。

本发明中的定向钻穿越段管道防腐层绝缘性能评价装置，其中所述第一测量机构包括第一电压表、第一参比电极和第一钳形电流表，所述第一电压表的正极与穿越段管道的第一端连接，所述第一电压表的负极与第一参比电极连接，所述第一参比电极与地面接触，所述第一钳形电流表包括相互连接的第一测量钳和第一电流表本体，所述第一测量钳环绕设置于穿越段管道的第一端。

本发明中的定向钻穿越段管道防腐层绝缘性能评价装置，其中所述第二测量机构包括第二电压表、第二参比电极和第二钳形电流表，所述第二电压表的正极与穿越段管道的第二端连接，所述第二电压表的负极与第二参比电极连接，所述第二参比电极与地面接触，所述第二钳形电流表包括相互连接的第二测量钳和第二电流表本体，所述第二测量钳环绕设置于穿越段管道的第二端。

本发明中的使用上述评价装置的定向钻穿越段管道防腐层绝缘性能评价方法，包括以下步骤：

(1)启动直流电源，并对电流中断器进行通断操作，

(2)通过第一测量机构获取穿越段管道第一端的通电电位V

(3)对穿越段管道第一端的通电电位V

(4)根据欧姆定律得到穿越段管道防腐层的平均电阻

(5)利用下面公式计算得到穿越段管道防腐层的平均面电阻率r

r

A

式中，其中ρ

(6)接着计算得到穿越段管道防腐层的平均电导率

(7)根据穿越段管道防腐层的平均电导率或电阻率r

本发明中的使用上述评价装置的定向钻穿越段管道防腐层绝缘性能评价方法，其中所述步骤(3)中，穿越段管道的电位差比率

本发明定向钻穿越段管道防腐层绝缘性能评价装置及方法与现有技术不同之处在于本发明通过开启直流电源，并对电流中断器进行通断操作，通过第一测量机构获取穿越段管道第一端的通电电位、断电电位、通电电流和断电电流，通过第二测量机构获取穿越段管道第二端的通电电位、断电电位、通电电流和断电电流，接着根据获取的通断电电位和通断电电流，计算得到穿越段管道防腐层的平均电导率或电阻率，最后再根据穿越段管道防腐层的平均电导率或电阻率，确定穿越段管道防腐层的绝缘性能。由此可见，本发明能够对穿越段管道防腐层的绝缘性能进行评价。

下面结合附图对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为本发明中的定向钻穿越段管道防腐层绝缘性能评价装置的使用状态图一；

图2为本发明中的定向钻穿越段管道防腐层绝缘性能评价装置的使用状态图二；

图3为本发明中的定向钻穿越段管道防腐层绝缘性能评价方法的流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明中的定向钻穿越段管道防腐层绝缘性能评价装置，包括第一测量机构、第二测量机构、直流电源8、电流中断器9和临时性辅助阳极10，所述第一测量机构安装于穿越段管道13的第一端(即图示左端)，所述第二测量机构安装于穿越段管道13的第二端(即图示右端)，所述第一测量机构用于获取第一端的通电电位和断电电位以及流经第一端的通电电流和断电电流，所述第二测量机构用于获取第二端的通电电位和断电电位以及流经第二端的通电电流和断电电流，所述直流电源8的负极与穿越段管道13第二端所连接的非穿越段管道11连接，所述直流电源8的正极与电流中断器9连接，所述电流中断器9与临时性辅助阳极10连接。

需要说明的是，穿越段管道13上存在防腐层的漏点，在电流中断器9处于闭合状态时，直流电源8施加的电流可以从直流电源8的正极，通过电流中断器9、临时性辅助阳极10进入到土壤4中，再从防腐层的漏点流入到穿越段管道13上，回流至直流电源8的负极。

如图1所示，穿越段管道13的第一端远离直流电源8布置，穿越段管道13的第二端靠近直流电源8布置。在电流中断器9处于接通状态时，有稳定的电流从穿越段管道13的第一端流向第二端，使得穿越段管道13实现临时的阴极保护。

直流电源8可以为整流器或恒电位仪。其中，整流器是把交流电转换成直流电的装置，可用于供电；恒电位仪可以属于整流器下的一个分支，具有恒电位、恒电流的功能。

对于电流中断器9而言，电流中断器9是一种可实现连通和断开的装置，与直流电源8串联使用，可实现直流电源8所施加电流回路周期性地接通和断开。

对于临时性辅助阳极10而言，临时性辅助阳极10用于与直流电源8配合，作为临时的阴极保护的阳极。其中，临时性辅助阳极10可以为地床，也可以为金属或合金，在本发明实施例中不作具体限定。

本发明中的定向钻穿越段管道防腐层绝缘性能评价装置，其中所述第一测量机构包括第一电压表3、第一参比电极2和第一钳形电流表，所述第一电压表3的正极与穿越段管道13的第一端连接，所述第一电压表3的负极与第一参比电极2连接，所述第一参比电极2与地面接触，所述第一钳形电流表包括相互连接的第一测量钳14和第一电流表本体1，所述第一测量钳14环绕设置于穿越段管道13的第一端。

第一参比电极2可以为硫酸铜参比电极，直接插入到地面，并位于管道的正上方。

本发明中的定向钻穿越段管道防腐层绝缘性能评价装置，其中所述第二测量机构包括第二电压表5、第二参比电极6和第二钳形电流表，所述第二电压表5的正极与穿越段管道13的第二端连接，所述第二电压表5的负极与第二参比电极6连接，所述第二参比电极6与地面接触，所述第二钳形电流表包括相互连接的第二测量钳12和第二电流表本体7，所述第二测量钳12环绕设置于穿越段管道13的第二端。

第二参比电极6可以为硫酸铜参比电极，直接插入到地面，并位于管道的正上方。

如图2所示，本发明中的定向钻穿越段管道防腐层绝缘性能评价装置还可以用于评价两个以上相互连接的子穿越段管道，在此，以两个子穿越段管道(称之为第一子穿越段管道131和第二子穿越段管道132)为例进行说明，每个子穿越段管道均配备一套评价装置，直流电源8、电流中断器9、临时性辅助阳极10以及第一子穿越段管道131两端的第一测量机构和第二测量机构共同组成第一套评价装置，该第一套评价装置用于评价第一子穿越段管道131；直流电源8、电流中断器9、临时性辅助阳极10以及第二子穿越段管道132两端的第二测量机构和第三测量机构共同组成第二套评价装置，该第二套评价装置用于评价第二子穿越段管道132。在实际操作时，两个子穿越段管道131、132之间仅设有一个测量机构，即第二测量机构，该第二测量机构既属于第一套评价装置，也属于第二套评价装置；同时，直流电源8、电流中断器9和临时性辅助阳极10也都只设有一个，直流电源8、电流中断器9和临时性辅助阳极10既属于第一套评价装置，也属于第二套评价装置。

第一子穿越段管道131的第一端和第二端分别为图2所示的左端和右端，第二子穿越段管道132的第一端和第二端分别为图2所示的左端和右端，由于第一子穿越段管道131的右端(第二端)与第二子穿越段管道132的左端(第一端)连接，那么第一子穿越段管道131的第二端也同时是第二子穿越段管道132的第一端。第一测量机构安装于第一子穿越段管道131的第一端，第二测量机构同时安装于第一子穿越段管道131的第二端和第二子穿越段管道132的第一端，第三测量机构安装于第二子穿越段管道132的第二端。

第三测量机构与第一测量机构和第二测量机构的结构均相同，第三测量机构包括第三电压表15、第三参比电极16和第三钳形电流表，所述第三电压表15的正极与第二子穿越段管道132的第二端连接，所述第三电压表15的负极与第三参比电极16连接，所述第三参比电极16与地面接触，所述第三钳形电流表包括相互连接的第三测量钳18和第三电流表本体17，所述第三测量钳18环绕设置于第二子穿越段管道132的第二端。第三参比电极16可以为硫酸铜参比电极，直接插入到地面，并位于管道的正上方。

如图2所示，对于第一子穿越段管道131的第一套评价装置来说，其直流电源8的负极与非穿越段管道11连接，该非穿越段管道11通过第二子穿越段管道132与第一子穿越段管道131的第二端连接，因此，也可以说，直流电源8的负极与第一子穿越段管道131第二端所连接的非穿越段管道11连接。

需要说明的是，钳形电流表为现有技术，在使用的时候，将测量钳环绕设置在待测量电路的外侧，当待测量电路通过电流时，电流量的大小即显示在电流表本体上，至于钳形电流表的工作原理不再予以赘述。

如图3所示，本发明中的使用上述评价装置的定向钻穿越段管道防腐层绝缘性能评价方法，包括以下步骤：

(1)启动直流电源8，并对电流中断器9进行通断操作，

(2)通过第一测量机构获取穿越段管道13第一端的通电电位V

(3)对穿越段管道13第一端的通电电位V

(4)根据欧姆定律得到穿越段管道13防腐层的平均电阻

(5)利用下面公式计算得到穿越段管道13防腐层的平均面电阻率r

r

A

式中，其中ρ

(6)接着计算得到穿越段管道13防腐层的平均电导率

(7)根据穿越段管道13防腐层的平均电导率或电阻率r

上述步骤(5)中，A

本发明中的使用上述评价装置的定向钻穿越段管道防腐层绝缘性能评价方法，其中所述步骤(3)中，穿越段管道13的电位差比率

本发明定向钻穿越段管道防腐层绝缘性能评价装置及方法与现有技术不同之处在于本发明通过开启直流电源8，并对电流中断器9进行通断操作，通过第一测量机构获取穿越段管道13第一端的通电电位、断电电位、通电电流和断电电流，通过第二测量机构获取穿越段管道13第二端的通电电位、断电电位、通电电流和断电电流，接着根据获取的通断电电位和通断电电流，计算得到穿越段管道13防腐层的平均电导率和电阻率，最后再根据穿越段管道13防腐层的平均电导率和电阻率，确定穿越段管道13防腐层的绝缘性能。由此可见，本发明能够对穿越段管道13防腐层的绝缘性能进行评价。

下面以一个具体实施例来说明本发明的具体使用过程。

某定向钻穿越段管道为在役管道，此段管道定向钻的长度约为1090m，管道为南北走向，管道于2017年竣工，管道的防腐层为3PE，管道的管径为DN500。

在定向钻穿越段管道内，采用直流电源+临时阳极地床(即临时性辅助阳极10)馈入直流电流，临时阳极地床距离管道大于100m，在定向钻的起点(即穿越段管道南端)和终点(即穿越段管道北端)位置分别开挖2个管道坑，采用钳形电流表测量直流电源8开启和关闭时管道流经的电流，同时通过电压表测量直流电源8开启和关闭时管道的电位。在穿越段管道的北端位置采用直流电源+临时阳极地床给管道馈入直流电流。

直流电源8馈入直流电流为Ir，给管道馈入电流时，南端测试点的管道中的电流为I

在管道馈入2A电流时，穿越段管道参数和防腐层电导率见下表1，未馈电时，在穿越段管道南端测量点，管道中的电流有0.304A，电流方向由北流向南，管道电位-1.169V，在穿越段管道北端测量点，管道中的电流有0.490A，管道电位-1.231V。管道馈入2A电流时，在穿越段管道南端测量点，管道中的电流有0.253A，电流方向由南流向北，管道电位-1.392V，在穿越段管道北端测量点，管道中的电流有0.176A，管道电位-1.654V。根据本发明所述的评价方法计算得到防腐层面电阻率为964.4Ω·m，归一化到10Ω·m(即1000Ω·㎝)后防腐层电阻率为187.3Ω·m，防腐层的标称电导率为5.339×10

表1某定向钻穿越段管道馈入2A电流时的测试结果

在管道馈入0.988A电流时，管道参数和防腐层电导率见下表2，测试得到定向钻穿越段管道防腐层面电阻率为921.8Ω·m，归一化到10Ω·m(即1000Ω·㎝)后防腐层电阻率为179.0Ω·m，防腐层的标称电导率为5.587×10

表2某定向钻穿越段管道馈入0.988A电流时测试结果

在管道馈入0.588A电流时，管道参数和防腐层电导率见下表3，测试得到定向钻穿越段管道防腐层面电阻率为1050.8Ω·m，归一化到10Ω·m(即1000Ω·㎝)后防腐层电阻率为204.1Ω·m，防腐层的标称电导率为4.900×10

表3某定向钻穿越段管道馈入0.588A电流时的测试结果

根据NACE标准规定的防腐层电导率/电阻率的分级标准见下表。

表4定向钻穿越段管道防腐层分级表

需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“中”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。