本發(fā)明涉及油氣管道在線腐蝕監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域，尤其是針對(duì)陰極保護(hù)遠(yuǎn)程監(jiān)控而研制的一種長壽命參比電極，屬于地下管線陰極電化學(xué)保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域。

技術(shù)背景

陰極保護(hù)是有效防止埋地金屬管道腐蝕的方法，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用在油氣管道中。針對(duì)我國從事油氣管道陰極保護(hù)專業(yè)檢測(cè)人員的不足，現(xiàn)有人員的技術(shù)水平更是良莠不齊，而每年新建投入運(yùn)行的油氣管道又在不斷增加的突出問題，隨著互聯(lián)網(wǎng)和通訊技術(shù)的飛速發(fā)展，對(duì)油氣管道的陰極保護(hù)實(shí)施在線遠(yuǎn)程監(jiān)控已經(jīng)成為一種趨勢(shì)。

參比電極是陰極保護(hù)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中重要的組成部分之一，主要用于對(duì)埋地油氣管道自然電位、管地電位及極化電位的數(shù)據(jù)測(cè)定與采集，又可作為恒電位儀自動(dòng)控制的信號(hào)源，它衡量陰極保護(hù)系統(tǒng)所起到作用的大小，也可以說油氣管道外腐蝕態(tài)勢(shì)的判別在很大程度上是依據(jù)相對(duì)于參比電極測(cè)試數(shù)據(jù)得出結(jié)論。

目前埋地管道陰極保護(hù)遠(yuǎn)程監(jiān)控的參比電極通常采用長壽命的銅/硫酸銅參比電極，但現(xiàn)有長壽命銅/硫酸銅參比電極的技術(shù)使用性能，根本無法滿足陰極保護(hù)遠(yuǎn)程在線監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)其在壽命長、性能穩(wěn)定、以及性價(jià)比高三方面的基本要求。

雖然這些年以來本領(lǐng)域內(nèi)的制造和使用單位為解決提供具有使用壽命長、穩(wěn)定性和性價(jià)比高的埋地型銅/硫酸銅參比電極做了不少新的探索，

中國專利文獻(xiàn)公開了不少對(duì)埋地型銅/硫酸銅參比電極進(jìn)行創(chuàng)新改進(jìn)的技術(shù)方案。譬如公開號(hào)為cn2116970u的《長壽命埋地型銅、硫酸銅參比電極》、公告號(hào)為cn100397710c的《銅/飽和硫酸銅凝膠參比電極》、公告號(hào)為cn202110160u的《長效硫酸銅參比電極》，以及公告號(hào)為cn106610398a的《埋地用抗壓防滲、抗拖拽型長壽命銅/硫酸銅參比電極》。

其中的《長壽命埋地型銅、硫酸銅參比電極》為現(xiàn)有最為常規(guī)的長壽命銅/硫酸銅參比電極產(chǎn)品，這種銅/飽和硫酸銅參比電極均是由素?zé)沾晒迌?nèi)裝有銅(管狀或彈簧)和硫酸銅晶體所構(gòu)成。由于素?zé)沾晒蕹识嗫仔员旧頋B透性好，且與土壤接觸的整個(gè)素?zé)沾晒尥獗砻婢鶗?huì)與土壤環(huán)境發(fā)生離子交換作用(罐體滲透面積大)，從而導(dǎo)致罐內(nèi)硫酸銅晶體流失過快問題，導(dǎo)致這種參比電極根本不到預(yù)期壽命要求；此外多孔性素?zé)沾晒薇砻娲竺娣e裸露在土壤中，還會(huì)導(dǎo)致土壤介質(zhì)中各種離子對(duì)罐內(nèi)溶液的污染加快，從而影響參比電極性能的穩(wěn)定性與縮短使用壽命；再次，這種參比電極為達(dá)到設(shè)計(jì)壽命而增加體內(nèi)的硫酸銅晶體藥量以延長流失消耗時(shí)間，故而體積比較大(常用規(guī)格φ95×200mm，圓柱形)，不僅造成制造成本加大，而且體積大了其罐體的抗壓能力減弱也不便于運(yùn)輸安裝。

綜上分析表明：上述已公開的參比電極在陰極保護(hù)遠(yuǎn)程在線監(jiān)控系統(tǒng)的使用中，對(duì)參比電極的長壽命要求、性能穩(wěn)定和性價(jià)比高的三項(xiàng)基本要求方面，均存在一些難以令人滿意的地方。

上述三份公開文獻(xiàn)，除了在一些結(jié)構(gòu)上有一些不同外，為了達(dá)到其長壽命和性能穩(wěn)定的預(yù)期要求，主要是在參比電極的制造工藝上進(jìn)行了一些改進(jìn)。例如：《長效硫酸銅參比電極》，該技術(shù)采用環(huán)氧樹脂層將素?zé)沾晒迌?nèi)壁部分密封，使硫酸銅晶體僅在陶瓷罐底部或側(cè)壁很小一部分滲透，大大降低了硫酸銅晶體的滲透速度同時(shí)也大幅度減緩?fù)寥澜橘|(zhì)中離子對(duì)罐內(nèi)溶液的污染，從而達(dá)到長壽命與性能穩(wěn)定性要求。再例如《銅/飽和硫酸銅凝膠參比電極》，該專利文獻(xiàn)提出了一種新型結(jié)構(gòu)組成的參比電極，該參比電極為雙層罐體結(jié)構(gòu)，內(nèi)層為電極主體，外層為凝膠電解質(zhì)，凝膠電解質(zhì)能有效地減輕外部離子對(duì)電極體的污染作用，減小內(nèi)部銅離子的滲透流失速率，從而達(dá)到長壽命與性能穩(wěn)定性要求。此外，《埋地用抗壓防滲、抗拖拽型長壽命銅/硫酸銅參比電極》，該技術(shù)采用一種雙腔體結(jié)構(gòu)(外護(hù)套、內(nèi)護(hù)套和陶瓷罐體)參比電極，其內(nèi)護(hù)套位于外護(hù)套的內(nèi)部，并與外護(hù)套同軸設(shè)置，該內(nèi)護(hù)套的一端縮徑，陶瓷罐體鑲嵌在內(nèi)護(hù)套縮徑處的外圍，僅使陶瓷罐體的底部外露在外部環(huán)境介質(zhì)中，這樣減少了硫酸銅離子流失速度，提升參比電極壽命與性能的穩(wěn)定性，同時(shí)由于其接線密封填料函內(nèi)的腔體和內(nèi)護(hù)套內(nèi)的腔體也提高了參比電極電纜引出端端頭的抗?jié)B能力與防脫拽性能。

但是，根據(jù)本發(fā)明人對(duì)上述三種公開技術(shù)的理解，發(fā)現(xiàn)上述三種技術(shù)方案也存在一下不足之處：

首先，就是它們均增加了其他制作材料與生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)，使產(chǎn)品生產(chǎn)流程復(fù)雜了從而生產(chǎn)效率降低，故而制作成本大大增加，相對(duì)性價(jià)比不合理。尤其是上述第三種專利產(chǎn)品，雖說其各方面性能最佳，但是其制作工藝最為復(fù)雜、耗材最多，制造成本約是傳統(tǒng)參比電極的2倍以上。

此外，前兩種產(chǎn)品還有諸多不足之處：1、素?zé)沾晒藿Y(jié)構(gòu)脆性大，承壓力差；2、參比電極電纜與罐內(nèi)銅線圈或銅棒的接頭處密封絕緣簡單，可能導(dǎo)致接頭處發(fā)生滲水短路問題，從而使參比電極測(cè)試電位失真或者失效。3、參比電極電纜引出端端頭的防脫拽能力差。

因此，研發(fā)一種完全符合陰極保護(hù)遠(yuǎn)程在線監(jiān)控系統(tǒng)需求(長壽命長、性能穩(wěn)定而而且性價(jià)比高)的新型參比電極就成為相應(yīng)行業(yè)技術(shù)研發(fā)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的：旨在在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)，降低改進(jìn)成本，發(fā)明一種壽命長、性能穩(wěn)定、性價(jià)比高且更加適合陰極保護(hù)遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的銅/硫酸銅參比電極。

這種適用于陰極保護(hù)用的長壽命參比電極，包括陶瓷罐體、螺旋狀銅絲、與螺旋狀銅絲連接的引線電纜，其特征在于：所述的陶瓷罐的外表面除留有一圓型無釉區(qū)外、其余的罐體外表部均涂覆著一層封裝陶瓷釉層；所述陶瓷罐體的罐腔經(jīng)一中間隔離板和上密封蓋分割成設(shè)置著螺旋狀銅絲的下腔室，以及經(jīng)一連接頭與引線電纜銜接的上腔室，所述的下腔室內(nèi)充填著硫酸銅晶體填料。

所述的圓型無釉區(qū)為直徑20mm的圓形區(qū)域，圓心距罐底35mm。

所述的圓形隔板分割成的上腔室與充填著硫酸銅晶體填料的下腔室的容積大小比為2:5；圓形隔板設(shè)置位置約在罐腔內(nèi)罐口以下45mm處。

所述的陶瓷罐體7的材質(zhì)密度：2.3g/cm³、吸水率：20％、透氣率：45％、吸濕膨脹：6m/m.k、陶罐壁厚：5mm、封釉厚度：0.2mm、主要尺寸：φ50mm×150mm的圓柱形。

根據(jù)以上技術(shù)方案提出的這種用于陰極保護(hù)用的長壽命參比電極，與現(xiàn)有的同功能參比電極相比較，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、相對(duì)于現(xiàn)有銅/硫酸銅參比電極陶瓷罐體整個(gè)外表面均與土壤環(huán)境發(fā)生交換離子的作用(罐體滲透面積大)，從而導(dǎo)致罐內(nèi)硫酸銅晶體填料流失過快問題，還會(huì)導(dǎo)致土壤介質(zhì)中離子對(duì)罐內(nèi)溶液的污染加快，從而影響參比電極性能的穩(wěn)定性與縮短使用壽命；本發(fā)明在參比電極陶瓷罐罐體外表面絕大部分進(jìn)行封釉，僅留罐體側(cè)壁底部位置一處壹元硬幣大小無封釉區(qū)與外界土壤介質(zhì)中離子交換，從而大大降低了硫酸銅晶體的滲透速度與減輕外部離子對(duì)電極體的污染作用，從而大大提升了參比電極的壽命與性能穩(wěn)定性，采用本發(fā)明的制作的參比電極壽命約為傳統(tǒng)參比電極的3～5倍。

2、相對(duì)于現(xiàn)有銅/硫酸銅參比電極多采用單腔體設(shè)計(jì)，參比電極引線電纜與螺旋銅線的接頭沒有良好的密封絕緣措施，可能導(dǎo)致接頭處發(fā)生滲水短路問題，從而使參比電極測(cè)試電位失真或者失效。本發(fā)明將參比電極引線電纜與螺旋銅絲的接頭單獨(dú)置于一個(gè)腔室，并且該腔室內(nèi)填滿了環(huán)氧電子灌封膠，杜絕了土壤環(huán)境中雜質(zhì)離子通過水份沿電纜接頭處滲透流入到參比電極造成污染，增加抗?jié)B性提升了參比電極性能穩(wěn)定性與準(zhǔn)確性。

3、本發(fā)明設(shè)計(jì)在參比電極引出端設(shè)計(jì)了防水電纜緊固頭，參比電極引線電纜抗拉、防拽脫性能提高。

4、現(xiàn)有銅/硫酸銅參比電極陶瓷罐體為單一的素?zé)沾晒?，體積也大，抗壓性能差，本發(fā)明的罐體體積較小，再加罐體外表面進(jìn)行了封釉(釉層的致密度、抗壓性遠(yuǎn)大于素?zé)沾审w)，使其整體抗壓強(qiáng)度顯著提高。此外封釉的罐體表面光滑細(xì)膩，十分美觀。

5、本發(fā)明通過簡單有效且成本低廉的技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)了其長壽命、性能穩(wěn)定的效果，沒有增加參比電極生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)和其他耗材成本，性價(jià)比高，便于大面積推廣應(yīng)用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的主體外觀示意圖；

圖2為本發(fā)明的主體內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明長期監(jiān)測(cè)試驗(yàn)結(jié)果示意圖；

圖4為本參比電極硫酸銅流失速率實(shí)驗(yàn)圖；

圖5為常規(guī)參比電極硫酸銅流失速率實(shí)驗(yàn)圖。

圖中：1-陶瓷罐體2-釉層3-無封釉區(qū)4-螺旋狀銅絲5-隔離板6-密封蓋7-引線電纜8-防水電纜緊固頭9-連接頭10-上腔室11-下腔室12-硫酸銅晶體填料。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合說明書附圖進(jìn)一步闡述本發(fā)明，并給出本發(fā)明的實(shí)施例。

如圖1、圖2所示的這種適用于陰極保護(hù)用的長壽命參比電極，它是對(duì)目前普遍適用的參比電極的創(chuàng)造性改進(jìn)。

這種適用于陰極保護(hù)用的長壽命參比電極，包括陶瓷罐體7、螺旋狀銅絲4、與螺旋狀銅絲連接的引線電纜7，其特征在于：所述的陶瓷罐體1的外表面除留有一圓型無釉區(qū)3外、其余的罐體外表部均涂

覆著一層封裝陶瓷釉層2；所述陶瓷罐體的罐腔經(jīng)一中間隔離板5和上密封蓋6分割成設(shè)置著螺旋狀銅絲5的下腔室11，以及經(jīng)一連接頭9與引線電纜7銜接的上腔室10，所述的下腔室內(nèi)充填著硫酸銅晶體調(diào)料12。

本發(fā)明參比電極技術(shù)核心為素?zé)沾晒薹庥?，在陶瓷罐罐體外表面絕大部分進(jìn)行封釉，僅在罐體側(cè)壁底部位置留有一處圓形(壹元硬幣大小)無封釉區(qū)，使硫酸銅晶體不能通過封釉區(qū)滲透，僅能通過罐體側(cè)面底部狹小的無封釉區(qū)滲透與外界土壤介質(zhì)中離子交換，將所述的圓型無釉區(qū)3設(shè)置為直徑20mm的圓形區(qū)域，圓心距罐底35mm；

從而不僅大大降低了硫酸銅晶體的滲透速度，同時(shí)也減輕外部離子對(duì)電極體的污染作用；而且封釉的罐體抗壓強(qiáng)度也大大提高。

此外，在實(shí)際應(yīng)用中采取以下兩個(gè)技術(shù)措施：

1、所述圓形隔板5分割成的上腔室10與充填著硫酸銅晶體填料的下腔室11的容積大小比為2:5，所述的圓形隔板5設(shè)置位置約在罐腔內(nèi)罐口下45mm處。對(duì)參比電極引線電纜與罐內(nèi)螺旋銅絲的接頭做了密封、絕緣及防脫拽處理，抗?jié)B、防脫性能更加優(yōu)異。不論素?zé)沾晒捱€是封釉陶瓷罐都是由陶瓷廠家直接提供，不會(huì)增加參比電極生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)和其他耗材成本。

2、所述的下腔室內(nèi)11儲(chǔ)存著150kg硫酸銅晶體，并填充在螺旋狀銅絲4周圍，同時(shí)在硫酸銅晶體填料中加入50ml蒸餾水，使硫酸銅維持結(jié)晶狀態(tài)。

為了保證本發(fā)明提出的這種適用于陰極保護(hù)用的長壽命參比電極陶瓷本體的物理性能，本發(fā)明對(duì)陶瓷管體的設(shè)計(jì)提了以下要求：

所述陶瓷罐體1的材質(zhì)密度：2.3g/cm³、吸水率：20％、透氣率：45％、吸濕膨脹：6m/m.k、陶罐壁厚：5mm、封釉厚度：0.2mm、主要尺寸：φ50mm×150mm的圓柱形。

采用上述技術(shù)指標(biāo)的陶瓷罐體，該發(fā)明的封釉陶瓷罐體積為傳統(tǒng)常規(guī)素?zé)沾晒摅w積的1/5，加之陶瓷封釉工藝簡單成熟普遍，設(shè)計(jì)的封釉陶瓷罐的成本比常規(guī)素?zé)沾晒蕹杀具€要低，而且由于設(shè)計(jì)的封釉陶瓷罐體積小很多，罐內(nèi)加裝硫酸銅晶體用量大為減少，大幅度降低了耗材成本，從而達(dá)到了一個(gè)高的性價(jià)比。

本發(fā)明中所述的螺旋狀銅絲4，銅純度不小于99.7％，采用截面為4mm²的銅絲加工制作，每段截取長度350mm，通過纏繞設(shè)備加工成內(nèi)徑為10mm，8圈螺旋圈，長為125mm的螺旋樁銅絲。

本發(fā)明中參比電極引線7與螺旋銅絲4的連接接頭9采用銅管壓接，銅管規(guī)格：內(nèi)徑4mm，外徑4.5mm長1.2cm。

本發(fā)明中硫酸銅晶體采用分析純ar的五水合硫酸銅(ⅱ)，分子式為cuso4·5h2o，相對(duì)分子質(zhì)量為249.69，含(cuso4·5h2o)，％大于99％。

附圖3列出了這種適用于陰極保護(hù)用的長壽命參比電極在實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)指標(biāo)。

如圖3所示在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，將本發(fā)明提出的參比電極和校準(zhǔn)用參比電極(標(biāo)準(zhǔn)氫電極校準(zhǔn)過的性能穩(wěn)定精確的銅/硫酸銅參比電極)置于同一土壤環(huán)境中測(cè)試同一根鐵管的電位變化，采用陰極保護(hù)智能電位采集設(shè)備同時(shí)對(duì)兩個(gè)參比電極與鐵管的電位數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，每天采集一次電位數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)軟件管理平臺(tái)，電位測(cè)試采集周期為7個(gè)月，通過軟件管理平臺(tái)長期監(jiān)測(cè)的試驗(yàn)結(jié)果為兩者電位數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)基本重合，誤差基本在士5mv內(nèi)，符合理論值，說明本發(fā)明提出的參比電極具有良好的電位穩(wěn)定性。

圖4和圖5分別是本發(fā)明參比電極與現(xiàn)有常規(guī)參比電極硫酸銅流失速率實(shí)驗(yàn)對(duì)比結(jié)果。

將常規(guī)參比電極與本發(fā)明參比電極置于同樣潮濕濕潤的土壤環(huán)境中進(jìn)行周期1年的運(yùn)行試驗(yàn)，測(cè)試參比電極內(nèi)部硫酸銅晶體流失速率，常規(guī)參比電極(見圖5)由使用前1500g(常規(guī)產(chǎn)品陶瓷罐內(nèi)裝容的硫酸銅用量很大)，經(jīng)1年試驗(yàn)后剩余硫酸銅重量為550g，硫酸銅流失速率高達(dá)63％，而本發(fā)明參比電極(見圖4)使用前150g(本發(fā)明產(chǎn)品陶瓷罐內(nèi)裝容的硫酸銅用量相對(duì)來說很小)，經(jīng)1年試驗(yàn)后剩余硫酸銅重量為145g，硫酸銅流失速率僅為3.3％。很顯然地表明：本發(fā)明提出的適用于陰極保護(hù)的參比電極硫酸銅晶體流失速率遠(yuǎn)低于常規(guī)參比電極，參比電極壽命顯著提升，預(yù)期壽命在20～30年(不同使用土壤環(huán)境壽命不同)。

此外，通過抗壓性能試驗(yàn)結(jié)果顯示，研發(fā)的新型參比電極抗壓性能達(dá)到55.5kn，常規(guī)的參比電極性能為1.05kn，新型參比電極抗壓性能相較于現(xiàn)有常規(guī)產(chǎn)品的抗壓性能提升55倍，抗壓性能大大提升。

以上僅是本申請(qǐng)人依據(jù)技術(shù)方對(duì)本發(fā)明的設(shè)計(jì)原理和具體結(jié)構(gòu)基本創(chuàng)意的一般性闡述，并不代表本發(fā)明的全部。凡是依據(jù)本基本設(shè)計(jì)原理提出的不具有實(shí)質(zhì)性創(chuàng)新的改進(jìn)均應(yīng)視為與本發(fā)明類同，屬于本發(fā)明保護(hù)的范疇。