智能監(jiān)測系統(tǒng)在老舊管道陰極保護系統(tǒng)中的應用

于立軍

關鍵詞：陰極保護;智能電位采集儀;保護電位;干擾電壓

1 前言

隨著我國油氣管道事業(yè)的不斷發(fā)展，油氣管道存在的腐蝕問題逐漸引起人們的重視。目前，長輸管道主要采用防腐層與陰極保護相結(jié)合的方式進行聯(lián)合保護，陰極保護主要采用強制電流法進行保護。陰極保護系統(tǒng)能否正常運行，對管道的腐蝕防護起著重要作用。長期以來，陰極保護數(shù)據(jù)的測量主要靠人工定期巡檢，通過萬用表和便攜式硫酸銅參比電極進行測量，但受測試環(huán)境的限制，數(shù)據(jù)準確性較差，且效率較低。同時，很多油氣管道地處沙漠、深山等偏遠地區(qū)，交通不便，人工測量困難;因此如何及時準確的測量管道陰極保護數(shù)據(jù)，成為一個亟需解決的問題。

隨著科學技術的發(fā)展，陰極保護智能監(jiān)測系統(tǒng)開始逐漸發(fā)展起來[3-4]，這些系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對管道陰極保護數(shù)據(jù)的自動化采集、上傳及分析，解決了陰極保護系統(tǒng)管理的難題，極大的推動了陰極保護數(shù)據(jù)采集的自動化和智能化發(fā)展。目前，此項技術已經(jīng)在國家大型油氣管道項目中得到了推廣應用（例如西氣東輸管道、中俄原油管道項、中緬管道等），取得了良好的效果，對陰極保護智能監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展提供了寶貴經(jīng)驗。

目前，國內(nèi)各油田內(nèi)集輸管網(wǎng)和外輸管網(wǎng)陰極保護主要采取犧牲陽極或強制電流法進行保護。陰極保護數(shù)據(jù)的采集主要依靠傳統(tǒng)的人工方式進行。以筆者所在的某油田為例，眾多的集輸管道處于水田和濕地自然保護區(qū)內(nèi)，陰極保護數(shù)據(jù)的測量只能在冬春兩季進行，夏秋兩季農(nóng)作物的種植和豐沛的降水導致很多地區(qū)人員無法進入，陰極保護數(shù)據(jù)無法及時測量。同時，隨著城市化的不斷發(fā)展，各種軌道交通及高壓輸電線路的發(fā)展，導致雜散電流對管道的干擾越來越嚴重，由于雜散電流干擾的復雜性，人工定期采集數(shù)據(jù)很難反映管道受干擾的真實情況;因此，亟需對受雜散電流干擾的管道進行實時監(jiān)測，掌握雜散電流對管道的影響規(guī)律，才能采取合理的防護措施。

2 陰極保護智能監(jiān)測系統(tǒng)介紹

目前，經(jīng)常采用陰極保護智能監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)對陰極保護數(shù)據(jù)的自動采集及上傳，系統(tǒng)主要包括智能電位采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)接收服務器及陰極保護智能監(jiān)測軟件平臺組成 [1-2]。

2.1 智能電位采集系統(tǒng)

智能電位采集系統(tǒng)是陰極保護智能監(jiān)測系統(tǒng)的核心部分，它負責對陰極保護數(shù)據(jù)進行自動化采集，采集數(shù)據(jù)通常包括管道的陰極保護電位、雜散電流、干擾電壓等參數(shù)，并將數(shù)據(jù)通過公共通信網(wǎng)絡發(fā)回數(shù)據(jù)接收服務器。智能電位采集系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)采集終端、數(shù)據(jù)卡、測試樁、太陽能板（或電池）、極化探頭等，由生產(chǎn)廠家以集成好的成品成套供貨。

2.2 硬件要求

服務器硬件為普通計算機，能流暢運行win7系統(tǒng)及SQL Server等常用大型數(shù)據(jù)庫，存儲大小不小于500GB。

2.3 陰極保護智能監(jiān)測軟件平臺

目前，不同廠家的軟件有各有特色，但總體來說，智能監(jiān)測軟件平臺都有一些共同特點，筆者通過分析不同廠家的軟件平臺，其共同特點主要有以下幾點：

①軟件平臺在Windows或Linux系統(tǒng)下運行，采用圖形漢字化界面，人機對話方式，操作簡便;②軟件平臺一般采用B/S 架構(gòu)，應能夠?qū)⑾到y(tǒng)的客戶端管理軟件和服務程序軟件分離，便于管理和維護，能夠更好的支持網(wǎng)絡環(huán)境的應用;③軟件平臺以地理信息系統(tǒng)（GIS）作為管理平臺，以便能夠更直接、形象地反應被保護管道的運行狀況，方便地查看管道的走向以及環(huán)境地貌等情況，對管道進行準確定位;④當存在報警信息時，能夠及時準確的反映報警監(jiān)測點所在的位置;軟件可采用SQL Server等大型數(shù)據(jù)庫，以保證數(shù)據(jù)的安全，并應具有足夠的存儲容量和具有遠程訪問的支持;⑤軟件平臺多包含專家故障診斷子系統(tǒng)，用于協(xié)助用戶分析管道保護異常狀況，并給出處理意見;且具有陰極保護專業(yè)知識庫。此部分內(nèi)容，不同廠家都具有自己的特色;⑥用戶能通過電子地圖，可以直觀觀察管道全線陰極保護狀況，允許在地圖上對報警點直接使用專家子系統(tǒng)進行診斷，并允許直接在地圖上對監(jiān)測點進行遠程監(jiān)控;⑦系統(tǒng)能自動存儲陰極保護電位，并提供數(shù)據(jù)錄入和統(tǒng)計分析功能。

3 應用實例

3.1 管道陰極保護現(xiàn)狀

某油田外輸管道長度約100km，管徑D219×7，設計溫度80℃，管道分兩期建設，Ⅰ期建設管道長度64km，采用石油瀝青防腐層;Ⅱ期建設管道長度36km，采用環(huán)氧粉末防腐層，管道沿線設置三座陰極保護站。

管道沿線部分地區(qū)為水田、河流等，存在多處直流干擾源;根據(jù)現(xiàn)場測試，管道與地鐵交叉處直流干擾影響最為嚴重，干擾范圍為-5.1V～+3.7V，影響范圍約28km;管道沿線與高鐵及高壓鐵塔交叉4次，交流干擾電壓最大7.5V。

由于管道存在嚴重的直流干擾，參比電極的反饋電位受到嚴重干擾，恒電位儀只能在恒流狀態(tài)運行;并且由于直流干擾電壓的方向不穩(wěn)定，正向和負向便宜都比較嚴重，導致管道面臨嚴重的直流腐蝕風險，需要對管道的陰極保護運行狀況進行實時監(jiān)測。

3.2 陰極保護智能監(jiān)測方案

由于管道存在較大范圍的直流干擾及多處交流干擾，陰極保護實時監(jiān)測方案如下：管道不存在干擾的地區(qū)，每5km設置1套智能電位采集系統(tǒng);人員無法進入的地方每公里設置1套智能電位采集系統(tǒng);雜散電流干擾嚴重的地方1～2km設置1套智能電位采集系統(tǒng);采集數(shù)據(jù)上傳到本地服務器上，通過配套的陰極保護智能監(jiān)測軟件平臺進行數(shù)據(jù)記錄和處理。

為了保證能夠?qū)㈥帢O保護監(jiān)測數(shù)據(jù)實施上傳到本地服務器上，智能電位采集系統(tǒng)應具備以下功能：①智能電位采集系統(tǒng)電位采樣范圍為-3.500V～+3.500V，電位采樣誤差小于±10mV;交流干擾電壓采樣范圍：0.0V～50.0V，

誤差小于±100mV;②智能電位采集系統(tǒng)在設定狀態(tài)下，自動定時采集電位數(shù)據(jù);智能采集儀內(nèi)部自帶時鐘，時鐘誤差每24h小于10s;③智能電位采集系統(tǒng)在設定狀態(tài)下，自動定時將采集的電位數(shù)據(jù)通過無線通訊方式發(fā)送到監(jiān)控中心;④智能電位采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊采用GPRS/4G無線通訊技術，通過GPRS/4G將采集的電位數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)控中心;⑤智能電位采集系統(tǒng)應考慮管道上雷擊浪涌電壓的影響，在管地電位輸入裝有有效的防雷擊保護器，以避免由雷擊引起各路元器件的破壞;⑥智能電位采集儀置于金屬機殼內(nèi)，此機殼具有足夠的強度，機殼防護等級不低于IP65;⑦極化探頭由極化試片、交流干擾試片、自腐蝕試片、參比電極、殼體及連接電纜等組成，極化探頭的極化試片應滿足以下要求：a.材質(zhì)與管道材質(zhì)匹配;b.交流極化試片裸露面積宜為1cm2;c.極化試片及自腐蝕試片裸露面積宜為6.5cm2-100cm2;d.導線與試片應有良好電氣連接，防腐密封采用環(huán)氧樹脂;e.極化探頭的參比電極為飽和硫酸銅電極，且應避免參比電極漏液對測量參數(shù)造成的不利影響。

4結(jié)論

本文通過分析老舊管道陰極保護系統(tǒng)存在的問題，通過采用陰極保護智能監(jiān)測系統(tǒng)對原有陰極保護系統(tǒng)進行改造，能夠?qū)艿狸帢O保護電位、干擾電壓等數(shù)據(jù)進行自動采集及上傳，實現(xiàn)了陰極保護數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測，對減緩管道的腐蝕具有重要意義。

參考文獻：

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