輸油管線陰極保護遠程監控系統研究與應用

高寶元，高詩惠

(1. 中國石油集團川慶鉆探工程有限公司 鉆采工程技術研究院， 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)

目前長慶油田主要依靠長距離埋地輸油管線來輸送原油，土壤對輸油管道有著不同程度的腐蝕性。輸油管線雖然采用了外防腐層保護，但因各種原因，近幾年腐蝕嚴重，時常發生管線漏泄油情況，不僅造成環境污染，還會發生安全事故。輸油管線陰極保護措施是延長使用壽命、減少輸油管線運行故障的有效手段[1]。為此，研發了輸油管線陰極保護遠程監控系統[2]，實現了對輸油管線陰極保護，防止了腐蝕。而且不需要人員全天定時巡檢，在值班室就能實現陰極保護數據記錄、設備操控和恒電位控制，收到了良好的經濟效益。

1 陰極保護遠程監控系統

1.1 系統構成

輸油管線陰極保護遠程監控系統由陰極保護在線監控柜和遠程監控中心兩部分組成[3]。

輸油管線陰極保護遠程監控系統工作原理如圖1所示。陰極保護在線監控柜的電源負極與輸油管線連接，電源正極與陽極井連接，通過大地構成輸油管線陰極保護回路。

1.2 陰極保護遠程在線監控柜設計

輸油管線陰極保護遠程在線監控柜構架如圖2所示。主要由直流恒電源、監控陰極保護智能電流表、智能電壓表、智能電位表和遠程控制終端(RTU)模塊五部分組成[4]并集成在一個柜體內，各部分布置安裝合理有效，方便操作。

直流恒電源由可調式開關電源組成，根據輸油管線陰極保護的需要，可以輸出連續調控的恒定直流電壓和電流，運行效率高。智能監控儀表用于就地顯示陰極保護電流、電壓和電位值，并通過RS-485接口將采集的陰極保護電流、電壓和電位值數據上傳至遠程控制終端(RTU)模塊；RTU模塊再將接收到的陰極保護電流、電壓和電位值數據通過專用網絡上傳到監控中心內，實現遠程監控，達到輸油管線長期不被腐蝕安全高效運行的目的[5]。

圖1 輸油管線陰極保護遠程監控系統組成示意

圖2 輸油管線陰極保護遠程在線監控柜架構示意

智能電流表串聯電連接在直流恒電源和輸油管線套管之間，監控陰極保護電流；智能電壓表并聯電連接在直流恒電源電壓輸出端，監控輸油管線陰極保護電壓；智能電位表電連接在直流恒電源負極和輸油管線套管，監控輸油管線陰極保護電位，將電流表、電壓表及電位表數據通過RS-485接口上傳到RTU模塊上的采集輸入口，并將采集數據上傳[6]。

RTU模塊是將CPU，模擬量輸入，開關量輸入，開關量輸出，通信口等高度集成在一起的模塊。具有集成程度高、穩定可靠、完全滿足野外使用要求等特點。RTU模塊通過無線方式將陰極保護電流、電壓和電位數值實時上傳到遠程控制中心，實現無人值守，保證了陰極保護系統控制參數的真實性，提高陰極保護運行效率，提升了監控安全的能力，符合油田發展的需求[7]。

1.3 陰極保護遠程監控中心

陰極保護遠程監控中心框架如圖3所示。主要由RTU模塊、油田專用光纖、數字化無線網絡、防火墻、監控交換機以及控制終端等部分組成。遠程監控柜發送的電流、電壓以及電位數據，被RTU模塊所接收；采集后的數據通過油田專用光纖傳輸至數字化無線網絡；用以接收并處理數字化無線網絡傳輸的電流、電壓和電位數據，進行監控分析，識別出有效數據，采用防火墻過濾和屏蔽非法數據；將防火墻處理后的電流和電壓數據通過不同網線上傳至監控交換機；由監控交換機處理后的數據，發送至遠程啟停陰極保護的控制終端[8]。

2 輸油管線遠程監控系統實施及應用

輸油管線遠程監控系統2019年6月在長慶油田某輸油管線上進行了現場應用，通過遠程監控方式隨時監控輸油管線陰極保護電位工作狀態，使得整個陰極保護系統處于最佳的工作狀態，防止了輸油管線腐蝕。該系統實現了對輸油管線的陰極保護，提高了輸油管線運行效率，保證了輸油管線安全，并收到了良好的經濟效益[10]。

輸油管線陰極保護遠程監控步驟實施如下：

1)智能電流表采集輸油管線陰極保護電流數據。智能電壓表和電位表采集輸油管線陰極保護電壓、電位數據。將所采集的數據傳輸給RTU模塊。

2)RTU模塊接收電流數據和電壓、電位數據，并將數據通過無線的方式上傳至無線網絡中。

3)數字化無線網絡再將采集數據通過油田專網光纖上傳至防火墻，經過防火墻加工處理后送到監控交換機，監控交換機進一步將處理好的數據經過網線送入控制終端，實現輸油管線陰極保護遠程監控。

圖3 輸油管線陰極保護遠程監控中心示意

其中，RTU模塊將電壓、電位和電流數據通過一級天線以無線方式傳輸給二級天線，二級天線通過專用模塊RJ-45接口將數據傳輸到數字化無線網絡交換機。

遠程監測系統通信速率高、穩定性好，有著顯著的應用優勢。這對于保證整個輸油管線陰極保護遠程監控系統運行的穩定性和可靠性具有重要意義[11]。

3 結束語

采用輸油管線陰極保護遠程監控系統具有以下優點：

1)輸油管線陰極保護措施是延長使用壽命、減少輸油管線運行故障的有效手段，輸油管線陰極保護范圍大、不受環境電阻率限制、經濟性好以及陰極保護在線裝置壽命長等優點，使其在防腐工程中越來越受到重視。

2)該系統實現了對輸油管線陰極保護，防止了腐蝕。采用直流脈寬調制恒電源供電，克服了傳統型硅整流電源供電，運行效率低、有振動噪音、發熱浪費電能等缺點。

3)該系統組網方便、數據傳輸穩定可靠，能夠直觀及時地查看各監測點的狀況，以便故障能及時排除。這對提高輸油管線陰極保護水平、減少管線腐蝕、延長管線使用壽命有著積極意義[11]。