[发明专利]油气管道在线腐蚀监测仪

说明书

技术领域

本发明涉及油气管道腐蚀在线监测领域，特别是一种基于温度补偿和接触电势补偿的油气管道电阻在线腐蚀监测仪，采用交变恒流源进行激励，内置精密温度测量和温度自动补偿电路，适用于油、水、气任意混合介质的高精度在线腐蚀监测。

背景技术

随着我国大型油气田的开发，特别是高压含硫、含二氧化碳天然气的陆续开采，对油气田的安全性提出了更高的要求，腐蚀监测作为腐蚀防护的一项基础工作越来越得到了油气生产企业的关注和重视。电阻探针腐蚀监测技术是通过测量金属敏感元件在工艺介质内腐蚀过程中的电阻值变化，实现金属在工艺介质中的腐蚀速度在线监测，由于电阻探针腐蚀监测技术适用于包括气相、液相、固相和流动颗粒等多种气田介质工作环境，并且测量迅速，能及时反映设备管道的腐蚀情况，可对油气管线进行实时、连续、网络化的远程监测，结合历史数据，还可预测管线或设备腐蚀未来发展趋势，具有其它腐蚀监测技术没有的优势，常被用来预估管道寿命和评估油气管道腐蚀损坏程度。

目前，国内外电阻法腐蚀监测均没有考虑到温差电势和接触电势对电阻探针敏感元件的影响，对于工作区温度基本恒定的系统，温差电势和接触电势影响较小。然而油气管道是一个高压系统，天然气或采出液从井口流到站内的过程中受地层环境和地面温度变化的影响大，由于温度波动导致腐蚀速率测量精度急剧下降。美国发明专利US5,446,369和US6,556,027都是关于电阻探针腐蚀监测仪器的发明，但二者均没有指出温度对测量结果的影响，也没有采用自动温度补偿技术，根据上述技术形成了一些商品在线电阻腐蚀监测仪，这些腐蚀监测仪在油气田腐蚀监测中应用结果表明：其测量结果的重现性和设备的稳定性均没有解决，其测量精度甚至只有探头敏感元件使用寿命的1/500，其原因在于电阻探针内部的接触电势带来的温差效应极大地干扰了腐蚀监测，而完全依靠内置参考电阻R_f进行温度效应补偿难以保证油气管线腐蚀监测的准确性，特别是当腐蚀速率较低时，这种影响会导致测量结果无法使用。专利文献(ZL200820108634.9)也披露了一种电阻探针腐蚀监测仪器，通过使用交变电流激励的方法，降低了探针内部接触电势给腐蚀测量带来的干扰，但是该文献中的监测仪器依靠内置参考电阻R_f进行温度效应补偿，由于R_f阻值较小(＜10mΩ)，造成温度测量受接触电阻影响大，测量温度重现性低，制约了腐蚀测量精度的提高。此外，国际上的磁阻探针腐蚀监测仪，也存在测量结果受温度影响大的缺点，现场测量表明，在温度波动较大的天然气管线中，其测量精度甚至低于电阻探针。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种基于电阻法的用于油气管线的高精度在线腐蚀监测仪，利用交变激励电流测量方法，消除电阻探针敏感元件，以及仪器内部电路板线路之间异种金属接触所造成的接界电势和温差电势，利用探头内置的温敏电阻或热电偶，精确测量探针壳体内的温度值，通过仪器内置的温度补偿电路和温度补偿系数表，对电阻探头内敏感元件温度变化导致的测量电阻误差进行自动补偿和修正，提高腐蚀速率的测量精度。

本发明采用的技术方案是：油气管道高精度电阻法在线腐蚀监测仪，主要包括内置热敏电阻的电阻探头、稳压器、激励恒流源、双通道A/D转换器、单片机、实时时钟、数据存储器、锂电池、RS485接口、热敏电阻恒流源，如附图1。其特征在于：在IP65防护等级的仪器机箱内有单片机，单片机分别连接有双通道A/D转换器、实时时钟、flash存储器、通讯接口和稳压器，稳压器连接有锂电池。两个A/D转换器分别由两根导线连接至电阻探头内的敏感元件。电阻探头上连接有激励恒流源和热敏电阻恒流源。

本发明采用TPS72501芯片作为交变恒流源，3.6V锂电池为监测仪供电；采用两片AD7705，或ADS1250∑-ΔA/D转换器进行同步微电压采样，其分辨率可达到1μV；采用高速低功耗MCU单片机进行数据采集，并计算敏感元件电阻比值R_x/R_f和腐蚀余量，由Flash存储器储存计算结果，并通过RS485接口将数据传送到数据收发器或上位机数据库中；采用电阻阻值随温度线性变化的热敏电阻Pt100或Cu-Ni热电偶进行探头壳体内的温度测量，通过获取的实时温度值对R_x/R_f进行温度补偿；采用PCF8563实时时钟，实现自动定时唤醒测量；采用可关断的电压稳压器，在非测量期间关闭供电电路，最大限度延长锂电池寿命。