本發明涉及油氣管道在線腐蝕監控技術領域，尤其是針對陰極保護遠程監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保護技術領域。

技術背景

陰極保護是有效防止埋地金屬管道腐蝕的方法，目前已經廣泛應用在油氣管道中。針對我國從事油氣管道陰極保護專業檢測人員的不足，現有人員的技術水平更是良莠不齊，而每年新建投入運行的油氣管道又在不斷增加的突出問題，隨著互聯網和通訊技術的飛速發展，對油氣管道的陰極保護實施在線遠程監控已經成為一種趨勢。

參比電極是陰極保護遠程監控系統中重要的組成部分之一，主要用于對埋地油氣管道自然電位、管地電位及極化電位的數據測定與采集，又可作為恒電位儀自動控制的信號源，它衡量陰極保護系統所起到作用的大小，也可以說油氣管道外腐蝕態勢的判別在很大程度上是依據相對于參比電極測試數據得出結論。

目前埋地管道陰極保護遠程監控的參比電極通常采用長壽命的銅/硫酸銅參比電極，但現有長壽命銅/硫酸銅參比電極的技術使用性能，根本無法滿足陰極保護遠程在線監控系統對其在壽命長、性能穩定、以及性價比高三方面的基本要求。

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

中國專利文獻公開了不少對埋地型銅/硫酸銅參比電極進行創新改進的技術方案。譬如公開號為cn2116970u的《長壽命埋地型銅、硫酸銅參比電極》、公告號為cn100397710c的《銅/飽和硫酸銅凝膠參比電極》、公告號為cn202110160u的《長效硫酸銅參比電極》，以及公告號為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》為現有最為常規的長壽命銅/硫酸銅參比電極產品，這種銅/飽和硫酸銅參比電極均是由素燒陶瓷罐內裝有銅(管狀或彈簧)和硫酸銅晶體所構成。由于素燒陶瓷罐呈多孔性本身滲透性好，且與土壤接觸的整個素燒陶瓷罐外表面均會與土壤環境發生離子交換作用(罐體滲透面積大)，從而導致罐內硫酸銅晶體流失過快問題，導致這種參比電極根本不到預期壽命要求；此外多孔性素燒陶瓷罐表面大面積裸露在土壤中，還會導致土壤介質中各種離子對罐內溶液的污染加快，從而影響參比電極性能的穩定性與縮短使用壽命；再次，這種參比電極為達到設計壽命而增加體內的硫酸銅晶體藥量以延長流失消耗時間，故而體積比較大(常用規格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輸安裝。

綜上分析表明：上述已公開的參比電極在陰極保護遠程在線監控系統的使用中，對參比電極的長壽命要求、性能穩定和性價比高的三項基本要求方面，均存在一些難以令人滿意的地方。

上述三份公開文獻，除了在一些結構上有一些不同外，為了達到其長壽命和性能穩定的預期要求，主要是在參比電極的制造工藝上進行了一些改進。例如：《長效硫酸銅參比電極》，該技術采用環氧樹脂層將素燒陶瓷罐內壁部分密封，使硫酸銅晶體僅在陶瓷罐底部或側壁很小一部分滲透，大大降低了硫酸銅晶體的滲透速度同時也大幅度減緩土壤介質中離子對罐內溶液的污染，從而達到長壽命與性能穩定性要求。再例如《銅/飽和硫酸銅凝膠參比電極》，該專利文獻提出了一種新型結構組成的參比電極，該參比電極為雙層罐體結構，內層為電極主體，外層為凝膠電解質，凝膠電解質能有效地減輕外部離子對電極體的污染作用，減小內部銅離子的滲透流失速率，從而達到長壽命與性能穩定性要求。此外，《埋地用抗壓防滲、抗拖拽型長壽命銅/硫酸銅參比電極》，該技術采用一種雙腔體結構(外護套、內護套和陶瓷罐體)參比電極，其內護套位于外護套的內部，并與外護套同軸設置，該內護套的一端縮徑，陶瓷罐體鑲嵌在內護套縮徑處的外圍，僅使陶瓷罐體的底部外露在外部環境介質中，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定性，同時由于其接線密封填料函內的腔體和內護套內的腔體也提高了參比電極電纜引出端端頭的抗滲能力與防脫拽性能。

但是，根據本發明人對上述三種公開技術的理解，發現上述三種技術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工藝環節，使產品生產流程復雜了從而生產效率降低，故而制作成本大大增加，相對性價比不合理。尤其是上述第三種專利產品，雖說其各方面性能最佳，但是其制作工藝最為復雜、耗材最多，制造成本約是傳統參比電極的2倍以上。

此外，前兩種產品還有諸多不足之處：1、素燒陶瓷罐結構脆性大，承壓力差；2、參比電極電纜與罐內銅線圈或銅棒的接頭處密封絕緣簡單，可能導致接頭處發生滲水短路問題，從而使參比電極測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，研發一種完全符合陰極保護遠程在線監控系統需求(長壽命長、性能穩定而而且性價比高)的新型參比電極就成為相應行業技術研發。

技術實現要素：

本發明的目的：旨在在于克服現有技術中存在的缺點，降低改進成本，發明一種壽命長、性能穩定、性價比高且更加適合陰極保護遠程在線監測系統的銅/硫酸銅參比電極。

這種適用于陰極保護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一中間隔離板和上密封蓋分割成設置著螺旋狀銅絲的下腔室，以及經一連接頭與引線電纜銜接的上腔室，所述的下腔室內充填著硫酸銅晶體填料。

所述的圓型無釉區為直徑20mm的圓形區域，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；圓形隔板設置位置約在罐腔內罐口以下45mm處。

所述的陶瓷罐體7的材質密度：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。

根據以上技術方案提出的這種用于陰極保護用的長壽命參比電極，與現有的同功能參比電極相比較，具有以下優點：

1、相對于現有銅/硫酸銅參比電極陶瓷罐體整個外表面均與土壤環境發生交換離子的作用(罐體滲透面積大)，從而導致罐內硫酸銅晶體填料流失過快問題，還會導致土壤介質中離子對罐內溶液的污染加快，從而影響參比電極性能的穩定性與縮短使用壽命；本發明在參比電極陶瓷罐罐體外表面絕大部分進行封釉，僅留罐體側壁底部位置一處壹元硬幣大小無封釉區與外界土壤介質中離子交換，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定性，采用本發明的制作的參比電極壽命約為傳統參比電極的3～5倍。

2、相對于現有銅/硫酸銅參比電極多采用單腔體設計，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，可能導致接頭處發生滲水短路問題，從而使參比電極測試電位失真或者失效。本發明將參比電極引線電纜與螺旋銅絲的接頭單獨置于一個腔室，并且該腔室內填滿了環氧電子灌封膠，杜絕了土壤環境中雜質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，增加抗滲性提升了參比電極性能穩定性與準確性。

3、本發明設計在參比電極引出端設計了防水電纜緊固頭，參比電極引線電纜抗拉、防拽脫性能提高。

4、現有銅/硫酸銅參比電極陶瓷罐體為單一的素燒陶瓷罐，體積也大，抗壓性能差，本發明的罐體體積較小，再加罐體外表面進行了封釉(釉層的致密度、抗壓性遠大于素燒陶瓷體)，使其整體抗壓強度顯著提高。此外封釉的罐體表面光滑細膩，十分美觀。

5、本發明通過簡單有效且成本低廉的技術手段實現了其長壽命、性能穩定的效果，沒有增加參比電極生產廠家的生產工藝環節和其他耗材成本，性價比高，便于大面積推廣應用。

附圖說明

圖1為本發明的主體外觀示意圖；

圖2為本發明的主體內部結構示意圖；

圖3為本發明長期監測試驗結果示意圖；

圖4為本參比電極硫酸銅流失速率實驗圖；

圖5為常規參比電極硫酸銅流失速率實驗圖。

圖中：1-陶瓷罐體2-釉層3-無封釉區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。

具體實施方式

以下結合說明書附圖進一步闡述本發明，并給出本發明的實施例。

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

這種適用于陰極保護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一中間隔離板5和上密封蓋6分割成設置著螺旋狀銅絲5的下腔室11，以及經一連接頭9與引線電纜7銜接的上腔室10，所述的下腔室內充填著硫酸銅晶體調料12。

本發明參比電極技術核心為素燒陶瓷罐封釉，在陶瓷罐罐體外表面絕大部分進行封釉，僅在罐體側壁底部位置留有一處圓形(壹元硬幣大小)無封釉區，使硫酸銅晶體不能通過封釉區滲透，僅能通過罐體側面底部狹小的無封釉區滲透與外界土壤介質中離子交換，將所述的圓型無釉區3設置為直徑20mm的圓形區域，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，同時也減輕外部離子對電極體的污染作用；而且封釉的罐體抗壓強度也大大提高。

此外，在實際應用中采取以下兩個技術措施：

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設置位置約在罐腔內罐口下45mm處。對參比電極引線電纜與罐內螺旋銅絲的接頭做了密封、絕緣及防脫拽處理，抗滲、防脫性能更加優異。不論素燒陶瓷罐還是封釉陶瓷罐都是由陶瓷廠家直接提供，不會增加參比電極生產廠家的生產工藝環節和其他耗材成本。

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

為了保證本發明提出的這種適用于陰極保護用的長壽命參比電極陶瓷本體的物理性能，本發明對陶瓷管體的設計提了以下要求：

所述陶瓷罐體1的材質密度：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。

采用上述技術指標的陶瓷罐體，該發明的封釉陶瓷罐體積為傳統常規素燒陶瓷罐體積的1/5，加之陶瓷封釉工藝簡單成熟普遍，設計的封釉陶瓷罐的成本比常規素燒陶瓷罐成本還要低，而且由于設計的封釉陶瓷罐體積小很多，罐內加裝硫酸銅晶體用量大為減少，大幅度降低了耗材成本，從而達到了一個高的性價比。

本發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，通過纏繞設備加工成內徑為10mm，8圈螺旋圈，長為125mm的螺旋樁銅絲。

本發明中參比電極引線7與螺旋銅絲4的連接接頭9采用銅管壓接，銅管規格：內徑4mm，外徑4.5mm長1.2cm。

本發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，相對分子質量為249.69，含(cuso4·5h2o)，％大于99％。

附圖3列出了這種適用于陰極保護用的長壽命參比電極在實驗室的試驗指標。

如圖3所示在實驗室內，將本發明提出的參比電極和校準用參比電極(標準氫電極校準過的性能穩定精確的銅/硫酸銅參比電極)置于同一土壤環境中測試同一根鐵管的電位變化，采用陰極保護智能電位采集設備同時對兩個參比電極與鐵管的電位數據進行采集，每天采集一次電位數據上傳至數據軟件管理平臺，電位測試采集周期為7個月，通過軟件管理平臺長期監測的試驗結果為兩者電位數據變化趨勢基本重合，誤差基本在士5mv內，符合理論值，說明本發明提出的參比電極具有良好的電位穩定性。

圖4和圖5分別是本發明參比電極與現有常規參比電極硫酸銅流失速率實驗對比結果。

將常規參比電極與本發明參比電極置于同樣潮濕濕潤的土壤環境中進行周期1年的運行試驗，測試參比電極內部硫酸銅晶體流失速率，常規參比電極(見圖5)由使用前1500g(常規產品陶瓷罐內裝容的硫酸銅用量很大)，經1年試驗后剩余硫酸銅重量為550g，硫酸銅流失速率高達63％，而本發明參比電極(見圖4)使用前150g(本發明產品陶瓷罐內裝容的硫酸銅用量相對來說很小)，經1年試驗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：本發明提出的適用于陰極保護的參比電極硫酸銅晶體流失速率遠低于常規參比電極，參比電極壽命顯著提升，預期壽命在20～30年(不同使用土壤環境壽命不同)。

此外，通過抗壓性能試驗結果顯示，研發的新型參比電極抗壓性能達到55.5kn，常規的參比電極性能為1.05kn，新型參比電極抗壓性能相較于現有常規產品的抗壓性能提升55倍，抗壓性能大大提升。

以上僅是本申請人依據技術方對本發明的設計原理和具體結構基本創意的一般性闡述，并不代表本發明的全部。凡是依據本基本設計原理提出的不具有實質性創新的改進均應視為與本發明類同，屬于本發明保護的范疇。