基于脉冲电流阴极保护系统恒电位控制及数字化
发布时间：2021-08-03 20:22
随着工业的发展,金属的电化学腐蚀越来越严重,阴极保护技术能有效解决金属的电化学腐蚀问题。普通直流阴极保护技术在应用中存在保护距离短、电位分布不均匀等现象。研究发现,脉冲电流阴极保护技术能有效延长保护金属的距离、实现电位均匀分布等。但是由于其参数较多,应用中存在保护电位响应迟滞、电位超调等现象而难以实现恒电位控制。论文研究金属在脉冲电流作用下的恒电位控制系统及其数字化接口技术,并对油田站场集输管道内壁进行脉冲电流阴极保护应用研究,对脉冲电流阴极保护技术的推广,解决站场集输管道内壁的腐蚀具有重要意义。本文首先对脉冲电流阴极保护的机理、保护参数的选择、阴极保护效果的评价理论及脉冲电流阴极保护系统的数字化方式进行了研究,确定了在脉冲电流阴极保护系统中以保护电位作为唯一评价保护效果的参数。在实验室条件下对影响脉冲电流阴极保护的程控电源进行性能测试,得出电源的输出电压与设定值之间呈线性关系。然后在同一个腐蚀环境中,采用双参比系统对钌铱钛合金参比电极进行了标定,结果表明钌铱钛合金参比电极所测负电位与饱和甘汞电极测得负电位相差约590mV。其次对影响恒电位控制的因素（介质电阻率、介质温度、介质流速）进...
【文章来源】：西安石油大学陕西省
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Fe-H2O的电位-PH图
第二章脉冲电流阴极保护恒电位控制理论研究11法。阴极保护中，通常在辅助阳极界面发生的氧化反应与所采用的阳极材料有关，从热力学角度来说，发生反应的顺序为：2+-FeFe+2e(2-1)-222HOO+4H+4e(2-2)-22ClCl+2e(2-3)上述三个反应的过电位与电流密度关系可用图2-2表示：图2-2过电位与电流密度关系从图2-2中可以看出，反应(2-1)随着电流密度增大时，过电位变化不明显；反应（2-2）和反应（2-3）随着电流密度的增大，过电位增加明显，且在P点出现交叉。在P点以前主要发生析氧反应，在P点之后主要发生析氯反应。从腐蚀介质的角度来说，在P点之前为氯离子浓度较低区域，P点之后为氯离子浓度较大区域，主要发生的是析氯反应。对被保护金属的保护效果进行评价就是确定阴极保护准则。国内外在长期的阴极保护研究中，建立诸多的阴极保护效果评价准则，如最小保护电位准则，最大保护电位准则等。在国家标准GB/T21447和GB/T21448中规定埋地金属管道的最小阴极保护负电位应达到-850mV（相对于饱和CuSO4）或更负，而NACESP0169中也有类似的规定。同样的，为避免保护电位超过金属的析氢电位，GB/T21448还规定保护电位不能比-1200mV更负。在油气输送管道中，对X70以上等级的管线钢，国家标准[45,46,47]规定应根据析氢反应确定最大保护电位。对于在含硫化物、高温、酸性环境下服役的金属，保护电位的最小负电位应负于-850mV（相对于饱和CuSO4），而NACE则规定弱酸性环境下服役金属的最小负电位负于-950mV[48]。金属所处环境的介质电阻率不同，保护效果的评价准则也不同，例如NACE的标准[48]规定当100Ω·m≤土壤电阻率≤1000Ω·m时，保护电位负于-750mV；当土壤电阻率大于10000Ω·m时，保护电位负于-650mV即可。因此，环境介质的不一致?
第二章脉冲电流阴极保护恒电位控制理论研究13在研究大口径管道内壁的阴极保护电位分布时，发现在管道内采用点状阳极时，管壁的极化值与阳极距离呈双曲余弦函数的关系式衰减，函数关系式见式（2-4）：04cosh4coshLZDRLDR(2-4)其中，D为管道内径；L为管道长度；Z为离阳极端的距离；R为管壁表面的的极化电阻；ρ为管内腐蚀介质的电阻率；I为管道的电流；η为管道内壁的极化值，表示管道的自然腐蚀电位与流过阴极极化电流时电极电位的差值。当Z=0时，I=I0，η=η0。当被保护管道需要设置多个阳极点时，在管壁某一点的极化为表示为两侧单个阳极单独作用效果的叠加。若假设两个阳极之间的间距为M时，管壁在Z处的极化值表示为（2-5）：044coshcosh4cosh1MZZDRDRMDR(2-5)从式（2-5）中可得出，当2ZM时，有极小值，即在两个阳极的中间位置时的极化值最校朱志平[57]在讨论铜管内部的阴极保护电位分布时，探讨了电位分布的解析公式。在研究过程中，铜管为细长管，目的为了延长细长管道的阴极保护距离。所研究管道的示意图如图2-4所示：图2-4细长管道阴极保护示意图在研究过程中假设细长管道的管径为d（cm），管道总长L（cm），管内流动介质的电阻率为（Ω·cm），管道内壁极化的电阻值为R（Ω·cm2），管口处（x=0）所施加的电流为0I（mA），电位极化值为V0（mV）。当单点阳极作用时，其保护电位的解析公式与徐乃欣等人所得出的结论类似，如式（2-6）所示：
【参考文献】：
期刊论文
[1]用于DN200口径以下管道内防腐蚀的高频脉冲电流阴极保护技术[J]. 张潇祥,周好斌,王军锋,龙雄云,朱名昭,奚运涛,徐向前,袁旺. 材料保护. 2019(11)
[2]温度对舰船阴极保护和腐蚀静电场的影响[J]. 徐庆林,王向军,张建春,刘春阳,苗海. 国防科技大学学报. 2019(04)
[3]数字化技术在天然气长输管道中的应用分析[J]. 谭春梅. 石化技术. 2019(06)
[4]基于数字化油田建设推进油气生产单位管理升级的探索[J]. 江涛,赵欣,杨学颖. 河北企业. 2018(12)
[5]数字化原油长输管道SCADA系统的构建[J]. 张哲. 石化技术. 2018(09)
[6]基于模糊PID控制的温室环境控制系统研究[J]. 弓正,张昊,胡欣宇. 物联网技术. 2018(08)
[7]海水流速对X80管线钢极化曲线的影响[J]. 季廷伟,王树立,才政,刘业宇,赵书华. 油气田地面工程. 2018(06)
[8]基于ATMEGA128单片机的直流电源控制系统[J]. 田小泷,罗鑫,韩海峰. 技术与市场. 2018(06)
[9]基于电流测量的管道阴极保护状态内检测技术[J]. 陈金忠,王俊杰,马义来,何仁洋,靳阳. 无损检测. 2018(06)
[10]油气管道阴极保护技术现状与发展趋势研究[J]. 刘翔. 中国石油和化工标准与质量. 2018(09)
博士论文
[1]埋地金属管道阴极保护电位分布规律研究[D]. 郝宏娜.中国石油大学（华东） 2012
[2]海底管线腐蚀检测与腐蚀预测的研究[D]. 胡舸.重庆大学 2007
硕士论文
[1]基于脉冲电流的油井套管阴极保护效果评价方法研究[D]. 张涛.西安石油大学 2016
[2]油井套管脉冲电流阴极保护专用电源控制系统研究[D]. 许庆.西安石油大学 2016
[3]油井套管脉冲电流阴极保护机理研究[D]. 徐兴龙.西安石油大学 2015
[4]牙哈装车南站储罐底板阴极保护电位分布研究[D]. 王东.西南石油大学 2015
[5]油井套管脉冲电流阴极保护专用电源研究[D]. 袁森.西安石油大学 2015
[6]管道防腐恒电位仪的控制系统研究[D]. 于欣恺.中国石油大学 2010
[7]船体阴极保护电位分布研究[D]. 刘磊.大连理工大学 2006
本文编号：3320273
【文章来源】：西安石油大学陕西省
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Fe-H2O的电位-PH图
第二章脉冲电流阴极保护恒电位控制理论研究11法。阴极保护中，通常在辅助阳极界面发生的氧化反应与所采用的阳极材料有关，从热力学角度来说，发生反应的顺序为：2+-FeFe+2e(2-1)-222HOO+4H+4e(2-2)-22ClCl+2e(2-3)上述三个反应的过电位与电流密度关系可用图2-2表示：图2-2过电位与电流密度关系从图2-2中可以看出，反应(2-1)随着电流密度增大时，过电位变化不明显；反应（2-2）和反应（2-3）随着电流密度的增大，过电位增加明显，且在P点出现交叉。在P点以前主要发生析氧反应，在P点之后主要发生析氯反应。从腐蚀介质的角度来说，在P点之前为氯离子浓度较低区域，P点之后为氯离子浓度较大区域，主要发生的是析氯反应。对被保护金属的保护效果进行评价就是确定阴极保护准则。国内外在长期的阴极保护研究中，建立诸多的阴极保护效果评价准则，如最小保护电位准则，最大保护电位准则等。在国家标准GB/T21447和GB/T21448中规定埋地金属管道的最小阴极保护负电位应达到-850mV（相对于饱和CuSO4）或更负，而NACESP0169中也有类似的规定。同样的，为避免保护电位超过金属的析氢电位，GB/T21448还规定保护电位不能比-1200mV更负。在油气输送管道中，对X70以上等级的管线钢，国家标准[45,46,47]规定应根据析氢反应确定最大保护电位。对于在含硫化物、高温、酸性环境下服役的金属，保护电位的最小负电位应负于-850mV（相对于饱和CuSO4），而NACE则规定弱酸性环境下服役金属的最小负电位负于-950mV[48]。金属所处环境的介质电阻率不同，保护效果的评价准则也不同，例如NACE的标准[48]规定当100Ω·m≤土壤电阻率≤1000Ω·m时，保护电位负于-750mV；当土壤电阻率大于10000Ω·m时，保护电位负于-650mV即可。因此，环境介质的不一致?
第二章脉冲电流阴极保护恒电位控制理论研究13在研究大口径管道内壁的阴极保护电位分布时，发现在管道内采用点状阳极时，管壁的极化值与阳极距离呈双曲余弦函数的关系式衰减，函数关系式见式（2-4）：04cosh4coshLZDRLDR(2-4)其中，D为管道内径；L为管道长度；Z为离阳极端的距离；R为管壁表面的的极化电阻；ρ为管内腐蚀介质的电阻率；I为管道的电流；η为管道内壁的极化值，表示管道的自然腐蚀电位与流过阴极极化电流时电极电位的差值。当Z=0时，I=I0，η=η0。当被保护管道需要设置多个阳极点时，在管壁某一点的极化为表示为两侧单个阳极单独作用效果的叠加。若假设两个阳极之间的间距为M时，管壁在Z处的极化值表示为（2-5）：044coshcosh4cosh1MZZDRDRMDR(2-5)从式（2-5）中可得出，当2ZM时，有极小值，即在两个阳极的中间位置时的极化值最校朱志平[57]在讨论铜管内部的阴极保护电位分布时，探讨了电位分布的解析公式。在研究过程中，铜管为细长管，目的为了延长细长管道的阴极保护距离。所研究管道的示意图如图2-4所示：图2-4细长管道阴极保护示意图在研究过程中假设细长管道的管径为d（cm），管道总长L（cm），管内流动介质的电阻率为（Ω·cm），管道内壁极化的电阻值为R（Ω·cm2），管口处（x=0）所施加的电流为0I（mA），电位极化值为V0（mV）。当单点阳极作用时，其保护电位的解析公式与徐乃欣等人所得出的结论类似，如式（2-6）所示：
【参考文献】：
期刊论文
[1]用于DN200口径以下管道内防腐蚀的高频脉冲电流阴极保护技术[J]. 张潇祥,周好斌,王军锋,龙雄云,朱名昭,奚运涛,徐向前,袁旺. 材料保护. 2019(11)
[2]温度对舰船阴极保护和腐蚀静电场的影响[J]. 徐庆林,王向军,张建春,刘春阳,苗海. 国防科技大学学报. 2019(04)
[3]数字化技术在天然气长输管道中的应用分析[J]. 谭春梅. 石化技术. 2019(06)
[4]基于数字化油田建设推进油气生产单位管理升级的探索[J]. 江涛,赵欣,杨学颖. 河北企业. 2018(12)
[5]数字化原油长输管道SCADA系统的构建[J]. 张哲. 石化技术. 2018(09)
[6]基于模糊PID控制的温室环境控制系统研究[J]. 弓正,张昊,胡欣宇. 物联网技术. 2018(08)
[7]海水流速对X80管线钢极化曲线的影响[J]. 季廷伟,王树立,才政,刘业宇,赵书华. 油气田地面工程. 2018(06)
[8]基于ATMEGA128单片机的直流电源控制系统[J]. 田小泷,罗鑫,韩海峰. 技术与市场. 2018(06)
[9]基于电流测量的管道阴极保护状态内检测技术[J]. 陈金忠,王俊杰,马义来,何仁洋,靳阳. 无损检测. 2018(06)
[10]油气管道阴极保护技术现状与发展趋势研究[J]. 刘翔. 中国石油和化工标准与质量. 2018(09)
博士论文
[1]埋地金属管道阴极保护电位分布规律研究[D]. 郝宏娜.中国石油大学（华东） 2012
[2]海底管线腐蚀检测与腐蚀预测的研究[D]. 胡舸.重庆大学 2007
硕士论文
[1]基于脉冲电流的油井套管阴极保护效果评价方法研究[D]. 张涛.西安石油大学 2016
[2]油井套管脉冲电流阴极保护专用电源控制系统研究[D]. 许庆.西安石油大学 2016
[3]油井套管脉冲电流阴极保护机理研究[D]. 徐兴龙.西安石油大学 2015
[4]牙哈装车南站储罐底板阴极保护电位分布研究[D]. 王东.西南石油大学 2015
[5]油井套管脉冲电流阴极保护专用电源研究[D]. 袁森.西安石油大学 2015
[6]管道防腐恒电位仪的控制系统研究[D]. 于欣恺.中国石油大学 2010
[7]船体阴极保护电位分布研究[D]. 刘磊.大连理工大学 2006
本文编号：3320273
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