專利名稱：一種可預(yù)測和預(yù)警管道腐蝕深度的多層復(fù)合管道的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及管道腐蝕預(yù)測與預(yù)警領(lǐng)域，尤其是針對(duì)供水管道中的金屬管道腐蝕深度檢測及對(duì)腐蝕極限破壞進(jìn)行預(yù)警的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
管道的基本功能是用于輸送氣體、液體或帶固體顆粒的流體。根據(jù)管道的材質(zhì)可以分為金屬管、非金屬管、復(fù)合管。其中金屬管道在使用中可能發(fā)生腐蝕、疲勞、蠕變、低溫脆斷、材質(zhì)劣化等破壞形式，其中腐蝕破壞最具有普遍性，金屬管道腐蝕破壞不僅引起能量損失，對(duì)本身的輸送介質(zhì)也會(huì)帶來二次污染。已有技術(shù)對(duì)金屬管道腐蝕進(jìn)行預(yù)防防護(hù)，但是當(dāng)金屬管道已經(jīng)腐蝕時(shí)，不能對(duì)已有金屬管道的腐蝕程度進(jìn)行預(yù)測和預(yù)警?，F(xiàn)有對(duì)管道腐蝕預(yù)測的方法分為兩種 I)依據(jù)傳輸介質(zhì)中的幾種參數(shù)建立數(shù)學(xué)模型對(duì)管道腐蝕進(jìn)行預(yù)測，即BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)組合預(yù)測方法、灰色組合模型管道腐蝕速率預(yù)測、灰色馬爾可夫理論管道腐蝕剩余壽命預(yù)測、粒子群算法的地下管道腐蝕剩余壽命預(yù)測等等；2)直接對(duì)腐蝕管道進(jìn)行檢測，其檢測方法包括如線性極化法腐蝕速率監(jiān)測技術(shù)、激光全息檢測技術(shù)、電磁超聲法、聲振法、磁阻法、聲發(fā)射等等。已有的預(yù)測方法存在一下弊端I)已有的預(yù)測方法不能直接反應(yīng)管道自身的腐蝕，只能給出一個(gè)間接的預(yù)測值；2)檢測過程復(fù)雜，有些方法要通過開挖才能直接對(duì)管道腐蝕進(jìn)行檢測，而且設(shè)備投入所需資金大。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提出一種可直觀預(yù)測和預(yù)警管道腐蝕深度的多層復(fù)合管道，復(fù)合管道本身能對(duì)腐蝕深度進(jìn)行直接預(yù)測對(duì)腐蝕極限破壞進(jìn)行預(yù)警，并能將信號(hào)快速傳輸?shù)焦芫W(wǎng)在線運(yùn)行系統(tǒng)，對(duì)管道的腐蝕速率、運(yùn)行壽命可進(jìn)行預(yù)測和評(píng)價(jià)。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種可預(yù)測和預(yù)警管道腐蝕深度的多層復(fù)合管道，所述多層復(fù)合管道連接金屬管道之間。所述多層復(fù)合管道具有四層不同功能、不同材質(zhì)的管道層，最里一層為襯里層，采用水泥砂漿或聚四氟乙烯材料；中間并列設(shè)置兩層，分別是主體管道層，采用鑄鐵或鋼材料，腐蝕深度預(yù)測層，采用含示蹤劑的復(fù)合材料；最外層為預(yù)警層，內(nèi)置測量金屬屬性(如可測試金屬材料導(dǎo)電率、氧化還原電位等指標(biāo))的測量探頭，測量管材物理化學(xué)性能的變化參數(shù)，其探頭的位置及預(yù)警層厚度均由管道破壞等實(shí)驗(yàn)確定。預(yù)警層材料與主體管道一致。所述腐蝕深度預(yù)測層為在主體管道層中沿管道縱向均勻設(shè)置多條含示蹤劑的柱條。在多層復(fù)合管道內(nèi)設(shè)置的測量探頭，與管內(nèi)的流動(dòng)介質(zhì)接觸，測定示蹤劑的濃度變化。所述預(yù)警層中和多層復(fù)合管道內(nèi)設(shè)置的測量探頭與管外的檢測電路連接，將收集到的測量信號(hào)經(jīng)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系統(tǒng)傳入管網(wǎng)運(yùn)行系統(tǒng)。含不蹤劑的條柱為三角柱條或半圓柱條，所述三角柱的布置方向?yàn)橐粋€(gè)角與襯里層接觸，一條邊與預(yù)警層接觸，所述半圓柱條的布置方向?yàn)榘雸A的頂點(diǎn)與襯里層接觸，半圓的弦邊與預(yù)警層接觸，隨著腐蝕深度的增加，三角柱條或半圓柱條暴露的面積逐漸增加，則所產(chǎn)生的測量信號(hào)越強(qiáng)烈。腐蝕深度測量的原理是在管道中設(shè)置不同的功能層，隨著管道腐蝕深度的增加，流體能與相應(yīng)的功能層發(fā)生反應(yīng)，并通過管道外設(shè)置的檢測線路進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)化和傳輸，將腐蝕信號(hào)及預(yù)警信號(hào)直觀、迅速地傳入管網(wǎng)運(yùn)行系統(tǒng)。具體是通過在管道中設(shè)置含示蹤劑的三角柱，當(dāng)襯里層被腐蝕后，三角柱中的示蹤劑在輸送介質(zhì)中被檢測出來，且隨著腐蝕深度的加大，三角柱中的示蹤劑在水中的濃度會(huì)發(fā)生變化(如濃度逐漸增大)，在管內(nèi)設(shè)置的探頭檢測示蹤劑的濃度反映管道的腐蝕深度，當(dāng)腐蝕深度超過管道的極限程度時(shí)，傳輸介 質(zhì)與預(yù)警層接觸，探頭將檢測到預(yù)警層中的金屬材料的電導(dǎo)率及氧化還原信號(hào)，這些信號(hào)通過管外連接的檢測電路收集處理，并將測量信號(hào)經(jīng)SCADA系統(tǒng)傳入管網(wǎng)運(yùn)行系統(tǒng)，就能及時(shí)對(duì)管內(nèi)腐蝕和腐蝕破壞進(jìn)行預(yù)測和預(yù)警進(jìn)行處理。本發(fā)明的有益效果是，可以在不開挖地下管道的情況下直接、迅速地測出管道的腐蝕深度，以及在超出管道腐蝕破壞時(shí)，進(jìn)行管道預(yù)警，并能及時(shí)反饋到管網(wǎng)運(yùn)行系統(tǒng)中，進(jìn)行調(diào)整和處理，能減小爆管事故的發(fā)生率和提高傳輸系統(tǒng)的安全性。
圖I是多層復(fù)合管道的立體圖；圖2是圖I的A-A剖面圖；圖3是圖I的B-B剖面圖。圖中1襯里層，2腐蝕深度預(yù)測層，3主體管道層，4預(yù)警層，5測量探頭，6檢測線路。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明參見圖I和圖2，本發(fā)明將管道腐蝕預(yù)測與預(yù)警系統(tǒng)結(jié)合到管道中，通過在管道中設(shè)置4層不同功能、不同材質(zhì)的主體管道層，分別為襯里層I、主體管道層3、腐蝕深度預(yù)測層2和預(yù)警層4。襯里層的材質(zhì)為水泥砂漿或聚四氟乙烯，主體管道層的材質(zhì)為鑄鐵或鋼，腐蝕深度預(yù)測層的材質(zhì)采用含示蹤劑的復(fù)合材料，預(yù)警層內(nèi)置測量探頭5，材質(zhì)與主體管道層類似的金屬層。在多層復(fù)合管道內(nèi)設(shè)置有測量探頭5，與管外的檢測電路連接，將收集到的測量信號(hào)經(jīng)SCADA系統(tǒng)傳入管網(wǎng)運(yùn)行系統(tǒng)。參見圖3，主體管道層和腐蝕深度預(yù)測層是并列的，腐蝕深度預(yù)測層2為在主體管道層3中沿管道縱向均勻設(shè)置的4條含示蹤劑的三角柱條，三角柱條的布置方向?yàn)橐粋€(gè)角與襯里層I接觸，一條邊與預(yù)警層4接觸。測量探頭徑向穿過腐蝕深度預(yù)測層。將以上多層復(fù)合管道與普通的金屬管道相連，當(dāng)介質(zhì)對(duì)管道有腐蝕影響時(shí)，首先破壞襯里層1，然后腐蝕主體管道層3，而同時(shí)也會(huì)腐蝕主體管道層位于同一層的腐蝕深度預(yù)測層2，同時(shí)腐蝕深度測定層中含有的示蹤劑會(huì)隨著輸送介質(zhì)一起流出，在管內(nèi)壁的附近可以用測量探頭5中的長探頭測出示蹤劑的濃度，由于腐蝕深度預(yù)測層2采用三角柱的形式，因此隨著腐蝕深度的增加，其示蹤劑的濃度呈線性遞增，因此可以預(yù)測出管道腐蝕深度。最后當(dāng)腐蝕深度預(yù)測層2和主體管道層3都被破壞后，管道處于高危的運(yùn)行階段，此時(shí)，運(yùn)輸介質(zhì)將與預(yù)警層4進(jìn)行接觸并氧化預(yù)警層的金屬，由于金屬與其氧化物的物理化學(xué)性質(zhì)不同，則測量探頭5可測出該位置處金屬的導(dǎo)電率、氧化還原電位等指標(biāo)，通過測量探頭測得的數(shù)據(jù)及信號(hào)由檢測電路6進(jìn)行收集，并將接收到的測量信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，并通過SCADA系統(tǒng)進(jìn)行傳輸，最后將信號(hào)儲(chǔ)存在管道運(yùn)行系統(tǒng)中的終端機(jī)中，就可以讓管理人員及時(shí)對(duì)管內(nèi)腐蝕和腐蝕破壞預(yù)警進(jìn)行處理。該管道可以減小爆管事故的發(fā)生率、降低運(yùn)輸能耗和提高管道傳輸系統(tǒng)的質(zhì)量安全性。
權(quán)利要求1.一種可預(yù)測和預(yù)警管道腐蝕深度的多層復(fù)合管道，所述多層復(fù)合管道連接在金屬管道之間；其特征在于所述多層復(fù)合管道具有四層不同功能、不同材質(zhì)的管道層，最里一層為襯里層；中間并列設(shè)置兩層，分別是主體管道層，采用鑄鐵或鋼材料，腐蝕深度預(yù)測層，采用含示蹤劑的復(fù)合材料；最外層為預(yù)警層，預(yù)警層材料與主體管道一致，預(yù)警層中設(shè)置可測量金屬屬性的測量探頭，測量管材物理化學(xué)性能的變化參數(shù)；在多層復(fù)合管道內(nèi)設(shè)置的測量探頭，與管內(nèi)的流動(dòng)介質(zhì)接觸，測定示蹤劑的濃度變化；所述預(yù)警層中和多層復(fù)合管道內(nèi)設(shè)置的測量探頭與管外的檢測電路連接，將收集到的測量信號(hào)經(jīng)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)傳入管網(wǎng)運(yùn)行系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可預(yù)測和預(yù)警管道腐蝕深度的多層復(fù)合管道，其特征在于所述腐蝕深度預(yù)測層為在主體管道層中沿管道縱向均勻設(shè)置的多條含示蹤劑的柱條。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可預(yù)測和預(yù)警管道腐蝕深度的多層復(fù)合管道，其特征在于所述含示蹤劑的條柱為三角柱條或半圓柱條，所述三角柱的布置方向?yàn)橐粋€(gè)角與襯里層接觸，一條邊與預(yù)警層接觸，所述半圓柱條的布置方向?yàn)榘雸A的頂點(diǎn)與襯里層接觸，半圓的弦邊與預(yù)警層接觸，隨著腐蝕深度的增加，三角柱條或半圓柱條暴露的面積逐漸增加，則所產(chǎn)生的測量信號(hào)越強(qiáng)烈。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的可預(yù)測和預(yù)警管道腐蝕深度的多層復(fù)合管道，其特征在于所述襯里層采用水泥砂漿或聚四氟乙烯材料。
專利摘要一種可預(yù)測和預(yù)警管道腐蝕深度的多層復(fù)合管道，所述多層復(fù)合管道連接金屬管道之間；所述多層復(fù)合管道具有四層不同功能、不同材質(zhì)的管道層，最里一層為襯里層，采用水泥砂漿或聚四氟乙烯材料；中間并列設(shè)置兩層，分別是主體管道層，采用鑄鐵或鋼材料，腐蝕深度預(yù)測層，采用含示蹤劑的復(fù)合材料；最外層為預(yù)警層，內(nèi)置金屬屬性的測量探頭；所述腐蝕深度預(yù)測層為在主體管道層中沿管道縱向均勻設(shè)置至少4條含示蹤劑的三角柱；在多層復(fù)合管道內(nèi)設(shè)置有測量探頭，與管外的檢測電路連接。本實(shí)用新型集管道腐蝕破壞預(yù)警、管道腐蝕深度測量于一體，擴(kuò)大了普通管道的使用功能，便于管理人員及時(shí)對(duì)管內(nèi)腐蝕和腐蝕破壞預(yù)警進(jìn)行處理，以減小爆管事故的發(fā)生率，降低運(yùn)輸能耗，提高管道傳輸系統(tǒng)的質(zhì)量安全性。
文檔編號(hào)F16L9/14GK202597928SQ20122023376
公開日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2012年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月23日
發(fā)明者姜文超, 蔣暉, 陳正挺, 楊帆, 宋貞, 范日飛, 肖敦宇 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)