申请/专利权人：山东大学

申请日：2018-03-05

公开（公告）日：2024-06-25

公开（公告）号：CN108441862B

主分类号：C23F13/04

分类号：C23F13/04;F16L58/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.25#授权;2018.09.18#实质审查的生效;2018.08.24#公开

摘要：本发明公开了一种阳极失效控制保护系统，该系统串联于管道与牺牲阳极之间，包括：串接在管道与阳极之间的控制单元、给控制单元供电的半电池及升压单元；所述半电池与牺牲阳极配合作为供电单元，经过升压后为控制单元供电；所述控制单元在管道流入牺牲阳极方向电流小于设定值时断开回路连接。该系统不需要外部提供电源，当阳极失效时自动断开与回路的连接，有效避免管道通过失效的阳极漏电导致管道的腐蚀。

主权项：1.一种阳极失效控制保护系统，其特征在于，所述系统串联于管道与牺牲阳极之间，所述系统包括：半电池以及串接在半电池与管道之间的控制单元；所述半电池与牺牲阳极组合作为供电单元，经过升压后为控制单元供电；不需要外部提供电源，由于控制单元能耗低，供电单元的消耗不大于整个牺牲阳极消耗的千分之一；所述控制单元在管道流入牺牲阳极方向电流小于设定值时断开回路连接；所述半电池为表面积不小于100cm2铜材包裹的填料，所述填料为硫酸钙、硫酸钠和土的混合物；或所述半电池采用MnO2制作；所述牺牲阳极为所述供电单元的负极，所述半电池为所述供电单元的正极，牺牲阳极通过氧化获得电子，电子通过控制单元到达半电池；所述控制单元包括电子开关，所述电子开关在管道流入牺牲阳极方向电流小于其自身特性设定值时断开回路连接；所述控制单元还包括升压单元，所述升压单元串接于所述半电池与所述电子开关之间，将供电单元提供的电压升压至稳定的所述控制单元工作电压；所述控制单元还包括比较单元，所述比较单元串接于所述升压单元与所述电子开关之间，控制所述电子开关的灵敏性；所述控制单元还包括保护单元，所述保护单元包括高压大电流超快速二极管；所述二极管与所述电子开关正向并联连接。

全文数据：一种阳极失效控制保护系统技术领域[0001]本发明属于管道防腐的技术领域，尤其是涉及一种阳极失效控制保护系统。背景技术[0002]管道输送流体具有成本低、安全等优点，在燃气、石油及输水等领域被广泛应用。但由于管道大都埋于地下，会受到输送介质、土壤、地下水以及杂散电流的腐蚀，腐蚀会导致管壁变薄，甚至穿孔泄漏，最终使管道失效，这不仅会造成了巨大的经济损失和资源浪费，同时，泄漏物还会造成环境污染。[0003]根据2008年统计，全世界每年因腐蚀损失掉大约10%〜20%的金属，造成的经济损失超过1.8万亿美元。中国工程院调查结果表明，我国每年因腐蚀造成的经济损失就高达1.2万亿至2万亿元人民币。[0004]目前，在我国长距离输送管道应用最多的是埋地钢质管道，其防腐蚀的主要手段是涂防腐层再加阴极保护。使用最广泛的阴极保护措施是牺牲阳极法，因此牺牲阳极法被广泛应用。[0005]利用牺牲阳极法防止埋地管道腐蚀具有诸多优点，例如:不需要外部电源;很少维护寿命十年以上）；小的电流输出导致小的或无杂散电流干扰;容易安装；易于增加阳极；提供均匀的电流分配。[0006]但是，现有的利用牺牲阳极法防止埋地管道腐蚀存在如下问题：[0007]第一，较低的驱动电压电流；[0008]第二，对于劣质涂层的结构物需要较多的阳极；[0009]第三，替换报废的阳极比较困难，比新安装阳极昂贵的多。[0010]第四，当阳极失效时必须拆除，如果不拆除失效阳极，它本身变成被保护的阴极，不但影响管道的保护效果，还消耗其它阳极产生的保护电流。[0011]第五，阳极输出电子效率低。[0012]综上所述，现有技术中在利用牺牲阳极法防止埋地管道腐蚀时如何避免在阳极失效时管道通过失效的阳极漏电导致管道的进一步腐蚀问题，尚缺乏行之有效的解决方案。发明内容[0013]针对现有技术中存在的不足，解决现有技术中如何避免在阳极失效时管道通过失效的阳极漏电导致管道的进一步腐蚀问题，本发明提出了一种阳极失效控制保护系统，当阳极失效时自动断开与回路的连接，避免管道通过失效的阳极漏电导致管道的腐蚀。[0014]本发明的目的是提供一种阳极失效控制保护系统。[0015]为了实现上述目的，本发明采用如下一种技术方案：[0016]一种阳极失效控制保护系统，该系统串联于管道与牺牲阳极之间，包括:串接在管道与阳极之间的控制单元、半电池及升压单元•，_、一[0017]所述半电池与牺牲阳极组合作为供电单元，经过升压后为控制单元供电；[0018]所述控制单元在管道流入牺牲阳极方向电流小于设定值时断开回路连接。[0019]作为进一步的优选方案，所述牺牲阳极为所述供电单元的负极，所述半电池为所述供电单元的正极。[0020]作为进一步的优选方案，所述半电池为表面积不小于100cm3铜材包裹的填料，所述填料为硫酸钙、硫酸钠和土的混合物;或[0021]所述半电池采用Mn02制作。[0022]作为进一步的优选方案，所述控制单元包括电子开关，所述电子开关在管道流入牺牲阳极方向电流小于其自身特性设定值时断开回路连接。[0023]作为进一步的优选方案，所述电子开关采用低压M0S管。[0024]作为进一步的优选方案，所述控制单元还包括升压单元，所述升压单元串接于所述半电池与所述电子开关之间，将供电单元提供的电压升压至稳定的所述控制单元工作电压。[0025]作为进一步的优选方案，所述控制单元还包括比较单元，所述比较单元串接于所述升压单元与所述电子开关之间，控制所述电子开关的灵敏性。[0026]作为进一步的优选方案，所述比较单元采用增益不小于l3〇dB且失调不大于〇_2mV的比较器。[0027]作为进一步的优选方案，所述控制单元还包括保护单元，所述保护单元包括高压大电流超快速二极管和或电阻；[0028]所述二极管与所述电子开关正向并联连接;所述电阻与所述比较单元输入端串联连接。[0029]作为进一步的优选方案，所述控制单元的系统功耗不大于〇.lmW，开关电阻开通时不大于0.01Q，关闭时不小于10MQ，体积不大于40*30*20ram3。[0030]本发明的有益效果：[0031]1、本发明所述的一种阳极失效控制保护系统，串联于阴极（管道）与牺牲阳极之间，当阳极失效时自动断开与回路的连接，有效避免管道通过失效的阳极漏电导致管道的腐蚀，同时具有可靠性高，寿命长，对环境适应性强，抗过载、防雷等特点。[0032]2、本发明所述的一种阳极失效控制保护系统，由半电池与牺牲阳极配合作为供电单元，不需要外部提供电源，由于控制单元能耗低，供电单元的消耗不大于整个阳极消耗的千分之一，工程中可以忽略不计，可罪性尚，寿命长。[0033]3、本发明所述的一种阳极失效控制保护系统，其控制单元的系统能耗低，系统功耗不大于〇.lmw，开关电阻小，开关电阻不大于〇•01Q，体积小，体积不大于4〇*30*20mm3。[0034]4、本发明所述的一种阳极失效控制保护系统，升压单元的设计有效实现了超低电压0.6-1.8\〇微功耗升压，解决了行业难题。[0035]5、本发明所述的一种阳极失效控制保护系统，保护单元的设计实现了系统的防雷，以及避免了管道交直流杂散电流的干扰，使得系统具有对环境适应性强，抗过载、防雷等特点。[0036]6、本发明所述的一种阳极失效控制保护系统，各个单元巧妙的采用简单的电子元件，经过创造性的连接组合，实现有效避免管道通过失效的阳极漏电导致管道的腐蚀，绿色环保、制造成本低。附图说明_7]、构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。[0038]图1是本发明的阳极失效控制保护系统示意图。具体实施方式：[0039]、下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。[0040]应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本实施例使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。[0041]需^注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含，，和或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和或它们的组合。[0042]需要注意的是，附图中的流程图和框图示出了根据本公开的各种实施例的方法和系统的可能实现的体系架构、功能和操作。应当注意，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，所述模块、程序段、或代码的一部分可以包括一个或多个用于实现各个实施例中所规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为备选的实现中，方框中所标注的功能也可以按照不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，或者它们有时也可以按照相反的顺序执行，这取决于所涉及的功能。同样应当注意的是，流程图和或框图中的每个方框、以及流程图和或框图中的方框的组合，可以使用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以使用专用硬件与计算机指令的组合来实现。[0043]在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。[0044]实施例1:[0045]本实施例1的目的是提供一种阳极失效控制保护系统。[0046]为了实现上述目的，本发明采用如下一种技术方案：[0047]如图1所示，[0048]一种阳极失效控制保护系统，该系统串联于管道与牺牲阳极之间，包括:半电池以及串接在半电池与管道之间的控制单元;所述半电池与牺牲阳极配合作为供电单元，经过升压后为控制单元供电;所述控制单元在管道流入牺牲阳极方向电流小于设定值时断开回路连接。[0049]该系统在阳极失效时自动断开与回路的连接，避免管道通过失效的阳极漏电导致管道的腐蚀。[0050]在本实施例中，所述牺牲阳极为所述供电单元的负极，所述半电池为所述供电单元的正极。[0051]在本实施例中，所述半电池为表面积不小于100cm3铜材包裹的填料，所述填料为硫酸钙、硫酸钠和土的混合物;或[0052]所述半电池采用111〇2制作。[0053]在本实施例中，所述控制单元包括电子开关，所述电子开关在管道流入牺牲阳极方向电流小于其自身特性设定值1mA时断开回路连接。[0054]在本实施例中，所述电子开关采用低压M0S管。[0055]所述控制单元还包括升压单元，所述升压单元串接于所述半电池与所述电子开关之间，将供电单元提供的电压升压至稳定的所述控制单元工作电压。[0056]在本实施例中，所述控制单元还包括比较单元，所述比较单元串接于所述升压单元与所述电子开关之间，控制所述电子开关的灵敏性。[0057]在本实施例中，所述比较单元采用增益不小于130dB且失调不大于0.2mW的比较器。[0058]在本实施例中，所述控制单元还包括保护单元，所述保护单元包括高压大电流超快速二极管和或电阻；[0059]所述二极管与所述电子开关正向并联连接;所述电阻与所述比较单元输入端串联连接。[0060]在本实施例中，所述控制单元的系统功耗不大于O.lmW，开关电阻开通时不大于0.01Q，关闭时不小于10MQ，体积不大于40*30*20mm3。[0061]该系统的工作原理如下：[0062]1.供电单元[0063]按照GBT21448-2008埋地钢质管道保护技术规范，常用锌合金和镁合金来制作牺牲阳极，在具体工程中根据土壤的电阻率来选择，当土壤电阻率小于15q•m时选用锌合金制作牺牲阳极，大于15Q•m时用镁合金制作牺牲阳极。[0064]该牺牲阳极埋地阴极保护阳等等，这是GBT21448_2〇〇8国家标准中名词）用作本实施例中供电单元的负极，通过氧化获得电子，电子通过控制单元到达半电池系统供电单元正极）。[0065]在本实施例中，半电池与牺牲阳极配合作为供电单元，不需要外部提供电源，由于控制单元能耗低，供电单元的消耗占整个阳极的千分之一，可以忽略不计，可靠性高，寿命长。结合本实施例进行具体计算由于控制单元功耗不大于0•lmW，按最大功耗0.lmW计算：[0066]控制单元每年用电：（0.110001.2*24*365=0.73Ah[0067]式中1•2为正负电极间的电压，单位为V，24是每天24小时，365是一年的天数。）[0068]辞在土壤中发生电容量是530Ahkg，镁在土壤中发生电容量是880Ahkg，控制单元消耗阳极材料的重量为：[0069]0.73530=0•00138kg每年消耗锌1•38g[0070]0•73880=0•000830kg每年消耗镁0.83g[0071]对于一个普通44kg寿命10年的常用阳极来说，供电系统10年的消耗13.拖，占整个阳极重量的0.031%1.38*10100044=0.031%工程上可以忽略不计。[0072]半电池（正极）有两种形式，其中一种最简单可靠的方法是用一块表面积不小于100cm3铜材用阳极填料按标准执行硫酸钙、硫酸钠和土的混合物包裹，这种方法的缺点是氢离子在铜材表面获得电子，升成极微量的氢气，冒出地面；另一方法是用Mn02还原，其化学方程式：[0073]2Mn〇2+H2〇+2e—2MnOOH+20H~[0074]这种方法无污染，安全可靠，使用Mn02制作长寿命阴极，工艺复杂，成本稍高。[0075]标准中规定需要阴极保护连续工作十年，本实施例中利用系统阳极，再配一个微量的半阴极为系统供电方案还没有先例，本实施例不仅消耗原阳极可以忽略不计，而且解决了控制单元的能量来源，现有的技术方案都是采用动力电提供能量，然而在长距离管道中很多地区（如:西气东输二线、川气东送、中缅管线等项目中）是没有动力电的，本实施例有效解决了该问题，无需外部提供动力电。[0076]2、升压单元[0077]由于控制单元功耗不大于O.lmff，在该系统中需要在保持微功耗的条件下进行微功耗升压。控制单元的工作电压为5V，因此需要将供电单元电压0.6-1.8V升至稳定的5V，供系统运行，整个系统功耗不大于0.lmV。[0078]3、比较单元[0079]比较单元关系电子开关的灵敏性，采用高增益Gu3130dB，低失调（S0.2mV比较器。[0080]4、电子开关[0081]电子开关采用低压M0S管，当开通电压为4.5V时，导通电阻不大于10mD，当VGS=4.5V时，阴极电流通过控制系统流入阳极的电流小于0.142mAVGSGu10mQ兰0.142mA时，系统将关断与阴极与阳极的连接，防止电流倒灌造成阴极电子丢失。[0082]5、保护单元[0083]考虑到系统的防雷和管道交直流杂散电流的千扰，例如，埋于高铁附近的管道，其电流干扰对系统影响很大。在本实施例中在系统的电子开关上正向并联、高压大电流超快速二极管RHRG30120，当阴极电压比阳极高0.5V时，开始导通（导通电流约10mA，3.2V时可能通过60A，60Hz的IFRM脉冲电流，是最有效的保护措施，保证系统正常工作。其次在比较器输入端串联电阻2kQ限流，保护比较器避免雷击导致损坏。[0084]本发明的有益效果：[0085]1、本发明所述的一种阳极失效控制保护系统，串联于阴极管道）与牺牲阳极之间，当阳极失效时自动断开与回路的连接，有效避免管道通过失效的阳极漏电导致管道的腐蚀，同时具有可靠性高，寿命长，对环境适应性强，抗过载、防雷等特点。[0086]2、本发明所述的一种阳极失效控制保护系统，由半电池与牺牲阳极配合作为供电单元，不需要外部提供电源，由于控制单元能耗低，供电单元的消耗占整个阳极的千分之一，可以忽略不计，可靠性高，寿命长。[0087]3、本发明所述的一种阳极失效控制保护系统，其控制单元的系统能耗低，系统功耗不大于0•lmw，开关电阻小，导通时开关电阻不大于0•01Q，体积小，体积不大于40*30*20mm3〇[0088]4、本发明所述的一种阳极失效控制保护系统，升压单元的设计有效实现了微功耗升压，解决了行业难题。_、、[0089]5、本发明所述的一种阳极失效控制保护系统，保护单兀的设计头现了系统的防雷，以及避免了管道交直流杂散电流的干扰，使得系统具有对环境适应性强，抗过载、防雷等特点〇[0090]6、本发明所述的一种阳极失效控制保护系统，各个单元巧妙的采用简单的电子元件，经过创造性的连接组合，实现有效避免管道通过失效的阳极漏电导致管道的腐蚀，绿色环保、制造成本低。[0091]以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

权利要求：1.一种阳极失效控制保护系统，其特征在于，包括：串接在管道与阳极之间的控制单元、半电池及升压单元；所述半电池与牺牲阳极组合作为供电单元，经过升压后为控制单元供电；所述控制单元在管道流入牺牲阳极方向电流小于设定值时断开回路连接。2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述牺牲阳极为所述供电单元的负极，所述半电池为所述供电单元的正极。_3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述半电池为表面积不小于100cm3铜材包裹的填料，所述填料为硫酸钙、硫酸钠和土的混合物;或所述半电池采用Mn〇2制作。4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制单元包括电子开关，所述电子开关在管道流入牺牲阳极方向电流小于其自身特性设定值时断开回路连接。5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述电子开关米用低压MOS管。6.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述控制单元还包括升压单兀，所述升压单元串接于所述半电池与所述电子开关之间，将供电单元提供的电压升压至稳定的所述控制单元工作电压。7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述控制单元还包括比较单元，所述比较单元串接于所述升压单元与所述电子开关之间，控制所述电子开关的灵敏性。8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述比较单元采用增益不小于130dB且失调不大于0.2mV的比较器。9.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制单元还包括保护单元，所述保护单元包括高压大电流超快速二极管和或电阻；所述二极管与所述电子开关正向并联连接；所述电阻与所述比较单元输入端串联连接。10.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制单元的系统功耗不大于〇.lmW，导通时开关电阻不大于0.01Q，关闭时不小于10MQ，体积不大于40*30*20mm3。

百度查询： 山东大学 一种阳极失效控制保护系统

免责声明
1、本报告根据公开、合法渠道获得相关数据和信息，力求客观、公正，但并不保证数据的最终完整性和准确性。
2、报告中的分析和结论仅反映本公司于发布本报告当日的职业理解，仅供参考使用，不能作为本公司承担任何法律责任的依据或者凭证。

阅读全文 双屏查看 官方信息 专利公告 收藏专利 下载PDF 下载WORD