畢業(yè)設計（論文）-輸油管道防腐信號分析系統(tǒng)研究

東北石油大學本科生畢業(yè)設計（論文）摘要由于管道輸送在運送氣體、液體、漿體等方面所具有的獨特優(yōu)勢，管道運輸已成為現(xiàn)代工業(yè)和國民經(jīng)濟的命脈，在經(jīng)濟建設和國防工業(yè)中正發(fā)揮著越來越重要的作用。金屬的腐蝕是影響埋地鋼制管道可靠性和使用壽命的關鍵因素之一。本文對現(xiàn)有的各種埋地管道防腐層缺陷地面檢測技術進行了比較分析，總結了各測試技術的優(yōu)缺點。提出以CIPS和DCVG綜合檢測技術為本文的研究對象；闡述了埋地管道的陰極保護原理，分析了管道沿線外加電位的分布規(guī)律。闡述了CIPS檢測技術的原理和方法，并深入研究了CIPS的幾個關鍵問題；闡述了DCVG技術的工作原理，并提出了DCVG檢測時防腐層缺陷面積的計算方法。并用Delphi7軟件設計一個檢測軟件，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀取、轉存、分析。用模擬數(shù)據(jù)進行測試，并提出系統(tǒng)的改進方法。關鍵詞：缺陷檢測；密間隔電位測試；直流電壓梯度AbstractTheuniqueadvantagesofpipelinetransportationofgas,liquid,paste,hasbecomethelifebloodofmodernindustryandnationaleconomy,playinganincreasinglyimportantroleineconomicconstructionandnationaldefenseindustry.Corrosionofmetalisoneofthekeyfactorsthataffectthereliabilityofburiedsteelpipelinesandservicelife.Thisarticlecomparesandanalysisallexistingburiedpipelinecoatingsurfacedefectsdetection,summarizestheadvantagesanddisadvantagesofvarioustestingtechniques.ProposesCIPSandDCVGdetectiontechnologyfortheintegratedstudyofthisarticle;describedburiedpipelinecathodicprotectionprinciple,analysisPipelinedistributionalongtheappliedpotential.DescribedCIPSprinciplesandmethodsofdetection.DepthstudyseveralkeyproblemsCIPS.DescribedDCVGprinciplesandmethodsofdetection.AndtheproposedmethodofDCVGdetectionareaofcoatingdefects.SoftwaredesignwithDelphi7adetectionsoftware,Realizereadofdata,dump,analysis.Testedwithsimulateddataandmakethesystembetter.Keywords:defectdetection;CIPS;DCVG目錄TOC\o"1-2"\h\z\u第1章概述 11.1防腐檢測國內(nèi)現(xiàn)狀 11.2防腐檢測的目的及意義 21.3課題章節(jié)安排 2第2章管道防腐檢測的基礎知識 22.1埋地鋼管的腐蝕分類 22.2埋地管道的防腐方法 42.3外防腐層破損直接檢測和評價的步驟 62.4外防腐層破損的檢測方法 62.5本章小節(jié) 11第3章防腐缺陷檢測技術 123.1埋地管道的陰極保護 123.2管道沿線外加電位的分布規(guī)律 123.3密間隔電位測試技術 143.4直流電壓梯度技術 163.5本章小節(jié) 17第4章防腐檢測系統(tǒng)的設計 184.1設計目標 184.2系統(tǒng)的總體結構 184.3開發(fā)與運行環(huán)境 184.4系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的構建 194.5防腐檢測軟件設計 214.6測試結果 274.7系統(tǒng)局限性 28結論 29參考文獻 30致謝 31附錄 32第1章概述1.1防腐檢測國內(nèi)現(xiàn)狀自1865年美國建成世界上第一條輸油管道至今，管道運輸業(yè)已有近140年的歷史。管道運輸主要用于能源輸送，除普遍用于石油、天然氣、液化石油氣和化工原料等的輸送外，還用于煤漿、煤層氣、礦石等的運輸。在全球已建成的230多萬公里管道中，輸氣管道占近60%，原油管道和成品油管道各占15%多，化工和其他管道不足10%。目前，世界管道總長度已超過世界鐵路總里程，成為能源運輸?shù)闹饕绞?。世界?00%的天然氣、85%以上的原油的運輸是通過管道運輸實現(xiàn)的。隨著油氣資源的開發(fā)以及能源市場的急增，管道運輸在世界范圍內(nèi)得到了飛速發(fā)展，管道運輸業(yè)作為與鐵路、公路、航空、水運并駕齊驅的五大運輸業(yè)之一，已經(jīng)成為國民經(jīng)濟的命脈，在經(jīng)濟建設和國防工業(yè)中發(fā)揮著越來越重要的作用。我國1958年在新疆建設了第一條原油管道，它的建成掀開了我國長輸管道建設史上的新篇章。隨著我國石油工業(yè)的發(fā)展，管道運輸業(yè)也逐漸發(fā)展起來。至200年底，我國油氣管道累計長度45865km，管道長度居世界第六位。其中原油管道15915km，天然氣管道21299km，成品油管道6525km，海底管道2126km。隨著管道運輸業(yè)的飛速發(fā)展，管道的維護管理、防止泄漏、保證管道安全運行成為重要課題，引起世界各國的高度重視。在管道的規(guī)劃、設計、施工、操作以及維護的各個階段，都要根據(jù)相應的法規(guī)采取安全措施。然而隨著管線的增多管齡的增長以及人為破壞、施工缺陷和腐蝕等問題的存在，管道事故頻頻發(fā)生，嚴重污染了人類的生存環(huán)境，給人民的生命財產(chǎn)和生存環(huán)境造成了巨大的威脅，由于各種原因造成的海上石油泄漏更嚴重地破壞了海洋生態(tài)環(huán)境。腐蝕是影響管道系統(tǒng)可靠性及使用壽命的關鍵因素。據(jù)美國國家輸送安全局統(tǒng)計，美國45%的管道損壞是由鋼管外壁腐蝕引起的，而在美國輸氣干線和集氣干線的泄漏事故中，有74%是腐蝕造成的。據(jù)對我國東部輸油管道事故的統(tǒng)計，21.3%的國內(nèi)輸油管道事故是由管道腐蝕引起的。最新統(tǒng)計資料表明，我國的中原油田自開發(fā)以來，因腐蝕造成的直接經(jīng)濟損失累計已達5億元左右。勝利油田因腐蝕造成的直接經(jīng)濟損失每年約1億元。其他油田的腐蝕損失也都面臨著十分嚴重的局面。管道的腐蝕不僅造成因穿孔而引起的油、氣、水泄漏損失，以及由于維修所帶來的材料和人力上的浪費，停工停產(chǎn)所造成的損失而且還可能因腐蝕造成火災。特別是天然氣管道因腐蝕引起的爆炸，威脅人身安全，污染環(huán)境，后果極其嚴重。1.2防腐檢測的目的及意義為了確保輸油管道的安全運營，延長管運的在役壽命，最大限度地降低輸油損失，輸油管道相關部門要對輸油管道進行定期檢測得到輸油管道腐蝕的狀況，以便進一步的開挖檢測，并及時修補或更換管道，避免造成不必要的損失。本文的目的是針對我國防腐層缺陷檢測技術現(xiàn)狀，設計一個軟件可以快速、準確地獲取埋地管道防腐層缺陷的腐蝕和防護的綜合狀況，從而為管道的安全評價和修復提供科學的依據(jù)。1.3課題章節(jié)安排本文以解決實際問題的角度出發(fā)，結合防腐檢測等知識，提出了防腐檢測分析的方案，并經(jīng)過分析管道周圍環(huán)境，選擇了適合的檢測方法，經(jīng)過一系列的模擬數(shù)據(jù)編程測試，最終設計出來防腐檢測軟件分析，主要用于檢測埋地管道腐蝕點位置，及腐蝕程度。文章分四章編寫，第1章主要闡述了防腐檢測系統(tǒng)的目的和意義以及國內(nèi)技術的發(fā)展現(xiàn)狀。在此基礎上，第2章闡述了管道防腐檢測的相關基礎知識埋地管道腐蝕類型，防腐方法，外防腐層破損直接檢測和評價的步驟，外防腐層破損的檢測方法。第3章詳細闡述了防腐缺陷檢測技術，分析管道沿線外加電位的分布規(guī)律，并深入研究密間隔電位測試技術和直流電壓梯度技術。在第4章中敘述了面向對象的防腐檢測軟件的設計過程，包括各個框體和各部分實現(xiàn)流程以及程序編寫。最后對本文的內(nèi)容作了一個簡單的總結。第2章管道防腐檢測的基礎知識2.1埋地鋼管的腐蝕分類2.1.1管道內(nèi)腐蝕這類腐蝕影響因素相對來說比較單一，主要受所輸送介質和其中雜質的物理化學特性的影響，所發(fā)生的腐蝕也主要以電化學腐蝕為主。對于這類腐蝕的機理研究比較成熟，管道內(nèi)腐蝕所造成的結果也基本上可預知，因此處理方法也規(guī)范。近年來隨著管道業(yè)主對管道運行安全管理的加強以及對輸送介質的嚴格要求，內(nèi)腐蝕在很大程度上得到了控制。目前國內(nèi)外長輸油氣管道腐蝕控制主要發(fā)展方向是在外防腐方面，因而管道安全檢查也重點針對因外腐蝕造成的涂層缺陷及管道缺陷。2.1.2管道的應力腐蝕破裂管道在拉應力和特定的腐蝕環(huán)境下產(chǎn)生的低應力脆性破裂現(xiàn)象稱為應力腐蝕破裂(StressCorrosionCracking，SCC)，它不僅能影響到管道內(nèi)腐蝕，也能影響到管道外腐蝕。關于應力腐蝕，有資料表明，截至1993年底，國內(nèi)某輸氣公司的輸氣干線共發(fā)生硫化物應力腐蝕事故78起，其中某分公司的輸氣干線共發(fā)生硫化物應力腐蝕破裂事故28起，僅1979年8月至1987年3月間就發(fā)生12次硫化物應力腐蝕的爆管事故，經(jīng)濟損失超過700×104元。據(jù)國外某國11家公司對1985年至1995年間油氣管道事故的統(tǒng)計，應力腐蝕破裂占17%。該國某公司自1977年以來，天然氣和液體管道系統(tǒng)發(fā)生應力腐蝕破壞事故22起，其中包括12起破裂和10起泄漏事故。這些應力腐蝕為近中性應力腐蝕，是由于聚乙烯外防護層剝離和管道與水分接觸造成的。2.1.3管道外腐蝕管道外腐蝕的原因包括外防腐層的外力破損，外防腐層的質量缺陷，鋼管的質量缺陷，管道埋設的土壤環(huán)境腐蝕。管道外壁腐蝕視管道所處環(huán)境而異。架空管道易受大氣腐蝕；土壤或水環(huán)境中的管道，則易受土壤腐蝕、細菌腐蝕和雜散電流腐蝕。大氣腐蝕。大氣中含有水蒸氣會在金屬表面冷凝形成水膜，這種水膜由于溶解了空氣中的氣體其他雜質，可起到電解液的作用，使金屬表面發(fā)生電化學腐蝕。影響大氣腐蝕的自然因素除污染物外，還有氣候條件。在非潮濕環(huán)境中，很多污染物幾乎沒有腐蝕效應。假如相對濕度超過80%，腐蝕速度會迅速上升。因此，敷設在地溝中的管道或潮濕環(huán)境的架空管道表面極易銹蝕。土壤腐蝕。土壤顆粒間布滿空氣、水和各種鹽類。管道金屬在土壤電解質溶液中構成多種腐蝕電池。一類是由于鋼管表面狀態(tài)的差異形成的微腐蝕電池鋼管表面條件效應產(chǎn)生的腐蝕。另一類是由于土壤腐蝕介質的差異形成的宏腐蝕電池，不同的土壤條件引起的腐蝕。假如管道各段落所處土壤透氣性不同，土壤中的氧的濃度也就不同，從而使腐蝕電池的發(fā)育，腐蝕電池兩極間的距離可達數(shù)公里。土壤腐蝕性常用土壤電阻率來表示，電阻率越小的土壤腐蝕性越強。細菌腐蝕。也成微生物腐蝕。參與管道土壤腐蝕過程的細菌通常有硫酸鹽還原菌。氧化菌、鐵細菌、硝酸鹽還原菌等。其中厭氧性硫酸鹽還原最具代表性。它在PH6~8、堿性和透氣性差的土壤中繁殖，廣泛地分布在海、河、湖泊、水田、沼澤的淤泥中。它利用自身的升息，將硫酸鹽離子還原，同時促進陰極反應，生成硫化鐵等腐蝕產(chǎn)物，覆于管道表面，形成二次的局部腐蝕(孔蝕)。在硫酸鹽還原菌腐蝕的現(xiàn)場，土壤顏色發(fā)黑，有硫化氫臭味。雜散電流腐蝕。流散于大地中的電流對管道產(chǎn)生的腐蝕，又名干擾腐蝕，是一種外界因素引起的電化學腐蝕。管道腐蝕部位由外部電流的極性和大小決定，其作用類似電解。雜散電流從原有管道受電器化鐵路的雜散電流腐蝕在建成后約4個月即遭電流腐蝕穿孔。交流電引起的腐蝕是在管道沿高壓輸電線敷設時，因電磁耦合在管道上感應的交流電所造成的，對人體和設備均有危害。2.2埋地管道的防腐方法防腐為了保證管道長期安全輸送和防止管道泄漏油、氣，各國政府和管道企業(yè)都制定有管道防腐規(guī)程作為管道防腐必須遵循的準則。通用的管道防腐方法是內(nèi)壁涂層加外壁涂層(或包扎層)加陰極保護。若嚴格施行這些措施，實踐證實管道可安全運行50年。2.2.1涂層防腐用涂料均勻致密地涂敷在經(jīng)除銹的金屬管道表面上，使其與各種腐蝕性介質隔絕，是管道防腐最基本的方法之一。70年代以來，在極地、海洋等嚴酷環(huán)境中敷設管道，以及油品加熱輸送而使管道溫度升高等，對涂層性能提出了更多的要求。因此，管道防腐涂層越來越多地采用復合材料或復合結構。這些材料和結構要具有良好的介電性能、物理性能、穩(wěn)定的化學性能和較寬的溫度適應范圍等。2.2.2內(nèi)壁防腐涂層為了防止管內(nèi)腐蝕、降低摩擦阻力、提高輸量而涂于管子內(nèi)壁的薄膜。常用的涂料有胺固化環(huán)氧樹脂和聚酰胺環(huán)氧樹脂，涂層厚度為0.038～0.2毫米。為保證涂層與管壁粘結牢固必須對管內(nèi)壁進行表面處理。70年代以來趨向于管內(nèi)、外壁涂層選用相同的材料，以便管內(nèi)、外壁的涂敷同時進行。2.2.3防腐保溫涂層在中、小口徑的熱輸原油或燃料油的管道上，為了減少管道向土壤散熱，在管道外部加上保暖和防腐的復合層。常用的保溫材料是硬質聚氨脂泡沫塑料適用溫度為-185～95℃。這種材料質地松軟，為提高其強度，在隔熱層外面加敷一層高密度聚乙烯層，形成復合材料結構，以防止地下水滲入保溫層內(nèi)。2.2.4電法保護改變金屬相對于四周介質的電極電位使金屬免受腐蝕的方法。長輸管道電法保護僅指陰極保護和電蝕防止法。(1)陰極保護：將被保護金屬極化成陰極來防止金屬腐蝕的方法。這種方法用于船舶防腐已有150多年的歷史；1928年第一次用于管道是將金屬腐蝕電池中陰極不受腐蝕而陽極受腐蝕的原理應用于金屬防腐技術上。利用外施電流迫使電解液中被保護金屬表面全部陰極極化，則腐蝕就不會發(fā)生。判定管道是否達到陰極保護的指標有兩項。一是最小保護電位，它是金屬在電解液中陰極極化到腐蝕過程停止時的電位；其值與環(huán)境等因素有關，常用的數(shù)值為-850毫伏(相對于銅-硫酸銅參比電極測定，下同)。二是最大保護電位，即被保護金屬表面容許達到的最高電位值。當陰極極化過強，管道表面與涂層間會析出氫氣，而使涂層產(chǎn)生陰極剝離，所以必須控制匯流點電位在容許范圍內(nèi)，以使涂層免遭破壞。此值與涂層性質有關一般取-1.20至-2.0伏間。實現(xiàn)地下管道陰極保護有外加電流法和犧牲陽極法兩種。外加電流法是利用直流電源，負極接于被保護管道上，正極接于陽極地床。電路連通后，管道被陰極極化。當管道對地電位達到最小保護電位時，即獲得完全的陰極保護。常用的直流電源均可使用，其中尤以整流器居多。直流輸出一般在60伏、30安以下。新型的直流電源有溫差發(fā)電器、太陽能電池等，多用于缺電地區(qū)。陽極地床是與直流電源正極相連的，與大地構成良好電氣接觸的導電體或稱為陽極接地裝置；常用材料有碳鋼、高硅鐵、石墨、磁性氧化鐵等。陽極地床設置在土壤電阻率低、保護電流易于分布、又不干擾鄰近地下構筑物的地方。陽極與管道埋設位置相對應，有淺埋遠距離陽極和深陽極兩種。為測定陰極保護參數(shù)鑒定管道陰極保護效果沿管道需設置檢測點和檢查片。配套使用的檢測儀表有高阻伏特計、安培計、硫酸銅電極等。70年代以來，開始采用與管道航空巡線相結合的陰極保護參數(shù)遙測系統(tǒng)，配以電子計算機，對所測數(shù)據(jù)進行處理。外加電流陰極保護單站保護距離一般可達幾十公里，長輸管道陰極保護多用此法。犧牲陽極法是采用比被保護金屬電極電位更負的金屬與被保護金屬連接，兩者在電解液中形成原電池。電位較負的金屬(如鎂、鋅、鋁及其合金)成為陽極，在輸出電流的過程中逐漸損耗掉，被保護的管道金屬成為陰極而免遭腐蝕，所以稱電位較負的金屬為犧牲陽極。地下管道采用犧牲陽極保護，其決定要素是陽極發(fā)生電流、陽極數(shù)量和保護長度等。當陽極種類確定后，影響上述參數(shù)的是陽極接地電阻和與該陽極保護管段區(qū)間的漏泄電阻。前者取決于土壤電阻率，后者取決于管道涂層電阻和涂層的施工質量。犧牲陽極使用壽命與重量有關，視需要可用幾年至幾十年。犧牲陽極具有投資省、治理簡便、不需要外電源、防止干擾腐蝕效果好等長處，所以在地下金屬管道防腐中得到普遍應用。(2)電蝕防止法：一是在雜散電流源有關設施上采取措施，使漏泄電流減小到最低限度；二是在敷設管道時盡量避開雜散電流地區(qū)，或提高被干擾管段絕緣防腐層質量，采用屏蔽、加裝絕緣法蘭等措施；三是對干擾管道作排流保護，即將雜散電流從被干擾管道排回產(chǎn)生漏泄電流的電網(wǎng)中，以消除雜散電流對管道的腐蝕。根據(jù)應用范圍和排流設備的不同性能，分直接排流、極性排流、強制排流三種。對交流干擾電壓的防護，不少國家都制定有技術規(guī)定，主要是采用安全距離和管道泄流兩類方法使管道免遭損害。2.3外防腐層破損直接檢測和評價的步驟按照國際防腐蝕工程師協(xié)會(NACE)標準RP0502—2002的要求，ECDA的總體技術要求是對于腐蝕已經(jīng)發(fā)生、正在發(fā)生和將要發(fā)生的敏感管段能做出預測。在實際應用時，為達到此目標，要進行如下4個操作步驟。2.3.1預評價(Pre.Assessment)收集敏感管道的歷史資料及管道特征，并對這些資料進行評估。在所搜集的管道資料的基礎上，制定ECDA的可行性方案，按相似條件的管段劃分不同的區(qū)域，在這些區(qū)域內(nèi)采用的檢測儀器要相同，以保證結果的可比性。2.3.2非接觸測量(IndirectInspection)采用2種或2種以上的地面外防腐層破損檢測技術，比如：密間隔電位法(CloseIntervalPotentialSurvey，CIPS)、直流電壓梯度法(DirectCurrentVoltageGradient，DCVG)、交流電壓梯度法(AlternatingCurrentVoltageGradient，ACVG)、交流電流衰減法(ACAttenuation)，用以檢測管道的腐蝕行為和查找外防腐層的破損點。系統(tǒng)地分析以上方法所取得的數(shù)據(jù)，得出高風險區(qū)域的開挖修復的準確信息。2.3.3直接開挖驗證(DirectExamination)選定開挖的現(xiàn)場，實際識別出破損點，并決定是修復還是更換管道。2.3.4后評價(PostAssessment)對ECDA的以上3個步驟做出總結，建立起評價模型，以便指導將來的管道安全維護。2.4外防腐層破損的檢測方法近年來，隨著計算機技術的廣泛普及和應用，國內(nèi)外檢測技術都得到了迅猛發(fā)展，管道檢測技術逐漸形成管道內(nèi)、外檢測技術(涂層檢測、智能檢測)兩個分支。通常情況下涂層破損、失效處下方的管道同樣受到腐蝕，管道外檢測技術的目的是檢測涂層及陰極保護有效性的基礎上，通過挖坑檢測，達到檢測管體腐蝕缺陷的目的，對于目前大多數(shù)不具備內(nèi)檢測條件的管道是十分有效的。管道內(nèi)檢測技術主要用于發(fā)現(xiàn)管道內(nèi)外腐蝕、局部變形以及焊縫裂紋等缺陷，也可間接判斷涂層的完好性。目前國內(nèi)廣泛使用的管外檢測法包括Pearson檢測法、防腐層絕緣電阻測試法、P/S電位測試法以及管內(nèi)電流衰減檢測法等。這些檢測方法對埋地管道防腐層的總體評價起到一定的作用，但在防腐層缺陷精確定位，判斷防腐層缺陷面積大小以及判斷缺陷處管體是否發(fā)生腐蝕等方面還存在一些差距。而近幾年，國外發(fā)展的直流檢測技術(如DCVG，CIPS)在埋地管道防腐層缺陷定位以及陰極保護系統(tǒng)的評價等方面具有很好的效果。以下對國內(nèi)外現(xiàn)有的各種埋地管道防腐層狀況地面檢測技術作以詳細闡述。2.4.1標準管地(P/S)電位測試標準管地(P/S)電位測試就是在有陰極保護的管線按一定的距離測試管地電位(通常在長輸管道上每隔1km設有一個測試樁)，此方法是管道防腐層狀況傳統(tǒng)的檢測方法，在長輸油氣管道中普遍使用。其優(yōu)點為在現(xiàn)場不用開挖就可以讀取資料，管道檢測速度比較快，可達到50km/天。但此方法檢測的資料相隔1km左右，只能對這一管段的防腐層作總體的評估，不能確定管道防腐層缺陷的位置以及缺陷在管道上的分布情況。對于沒有陰極保護或測試樁的管道，此方法不使用。2.4.2Pearson測試Pearson測試技術是早期國外防腐層缺陷檢測中廣為應用的一種方法，此方法是由美國人Pearson提出而得名的。該方法目前在國外已基本上被淘汰，但在我國依然是目前最常用的管道防腐層缺陷地面檢測技術。該方法的工作原理為在管道－大地之間施以1000Hz的交流信號，該交流電流便會在管道防腐層的破損點處流失到大地土壤中，因而在破損點的上方地表面形成了一個交流電壓梯度。如圖2-1所示，兩名操作者相距3～6m沿管線上方檢測地面電壓梯度。一般檢測兩個電極可分別由兩個操作人員的人體代替，用人體對地的耦合電容來檢測電壓梯度信號，并通過鏈式電纜傳送到接收裝置，經(jīng)過濾波放大后，由指示儀表指示檢測結果。故該方法又稱為“人體阻容法”。圖2-1Pearson檢測法原理圖盡管Pearson測試技術目前在我國管道檢測中還廣泛使用，但普遍認為該方法檢測精度不高，易受外界電流的干擾，依賴操作者的熟練技能，常給出錯誤的缺陷信息。2.4.3電流衰減法電流衰減法是目前國外較多的一種埋地管道線防腐層缺陷檢測技術，但在國內(nèi)的應用則是最近幾年才開始。其基本原理是在具有防腐層的埋地金屬管道上施加一個交變電流信號，由于管道與地面之間分布電容及防腐層絕緣電阻的存在，所施加的電流I沿管道流動并隨著距離X的增加隨指數(shù)衰減，即：(2-1)式中衰減系數(shù)與管道防腐層的技術狀況有著密切的關系。對(2-1)進行對數(shù)變換，并以分貝表示可得(2-2)式：(2-2)由此可見，當防腐層完好時，管中電流衰減呈線性變化，當管道防腐層存在破損點時，由于電流將從防腐層破損點處漏失到土壤中，因而該處管道電流將突然變低，具體反映到曲線上時，其斜率(即)出現(xiàn)異常。該方法屬非接觸地面檢測，通過檢測由管內(nèi)電流引起的地面磁場的變化，從而判斷防腐層的狀況。該方法受地面環(huán)境影響較小，可長距離檢測管道防腐層狀況，也可縮短距離對管道防腐層缺陷點進行定位。電流衰減法由于采用交流信號，因而容易受到外界的干擾。主要干擾有：動力電纜、通訊電纜或無線電臺等信號的干擾。同時，該方法受到一些管道自身條件的約束。如一些有局部犧牲陽極保護的管道；為限制陰極保護范圍而設有絕緣法蘭的管段；有支線的管段等，此方法都不適用。2.4.4變頻選頻法變頻選頻法測量管道防腐層電阻技術是由我國東北輸油管理局與郵電部第五研究所合作經(jīng)過多年研究和實踐而取得的研究成果。其檢測原理圖如圖2-2所示。圖2-2變頻選頻法測量管道防腐層絕緣電阻原理圖其理論基礎是利用交頻信號傳輸?shù)慕?jīng)典理論，確定交頻信號沿單線－大地回路傳輸?shù)臄?shù)學模型，埋地管道即可視為單線－大地信號信道。當防腐層材料、結構、管道材料等參數(shù)為已知時，防腐層絕緣電阻就可以計算出來。經(jīng)過進一步的數(shù)學推導，確立了現(xiàn)場測得傳播常數(shù)的方法，從而實現(xiàn)了防腐層的在線測量。將高頻信號輸入埋地管道，理論上可視為單線－大地回路，這是一個十分復雜的不平衡網(wǎng)絡，反映網(wǎng)絡特性的參數(shù)很多，都是分布參數(shù)，而且往往是變量。其中“管道防腐層絕緣電阻”就是這一網(wǎng)絡的一次參數(shù)之一，經(jīng)大量理論推導確立了如下數(shù)學模型：(2-3)式中：—傳輸常數(shù)實部；—縱向阻抗實部；—縱向阻抗虛部；—橫向導納實部；—橫向導納虛部；|Z|—縱向阻抗模值；|Y|—橫向導納模值；(2-4)式中：—金屬管道外半徑；—管道外半徑(含防腐層)；—角頻率；—防腐層橫向電容；—絕緣材料角消耗正切；—管道防腐層絕緣電阻。為了簡化計算，當被測管段的發(fā)端和收端電位之比大于14.15時，得到現(xiàn)場的信號傳輸方程：(2-5)—被測管段長；—輸入信號電位；—被測管段末端電位。當防腐層材料、結構管道材料為已知時，測出，，，防腐層絕緣電阻就可以計算出來。應用式(2-5)求||與||之比大于14.15，如果用電平差表示為大于23dB。為了滿足這個條件，可通過改變輸入高頻信號頻率來實現(xiàn)。測量頻率的選用取決于被測管段長度及防腐層質量好壞?；驹瓌t是：被測管段長，使用測量信號頻率偏低；被測管段短，使用測量信號頻率偏高。如果防腐層質量差，使用測量信號偏低；防腐層質量好，使用測量信號頻率偏高。反復調(diào)整直到滿足發(fā)端和收端的電平稍大于或等于23db的條件。該方法可以利用長輸管道每公里所設的測試樁，對管道防腐層狀況進行總體評價，檢測速度較快，并且具有較好的管道適應性，比較適合長輸管道防腐層的檢測。但不能具體定位管道防腐層缺陷點以及對不能分辨多個缺陷點分布情況。如果被測管段內(nèi)有支線時，此法不能使用。另外，由于其計算引入了所需的一些原始參數(shù)：土壤介電常數(shù)、土壤電阻率測量、標定較為困難，使測量結果(防腐層絕緣電阻)誤差加大。2.4.5電化學暫態(tài)檢測技術埋地管道防腐層缺陷包含兩個方面：防腐層破損和防腐層剝離。近年來國內(nèi)外開始此類防腐層缺陷檢測方面的研究，目前取得了一定成果。其檢測原理如下：利用防腐層的高絕緣性能和防腐層破損、剝離時的電化學參數(shù)阻容效應不同，來檢測判斷防腐層是破損還是剝離。因為這兩種狀態(tài)下的等效電路參數(shù)是不同的，對一定的電信號響應也是不同的。故當某一頻率激勵信號施加到管道上時，測量其管地電位信號的響應曲線，根據(jù)等效電路的分析，就能夠判斷防腐層是否存在剝離。目前天津大學已研制開發(fā)埋地管道防腐層缺陷綜合檢測儀，在大量試驗的基礎上，提出用交流阻抗幅值比法和階躍電流阻值比法檢測防腐層缺陷的方法。2.4.6密間隔電位測試(CIPS)技術這種方法實際上是對標準管地電位測試的一種改進，針對上一種方法中兩測試點間隔過大的缺點，以較小(約1~5m)的間距進行電位(相對于Cu/CuSO4電極)測試。此方法在檢測前，在陰極保護電源上加裝電流中斷器，測試時按規(guī)定的周期循環(huán)斷開整流器(常采用的On、Off比為4：1)，讀取On電位(通電電位)和Off電位(瞬間斷電電位，相當于管道的極化電位)。CIPS方法的優(yōu)點是可以記錄管道全線的管地電位，可評估管道陰極保護的效果以及對管道防腐層缺陷情況作出分析。本文在后面還會有詳細闡述。2.4.7直流電壓梯度(DCVG)技術直流電壓梯度技術是在陰極保護電源輸出端接入一個中斷器，利用陰極保護電源周期的中斷而產(chǎn)生的一個迭加在埋地管道上的周期直流脈沖信號，該信號使管地電位脈動的幅值不小于100mV。由于較多電流流向缺陷處而造成較大的電位梯度，通過兩根相距1～2m的探極在地面上進行測量。中心零位的高靈敏度的毫伏表接在兩根探極之間，根據(jù)毫伏表在防腐層缺陷前后位置的擺動情況確定缺陷的位置，也可估算缺陷的尺寸。使用此法能達到較高的缺陷定位精度。DCVG測試技術的工作原理在后面闡述。2.4.8CIPS和DCVG綜合檢測技術為克服單一檢測技術的局限性，國外檢測技術的最新發(fā)展是組合幾種檢測方法對防腐層缺陷進行檢測，將記錄管道真實保護狀態(tài)和防腐層缺陷定位、定量綜合。目前國外已采用CIPS和DCVG綜合檢測技術，其檢測原理如下：先采用DCVG方法進行防腐層檢測，確定破損點的正確位置以后，采用CIPS技術在缺陷中心位置測量開啟和瞬時關閉電位。通過以上測量，根據(jù)每一個缺陷的IR降的百分比，確定出缺陷的大小、被腐蝕程度的大小及等級度。該方法的主要優(yōu)點是能夠準確地對缺陷定位和估計缺陷大小、重要性等級，減少了開挖工作量。綜上所述，現(xiàn)有的各種埋地管道防腐層缺陷地面檢測技術各有其優(yōu)缺點，但沒有一種技術能夠提供地下管道防蝕狀況的全面信息。所以研究現(xiàn)有的國內(nèi)外各種檢測技術，對引進和開發(fā)新的檢測技術和檢測方法具有十分重要的意義。2.5本章小節(jié)本章主要講解埋地鋼管的腐蝕種類，以及經(jīng)常采用的各種防腐措施。簡單列出外防腐層破損直接檢測和評價的步驟。深入分析與研究各種外防腐層破損檢測方法并進行比較。第3章防腐缺陷檢測技術對比以上章節(jié)闡述的各種外防腐層破損的檢測方法的優(yōu)缺點，本文主要闡述密間隔電位測試技術(CIPS)和直流電壓梯度技術(DCVG)。兩種方法都是基于陰極保護技術，并且兩者都是測量管道沿線外加電位。因此需要分析兩種檢測技術必須先了解埋地管道的陰極保護技術和管道沿線外加電位的分布規(guī)律。3.1埋地管道的陰極保護2.1.1陰極保護原理陰極保護就是以某種方式在被保護金屬構筑物上施以足夠的陰極電流，通過陰極極化使金屬電位負移，從而使金屬腐蝕的陽極溶解速度大幅度減小，甚至完全停止，這種保護金屬構筑物免遭腐蝕破壞的方法稱為陰極保護。用圖3-1的極化圖解可以清楚地說明陰極保護的工作原理。以外加電流的陰極保護為例，暫不考慮腐蝕電池的回路電阻，則在未通電流保護以前，腐蝕原電池的自然腐蝕電位為E，相應的最大腐蝕電流為IC。通上外加電流后，由電解質流入陰極的電流量增加，由于陰極的進一步極化，其電位將降低。如流入陰極的電流為ID，則其電位降至E′，此時由原來的陽極流出的腐蝕電流將由IC降至I′。ID與I′的差值就是由輔助陽極流出的外加電流量。為了使金屬構筑物得到完全保護，即沒有腐蝕電流從其上流出，就需進一步將陰極極化到使總電位降至等于陽極的初始電位EA0，此時外加的保護電流值為Ip。從圖上可以看出，要達到完全保護，外加的保護電流要比原來的腐蝕電流大得多。圖3-1陰極保護的極化圖解3.2管道沿線外加電位的分布規(guī)律了解管道沿線外加電位的分布規(guī)律，對管道防蝕系統(tǒng)有效性的檢測和維護有著非常重要的現(xiàn)實意義。如圖3-2所示，外加電流的電源正極接輔助陽極，負極接在被保護管段的中央，這一點稱為匯流點或通電點。電流自電源正極流出，經(jīng)陽極和大地流至匯流點兩側管道，在兩側金屬管壁中流動的電流是流向匯流點的。因此，沿線電流密度和電位的分布是不均勻的。為了在理論上推導管道沿線電位分布的基本公式，我們假設下列條件成立：(1)管道防腐層均勻一致，并具有良好的電絕緣性能，與土壤接觸且土質均勻一致，因此管道沿線各點的單位面積過渡電阻相等。過渡電阻是指電流從土壤沿徑向流入管道時的電阻值，其數(shù)值主要決定于防腐層電阻。(2)因土壤截面積很大，土壤電阻可以忽略不計。圖3-2管道沿線電位分布規(guī)律如圖3-2所示，在離匯流點x公里處取一微元段dx，由于外加電流的陰極極化作用，dx小段處的管地電位往負的方向上偏移，設其偏移值為E，E等于通電后的保護電位與自然電位之差。設單位長度金屬管道的電阻為rT，單位面積的防腐層過渡電阻為RP，單位長度上電流從土壤流入金屬管道的過渡電阻為RT，如果管道外徑為D，則過渡電阻RT=RP/(πD)。在dx小段上電流的增量dI就是在該小段上從土壤流入管道的保護電流，由于忽略土壤壓降，故：即(3-1)式中負號表示電流的流動方向與x的增量方向相反。當電流I軸向流過管道時，由于金屬管道本身的電阻所產(chǎn)生的壓降為：即(3-2)對以上二式求導，并令：可得：(3-3)此方程為二階常系數(shù)線性微分方程，下面對無限長管道和有限長管道分別確定不同的邊界條件，求得方程的解析解：(1)無限長管段的計算：即全線只有一個陰極保護站，線路上沒有絕緣法蘭。設E0為匯流點處的電位，可得到無限長管道電位分布公式：(3-4)(2)有限長管段的計算：即全線有多個陰極保護站，兩個相鄰站之間的管道由兩個站共同保護。設兩個站間距離為2l，在中點處(x=l)正好達到保護所需最小保護電位，可得到有限長管道電位分布公式：(3-5)必須強調(diào)指出，在上述推導過程中忽略了土壤的IR降，并認為沿線防腐層過渡電阻均勻一致。實際上在幾十公里長的管道沿線，不僅土壤電阻率變化較大，防腐層質量狀況也很不一致。前面提到的衰減系數(shù)，單位長度金屬管道的電阻的rT可以認為是定值，而。是影響管地電位的主要因素。在涂層缺陷處，急劇下降，導致了急劇上升，在管地電位曲線上便出現(xiàn)突變。缺陷越嚴重的地方，突變程度也就也大。因此，只需研究實測的管地電位曲線就可以對涂層缺陷進行定位，從而可根據(jù)管地電位沿線分布對管道防腐層狀況進行評價。3.3密間隔電位測試技術以陰極保護原理為理論依據(jù)，以管地電位測量中的移動參比法和瞬間斷電法為測試基礎，運用電子技術和計算機技術形成的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸及數(shù)據(jù)處理的檢測方法，我們稱之為密間隔電位測試(CloseIntervalPotentialSurvey，CIPS)技術。3.3.1密間隔電位檢測原理CIPS技術是目前比較先進的管道檢測技術之一，是一種用來提供管道對地電位和距離關系詳細情況的地面檢測技術。當防腐層在某一位置上存在破損點時，破損點的電流密度會增大，在該點周圍的土壤中就會產(chǎn)生比其他地方較大的電位降，使得保護電位較正常時向正的方向漂移，當這種漂移達到一定值時，地表就可以測量到。其檢測原理是：將一個參比電極放置于地面與電壓表相連，表的另一端與管道測試樁相連，讀取管地電位。在外加電流保護的管道中，通過測得的管地電位分布，即可得出管道的保護程度。該方法能連續(xù)完整地評價陰極保護系統(tǒng)在管道上的保護效果、確定防腐層的保護狀況和防腐層缺陷點的嚴重程度。為了消除土壤IR降的影響，獲取外加電流陰極保護系統(tǒng)下真實的管地電位，在陰保電源的陰極輸出上串接一個電流中斷器。在中斷器斷開期間采集的電位稱Voff，認為是管道的保護電位。國外評價陰極保護系統(tǒng)效果的方法完全是用Voff來判斷(即≤-850mV有效，≤-1250mV時過保護)。而在中斷器合上期間采集的電位稱為Von，此電位中含有IR降成分。每次進行數(shù)據(jù)采集之前，電流中斷器與數(shù)據(jù)采集器之間要通過GPS進行同步，以便讓采集器分辨其采集的電位是Von還是Voff。需要注意的是，如果被檢測管段受多個陰保系統(tǒng)的保護，則這些保護電流要同步地切斷和接通才行。CIPS的測試方法如圖3-3所示，數(shù)據(jù)采集器一端與參比電極相連，另一端通過里程記錄器的電纜(銅線)與管道測試樁相連。測量時操作人員沿管道行走，在管道正上方移動參比電極，每隔0.9m~1.8m測量一次管地電位，根據(jù)on/off電位的變化曲線來評價管道的陰極保護情況和防腐層的狀況。典型的檢測曲線如圖3-3所示。圖3-3CIPS檢測原理圖圖3-4典型的CIPS檢測曲線圖由圖3-4可以看出，管地電位曲線在缺陷處發(fā)生突變。當防腐層有較嚴重的缺陷時，缺陷處防腐層的電阻率會很低，接近或小于土壤的電阻率，這時陰極保護電流會在缺陷處增大。但保護電流的增加值遠小于界面過渡電阻的減少值，而，總體作用的效果使降減少，而實際上等于，在CIPS的on/off檢測中表現(xiàn)為：on電位曲線和off電位曲線均正向偏移并相互接近。CIPS的檢測效率還是比較高的，通常由測量者背負里程記錄器和數(shù)據(jù)采集器，手持兩只裝有參比電極的測試探桿在管道正上方行走。兩只測試探桿是連通的，交替向前，以保證參比電極始終與地面接觸，人以正常偏慢的速度向前行走即可。此方法在檢測環(huán)境比較好時，速度能達到8～15公里/天。3.3.2CIPS技術的優(yōu)點CIPS在有陰極保護的管道上實施檢測有如下優(yōu)點：(1)可以很詳細地了解陰極保護電位從CP(陰極保護)站出站到末端的連續(xù)變化情況。評價陰極保護效果完全是用Voff值來判斷的。一般情況下，如果Voff低于最低保護下限-850mV為欠保護，高于-1250mV為過保護。(2)分析檢測結果曲線圖能夠發(fā)現(xiàn)管道防腐層存在的嚴重缺陷，可以確定防腐層缺陷點處保護電位是否處在有效保護線以上，從而判定該處管道是否發(fā)生腐蝕。缺陷越嚴重，管地電位值特別是Voff就下降的越多。(3)由于消除了土壤IR降的影響，評價陰極保護系統(tǒng)保護電位的方法更科學、更準確，測量結果更接近實際保護情況。3.4直流電壓梯度技術直流電壓梯度(DirectCurrentVoltageGradient)技術簡稱DCVG，是采用直流脈沖技術與陰極保護技術相結合的埋地管道防腐層缺陷檢測技術。該技術是目前世界上比較先進的埋地管道防腐層缺陷測試技術。實踐證明，DCVG技術在所有埋地管道防腐層缺陷檢測檢測技術中最為簡便、準確、可靠，是最好的埋地管道涂層缺陷定位方法。3.4.1DCVG工作原理在施加了陰極保護的埋地管線上，電流經(jīng)過土壤介質流入管道防腐層破損而裸漏的鋼管處時，會在管道防腐層破損處的地面上形成一個電位梯度場。根據(jù)土壤電阻率的不同，電壓場的范圍將在12.2～45.8m范圍變化。對于較大的涂層缺陷，電流流動會產(chǎn)生200～500mV的電壓梯度，缺陷較小時，也會有50～200mV。電壓梯度主要在離電場中心較近的區(qū)域(0.9～1.8m)。通常，隨著防腐層破損面積越大和越接近破損點，電壓梯度會變的越大、越集中。為了去除其他電源的干擾，DCVG檢測技術采用了不對稱的直流間斷電壓信號加在管道上。其間斷周期為1s，由一個安裝在陰極保護電源陰極輸出端的電流中斷器來控制，其中“斷”陰極保護的時間為2/3s、“通”陰極保護的時間為1/3s。DCVG檢測技術通過在管道地面上方的兩個接地探極(Cu/CuSO4電極)和與探極連接的中心零位的高靈敏度毫伏表來檢測因管道防腐層破損而產(chǎn)生的電壓梯度，從而判斷管道破損點的位置和大小。在進行檢測時，兩根探極相距2米左右沿管線進行檢測，當接近防腐層破損時毫伏表的指針會指向靠近破損點的探極，走過缺陷點時指針會指向檢測后方的探極，當破損點在兩探極中間時，毫伏表指針指示為中心零位。將兩探極間的距離逐步減少到300mm，可進一步精確地確定埋地金屬管道缺陷位置。3.4.2防腐層缺陷面積的計算在外加陰極保護的管線上的電位差或電壓降包括管道到土壤的電壓降VI和管線邊的土壤到遠大地點的電壓降VS，因此在管線上外加電壓后，它們之間的關系可由下式表示：(2-6)其中：——管道到遠大地點的電位差；——管道到土壤的電位差；——管道邊的土壤到遠大地點的電位差。在埋地管道陰極中真正起到保護管保護電壓降中，是外加陰極保護管線作用的一部分電壓，是為克服土壤阻抗而損失的電壓，對保護管線并沒有作用。因此要獲得較好的陰極保護效果，應該較大而較小，陰極保護的水平可以用的作用來衡量。然而在實際測量中很難對進行測量，而較容易測量的值，既然與有反比的關系(增大將引起相對地減小)，也可以利用值評價陰極保護的作用，通常是利用占埋地管道外加陰極保護電壓的百分比進行表示，可表示為：(2-7)是指埋地管道整個外加陰極保護電壓降越大，陰極保護的程度越低，也就是說埋地管道防腐層缺陷面積越大。因而，管道防腐層破損面積越大，的值越大。在所有埋地管道防腐層缺陷檢測技術中，DCVG測試技術可以估算埋地管道防腐層破損的大小及輕重程度，而其他的測試技術很少能給出這項測試指標。3.5本章小節(jié)本章主要對埋地管道的陰極保護原理進行了深入的研究和分析。著重分析了管道沿線外加電位的分布規(guī)律。闡述了CIPS技術的檢測原理，總結了CIPS技術相對于其他防腐層缺陷檢測技術的優(yōu)點。闡述了DCVG技術的工作原理，給出了DCVG檢測時防腐層缺陷面積的計算方法。第4章防腐檢測系統(tǒng)的設計4.1設計目標在當今世界電腦普及的時刻，人們已經(jīng)習慣用電腦辦公，結果自然會產(chǎn)生大量的電子文件，這些文件有寶貴的歷史價值，但我們?nèi)绻麑⒏嗟臅r間花費在尋找這些文件上，即費時又費力。本軟件根據(jù)此需求進行開發(fā)的。讓企事業(yè)單位能夠有效的掌握，有效的共享文件資源，保護好文件，及促進防腐檢測的信息化、規(guī)范化和集成化，實現(xiàn)計算機的智能化管理，以提高工作效率和經(jīng)濟效益。4.2系統(tǒng)的總體結構防腐檢測系統(tǒng)的總體結構如圖4-1所示，主要由維護子系統(tǒng)，數(shù)據(jù)錄入和修改，預測子系統(tǒng)，管網(wǎng)腐蝕狀況等部分組成。本設計主要設計數(shù)據(jù)庫的錄入及查詢和預測子系統(tǒng)。維護子系統(tǒng)的功能是通過腐蝕情況檢測及時獲得管道腐蝕狀況并及時進行開挖檢修，以免造成不必要的損失。數(shù)據(jù)錄入和修改的功能是將腐蝕檢測得到的數(shù)據(jù)正確的轉存入對應的數(shù)據(jù)庫中，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的儲存于修正。預測子系統(tǒng)是通過數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行預評價和非接觸測量。管道防腐檢測系統(tǒng)管網(wǎng)腐蝕狀況輔助系統(tǒng)預測子系統(tǒng)數(shù)據(jù)錄入及修改數(shù)據(jù)維護系統(tǒng)系統(tǒng)管道防腐檢測系統(tǒng)管網(wǎng)腐蝕狀況輔助系統(tǒng)預測子系統(tǒng)數(shù)據(jù)錄入及修改數(shù)據(jù)維護系統(tǒng)系統(tǒng)圖4-1防腐檢測系統(tǒng)的總體結構圖4.3開發(fā)與運行環(huán)境4.3.1開發(fā)環(huán)境1.MircosoftWindowsXPSP32.Delphi74.3.2運行環(huán)境1.MircosoftWindows2000及其以上的版本2.Office2000應用軟件4.3.3條件與限制防腐檢測系統(tǒng)軟件是應用于中小企業(yè)的。在功能上還可進一步實現(xiàn)安全防范、與因特網(wǎng)連接集成起來，成為網(wǎng)絡訪問的防腐檢測系統(tǒng)軟件。4.4系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的構建4.4.1數(shù)據(jù)描述1.靜態(tài)數(shù)據(jù)由于輸油管道的地理位置不同，埋藏深度不同，因此不用的管道往往有自己的特性，因此防腐檢測時可能有額外要注意的地方。因此應設計一個數(shù)據(jù)表來記錄管道的一些基本信息。如下表4-1存放測試管道的一些基礎信息信息。表4-1CIPS表字段字段名類型寬度1管段名稱文本502管段深度文本503管段描述文本255由于不同檢測方法應放置不同的檢測數(shù)據(jù)，所以應將CIPS方法及DCVG方法檢測得到的數(shù)據(jù)存入兩個不同的數(shù)據(jù)庫表中，以便方便調(diào)出進行分析。表4-2存放通過CIPS方法得到的測試數(shù)據(jù)表4-2CIPSitem表字段字段名類型寬度1管段名稱文本502檢測時間日期/時間—3測點1文本2554測點2文本2555測點3文本2556測點4文本2557測點5文本2558測點6文本2559測點7文本25510測點8文本25511測點9文本255表4-3存放通過DCVG方法得到的測試數(shù)據(jù)表4-3DCVGitem表字段字段名類型寬度1管段名稱文本502檢測時間日期/時間—3測點1文本2554測點2文本2555測點3文本2556測點4文本2557測點5文本2558測點6文本2559測點7文本25510測點8文本25511測點9文本2554.4.2動態(tài)數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)：菜單選項，查找關鍵字，新建記錄項。輸出數(shù)據(jù)：由查詢關鍵字確定的數(shù)據(jù)庫記錄集合。內(nèi)部生成的數(shù)據(jù)：中間查詢結果。4.4.3防腐檢測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)需求防腐檢測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)需求包括如下幾點：1.數(shù)據(jù)錄入和處理的準確性和實時性數(shù)據(jù)的輸入是否準確是數(shù)據(jù)處理的前提，錯誤的輸入會導致系統(tǒng)輸出的不正確和不可用，從而使系統(tǒng)的工作失去意義、導致開挖失誤。數(shù)據(jù)的輸入來源是源于采集設備生成的文件。2.數(shù)據(jù)的一致性與完整性由于系統(tǒng)的數(shù)據(jù)是共享的，在不同的客戶端中，數(shù)據(jù)庫文件是共享數(shù)據(jù)，所以如何保證這些數(shù)據(jù)的一致性，是系統(tǒng)必須解決的問題。要解決這一問題，要有一定的人員維護數(shù)據(jù)的一致性，在數(shù)據(jù)錄入處控制數(shù)據(jù)的去向，并且要求對數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)完整性進行嚴格的約束。對于輸入的數(shù)據(jù)，要為其定義完整性規(guī)則，如果不能符合完整性約束，系統(tǒng)應該拒絕該數(shù)據(jù)。4.5防腐檢測軟件設計4.5.1數(shù)據(jù)模塊設計由于有多個框體需要進行數(shù)據(jù)庫鏈接，如在每一個框體上添加數(shù)據(jù)庫鏈接模塊過于繁瑣，則應優(yōu)先創(chuàng)建一個數(shù)據(jù)模塊來實現(xiàn)程序與數(shù)據(jù)庫的鏈接功能，并完成以下功能。實現(xiàn)程序與數(shù)據(jù)庫之間的鏈接。實現(xiàn)程序確定模擬數(shù)據(jù)(即TXT文檔)的位置，并能正確的訪問。數(shù)據(jù)文件讀取及數(shù)據(jù)庫連接的流程圖如下，數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)文件數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)文件改變目錄數(shù)據(jù)文件與變量鏈接改變目錄數(shù)據(jù)文件與變量鏈接獲取文件路徑打開文件獲取文件路徑打開文件設置鏈接字符串讀取一行文本設置鏈接字符串讀取一行文本程序程序程序程序圖4-2數(shù)據(jù)文件讀取及數(shù)據(jù)庫連接的流程圖設計步驟：放置一個ADOConnection(ADODB)，設置其NAME屬性為ADOConn，在數(shù)據(jù)模塊OnCreate事件編寫以下代碼，實現(xiàn)與設置好的database.mdb數(shù)據(jù)庫的鏈接，并完成對模擬數(shù)據(jù)文件CIPS.txt(或DCVG.txt)的讀取功能。圖4-3數(shù)據(jù)模塊窗口(代碼見附錄)4.5.2登錄框體設計考慮到管理員的日常管理工作的安全性，需要一個用戶登錄窗口。使用賬號密碼登錄的形式，則是一個比較好的選擇。該窗體實現(xiàn)的功能是實現(xiàn)簡單的用戶登錄，登錄的同時提示登錄用戶名是否為輸入的用戶名。若登錄成功提示歡迎進入信息，若登錄失敗則提示信息不正確。主要應用的函數(shù)是MessageDlgPos函數(shù)和MessageDlg函數(shù)。登錄框體的流程圖如下開始開始用戶名密碼輸入用戶名密碼輸入清空用戶名、密碼設置用戶名為焦點清空用戶名、密碼設置用戶名為焦點用戶名密碼確認用戶名密碼確認不正確不正確用戶名密碼判斷正確正確顯示歡迎框體顯示歡迎框體進入主界面進入主界面圖4-4登錄框體的流程圖設計步驟：將2個Label，Edit，Button控件放置在合適位置并修改相應的caption或text及PasswordChar屬性，編寫以下Button1按鈕的OnClick事件過程代碼，實現(xiàn)判斷用戶名密碼功能。(代碼見附錄)圖4-5系統(tǒng)登錄窗口4.5.3系統(tǒng)主界面設計當輸入正確用戶名和密碼之后，點擊確定及之后跳出的標準對話框按鈕，即可進入系統(tǒng)主界面。4.5.4防腐檢測方法選擇當系統(tǒng)正常啟動之后，直接開啟“防腐檢測系統(tǒng)”框體的運行界面。此框體實現(xiàn)的是用戶自主選擇上一章中詳細闡述的檢測方法，不同的方法對應不同的框體，不同的數(shù)據(jù)庫表。編輯框控件獲取當前數(shù)據(jù)庫的位置并且顯示出來。圖4-6系統(tǒng)主窗體4.5.5CIPS方法檢測窗體設計CIPS方法的程序框體如圖所示，它所實現(xiàn)的功能是顯示探測器得到的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)導入到數(shù)據(jù)庫對應表格中并刪除可能記錄失誤的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的整理。初步分析數(shù)據(jù)，從而得到非接觸類檢測結果。本框體實現(xiàn)CIPS檢測方法的數(shù)據(jù)分析，將得到的數(shù)據(jù)從模擬數(shù)據(jù)文件顯示到程序中，再轉存入數(shù)據(jù)庫從，以便以后進行查詢或數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)處理流程圖如下：圖4-7數(shù)據(jù)處理流程圖根據(jù)CIPS檢測方法的原理：將一個參比電極放置于地面與電壓表相連，表的另一端與管道測試樁相連，讀取管地電位。在外加電流保護的管道中，通過測得的管地電位分布，即可得出管道的保護程度。為了消除土壤IR降的影響，獲取外加電流陰極保護系統(tǒng)下真實的管地電位。在中斷器斷開期間采集的電位稱Voff。陰極保護系統(tǒng)效果的方法完全是用Voff來判斷(即≤-850mV有效，≤-1250mV時過保護)。CIPS的檢測流程：當防腐層有較嚴重的缺陷時，缺陷處防腐層的電阻率會很低，接近或小于土壤的電阻率，這時陰極保護電流會在缺陷處增大，管地電位曲線在缺陷處發(fā)生突變。因此將得到的測點的電位數(shù)據(jù)與-850mV做差，如果差值越大，則腐蝕越嚴重。具體流程圖如下。圖4-8CIPS檢測流程圖CIPS檢測框體模擬數(shù)據(jù)處理如下圖所示：圖4-9CIPS檢測方法框體模擬數(shù)據(jù)的處理流程：首先先從數(shù)據(jù)文件中提取出模擬的數(shù)據(jù)，它是由一條字符串組成的。運用copy函數(shù)一段一段的截取中間的字符，然后轉存入數(shù)據(jù)庫中，同時刷新檢測數(shù)據(jù)框體顯示。將數(shù)據(jù)庫中的最新的數(shù)據(jù)顯示在dbedt控件中，并將數(shù)據(jù)轉存入數(shù)組a中。創(chuàng)建函數(shù)在CHART1中建立一個series1，并設置其值為數(shù)組a。建立循環(huán)語句，逐一將a[i]與-850mV相比較，若差值較大則說明腐蝕情況相對嚴重，上圖中各個測點的數(shù)據(jù)變化不是很大，因此該管段的腐蝕情況輕微，無需進行開挖檢測及維護。4.6.6DCVG方法檢測窗體DCVG方法的程序框體如圖所示，它所實現(xiàn)的功能是顯示探測器得到的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)導入到數(shù)據(jù)庫對應表格中并刪除可能記錄失誤的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的整理。初步分析數(shù)據(jù)，從而得到非接觸類結果。本框體實現(xiàn)CIPS檢測方法的數(shù)據(jù)分析，將得到的數(shù)據(jù)從模擬數(shù)據(jù)文件顯示到程序中，再轉存入數(shù)據(jù)庫從，以便以后進行查詢或數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)處理流程圖如下：圖4-10數(shù)據(jù)處理流程圖施加了陰極保護的埋地管道，當防腐層破損時，陰極保護電流將從破損處土壤介質流人管道防腐層破損而裸露的鋼管處。電流流過破損點的周圍土壤，會在土壤電阻上產(chǎn)生電壓降，在破損點周圍形成一個電壓梯度場。電壓梯度場分布在破損點所在的地面上形成以破損點位置為中心的等壓線。在接近破損點的部位，由于電流密度增大，因而電位梯度也越大。DCVG檢測時主要通過檢測地面的電壓梯度從而判斷管道防腐層缺陷。根據(jù)DCVG檢測原理，一般電壓梯度小于50mV，則管道防腐層無破損等缺陷，當管道的電壓梯度大于50mV，則管道外防腐涂層可能存在缺陷。為方便判斷，對DCVG數(shù)據(jù)進行轉換并定義了一個標準電壓Vl標準，其定義為：Vl標準=50mV—V實測的絕對值。當Vl標準≥0時，則防腐層基本無缺陷；當Vl標準<0，則防腐層很可能存在缺陷。具體檢測流程圖如下圖4-11DCVG檢測方法流程圖DCVG檢測框體模擬數(shù)據(jù)處理如下圖所示：圖4-12DCVG檢測方法框體模擬數(shù)據(jù)的處理流程：首先先從數(shù)據(jù)文件中提取出模擬的數(shù)據(jù)，它是由一條字符串組成的。運用copy函數(shù)一段一段的截取中間的字符，然后轉存入數(shù)據(jù)庫中，同時刷新檢測數(shù)據(jù)框體顯示。將數(shù)據(jù)庫中的最新的數(shù)據(jù)顯示在dbedt控件中，并將數(shù)據(jù)轉存入數(shù)組a中。創(chuàng)建函數(shù)在CHART1中建立一個series1，并設置其值為數(shù)組a。建立循環(huán)語句，逐一將標準電壓V1標準與0mV相比較，若差值較大則說明腐蝕情況相對嚴重，上圖中測點3、4、5、6、7的數(shù)值較大，其標準電壓都小于0mV，因此該管段的腐蝕情況輕微，無需進行開挖檢測及維護。4.6測試結果通過以上的模擬數(shù)據(jù)測試，最后結果證明此防腐檢測系統(tǒng)可用，可以完成設計目的的每一項要求，但是仍然要注意出現(xiàn)的每一個問題。4.7系統(tǒng)局限性本文設計的埋地管道防腐層缺陷快速檢測系統(tǒng)是基于CIPS和DCVG檢測技術研制而成的。CIPS和DCVG檢測技術是近年發(fā)展起來的防腐層缺陷檢測技術，它不僅可以準確地檢測出施加陰極保護的管道腐蝕情況，而且可以對腐蝕程度及腐蝕破損點進行精確的定量、定性判斷。CIPS技術可真實地記錄管道沿線的管地電位，可對管道防腐層和陰極保護效果進行總體評價。DCVG技術則能夠對存在缺陷的管段進行精確定位，缺陷嚴重程度用%IR值來評價分級，為管道維護和大修提供更為準確、可靠的科學依據(jù)。雖然CIPS和DCVG檢測技術有著其他檢測技術無可比擬的優(yōu)勢，但也因其自身特點而不可避免地具有一些局限性。首先，在檢測過程中無法保證參比電極始終位于管道正上方。由于地表電位分布的變化，當參比電極偏離管道時將無法得到準確的管地電位，當管道直徑較大時，這種誤差的影響更大。目前普遍采用的方法是，在現(xiàn)場兩邊的測試樁之間使用測試線，這種測試線總是與理想的線路發(fā)生偏移，現(xiàn)場越大，其偏移也越大，與理想位置相隔5~24m的距離都是可能的。經(jīng)實踐證明：參比電極最理想的位置是直接地放在管道上方。其次，在檢測過程中需要拖帶電纜，這使得防腐層缺陷檢測受到管地沿線周圍環(huán)境條件的影響較大。測試時工作人員需要背負里程記錄器沿管道行走，為了減輕里程記錄器的重量和保證電纜長度能夠滿足檢測時所能走過的距離，電纜一般選用芯徑比較細的漆包線，其直徑只有幾個毫米。在一些環(huán)境條件惡劣、穿越城鎮(zhèn)居民居住區(qū)、人口密度大及交通要道地段，測試作業(yè)難度比較大。第三，每次檢測前都需要將中斷器串接到陰保電源上以保證同步間隔地切斷陰保電流，如果測試的管段同時受到多個陰極保護站共同保護，則需要多臺中斷器對這些陰極保護設備同時通斷。這就使得檢測前的準備工作量非常大，給實際檢測帶來諸多不便。第四，CIPS和DCVG檢測技術屬于高新技術測量方法，測量程序較為復雜，對檢測人員的素質要求較高。要取得有效的檢測數(shù)據(jù)，檢測人員必須經(jīng)過專門的技術技能培訓。結論本文對埋地管道防腐層缺陷地面檢測技術及儀器設計各方面進行了深入的分析和研究，并將本文設計的基于CIPS和DCVG檢測技術的檢測系統(tǒng)進行了模擬數(shù)據(jù)試驗，取得比較滿意的效果。闡述了我國現(xiàn)階段埋地管道防腐系統(tǒng)狀況及存在問題，研究、分析對比了現(xiàn)有的各種埋地管道防腐層缺陷地面檢測技術的優(yōu)缺點了解管道陰極保護狀況，對埋地管道的陰極保護原理進行了深入的研究和分析，著重分析了管道沿線外加電位的分布規(guī)律。重點闡述了評價陰極保護系統(tǒng)有效性和防腐層技術狀況的標準方法之一CIPS技術的檢測原理，總結了CIPS技術相對于其他防腐層缺陷檢測技術的優(yōu)點，分析了CIPS技術的幾個問題。闡明了DCVG技術的工作原理，并提出了DCVG檢測時防腐層缺陷面積的計算方法。隨著管道系統(tǒng)的迅速發(fā)展，管網(wǎng)的規(guī)模不斷擴大、日趨復雜。由此，腐蝕監(jiān)測及防護工作也越來越復雜，由于很多啟發(fā)式因素存在且起著非常重要的作用，因此，將防腐軟件引入是解決這一問題的合適途徑。Delphi7設計的軟件框體界面友好并提供了靈活的數(shù)據(jù)處理環(huán)境，操作人員能夠方便地進行防腐層評價。防腐檢測系統(tǒng)可基于Windows98/2000平臺上，具有較強的兼容性與可擴展性。參考文獻[1]韓文禮,林竹,申強.管道技術的現(xiàn)狀于展望[J].石油工程建設,2003.[2]徐雯.埋地天然氣管道的腐蝕與保護[J].城市公共事業(yè),2002.[3]胡士新,董旭.我國管道防腐層技術現(xiàn)狀[J].