輸氣管線陰極保護在線監控系統研究與應用*

(1.中國石油集團川慶鉆探工程有限公司工程技術研究院,陜西 西安 710018； 2.低滲透油氣田勘探開發國家工程實驗室，陜西 西安 710018)

目前長慶油田伴生氣綜合利用輸送主要依靠長距離埋地管線來實現,管材一般為鋼制螺旋焊管。由于輸氣管線均采用埋地方式鋪設, 所以多選擇在人少、環保、少占耕地的地方,管線穿越地段地形復雜,土壤性質各異,土壤對管道產生不同程度腐蝕[1]。伴生氣輸氣管線雖然采用了外防腐層保護，但近幾年因各種原因腐蝕嚴重，時常發生管道泄漏，造成環境污染。陰極保護措施是延長輸氣管線使用壽命,減少輸氣管線運行故障的有效手段。外加電流法在實施大范圍野外陰極保護時比較經濟，但需要有專人管理維護，并需要有穩定可靠的不間斷電源，需要對管線上裝有的陰極保護裝置實行不間斷監測和控制。對輸氣管線陰極保護裝置的監測與控制一般多由管道巡視員或維修工定期進行，隨著油田現代化管理水平不斷提高，迫切需要無人值守來替代人工巡檢[2]。

為此，研發了輸氣管線陰極保護在線監控系統[3],實現了對配氣站輸氣管線進行強制電流陰極保護、減緩腐蝕、在值班室能對陰極保護恒電位和腐蝕電位進行在線監測和控制的目的，收到了良好的經濟效益[4]。

1 在線監控系統構成

陰極保護是采用直流電源給被保護金屬通以陰極極化電流，使金屬表面陰極極化，當極化電位大于或等于腐蝕電池的開路電位時，被保護金屬停止腐蝕。通常情況下，保護電位為-1.15～-0.85 V(用硫酸銅參比電極測定)，可達到使金屬停止腐蝕。大于保護電位-0.85 V時，管線不受保護；小于最小保護電位-1.15 V時，開始析氫反應。輸氣管線陰極保護實現這一原理的過程是，直流恒電位儀電源負極與輸氣管線連接，正極與輔助陽極和深井接地陽極連接，從而構成保護回路。外加電流法陰極保護方法具有較大的輸出功率，可以進行遠距離陽極配置，輸出電流連續可調、保護范圍大、不受環境電阻率限制、經濟性好和保護裝置壽命長等優點，使其在防腐蝕工程中越來越受到重視[5]。

輸氣管線陰極保護遠程在線監控系統由外加電流法陰極保護在線防蝕儀和遠程監控中心兩部分組成[6](見圖1)。

圖1 輸氣管線陰極保護在線監控系統

2 在線監控系統設計

2.1 在線防蝕儀設計

在線防蝕儀主要由監控陰極保護電流、恒電位和參比電位的儀表,可調式恒電位儀和遠程控制終端(RTU)模塊組成(見圖2)。可調式恒電位儀用于輸出連續調控直流電壓和電流，輸出電壓恒定，調壓安全，運行效率高；監控儀表用于就地顯示陰極保護電流、恒電位和參比電位，并通過RS485接口將采集的陰極保護電流、恒電位和參比電位數據上傳至RTU模塊[7]；RTU模塊再將接收到的陰極保護電流、恒電位、參比電位和啟停信號數據通過專網傳送到監控站內，實現遠程在線監控[8]，達到配氣站輸氣管線安全高效運行的目的。

圖2 陰極保護在線防蝕儀構成

2.2 主要技術參數

(1)冷卻方式：風機溫控型風冷，電源內部溫度高于60 ℃時，風扇開始運轉降溫；

(2)環境條件：溫度范圍-30～60 ℃，空氣相對濕度不超過85%；

(3)輸入電壓：(220±22) V,50 Hz；

(4)輸出電壓：0～30 V；

(5)輸出額定電流：30 A；

(6)通訊接口：RJ45。

2.3 在線遠程監控中心設計

在線監控中心作為操控終端，由計算機上的監控軟件提供人機界面，通過專網接受陰極保護在線防蝕儀遠程控制終端傳來的陰極保護電流、恒電位、參比電位和遠程啟停數據，在監控中心計算機上直接顯示陰極保護異常情況的分析和判斷，出現異常情況時，可以遠程關閉在線防蝕儀供電工作，正常時可以遠程啟動在線防蝕儀工作。監測中心軟件的編制采用力控軟件編寫，力控軟件擁有友好的界面和強大的功能，提供了一個良好的Windows系統下的可視化開發環境[9]。油田專網通信速率高、穩定性好，具有顯著的應用優勢,對于保證整個輸氣管線電流陰極保護系統運行的穩定性和可靠性具有重要意義[10]。

3 現場應用

自主研發的輸氣管線陰極保護在線監控系統， 2016年6月在長慶油田第三采油廠伴生氣綜合利用輸氣管線上進行了現場應用, 該系統實現了長輸管道陰極保護狀況的在線檢測，同時可以通過在線監控方式隨時監視并調整防蝕儀的恒電位工作狀態，使得整個陰極保護系統處于最佳工作狀態。1年多的運行實踐表明，對配氣站輸氣管線進行強制電流陰極保護實現了防腐蝕的目的，實現了輸氣管線陰極保護的統一集中管理，提高了陰極保護管理的科學性、準確性和及時性，收到了良好的經濟效益。

4 結 論

(1)對輸氣管線進行強制電流陰極保護實現了防腐蝕的目的，采用脈寬調制恒電位供電，克服了傳統型硅整流防蝕儀運行效率低、有振動噪聲和發熱浪費電能等缺點。

(2)輸氣管線陰極保護在線監測系統采用人性化的操作和清晰的圖表，能夠直觀及時地查看各監測點的狀況，以便能及時排除故障,對提高陰極保護水平、減少管線腐蝕及延長管線使用壽命有著積極意義。

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[5] 高寶元.叢式井組套管陰極保護數字化監測儀研制與應用[J].石油化工腐蝕與防護，2017,34(4)：15-17.

[6] 王峰.強制電流陰極保護及智能監測系統 [J].油氣田地面工程，2008,27(7)：68,70.

[7] 李曄，袁學民，趙柱.在線分析儀表的選擇與應用[J].石油化工自動化，2012,48(4)：70-73.

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[10] 楊永剛，王寶明，楊孝剛，等.叢式井組套管陰極保護新技術研究與應用[J].石油化工應用，2013，13(3):69-72.

(編輯 張向陽)