淺述油氣礦中的智能陰極保護系統

李可

中邦恒晟有限公司 廣東 深圳 518109

1 智能陰極保護系統的建設背景及重要性

隨著社會的進步與國家油氣工業的發展，埋地油氣管道所承載的油氣運輸任務越來越重要，運輸量越來越多，管道鋪設的規模也越來越大并且越來越復雜。油氣長輸管道的鋪設地區大多偏遠，而陰極保護對管道的保護至關重要，所以日常的人工巡線、電位采集、設備檢修等工作必不可少，這些工作耗費了大量的人力、物力和時間，并且：①人工監測電位并通過手動調節電位來對管道進行保護，沒有考慮溫度、土壤環境等時變因素對管道的動態干擾；②保護時效性差，不能及時發現問題，導致損失慘重；③整個過程人工監測、調整，難免因為人員監測采集技術差異造成數據不精準，影響保護效果。

隨著數字化氣田建設工作的推進，油氣田公司及油氣礦對于管道信息化管理工作提出了新的要求。一方面實現陰極保護電位智能遠傳可以有效監控陰保系統運行狀況，形成實時的監控網絡，全面掌握陰保情況；同時通過數據分析、標準規范模型計算等技術手段，及時發現問題，調整運行參數，確保陰極保護系統高效運行。如此可以讓管道保護人力資源分配更為合理，將人力更多的安排到沿線施工、地質災害防護、管道保護宣傳等工作中[1]。

2 智能陰極保護系統構成

智能陰極保護監測系統由智能陰保樁和智能陰保信息管理系統組成，智能陰保樁將監測管道的通電電位、斷電電位、自然電位、交直流電流、交直流干擾電位和土壤溫濕度等數據通過網絡上傳至DMZ區服務上，實現管線陰極保護系統數據的在線檢測、自動傳輸以及智能分析。

2.1 智能陰保樁

2.1.1 智能陰保樁在陰保樁原有樁體進行替換改造，保持原有陰保樁可人工測量的功能，智能陰保樁主要由：傳感器采集端、數模轉換模塊、通訊模塊、電池等構成。

2.1.2 實現功能：智能陰保樁通過對已有的陰保樁進行改造，通過管道上已有的陰保接線溫濕度傳感器及各種試片相連綜合比對、數據分析、A/D轉換存儲后上傳至位于云平臺中的管道綜合監測模塊。

智能陰保樁具有監測管道的通電電位、斷電電位、自然電位、交/直流電流、交/直流干擾電位和土壤溫濕度等參數的能力。

①斷電電位測試方法：同時支持試片法與陰保機通斷測試法。②采集模式：間隔采集、定時采集、自動觸發采集等工作模式模式。③組網方式：NB-IOT、GPRS/3G/4G、LORA、NBIOT+LORA……④供電形式：鋰電池供電，采集器采用超低功耗架構開發設計，可在不外加電源的狀態下長時間工作，電池設計工作壽命5年以上。⑤超高壓干擾自動觸發。如果設備處于非連續工作狀態時，具備超高壓干擾的偵測能力，并且在偵測到超高壓干擾時，自動觸發啟動該設備，按照預設頻率進行數據監測[2]。

2.2 智能陰保信息管理系統

智能陰保信息管理系統需具備數據管理、設備管理、數據超限預警等功能。

2.2.1 數據管理。

2.2.1.1 采集及傳輸。需要采集的數據包括陰保樁的監測數據、設備狀態、通訊日志的信息。開發并預留與其他應用系統的數據接口，以備數據共享或與其他系統合并之用。監測數據包含陰極保護智能監測數據庫中的現場采集的通電電位、極化電位、交流干擾電壓和直流電流、交流電流數據；設備狀態數據指智能監測設備的運行狀態數據。

2.2.1.2 數據來源。本工程陰保監測數據管理模塊現階段三類數據來源為：①現場智能陰極保護監測點采集的數據，通過讀取陰極保護電位數據庫而獲得數據；②陰保站恒電位儀輸出參數信息；③基礎屬性信息，通過讀取其他管理平臺而獲得數據。

2.2.1.3 數據處理。建立數據字典，對系統中使用的所有數據元素進行定義，對數據項、數據結構、數據流、數據存儲、處理邏輯、外部實體等進行定義和描述。

采集到平臺管理模塊的數據都需要經過數據編碼的轉換、補充、映射、轉換等數據清洗處理操作后方可入庫[3]。

2.2.2 設備管理。基本信息管理：包括收集智能監測點的規格型號，生產信息，工作參數設置，設備標識碼等信息。部署管理：包括將設備信息在二維地圖上進行展示，并顯示對應的管線、監測點、供應商等信息。運行信息管理：統計監測點型號及數量，監測點故障統計，電池故障統計，維護情況統計等。電源管理：低電預警，可查看監測點電池電量剩余比例及估算出剩余電池電量的剩余使用天數，對于預警的設備信息需要在二維地圖上進行動態標識。

2.2.3 數據查詢、統計、分析。通過每類表單的重要字段進行數據查詢。查詢條件設置靈活，可對單個或多個信息進行數據查詢。查詢結果能生成相應的曲線和圖表信息。

統計分析能滿足技術管理人員分析判斷管線陰極保護系統運行狀況的需求。系統內的查詢分析報表提供多種主題、多種維度、多種圖形展示方式以供使用人員靈活使用。

功能列表如下：

2.2.3.1 陰保段監測分析。對多個智能監測設備采集數據以曲線和柱形圖進行分析展示：①以智能監測點為橫軸，監測數據為縱軸，對某一時間的通電電位、極化電位、直流電流、交流電壓、交流電流數據進行展示； ②可以對選擇的時間段，每一時間展示一條線，集中分析展示一段時間的變化趨勢對比；③可以通過表格的形式，集中顯示一段時間的異常數據分布。

2.2.3.2 單個智能設備監測查詢分析。對單個智能監測設備監測采集的數據隨時間變化用曲線、柱形圖進行展示。包括在多種模式下采集的數據在同一時間軸上的展示。

2.2.3.3 異常數據查詢。對單個監測點獲取過來的異常數據可在選擇日期區間內進行數據展示[4]。

2.2.4 數據超限預警。當監測數據在預設閾值之外、設備狀態異常時，系統會啟動異常預警。①通過在管線地圖上單擊異常提示標識可查看告警數據的類型、告警設備及對應管線；②設備運行狀態異常告警，如電池將盡前告警、數據無法自動采集告警等；③在地圖顯示的設備運行狀態告警顯示模式與監測數據告警顯示模式要以不同方式進行展示提醒，可以通過顏色或者標識符號不同加以區分。