海洋回淤环境牺牲阳极服役性能监测与失效风险预警系统技术方案

本发明专利技术公开了一种海洋回淤环境牺牲阳极服役性能监测与失效风险预警系统，其包括传感器子系统、数据采集子系统、数据存储传输子系统和电源模块；传感器子系统包括N个传感器组，每个传感器组包括设置在保护盒内的电偶对传感器、保护电流传感器、腐蚀传感器、环境参数传感器，N个传感器组固定在护线管上，护线管通过焊脚焊接在被保护钢结构上，各传感器组的导线引至护线管中并沿护线管向上引出接入数据采集子系统，数据采集子系统与数据存储传输子系统连接，数据存储传输子系统通过无线或有线方式连接监控中心。本发明专利技术用于监测牺牲阳极服役性能和所处环境参数，并对牺牲阳极的失效风险进行预警，保障阴极保护的服役效果和寿命。保障阴极保护的服役效果和寿命。保障阴极保护的服役效果和寿命。

【技术实现步骤摘要】
海洋回淤环境牺牲阳极服役性能监测与失效风险预警系统


[0001]本专利技术属于阴极保护
，具体涉及一种海洋回淤环境牺牲阳极服役性能监测与失效风险预警系统。

技术介绍

[0002]铝合金牺牲阳极以其优良的性能在海洋环境钢结构阴极保护中应用广泛。当铝合金牺牲阳极在回淤海洋环境(如回淤港口、回淤的跨海大桥等)使用时，回淤使海泥面逐渐升高，常有原先服役于海水中的牺牲阳极被海泥覆盖，被动服役海泥环境中。海底钢壳沉管隧道、海底管道等铺设时，需在海底开挖回填，海泥逐步回淤覆盖隧道、管道等，预装的铝合金牺牲阳极也将服役于海泥环境中。
[0003]当铝合金牺牲阳极在海泥环境中服役时，即便是在海泥中性能优良的品种，与在海水环境中服役相比，阳极性能也将有所下降。同时，铝合金牺牲阳极在海泥环境中服役时，服役性能会随海泥性质、温度和使用时间而改变，且存在钝化失效的风险。回淤环境下，海泥性质会随着淤积时间变化，通常淤积时间越长或越下层的海泥对牺牲阳极性能越不利。此外，由于海泥属于缺氧环境，可能促进厌氧细菌(如硫酸盐还原菌)的繁殖，造成微生物腐蚀，加速海泥环境中的钢材腐蚀。因此，有必要及时掌握牺牲阳极的服役性能，并对失效风险进行预警，以便及时采取处理措施，保障阴极保护的服役效果和寿命。
[0004]然而，牺牲阳极被海泥覆盖后，传统的潜水检测需开挖后方能实施，不仅工作量大，耗时耗力，而且在安装深度较大或海泥覆盖较厚的部位很难实现。与此同时，潜水检测在时间上存在不连续性，易造成失效风险预警不及时。牺牲阳极及其保护效果的监测技术，主要监测牺牲阳极发生电流或钢结构保护电位(如中国专利CN100585010C和CN211284550U公开的技术方案)，不能反映牺牲阳极所处环境参数的变化，难以实现回淤环境下牺牲阳极失效风险的预警。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种海洋回淤环境牺牲阳极服役性能监测与失效风险预警系统。用于监测牺牲阳极服役性能和所处环境参数，并对牺牲阳极的失效风险进行预警，以便及时采取处理措施，保障阴极保护的服役效果和寿命。
[0006]本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0007]一种海洋回淤环境牺牲阳极服役性能监测与失效风险预警系统，其包括传感器子系统、数据采集子系统、数据存储传输子系统和电源模块；
[0008]传感器子系统包括N个传感器组，N≥1，每个传感器组包括设置在保护盒内的电偶对传感器、保护电流传感器、腐蚀传感器、环境参数传感器，4种传感器之间浇铸环氧树脂形成绝缘隔离层隔离并形成一体；所述电偶对传感器包括牺牲阳极探头、被保护电极和第一参比电极，牺牲阳极探头为方形，被保护电极为方框形，牺牲阳极探头位于方框形的被保护电极中心位置，两者之间用环氧树脂浇铸成绝缘隔离层隔离，并在该绝缘隔离层中设置所
述第一参比电极；所述保护电流传感器包括集流探头、第二参比电极和电连接点，集流探头为圆环形，第二参比电极设置在集流探头中心位置，并用环氧树脂浇铸成绝缘隔离层隔离，集流探头与电连接点用导线连接，两者之间串联采样电阻，电连接点与被保护钢结构焊接连接；腐蚀传感器包括耐蚀对电极、钢材电极、牺牲阳极工作电极和第三参比电极，所述钢材电极、牺牲阳极工作电极对称分布在第三参比电极两侧，并分别套装在耐蚀对电极按布局设置的3个安装口中，间隙部分浇铸环氧树脂，形成绝缘隔离层隔离；环境参数传感器包括电阻率探头、温度探头、氧化还原电位电极、溶解氧电极、pH电极、氯离子电极、硫离子电极，以上环境参数传感器的各探头和电极按布局间隔设置并用环氧树脂浇铸形成绝缘隔离层隔离；
[0009]N个传感器组固定在护线管上，护线管通过焊脚焊接在被保护钢结构上，各传感器组的导线透过各自的保护盒引至护线管中并沿护线管向上引出，引出的导线接入数据采集子系统，数据采集子系统与数据存储传输子系统连接，数据存储传输子系统通过无线或有线方式连接监控中心；所述电源模块连接数据采集模块和数据存储传输子系统，为其供电；
[0010]通过数据采集子系统定期向传感器子系统发出采集指令，并采集响应数据，接着通过通信模块将数据传输至监控中心，随后通过监控中心软件实现海洋回淤环境牺牲阳极服役性能的在线监测、评估及失效风险预警。
[0011]在上述技术方案中，所述数据采集子系统、数据存储传输子系统、电源模块设置在仪器设备箱内。
[0012]在上述技术方案中，数据采集子系统包括电流采集模块、电压采集模块、电化学测试模块、环境参数采集模块；
[0013]传感器组的电偶对传感器中的牺牲阳极和被保护电极引出的导线连接数据采集子系统的电流采集模块，用于采集牺牲阳极和被保护电极之间的电偶电流；阳极探头、被保护电极和第一参比电极引出的导线还连接数据采集子系统的电压采集模块，用于监测牺牲阳极工作电位和被保护电极保护电位；
[0014]传感器组的保护电流传感器中的采样电阻信号输出端引出的导线连接数据采集子系统的电压采集模块，由于采样电阻的电阻已知，用采样电阻信号输出端之间的电压除以电阻，便可得到被保护钢结构与集流探头之间的保护电流，且由于集流探头表面积已知，用保护电流除以表面积便可得到保护电流密度；传感器组的保护电流传感器中的集流探头和第二参比电极引出的导线还连接数据采集子系统的电压采集模块，用于监测集流探头的保护电位；
[0015]传感器组的腐蚀传感器中的牺牲阳极工作电极、第三参比电极、耐蚀对电极组成三电极体系，三者引出的导线连接数据采集子系统的电化学测试模块，用于监测牺牲阳极腐蚀速率、牺牲阳极腐蚀电位等数据；钢材电极、第三参比电极、耐蚀对电极组成三电极体系，三者引出的导线连接数据采集子系统的电化学测试模块，用于监测钢材腐蚀速率、钢材腐蚀电位等数据；
[0016]传感器组的环境参数传感器中的电阻率探头、温度探头、氧化还原电位电极、溶解氧电极、pH电极、氯离子电极和硫离子电极引出的导线连接数据采集子系统的环境参数采集模块连接，用于监测海泥或海水的电阻率、温度、氧化还原电位、溶解氧含量、pH值、氯离子浓度和硫离子浓度数据。
[0017]在上述技术方案中，电源模块包括电源、防浪涌开关、稳压器、电源管理模块、电池组，电源连接防浪涌开关、防浪涌开关连接稳压器、稳压器连接电源管理模块、电源管理模块连接电池组，电源管理模块接入接线模块与数据采集子系统和数据储存传输子系统连接。
[0018]在上述技术方案中，数据存储传输子系统包括数据储存模块和通信模块，所述数据储存模块用于储存数据采集子系统所采集的各类数据；通信模块用于实现有线或无线通信，传输采集子系统采集的各类数据。
[0019]在上述技术方案中，耐蚀对电极的材质为耐海水不锈钢、镀铂钛电极、铂电极等耐蚀材料。
[0020]在上述技术方案中，集流探头的材质与被保护钢结构材质相同。
[0021]在上述技术方案中，第一参比电极、第二参比电极和第三参比电极，可以采用银/氯化银参比电极、高纯锌参比电极、铜/硫酸铜电极、固体卤化银参比电极等。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种海洋回淤环境牺牲阳极服役性能监测与失效风险预警系统，其特征在于：其包括传感器子系统、数据采集子系统、数据存储传输子系统和电源模块；传感器子系统包括N个传感器组，N≥1，每个传感器组包括设置在保护盒内的电偶对传感器、保护电流传感器、腐蚀传感器、环境参数传感器，4种传感器之间浇铸环氧树脂形成绝缘隔离层隔离并形成一体；所述电偶对传感器包括牺牲阳极探头、被保护电极和第一参比电极，牺牲阳极探头为方形，被保护电极为方框形，牺牲阳极探头位于方框形的被保护电极中心位置，两者之间用环氧树脂浇铸成绝缘隔离层隔离，并在该绝缘隔离层中设置所述第一参比电极；所述保护电流传感器包括集流探头、第二参比电极和电连接点，集流探头为圆环形，第二参比电极设置在集流探头中心位置，并用环氧树脂浇铸成绝缘隔离层隔离，集流探头与电连接点用导线连接，两者之间串联采样电阻，电连接点与被保护钢结构焊接连接；腐蚀传感器包括耐蚀对电极、钢材电极、牺牲阳极工作电极和第三参比电极，所述钢材电极、牺牲阳极工作电极对称分布在第三参比电极两侧，并分别套装在耐蚀对电极按布局设置的3个安装口中，间隙部分浇铸环氧树脂，形成绝缘隔离层隔离；环境参数传感器包括电阻率探头、温度探头、氧化还原电位电极、溶解氧电极、pH电极、氯离子电极、硫离子电极，以上环境参数传感器的各探头和电极按布局间隔设置并用环氧树脂浇铸形成绝缘隔离层隔离；N个传感器组固定在护线管上，护线管通过焊脚焊接在被保护钢结构上，各传感器组的导线透过各自的保护盒引至护线管中并沿护线管向上引出，引出的导线接入数据采集子系统，数据采集子系统与数据存储传输子系统连接，数据存储传输子系统通过无线或有线方式连接监控中心；所述电源模块包括电源、防浪涌开关、稳压器、电源管理模块、电池组，电源连接防浪涌开关、防浪涌开关连接稳压器、稳压器连接电源管理模块、电源管理模块连接电池组，电源管理模块接入接线模块与数据采集子系统和数据储存传输子系统连接；通过数据采集子系统定期向传感器子系统发出采集指令，并采集响应数据，接着通过通信模块将数据传输至监控中心，随后通过监控中心软件实现海洋回淤环境牺牲阳极服役性能的在线监测、评估及失效风险预警。2.根据权利要求1所述的海洋回淤环境牺牲阳极服役性能监测与失效风险预警系统，其特征在于：所述数据采集子系统、数据存储传输子系统、电源模块设置在仪器设备箱内。3.根据权利要求1所述的海洋回淤环境牺牲阳极服役性能监测与失效风险预警系统，其特征在于：数据采集子系统包括电流采集模块、电压采集模块、电化学测试模块、环境参数采集模块；传感器组的电偶对传感器中的牺牲阳极和被保护电极引出的导线连接数据采集子系统的电流采集模块，用于采集牺牲阳极和被保护...

【专利技术属性】
技术研发人员：张文锋，陈韬，李云飞，刘凯，曹忠露，李秋实，杨太年，马悦，唐聪，王峰，
申请(专利权)人：中交第一航务工程局有限公司天津港湾工程质量检测中心有限公司，
类型：发明
国别省市：