本发明涉及海洋结构物水下防腐技术领域，具体而言，尤其涉及一种用于海洋结构物水下防腐涂层原位监测的装置及方法。
背景技术：
海洋结构物基于防腐、防污等要求，均需要涂覆涂层。但由于目前缺乏原位监测涂层破损率的装置及方法，工作人员无法及时地判断出何时应该对涂层进行修补。由于腐蚀性介质能够通过涂层渗透到金属表面，涂层内部已经开始剥离甚至涂层下方的金属已经发生了腐蚀穿孔，但很多情况下涂层外表面并无明显变化，导致这些失效行为难以被及时发现。因此应用水下防腐涂层原位监测技术对于及时发现这些腐蚀问题和指导涂层修复有一定的指导意义。
目前最常用的涂层检测方法是低频阻抗法，但该方法仅适用于实验室定性评估涂层状态。工程用三电极检测体系多为柱状三电极，由于容易受到风浪流及海洋漂浮物的影响，其结构形式不利于海洋环境监测，且由于柱状电极不利于涂覆涂层，其工作电极不能够完全反映海洋结构物外表面涂层状态。而通过阴极保护电流评估涂层破损率的方法也存在局限性，不能应用于没有阴极保护的海洋结构物涂层破损率的监测，对于牺牲阳极保护的海洋结构物需要在牺牲阳极中预埋电流监测传感器，工艺复杂，成本较高。
技术实现要素：
根据上述提出的现有方法存在局限性不能满足使用需求的技术问题，而提供一种用于海洋结构物水下防腐涂层原位监测的装置。本发明基于电化学阻抗谱法主要利用片状三电极体系全面的反映被监测结构物表面的涂层状态，该装置安装便捷，无需更换。
本发明采用的技术手段如下：
一种用于海洋结构物水下防腐涂层原位监测的装置，包括：法兰盘、通过第一连接件与所述法兰盘密封连接的下法兰舱以及通过第二连接件与所述下法兰舱密封连接的焊接垫板；所述法兰盘上表面设置有参比电极、对电极、第一工作电极以及第二工作电极，所述参比电极、对电极、第一工作电极以及第二工作电极均被设置为上表面与所述法兰盘上表面处于同一平面；所述参比电极信号线穿过下法兰舱进入海洋结构物内部走线接入电化学工作站的参比电极端，所述对电极信号线穿过下法兰舱进入海洋结构物内部走线接入电化学工作站的对电极端，所述第一工作电极、第二工作电极连接于设置在下法兰舱内的继电器，所述继电器通过海洋结构物内部走线接入电化学工作站的工作电极端；使用时，所述参比电极、对电极、第一工作电极以及第二工作电极的上表面均与海水环境接触。
本发明还提供了一种基于上述装置的用于海洋结构物水下防腐涂层原位监测的方法，包括：
电路连接，将该装置监测第一工作电极、第二工作电极与继电器相连，将监测参比电极通过导线接入电化学工作站的参比电极端，将对电极通过导线接入电化学工作站的对电极端，以及将继电器公共端通过导线接入电化学工作站的工作电极端；
读取涂层阻抗随频率变化的曲线，使用电化学工作站的阻抗-频率扫描功能，测得第一工作电极和第二工作电极涂层阻抗随频率变化的曲线；
涂层破损率评估：读取所述工作电极涂层在0.1hz处的低频阻抗模值，包括根据以下计算求取涂层破损率：
其中，k为涂层破损率，|z|为低频阻抗模值。
较现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明探针采用片状三电极体系，比传统柱状三电极体系，更适合海洋环境，更能够反映海洋结构物水下防腐涂层的涂层破损率。
2、本发明探针采用双工作电极的形式，两工作电极可以通过继电器进行切换，从而增加了探头的可靠性。
3、本发明能够原位实时监测海洋结构物水下防腐涂层破损率，及时发现水下防腐涂层的失效，为涂层修复提供指导，减少海洋结构物水下设施因腐蚀而引起的事故的发生。
综上，应用本发明的技术方案基于电化学阻抗法利用片状三电极体系提供了一种定量评估涂层状态的方法。
基于上述理由本发明可在海洋结构物防腐领域广泛推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明防腐涂层原位监测的装置的系统连接图；
图2为本发明防腐涂层原位监测的装置的主剖视图；
图3为本发明防腐涂层原位监测的装置的侧剖视图。
图中：1、法兰盘；2、参比电极；3、对电极；4、第一工作电极；5、第二工作电极；6、第一连接件；7、绝缘垫片；8、第二连接件；9、继电器；10、下法兰舱；11、焊接垫板；12、电化学工作站。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
如图1-3所示，本发明提供了一种用于海洋结构物水下防腐涂层原位监测的装置包括法兰盘1、参比电极2、对电极3、第一工作电极4、第二工作电极5、第一连接件6、绝缘垫片7、第二连接件8、继电器9、下法兰舱10、焊接垫板11以及电化学工作站12。作为较佳的实施方式，本发明中电化学工作站优选使用corrtestcs350h电化学工作站。
法兰盘1上表面设置参比电极2、对电极3、第一工作电极4以及第二工作电极5。其中参比电极2、对电极3、第一工作电极4以及第二工作电极5的上表面均与法兰盘1的上表面处于同一平面。参比电极2信号线穿过下法兰舱10进入海洋结构物内部走线接入电化学工作站12的参比电极端。对电极3信号线穿过下法兰舱10进入海洋结构物内部走线接入电化学工作站12的对电极端。第一工作电极4、第二工作电极5连接于设置在下法兰舱10内的继电器9，继电器9的公共端通过海洋结构物内部走线接入电化学工作站12的工作电极端。
在空间允许的条件下，各电极设置要遵循参比电极2要尽量靠近工作电极4、5，对电极3要尽量远离工作电极4、5的原则。参比电极2用于在测试过程中为工作电极4、5提供稳定的电位基准，距离太大两者之间的溶液电阻影响不能忽略，会影响测试结果。探头的测试是基于对电极3与工作电极4、5形成的电场，两者距离太小时，两者之间形成的电场不均匀，也会影响测试精度。作为本发明较佳的实施方式，参比电极2与工作电极4、5间距小于1厘米，对电极3与工作电极4、5大于1厘米。
对于海洋结构物水下防腐涂层监测，需要工作电极具有较大的面积，柱状电极为了增加与海水的接触面积，通常将整个电极体凸出探头表面，这样会导致电极体容易受到海洋漂浮的撞击而发生破坏；此外，柱状电极体不利于涂层均匀涂布。
因此，作为本发明较佳的实施方式，所述第一工作电极4、第二工作电极5和对电极3优选直径为50mm的圆盘状电极，通过背部直径为10mm的螺柱配合绝缘垫片7安装于法兰盘1上，参比电极2为横截面直径10cm的圆柱体，通过环氧树脂固定安装法兰盘1上，密封后电极表面与法兰盘1表面处于同一平面。绝缘垫片7为内径10mm外径30mm厚度3mm的尼龙圆环
使用时，所述参比电极2、对电极3、第一工作电极4以及第二工作电极5的上表面均与海水环境接触。
进一步作为本发明的优选，法兰盘1和下法兰舱10为表面涂覆与待监测海洋结构物相同涂层的钢制法兰和法兰舱。第一工作电极4、第二工作电极5与待监测海洋结构物的材质、防腐涂层相同。
进一步作为本发明的优选，监测参比电极2为ag/agx电极，监测对电极3为mmo辅助阳极。
本发明提供一种利用所述的装置原位监测海洋结构物水下防腐涂层破损率的方法，该方法包括如下步骤：
电路连接：将该装置监测工作电极14、工作电极25与继电器9相连，监测参比电极2、对电极3和继电器9公共端通过导线分别接入电化学工作站13的参比电极端、对电极端和工作电极端；
使用电化学工作站12的阻抗-频率扫描功能，测得工作电极14和工作电极25涂层阻抗随频率变化的曲线。
涂层破损率k评估：读取涂层在0.1hz处的低频阻抗模值|z|，带入以下涂层破损率k公式：
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
1.一种用于海洋结构物水下防腐涂层原位监测的装置，其特征在于，包括：法兰盘(1)、通过第一连接件(6)与所述法兰盘(1)密封连接的下法兰舱(10)以及通过第二连接件(8)与所述下法兰舱(10)密封连接的焊接垫板(11)；
所述法兰盘(1)上表面设置有参比电极(2)、对电极(3)、第一工作电极(4)以及第二工作电极(5)，所述参比电极(2)、对电极(3)、第一工作电极(4)以及第二工作电极(5)均被设置为上表面与所述法兰盘(1)上表面处于同一平面；
所述参比电极(2)信号线穿过下法兰舱(10)进入海洋结构物内部走线接入电化学工作站(12)的参比电极端，所述对电极(3)信号线穿过下法兰舱(10)进入海洋结构物内部走线接入电化学工作站(12)的对电极端，所述第一工作电极(4)、第二工作电极(5)连接于设置在下法兰舱(10)内的继电器(9)，所述继电器(9)通过海洋结构物内部走线接入电化学工作站(12)的工作电极端；
使用时，所述参比电极(2)、对电极(3)、第一工作电极(4)以及第二工作电极(5)的上表面均与海水环境接触。
2.根据权利要求1所述的用于海洋结构物水下防腐涂层原位监测的装置，其特征在于，
所述对电极(3)、第一工作电极(4)以及第二工作电极(5)均被设置为直径为50mm的圆盘状电极，且电极通过设置于其背部的直径为10mm的螺柱绝缘安装于法兰盘(1)上；所述参比电极(2)被设置为横截面直径为10mm的圆柱体，并通过环氧树脂固定在法兰盘(1)上。
3.根据权利要求1或2所述的用于海洋结构物水下防腐涂层原位监测的装置，其特征在于，所述法兰盘(1)与所述下法兰舱(10)均为表面涂覆有与待监测海洋结构物相同涂层的钢制结构。
4.根据权利要求1或2所述的用于海洋结构物水下防腐涂层原位监测的装置，其特征在于，
所述第一工作电极(4)以及第二工作电极(5)均与待监测海洋结构物的材质相同，且涂覆有与待监测海洋结构物相同防腐涂层。
5.根据权利要求1所述的用于海洋结构物水下防腐涂层原位监测的装置，其特征在于，所述参比电极(2)为ag/agx电极。
6.根据权利要求1所述的用于海洋结构物水下防腐涂层原位监测的装置，其特征在于，所述对电极(3)为mmo辅助阳极。
7.一种基于权利要求1所述装置的用于海洋结构物水下防腐涂层原位监测的方法，其特征在于步骤包括：
电路连接，将该装置监测第一工作电极(4)、第二工作电极(5)与继电器(9)相连，将监测参比电极(2)通过导线接入电化学工作站(12)的参比电极端，将对电极(3)通过导线接入电化学工作站(12)的对电极端，以及将继电器(9)公共端通过导线接入电化学工作站(12)的工作电极端；
读取涂层阻抗随频率变化的曲线，使用电化学工作站(12)的阻抗-频率扫描功能，测得第一工作电极(4)和第二工作电极(5)涂层阻抗随频率变化的曲线；
涂层破损率评估：读取所述工作电极涂层在0.1hz处的低频阻抗模值，包括根据以下计算求取涂层破损率：
其中，k为涂层破损率，|z|为低频阻抗模值。
技术总结