陰極保護系統(tǒng)信號傳輸問題探討

寧海春，蔣光跡，郭惠麗，黃元和，閆紅霞

(中國石油化工股份有限公司中原油田普光分公司，四川達州636150)

天然氣管道外防腐蝕必須采取陰極保護技術［1-2］，普光氣田陰極保護系統(tǒng)是腐蝕防護的重要組成部分，它與管道外3PE涂層相輔相成，最大限度地減緩了電解質對管線的腐蝕作用［3］。

陰極保護測試樁是防止埋地鋼管腐蝕的重要設備［4-7］，它主要用于陰極保護電位的測試及遠傳，通過測試樁可以周期性測取管道陰極保護的各項參數(shù)，及時發(fā)現(xiàn)和判斷腐蝕風險，掌握陰極保護系統(tǒng)的運行情況，保證管道安全運行。

根據(jù)設計要求，普光氣田閥室陰極保護系統(tǒng)保護電位應該先傳輸?shù)介y室遠程終端控制系統(tǒng)(RTU)，再傳至中控室陰極保護智能監(jiān)測服務器。但目前大部分陰極保護測試樁的信號無法準確傳輸?shù)街锌厥摇７治龊蟀l(fā)現(xiàn)，從閥室RTU到中控室的傳輸信號大部分正確，而陰極保護測試樁的參比電極到閥室RTU之間信號傳輸問題嚴重。

1 陰極保護系統(tǒng)信號傳輸問題

陰極保護站設置輸出信號及管道沿線保護電位，接入閥室RTU，再上傳至中控室陰極保護智能監(jiān)測系統(tǒng)服務器，進行數(shù)據(jù)處理、分析、報警。陰極保護測試樁內部為集成電路板，主要分為接線模塊、電源模塊、CU1模塊、傳感器模塊及安控模塊，接線模塊用于電源線、信號線、參比電極線等電路的接入或連接，電源模塊用于測試樁用電的傳輸，傳感器模塊的作用是將電位轉變?yōu)?～20 mA的電流信號(見圖1)。

圖1 陰極保護測試樁內部結構Fig.1 Internal structure of cathodic protection test piles

選擇7個陰極保護測試樁進行測試，參比輸入和閥室RTU顯示值的數(shù)據(jù)見表1。

由表中數(shù)據(jù)可知，參比輸入測試值與RTU顯示值存在一定差值，說明信號傳輸出現(xiàn)了問題。

2 信號傳輸問題分析

陰極保護測試樁內部電子模塊信號傳輸過程為:24 V電源輸入到A和B，A和B分別為CU1和直流電壓傳感器提供15 V和24 V直流電源。參比輸入信號(電壓信號)進入CU1，通過CU1給直流電壓傳感器提供電壓信號，直流電壓傳感器輸出4～20 mA電流信號到閥室RTU，RTU顯示電壓信號，此顯示值應與參比輸入信號實際值一致(見圖2)。

表1 參比輸入值與RTU顯示值對比Table 1 Contrast between reference electrode input value and RTU value V

圖2 陰極保護測試樁信號傳輸過程Fig.2 Signal transmission process of cathodic protection test piles

現(xiàn)場測試表明，從陰極保護測試樁輸出端到RTU之間的傳輸正常，問題集中在陰極保護測試樁本身。表2～4為現(xiàn)場隨機抽取幾個測試樁進行測試的結果。

表2 陰極保護測試數(shù)據(jù)Table 2 Cathodic protection test data V

由表2可知，當10號測試樁檢測時，直流電壓傳感器輸出電流是8.7 mA，折合成電壓為1.175 V，證明直流電壓傳感器有問題，但RTU到中控室傳輸沒有問題。11號測試樁應該是RTU卡件有問題。12號測試樁閥室電源模塊有問題。同時說明8號和9號測試樁基本正常。

對11號測試樁進行進一步的實驗(信號源提供參比輸入電壓)，數(shù)據(jù)見表3。

表3 11號測試樁陰極保護測試數(shù)據(jù)Table 3 Cathodic protection test data of 11#cathodic protection test pile V

由表3的數(shù)據(jù)可以得出，電壓傳感器輸出有問題。

對1號測試樁進行了進一步實驗(信號源提供參比輸入電壓)，數(shù)據(jù)見表4。

表4 8號測試樁陰極保護測試數(shù)據(jù)Table 4 Cathodic protection test data of 8#cathodic protection test pile V

表4的實驗數(shù)據(jù)展示了8號陰極保護測試樁各器件的正常電器特性。

分析以上數(shù)據(jù)，說明信號傳輸問題主要集中在測試樁上。測試樁內部進行信號轉換時，由于元件的問題，使測試樁最后輸出信號與輸入信號不對應，導致將錯誤信號傳到RTU和中控室，當然，也存在由于RTU機柜卡件問題導致中控室信號錯誤的情況(比如11號測試樁)。通過現(xiàn)場查看，測試樁電路焊接質量差，尤其是電源模塊和CU1部分，線路凌亂，嚴重影響了陰極保護系統(tǒng)信號傳輸問題。

3 分析及解決方法

3.1 將測試器件安裝在室外測試箱中

3.1.1 將各測試器件組合成一個功能塊

選取質量好的電器元件，組裝在一塊印刷線路板上(見圖3)，改造成便于檢查和更換的電路板，使線路清晰簡潔，同時保證電器特性，使信號在各功能塊之間準確轉換，最后輸出為正確的信號。印刷線路板只測量輸入和輸出，就能斷定電路板是否正常(線路板上應設置測試點)，便于查找問題。

圖3 功能塊設計圖Fig.3 Design diagram of function block

根據(jù)以上改造，可以有效解決信號傳輸問題，并且傳輸一旦出現(xiàn)問題，也可以方便查找問題并整改。

3.1.2 用防爆膠泥封堵測試樁出口

在現(xiàn)場檢查過程中，發(fā)現(xiàn)接線箱內部有銹蝕，導線上有霉變產生，測試樁接線箱下部需要封堵(圖4)，以免潮氣進入接線箱對電器元件造成不利影響。

圖4 測試樁需要封堵的部位Fig.4 Part of test pile needed to be blocked

3.1.3 接線箱內放入干燥劑

為了保證接線箱內干燥，建議在接線箱內部放置少量干燥劑。

3.1.4 將接線箱的門嚴密關閉

為了防潮，現(xiàn)場接線箱的門需要嚴密關閉，可以采取增加橡膠密封圈的方法。但實際應用中，部分陰極保護測試樁的門不能準確合攏、關閉不嚴，以致潮氣從縫隙處進入接線箱。

3.2 將測試器件安裝在閥室的機柜內

如果將參比輸入信號直接引入機柜間，可以達到信號不會衰減的效果，且最好把測試器件做成卡件置于機柜間。既能有效保護電器元件免于環(huán)境影響，又能確保工作的穩(wěn)定性，延長使用壽命。

通過對比分析各種方法，試驗研究表明，將各測試器件組合成功能塊，最后再將功能塊安裝于閥室的機柜間。一方面能夠方便地查找出測試元件的故障，故障時換上新的備件即可解決問題，另一方面能夠防止測試元件受潮，有效地解決了陰極保護系統(tǒng)信號問題。

4 小結

普光氣田閥室陰極保護系統(tǒng)保護電位應準確傳到閥室RTU系統(tǒng)，再傳至中控室陰極保護智能監(jiān)測服務器，但目前大部分陰極保護測試樁的信號無法準確傳輸?shù)街锌厥遥饕驗樵艹保绊憸y量和傳輸。通過將各個測試器件組合成功能塊，再將功能塊安裝于閥室的機柜間，有效地保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_性。

［1］ 王文.管道陰極保護技術的進展［J］.石油工程建設，2002，28(1):23-25.

［2］ 胡士信.管道陰極保護技術現(xiàn)狀與展望［J］.腐蝕與防護，2004，25(3):93-101.

［3］ 冉箭聲，寧海春，魯勝偉，等.山區(qū)管道應用陰極保護技術常見問題及解決措施［J］.石油化工腐蝕與防護，2012，29(4):31-33.

［4］ 劉晶妹，李強.淺析管道陰極保護及其應用［J］.腐蝕與防護，2005，12(2):168-173.

［5］ 金海峰.陰極保護技術在石油化工設施中的設計與應用［J］. 油氣田地面工程，2009(9):37-40.

［6］ 叢軍.陰極保護測試樁的發(fā)展與改進［J］.上海煤氣，2012(2):18-19，25.

［7］ 丁佐暖.長輸管道陰極保護參數(shù)自動采集系統(tǒng)的應用［J］.寧夏石油化工，2005(2):16-18.