专题 | 金宝博下载 户外在线腐蚀监检测系统建设
2019-12-27 13:10:58 作者: 本网整理 来源:《腐蚀防护之友》 分享至:

为更好的为包括“大飞机”、“天宫”等重大专项、华为、长城汽车企等大型企业以及其他用户提供高水平的专业化、个性化材料腐蚀(老化)科技支撑服务,进一步提高共享服务水平,实现资源高效利用目的。国家材料环境腐蚀野外科学观测研究平台与北京丰盈环蚀技术有限公司合作,共同建设综合研究型示范试验站及试验检测中心,共同开展快捷、实时的专业化、个性化材料腐蚀(老化)专业化成套科技服务,推进188asia金宝博官网 ,实现资源高效利用。建立具有外场暴露、加速试验、室内模拟、分析检测、室内外相关研究及188asia金宝博官网 系统建立等综合性功能的材料腐蚀(老化)试验研究示范平台。


开展的主要工作包括:1、基于物联网先进大气腐蚀在线检测系统的建设和推广示范。建立腐蚀试验的智能化管理系统,实现腐蚀数据实时采集和远程监控;2、腐蚀数据库和腐蚀监控中心建设。满足实时的、原始的、海量的采集数据的存储,支持通过中心服务器监控各监检测点设备状态。


我国材料环境腐蚀野外观测研究发展现状

国家环境材料腐蚀平台是参照国外同类平台的建设水平,根据我国材料环境腐蚀台站的基础条件和科技部建设国家野外台站规划,重点围绕西部大开发、振兴东北重工业基地和国家重大工程建设以及战略性新型产业发展的需要。国家环境材料腐蚀平台是基础性、公益性的科技共享服务平台,经过多年的创新发展,已建设成为具有世界先进水平的材料腐蚀野外观测研究试验基地和188asia金宝博官网 平台,可以提供包括材料现场暴露试验、环境数据监检测、材料腐蚀评价、失效分析、材料和装备寿命评估、材料和装备环境适应性研究、材料腐蚀室内外相关性、材料腐蚀评价方法和装备研发、材料腐蚀防护成套技术、材料选材和施工设计等形式多样的科技服务。基于平台多年的材料野外腐蚀试验和大量数据积累,在航空、航天、兵器、船舶、机械、钢铁、石油石化、电力、电子、铁路交通等众多行业提供了大量的实物资源和信息资源科技支撑服务。另外,材料腐蚀平台也是我国材料腐蚀研究和技术培训基地,同时也是材料腐蚀领域的人才培养和教育基地。


国家环境材料腐蚀平台目前整合建成大气环境腐蚀试验站 15 个,水环境腐蚀试验站 7 个,土壤环境腐蚀试验站8 个,基本上涵盖了我国典型的大气、水和土壤环境特征。各野外试验站开放服务的场地面积达到了485,000平方米,总面积 105,000 多平方米试验设施对外服务。经过多年的大规模持续材料投试,共完成了包括黑色金属、有色金属、高分子材料、建筑材料和涂镀层材料等 5大类,654 种,共计 14 万余件材料试件的野外腐蚀观测试验。经过多周期,最长达 35 年的长期野外观测研究,取得大量宝贵的材料腐蚀数据和环境因素数据。经过数据整编和数字化加工,现已积累5 大类材料及构件在大气、土壤和水环境的腐蚀数据和自然环境因素测定数据共400 多万条,共计一万多张腐蚀形貌图片数据,资源信息化数据量达到 10GB。


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经过十一五期间“边共享、边建设”的整合建设,目前国家环境材料腐蚀平台已经进入“边共享、边建设”的新时期,平台资源以用为主,共享服务是平台运行期的主要工作内容。开展加速腐蚀试验新技术的研究和应用,继续深入开展新材料及部件在典型自然环境中的数据积累。


目前我国大多数试验站已拥有了良好的试验场地和设施,但更多的腐蚀数据积累工作还停留在传统的周期挂样,数据获得的质量和速度非常不理想。特别是还缺乏实时腐蚀数据监检测技术的应用,所用的基本监检测装置都比较简单,通常包括一支传感器(电偶电极),一台测量仪器及相应的电缆,腐蚀检测系统单机记录数据,需要定期人工采集数据,无法实时处理大数据的状况。因此,我国环境腐蚀野外台站在线监检测技术处于研究阶段,不仅实现使用网络系统进行监控,而且各种环境因素监检测技术也大都停留简单的温湿度和腐蚀电流的测量,较为单一检测技术难以提供足够可靠的数据,需要建立多种检测技术相结合的监检测体系,可以实现野外腐蚀状况的实时、精确、多方位智能检测。基于物联网无线传输技术发展,腐蚀检测仪器操作更加简便,节省人力,检测距离越来越长。并且利用计算机技术在大数据方面的应用,把腐蚀测量装置与逻辑、运算机构结合起来,检测数据分析处理更加方便、迅速,可从大量数据中解析出有效的信息资料,在数据分析过程中采用专家系统自动完成数据分析的大部分工作。逐步实现我国自然环境检测技术的推广应用,必将为各行业设施的服役安全发挥着重要作用。


金宝博下载 开展服务的意义

材料腐蚀平台目前建成的 30 个野外试验站主要负责完成科技部公益性、基础性专项和十一五科技基础条件平台专项开展的大规模长周期材料腐蚀(老化)野外试验及数据积累任务,各试验站都具备了开展长期挂样试验服务的条件和能力。在材料腐蚀平台转入运行期后,将在原有大规模材料投试所积累数据的基础上,将针对用户的实际需求,开展更加深入的专业化、个性化科技服务。在前期服务的典型用户中,比如“大飞机”、“天宫”等重大专项以及华为、高铁等大型企业,都要求提供包括现场试验、室内模拟加速试验、测试分析、环境载荷谱制定、腐蚀(老化)行为规律以及数据库、专家系统等综合性、专业化的系统服务支撑。目前在运行的野外试验站尽管也都具备一定的研究能力,但大部分都是以野外观测研究为主,在室内模拟加速试验、环境载荷谱制定、以及材料腐蚀(老化)的测试分析和在线监检测技术基础较差,难以满足用户的需求。


因此根据新形势下经济和科技发展需求,结合材料腐蚀(老化)科技资源及学科特点,依托综合研究中心在科研优势,建立综合试验站,广泛地开展我国典型大气环境下材料大气腐蚀行为及规律研究工作和采用科学、快捷的手段来正确地对大气环境腐蚀严酷性进行分类,将对国民经济建设中合理地选择材料及188棋牌最新版 措施具有重大的意义。基于目前采用长期而繁重的环境监检测和标准试样的长、短期大气曝露腐蚀试验作为研究和评价大气环境腐蚀严酷性的唯一手段,在金宝博下载 长期大气腐蚀数据积累和实验室加速腐蚀,采用 ACM 电化学方法开展了金属材料大气腐蚀行为研究及大气环境腐蚀严酷性评价工作,可实现在线实时监检测设施的腐蚀状态,可以为安全评估和腐蚀寿命预测提供大数据。


因此,针对性的开展户外在线监检测系统建设的专项服务研究,具有非常显著的必要性和迫切性,通过本专题在我国野外试验站示范应用,所取得研究成果在电力、通讯、运输等行业的推广,对设备/ 装置的长期安全运行具有重要意义,进而保障和促进国民经济建设的健康发展。


金宝博下载 总体目标

国家环境材料腐蚀平台在原有国家野外试验站网体系基础上,依托综合研究中心建立具有外场暴露、加速试验、室内模拟、分析检测、室内外相关研究及188asia金宝博官网 系统建立等综合性功能的材料腐蚀(老化)试验研究示范平台。作为该项工作的基础,国家材料环境腐蚀野外科学观测研究平台与北京丰盈环蚀技术有限公司合作,共同完成了综合研究型示范试验站及试验检测中心第一期建设,已开展了“大飞机”重大专项的电偶构件环境谱加速腐蚀实验,在已建设的试验场开展了管线钢材料的土壤腐蚀试验,已完成 1 年周期的取样工作,进行了碳钢和耐候钢、铝合金、新型涂层材料的暴晒实验和户外加速腐蚀试验研究,在第一期综合试验站建设和运行基础上,扩大试验场地面积,增加共同开展快捷、实时的专业化、个性化材料腐蚀(老化)专业化成套科技服务,推进188asia金宝博官网 ,实现资源高效利用。研制具有温湿度、二氧化硫、氯离子等主要大气环境因素在线监检测传感器、大气腐蚀电化学测试仪、无线数据网络传输系统、腐蚀数据库和腐蚀预测系统等基于物联网先进大气腐蚀在线检测系统;完成我国典型大气环境试验站进行示范性应用,开展室内外腐蚀相关性研究工作,从而建立腐蚀电流与腐蚀速率的关系模型;建立“我国典型大气环境腐蚀速率在线监检测系统”专项数据服务共享页面,为各行业的设备材料选择、腐蚀防护方案设计、维修维护提供数据支撑;为电力、通讯以及运输等行业设备选择、腐蚀防护方案设计、维修维护提供数据支撑,以及长期安全运行服务。


金宝博下载 服务对象

开展本专题服务,能够为“大飞机”重大专项、海洋腐蚀973项目,以及华为、长城汽车等大型企业,提供更加完善的加速腐蚀实验条件,并通过基于物联网先进大气腐蚀在线检测系统在综合示范试验站的试运行和可靠性验证,将在促进金宝博下载 野外试验站的数据积累和确定我国大气腐蚀等级分布起到示范带动作用,并将在电力、通讯和运输等行业进行推广应用。因此本专题建设成果应用主要针对的服务对象为:


1、电力行业

我国电力行业发展迅速,输电网跨温带、亚热带、热带三大气候带,加上高原气候区,具有世界上少有的多样性气候。我国气候环境可以划分为五个气候区:热带湿热区、亚热带亚湿热区、温带温和区、温带干燥区、寒带干燥区等,不同气候区的温度和湿度具有明显的差异。在气候区划分基础上根据环境状况,进一步分为工业大气、海洋大气、乡村大气和城市大气等环境类型。特别是在东部沿海地区有绵长的海岸线,西部有沙漠、盐湖等恶劣环境,并含有环渤海湾地区和内盐湖盐渍土以及某些工业快速地区发展所带来的重工业大气污染重等,使长期运行在自然环境下的导线、地线、金具、杆塔、接地装置等重要设备受到严重腐蚀破坏。当腐蚀对构件材料性能的削弱积累到一定程度,或当自然环境出现极端恶化时(如冰雪、台风等),将导致输变电设备及构件的突发性失效。因此,基于物联网先进大气腐蚀在线检测系统是大幅度提高电网材料耐腐蚀性能的数据支持,确保电网安全可靠运行的必要保障,也是建设“坚强智能电网”的重要组成部分。


2、通讯行业

随着移动通讯的快速发展,通讯基站所处环境错综复杂,特别是重度污染地区都会导致基站铁塔天线等基站设备面临着严苛的考验。由于产品服役环境涉及因素繁多,而且评价试验时间较长,已经严重影响到了产品设计和质量评价效率,导致影响产品质量的不确定性加大,产品成本加大。基站设施和通讯产品的金属材料及其防护层进行快速寿命测试有着迫切性的需求,其中实现远程在线腐蚀监检测是服役寿命评估研究中的关键技术。因此,基于国家材料环境188asia金宝博官网 服务平台积累的金属及防护涂层大气腐蚀数据,并借助移动通讯在数据无线传输方面的优势,结合在线大气腐蚀监检测传感器,建立大气腐蚀数据监控中心,通过本项目的实施,进一步提高平台数据在工业生产中的应用服务质量,一方面可以提高企业产品设计水平和生产质量的控制,另一方面可以大幅度降低产品质量评价成本,是确保通讯设施安全可靠运行的必要保障。


3、运输行业

中国高速铁路作为现代社会的一种新的运输方式,中国是世界上高速铁路发展最快、系统技术最全、集成能力最强、运营里程最长、运营速度最高、在建规模最大的国家。因此我国高铁已贯穿东西南北,沿途经过工业大气、海洋大气、乡村大气和城市大气等多种复杂大气环境,一方面高速列车材料面临着复杂多变的大气腐蚀问题,另一方面在沿海和工业污染地区的高铁基础设施腐蚀状况非常严重,因此,基于物联网先进大气腐蚀在线检测系统在我国高铁的建设和运营中的应用,必将为高铁设施安全可靠运行提供必要保障。


综上所示 , 由于电力、通讯和运输等行业设施和产品服役环境条件严酷苛刻,各类设备材料都面临在大气环境中的腐蚀和防护问题。依托“金宝博下载 ”,基于物联网先进大气腐蚀在线检测系统的建设和推广示范,可为设备材料选型和腐蚀防护方案制定提供基础数据支撑,对设备在大气环境中长期安全服役具有重要意义。


金宝博下载 平台资源现状

服务专项承揽单位已完全具备了支撑本专题服务的资源条件,具体如下:


(1)项目承担单位经过60年的发展,项目承担单位已拥有各种电化学分析仪器、环境腐蚀试验模拟设备、材料检测设备等近 30 台套,这些设备为项目的顺利开展提供了硬件保障。不仅拥有武汉大气试验站,而且是平台各大气试验站的组长单位,可以为基于物联网先进大气腐蚀在线检测系统提供验证实验场所。


(2)项目承担单位作为金宝博下载 大气组长单位长期负责国家材料环境腐蚀试验大气试验站的数据采集与分析工作,同时也是我国较早开展大气腐蚀监检测 ACM 仪研究的单位,研究成果为本项目的顺利开展提供了良好的科研基础。


(3)拟参加本专项服务的人员大多具有大气腐蚀行为和规律科研经验,具有腐蚀数据分析处理、腐蚀数据库设计和188asia金宝博官网 服务等工作经验,熟悉该研究领域的各项工作内容。


此外,本服务专项采用广泛收集国内外各种相关腐蚀研究成果、现场调研和实验室研究相结合的方法,不仅保证了研究工作的系统性和科学性,还能通过实验数据进行对比验证,保证分析结果的可靠性。服务专项承揽单位多年来开展对外腐蚀188asia金宝博官网 和物联网技术开发服务,与较多数的电力、通讯和运输设备使用单位有业务关系,可保障专题研究成果的推广应用工作顺利完成。


金宝博下载 服务成果

基于现代计算机技术,建立腐蚀试验的智能化管理系统,以保障试验站标准、高效、长期运行,保障试验数据的可靠性。该系统功能主要包括腐蚀试验远程实时监检测(包括监检测设备、设施的安装与集成)、气象因素数据自动记录与查询、大气污染物数据记录与查询、试验站过程数据记录、试样唯一身份检测数据(如腐蚀或老化数据)记录与查询、测试标准的电子化数据流控制、多功能查询与图表显示、标准化检测报告生成、数据的网络化传输等。


(1)研制在线监检测传感器

应用原电池原理,由 Fe-Ag 电偶组成传感器,基板由 0.8mm 厚的碳钢板加工到 64mm*64mm 制成。将基板在丙酮中超声波脱脂后,先涂上一层厚度为20μm 含有 BN 和环氧树脂的绝缘涂层,然后再涂上一层厚度为 15μm 含有银和树脂的导电层,这层导电层相当于阴极,钢基板裸露的部分相当于阳极。


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自动采集系统实物照片

(2)大气腐蚀电化学测试仪

大气腐蚀电化学测试仪将各种环境下的温度、相对湿度 RH 以及感测器的输出电流大气腐蚀电化学测试仪。电源部分采用独立的太阳能电源供应模块,为主板、传感器提供电源。传感器目前可支持如环境温度等参数采集。为了具有扩展性,主板对外提供统一的接口,采用 RS485/CAN 方式。只要支持这种硬件接口的传感器,都可以方便的纳入采集系统中。考虑到野外环境的复杂性,使用超低功耗的STM32L152VBT6 芯片。使用意发半导体的这款芯片,可以在降低成本、降低功耗的基础上获得同等的处理能力。


(3)无线数据网络传输系统

传输部分使用 GPRS 模块,采用串口通信的模式驱动。可支持中国移动、中国联通的 GSM 网络。


(4)腐蚀数据库

信息收集服务将会安装在一台公网服务器上。采集的数据经过加密,通过运营商网络访问这台服务器。服务器将会记录这些定期上行的数据,并将收集到的数据存储在数据库中。数据库中将保存所有原始的采集数据,此外,为了数据分析和挖掘的需要,将建立汇总分析表格,以便进行统计分析报表处理。


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腐蚀数据库在线示意图

(5)腐蚀数据库和腐蚀监控中心建设

建立腐蚀数据库和腐蚀预测系统,完成在线监检测腐蚀数据存储数据库设计和建立,腐蚀数据库将满足实时的、原始的、海量的采集数据的存储,此外,为了数据分析和挖掘的需要,将建立汇总分析表格,以便进行统计分析报表处理;建立腐蚀监控中心支持 WEB 方式访问数据,支持数据的查询、分析和统计,可以根据用户需要,定期或即时整理出报表。用户可通过web 方式,到中心服务器查询各监检测点的历史数据。支持用户通过中心服务器监控各监检测点设备状态。支持当监检测点出现异常时,通过短信、邮件等方式向相关责任人即时报警。


腐蚀预测系统:采用 MVC 模式对内处理数据,对外展示数据分析结果。支持WEB方式访问数据,支持数据的查询、分析和统计,可以根据用户需要,定期或即时整理出报表。用户可通过 web 方式,到中心服务器查询各监检测点的历史数据。支持按照定制的报表即时或定期生成。支持用户通过中心服务器监控各监检测点设备状态。支持当监检测点出现异常时,通过短信、邮件等方式向相关责任人即时报警。


大气环境腐蚀速率在线监检测系统数据服务共享:建立“我国典型大气环境腐蚀速率在线监检测系统”专项数据服务共享页面,为各行业的设备材料选择、腐蚀防护方案设计、维修维护提供数据支撑;为电力、通讯以及运输等行业设备选择、腐蚀防护方案设计、维修维护提供数据支撑,以及长期安全运行服务。

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