一種站場區域性陰極保護智能化管理系統

方衛林

(中國石油西部管道公司，烏魯木齊 830000)

陰極保護是保護埋地管道和設備免遭土壤腐蝕的一項有效技術，在油田、長輸管線、罐區、站場、煉廠和燃氣管網等領域已有廣泛應用。

區域性陰極保護在我國的實踐開始于20世紀70年代初，勝利油田首先開展了區域性陰極保護技術的研究工作[1-3]。我國站場區域性陰極保護技術的推進相對滯后，隨著管線運行時間的增長，站場埋地管網和儲罐的腐蝕危害已日益嚴重。國內油氣輸送站場內部因陰極保護欠缺而導致的腐蝕事故時有發生[4-5]，因此建立和完善站場內保護對象的區域性陰極保護方案與有效管理思路，并利用先進手段實現優化設計與科學管理，顯得尤為重要和迫切[6-7]。

本工作結合當前陰極保護有效性測量方法存在的典型問題，針對同步通斷電位測試與數據采集自動化開展了智能化管理研究，并在西氣東輸管線的某站進行了實際應用,以期為站場區域陰極保護技術的推進提供技術支持。

1 站場區域性陰極保護系統的智能化管理方案及構成

為了實現對站場區域性陰極保護系統各設備的運行狀態參數及遍布站內的電位數據采集工作進行信息化集中管理，本方案設計了陰極保護系統同步控制與數據采集系統，其網絡架構如圖1所示。該架構既可用于區域陰極保護系統，也適用于長輸管道干線陰極保護系統。根據應用功能，該架構可劃分為設備層、網絡層和應用層。

(1) 設備層主要包含系統中用于監測及控制的相關儀器與設備，包括智能測試樁和智能恒電位儀。

圖1 區域性陰極保護的智能化管理系統架構Fig. 1 Architecture of smart management system for regional CP

后者可自動將恒電位儀的運行數據傳輸至遠程服務器，并接受服務器的指令控制，且具有同步測試模式。

(2) 網絡層主要包含提供數據通訊的傳輸網絡和實現同步通斷電位測試的同步授時網絡。

(3) 應用層提供用戶的交互界面。主要由部署在服務器上的軟件實現，提供對設備層的遠程管理服務以及對遠傳數據的記錄和分析。

該智能化管理方案(如圖1)在西氣東輸管線某站進行了實施，其安裝和部署的設備包括西二線分組和西三線分組。每個分組內的智能測試樁用于陰極保護電位的采集與傳輸，智能恒電位儀提供外加電流陰極保護并可以實現運行數據的采集與傳輸。同時，該智能化管理系統還具有擴展功能，可對長輸管線的智能測試樁、智能恒電位儀進行并網管理。基于該網絡架構的系統可實現的功能包括恒電位儀的遠程監測與同步控制、陰極保護電位同步采集和軟件系統的智能化管理三部分。

1.1 恒電位儀的遠程監測與同步控制

基于本方案對某站的恒電位儀進行改造，改造后的恒電位儀具備完整的“采集+傳輸”的遠程監測自動化機制，可以實現對輸出電壓、輸出電流和保護電位的自動采集與遠程傳輸。

在進行陰極保護電位同步通斷測試時，恒電位儀遠控終端采用GPS同步，可實現對多臺恒電位儀輸出電路的瞬間斷開，且具有極高的同步精度。某站場區域內的恒電位儀的斷電周期同步誤差可控制在1 ms內。

針對同步通斷測試的電位數據采集設置，管理系統中設計了兩種實現方式，分別為恒電位儀的本地設置方式和網站的遠程設置方式。兩種方式均能實現同步通斷測試。

1.2 陰極保護同步數據采集

區域陰極保護系統的電位監測需要在固定區域內安裝多處智能測試樁。本方案采用具有MESH組網功能的RF網絡完成區域內智能測試樁所采集數據的傳輸，并通過路由器接入GPRS網絡(見圖 2)。智能測試樁數據采集系統與恒電位儀的同步通斷測試參數匹配后，自動完成同步運行和同步數據采集。

圖2 區域性陰極保護的電位遠程監測系統網絡拓撲圖Fig. 2 Network topology of potential remote monitoring system for regional CP

智能測試樁的構成包括同步采集儀、埋地極化試片和參比電極。智能測試樁能夠實現三種電位采集方法：與恒電位儀同步的瞬時斷電法，同步試片斷電法和常規試片斷電法。

1.3 陰極保護遠程管理軟件

陰極保護遠程管理軟件提供對區域內設備的遠程管理并能夠對數據進行記錄、存儲和分析，是智能化管理的應用平臺。該管理軟件共分為七個顯示模塊，包括系統首頁、數據監控、報警信息、查詢分析、專家對策、檔案管理和系統管理。管理軟件可以提供所轄區域陰極保護系統內各設備的運行概況統計和報警設備信息統計，并通過超鏈接方式定位到數據瀏覽頁面，查看設備的數據信息，實現及時跟蹤和定位；此外，該軟件還提供地圖瀏覽、報警統計、報表打印和專家對策快捷方式。

2 陰極保護智能化管理系統的應用

本工作在某站進行區域性陰極保護系統智能化管理的部署及試驗。該站場為西氣東輸管道二線、三線的合建站場，站場內共布置了16處智能測試樁。通過安裝并調試恒電位儀遠控終端實現對站內兩套四路恒電位儀(三用一備)的遠程監控。

2.1 陰極保護系統運行情況監測

通過管理軟件可以查看當前恒電位儀的運行情況以及各監測部位埋地管道的電位數據。圖3顯示了兩套多路恒電位儀的監測數據，包括輸出電流、輸出電壓、保護電位以及采集時間。圖4顯示了智能測試樁監測的數據，包括運行狀態、通電電位、管道斷電電位、同步試片斷電電位(或局部試片斷電電位)、交流電壓、供電電壓、采集模式以及采集時間。

2.2 恒電位儀的同步通斷控制

如前所述，恒電位儀可以接受本地控制和遠程控制的同步通斷設置，以任意一種方式發出控制指令后，區域內全部恒電位儀均按照設定的同步參數運行。

以圖5所示的遠程同步通斷控制為例，工作人員在西三線站內用恒電位儀設置同步通斷參數：11月16日11∶38啟動同步通斷，通斷周期為15 s，斷電間隔3 000 ms，15∶40∶59′停止同步通斷。數據采集的參數設置為通電電位在通電周期的第10 s，而斷電電位在斷電周期的第500 ms進行采集。根據該智能管理系統的參數協調機制，站內西二線的恒電位儀遠控終端以及所有智能測試樁均按此參數設置進行通斷電電位測試。

圖3 恒電位儀的狀態監測數據Fig. 3 Status monitoring data of CP potentiostat

圖4 智能測試樁處的陰保電位監測數據Fig. 4 CP potential monitoring data at smart station

圖5 恒電位儀的遠程設置Fig. 5 Remote setting of CP potentiostat

2.3 智能測試樁的運行情況分析

由管理系統的網站中查得2016年11月16日1時至23時站內各智能測試樁處的電位數據，將數據導出后可進行橫向和縱向分析。

選取西二線智能測試樁XD2-LMQ-CJY-13和西三線智能測試樁XD3-LMQ-CJY-08處的數據進行分析，其電位分布如圖6所示。由圖6可見：數據的同步采集時間與恒電位儀的通斷周期設置完全一致。

對站內16處智能測試樁處的電位進行分析，結果如圖7所示。

圖7中的管道斷電電位是在同步瞬時斷電模式下測得的，即恒電位儀執行同步通斷工作。測試結果顯示試片斷電電位和管道斷電電位存在一定差異，所有監測點的試片斷電電位均比管道的斷電電位略負。這表明，在對區域陰極保護效果進行評價時，試片的斷電電位不能完全替代管道的斷電電位。因此，若測試條件無法滿足對恒電位儀和各測試點進行同步通斷操作，在評價區域陰極保護效果時，需要周期性采用管道斷電電位的實測值對試片斷電電位進行修正，然后再進行陰極保護效果評價。

3 結論

站場區域性陰極保護系統智能化管理方案實現了恒電位儀運行數據和測試樁數據的遠程監測、恒電位儀同步通斷控制等功能。

通過智能化管理，管理人員可以及時掌握區域性陰極保護系統的運行狀況；同步通斷測試方法內嵌于系統中，為改善和提高陰極保護的測試及評價水平創造了良好條件，解決了陰保數據的測量方法合理性和時效性問題，還可將全部場站和線路的陰極保護系統進行同步數據采集，實現綜合測量與評估。

(a) XD2-LMQ-CJY-13測試樁

(b) XD3-LMQ-CJY-08測試樁圖6 智能測試樁監測的陰極保護電位Fig. 6 CP potential monitored by smart station

圖7 同步瞬間斷電法測得的陰保電位Fig. 7 CP potential measured by synchronous ON/OFF measurement