[发明专利]一种用于石油开采的地下管道

说明书

技术领域

本发明涉及管道领域，具体涉及一种用于石油开采的地下管道。

背景技术

地下管道是敷设在地下用于输送液体、气体或松散固体的管道。现代的地下管道种类繁 多，有圆形、椭圆形、半椭圆形、多圆心形、卵形、矩形(单孔、双孔和多孔)、马蹄形等各 种断面形式，采用钢、铸铁、混凝土、钢筋混凝土、预应力混凝土、砖、石、石棉水泥、陶 土、塑料、玻璃钢(增强塑料)等材料建造。

石油开采用地下管道是专用于运输石油产品，由于石油的特殊性，其对运输的管道提出 了更高要求。现有管道一般不具备湿度检测功能，或者灵敏度不高等，容易对人身安全、设 备等造成损失。

发明内容

本发明的目的在于避免现有技术中的上述不足之处而提供一种用于石油开采的地下管道。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

本发明提供了一种用于石油开采的地下管道，其特征在于：所述管道(1)的外部每隔 2Km安装有ZnO基湿敏传感器模块(2)；所述ZnO基湿敏传感器模块(2)主要由湿敏敏感 元件和数据读取元件组成，所述湿敏敏感元件为叉指电极型，包括硅片衬底(10)、Si-NPA (20)、氧化锌纳米线(30)和石墨烯层(40)；所述管道(1)上还设置有微处理器、LED 显示灯条和无线通信模块；所述微处理器的输入端与所述ZnO湿敏传感器模块(2)的输出 端连接，所述ZnO湿敏传感器模块(2)检测值达到预设值，所述微处理器控制LED显示灯 条发出闪光，所述LED显示灯条连接有一个蜂鸣器，LED显示灯条闪烁的同时触动蜂鸣器发 出警报；所述无线通信模块为CC2420无线通信模块，所述ZnO湿敏传感器模块(2)可通 过所述CC2420无线通信模块发送检测数据至数据基站，移动用户终端可通过互联网查看检 测结果或将检测数据上传至云存储中心，形成检测和监测网络；所述管道(1)的输出电线侧 壁上设置有一个用于脱湿的聚乙烯醇-乙二胺四甲叉磷酸-聚砜基膜中空纤维复合膜组件，该 膜组件将聚乙烯醇-乙二胺四甲叉磷酸-聚砜基膜中空纤维复合膜固定在玻璃电极上，玻璃电 极与湿敏传感器连接；所述氧化锌纳米线(30)长度约7μm。

优选地，所述湿敏敏感元件的制备方法如下：

步骤一，制备Si-NPA衬底：对3cm×3cm的硅片衬底(10)进行包括清洗去污、水热 法腐蚀制备Si-NPA衬底；①取3cm×3cm的硅片，将硅片置于硫酸和双氧水体积比4：1 的混合溶液中，超声处理20min，取出用去离子水清洗，以去除硅片表面的有机杂质；将硅 片放置于体积比为H₂O：H₂O₂：NH₄OH＝5：2：1的混合溶液中，超声清洗20min，随后取 出用去离子水清洗，以去除硅片表面的有机物和金属络合物；②利用水热法腐蚀制备Si-NPA： 称取1.0g的Fe(NO₃)·9H₂O倒入聚四氟乙烯中，随后向其中加入20ml去离子水和30ml40％ 的HF溶液；将上步清洗的硅片放入溶液中，加盖放入水热釜中，随后将水热釜放入干燥箱 中，180℃恒温保持30min，自然冷却后，取出硅片清洗即得Si-NPA衬底；

步骤二，生长氧化锌纳米线：采用磁控溅射结合热氧化法制备氧化锌纳米线；将硅纳米 孔柱衬底放入磁控溅射仪中，在溅射电压220V、溅射电流0.8A条件下，磁控溅射Zn膜， 厚度为50nm，随后将其放入箱式炉中，在400℃下热氧化法处理4h，得到长度约7μm， 直径约30nm的氧化锌纳米线；

步骤三，生长石墨烯层：采用化学气相沉积法制备石墨烯；首先在上步得到的衬底上磁 控溅射一层金属Ni膜，厚度约为5nm；其次，将该衬底放入管式炉中，升温至900℃，按 一定速率通入氢气作为保护还原气体，稳定30min，然后，按照一定比例同时通入甲烷2h， 停止通入甲烷后开始自然降温；在Ni催化剂作用下，甲烷分子在高温下会裂解成碳原子和氢 原子，在降温过程并且在氢气的保护下，碳原子会沉积形成一层石墨烯薄膜；

步骤四，蒸镀叉指电极：得到生长有氧化锌纳米线和石墨烯的硅纳米孔柱衬底后，在衬 底表面覆盖叉指电极掩模版，利用磁控溅射法在其表面蒸镀一层500nm厚的Au薄膜作为电 极；

步骤五，组装敏感元件与读取数据元件：读取数据元件的正负极导线连接到叉指电极上， 两部分组成氧化锌基湿敏传感器器件；