[發明專利]一種基于脈沖寬度調制型陰極保護的方法及其保護裝置

有效

• 申請號: 201410089444.7
• 申請日: 2014-03-12
• 公開（公告）號: CN103849880A
• 公開（公告）日: 2014-06-11
• 發明（設計）人: 王榮;許天旱;王碧巖;雒設計
• 申請（專利權）人: 西安石油大學
• 主分類號: C23F13/04
• 分類號: C23F13/04;C23F13/22
• 代理公司: 西安西達專利代理有限責任公司 61202
• 代理人: 第五思軍

技術領域

本發明屬于腐蝕與防護技術領域，具體涉及一種基于脈沖寬度調制型陰極保護的方法及其保護裝置。

背景技術

在石油、天然氣儲運中，所用的設備，如管道大多數埋設在地面以下，遭受土壤介質的腐蝕；儲存石油儲罐的罐底也和土壤介質接觸,受土壤介質的腐蝕。鋼質管道和儲罐在土壤環境中的腐蝕非常嚴重，一旦因腐蝕產生穿孔，導致泄漏事故，會產生巨大的經濟損失，需要停輸對設備進行檢修和維修，輸送介質的泄露對環境也造成了嚴重地污染。為了防止輸送或儲存石油、天然氣金屬設備的腐蝕，并引起的泄漏事故，許多企業采取定期更換設備；不少單位開展了金屬設備的腐蝕研究試驗，采取了一定的防護措施。

目前，對管道、儲罐這些埋地的金屬設備采用高分子材料涂覆層和陰極保護的聯合防護措施。涂覆層以隔斷金屬設備與土壤介質的接觸，減少裸露金屬表面的面積，降低陰極保護的總電流；陰極保護對這些埋地金屬設備施加相對地（土壤介質）更負的電位，使金屬設備處于不發生腐蝕的電位范圍，陰極保護可保護涂覆層不可避免存在的針孔、長期使用老化引起的開裂、各種機械損傷產生的裸露金屬表面。由于涂覆層與這些埋地設施的建設同步，以后的檢測和維修困難,所以聯合防護措施的關鍵是保證陰極保護的有效性。

在陰極保護系統中，對埋地管道等施行陰極保護的關鍵設備是恒電位儀，它能提供埋地設施所需要的陰極保護電流，并使得陰極保護的電位保持在預定的電位范圍。隨著國內各類油氣管道和站場的建設，在外加電流陰極保護技術取得長足進步的同時，作為極化電源的恒電位儀也得到了快速的發展，逐漸向低壓大電流、高動態性能、輸出電壓多元化、熱切換、可靠性高、智能化、遠程控制的方向發展。

常用的恒電位儀都是基于50Hz電網條件下運行的，統稱為相控式恒電位儀。主要有：二極管整流器恒電位儀、晶體管恒電位儀、磁飽和式恒電位儀和可控硅式恒電位儀。可控硅式恒電位儀是目前應用最廣泛的陰極保護電源，采用工頻變壓器，體積重量比晶體管和磁飽和恒電位儀小，自動調節性能也優于前者，可基本滿足陰極保護的供電要求。但是，可控硅調節產生高紋波和嚴重的雜音干擾，對陰極保護效果產生一定的影響，加之可控硅整流器因固有的輸入特性會對電網產生的諧波，導致電網“污染”，尤其是大容量整流器的使用。通常，可控硅式恒電位儀的功率因數較低，在0.7以下，所以在相同的有功功率時消耗大、用電量也高。近年來，隨開關元件發展，各種可控整流器因此得到發展，其中脈沖寬度調制（PWM）整流器倍受關注。PWM整流器一般采用絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）等全控型器件作為開關器件，通過觸發相應的器件關斷和開通來實現交流到直流的轉換，稱為開關電源。高頻開關電源采用功率開關器件構成逆變電路，其電能可實現雙向傳遞，有效地消除了輸入特性對電網產生的諧波，其功率因數在0.9以上。如果采用功率半導體器件作為開關元件，通過周期性通斷開關、控制開關元件占空比來調整輸出電壓，并經過濾波，獲得高精度的直流電，采用這種開關電源作為整流器來設計陰極保護恒電位儀，可得到所謂的脈沖寬度調制型陰極保護恒電位儀，比傳統陰極保護恒電位儀具有體積小、電位控制精度高、功率因數高、電網污染少等特點。基于此思路，本發明涉及一種基于脈沖寬度調制型陰極保護的方法及其保護裝置，為石油天然氣站場埋地管道或設施提供陰極保護。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種基于脈沖寬度調制型陰極保護的方法及其保護裝置，為石油天然氣輸送站場埋地管道或設施提供陰極極化電流或保護電流，使得腐蝕環境如土壤中的管道等處于不發生腐蝕的電位范圍，從而有效地抑制管道材料在土壤環境中的陽極氧化反應，防止或減緩埋地管道等的土壤腐蝕，防止腐蝕引發的泄露、安全等事故，也達到了延長管道等在腐蝕性環境中使用壽命的目的。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案為：一種基于脈沖寬度調制型陰極保護的方法，包括以下步驟：

第一，采用脈沖寬度調制極化電源,連接到220?V工頻電網，輸出級的正極連接輔助陽極、輸出級的負極連接到埋地管道設備，輸出電壓為0~24?V可調，輸出的最大電流為40?A；

第二，設定陰極保護電位到預定值，所述的陰極保護電位為埋地管道設施相對飽和硫酸銅參比電極的電位，其按電化學規定在0?~-2.0范圍,即陰極保護電位值在0?~2.0范圍；

第三，根據設定的陰極保護電位值，產生脈沖寬度調制信號，增加陰極保護電位值，脈沖寬度增加，脈沖寬度調制極化電源的輸出電壓也增加；