機場供油管道陰極保護實時采集裝置開發(fā)

王寧 楊志遠

摘要：針對埋地金屬管道腐蝕嚴(yán)重，而我國陰極保護的評測方法多為人工巡檢，測量數(shù)據(jù)誤差大、數(shù)據(jù)不完備、查看不便的現(xiàn)狀，設(shè)計出一套金屬管道陰極保護數(shù)據(jù)遠程采集系統(tǒng)。設(shè)計了高精度的采集電路，通過GPRS的遠程傳輸方式，將埋地油氣管道的陰極保護電位參數(shù)采集后發(fā)回室內(nèi)計算器。通過管道陰極保護電位采集管理軟件查看電位數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)進行繪表制圖與存儲，獲得受保護管道的當(dāng)前保護狀況，為管道的保護提供了重要依據(jù)。

關(guān)鍵詞：機場供油管道? ?陰極保護? ?遠程采集

一、前言

目前，埋地金屬管道廣泛應(yīng)用于各種物料的運輸中，如成品油、天然氣、飲用水等。 埋地金屬管道長期埋于地下，環(huán)境條件差別巨大，會發(fā)生不同程度的腐蝕。據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，在我國每年因管道腐蝕造成的直接經(jīng)濟損失約占國民經(jīng)濟凈產(chǎn)值的3%～4%。埋地管道的腐蝕、穿孔、泄露不僅造成了油氣漏失，使運輸中斷，造成巨大的經(jīng)濟損失，還易引發(fā)諸多安全問題，對環(huán)境造成破壞。尤其，在密布著大大小小航油輸送管道，安全等級要求更高的機場，更應(yīng)拒絕因管道腐蝕帶來的損失。因此，對管道的保護非常重要。陰極保護主要包括兩種方法：犧牲陽極法和外加直電流法。國外多采用整流器提供陰保電流，而我國多采用恒電位儀和犧牲陽極結(jié)合的方式提供陰極保護電流。根據(jù)現(xiàn)行的陰極保護標(biāo)準(zhǔn)，陰極保護電位相對銅/硫酸銅飽和溶液參比電極應(yīng)在-850mV～-1200mV之間;當(dāng)上述準(zhǔn)則難以達到時，可采用管道陰極極化電位差或去極化電位差大于100？mV作為判據(jù)。在油氣管道鋪設(shè)較為廣泛的情景下，傳統(tǒng)的檢測方法多用萬用表等儀器進行現(xiàn)場采集的人工巡檢方式，效率低誤差大，只能采集通電電位，無法采集陰極保護準(zhǔn)則評判時的斷電電位，造成了陰極保護效果判斷的誤差，且人工匯總數(shù)據(jù)實時性差，查看不方便等。

綜上所述，需要研制一套油氣管道陰極保護數(shù)據(jù)遠程采集系統(tǒng)，用于實時查看、管理陰極保護數(shù)據(jù)，評價管道陰極保護狀態(tài)。

二、采集系統(tǒng)設(shè)計

（一）極化探頭

極化探頭我們選用型號為KT-JT。它能有效的消除由于存在土壤IR降、雜散電流等因素所引起的電位誤差，從而達到精確檢測被保護管道上的保護電位值。極化測試探頭是一種長效、高穩(wěn)定、消除IR降的埋地鋼制管道陰極保護電位測量器件，主要適用于埋地鋼制管道腐蝕控制工程陰極保護電位的檢測與監(jiān)測。探頭內(nèi)，消除土壤介質(zhì)中90%左右的IR降，使檢測和監(jiān)測的保護電位結(jié)果更將準(zhǔn)確可靠。本探頭的內(nèi)置參比電極為銅/飽和硫酸銅電極。

極化探頭外部用絕緣外殼包裹，防止外界土壤中的雜散電流，二次電流等對管道極化電位測量構(gòu)成影響。探頭下部外露與外界唯一溝通的路徑多孔篩，探頭內(nèi)置參比電極，極化試片，自腐蝕試片等，用極化探頭測量大致分為兩階段，極化試片同管道的極化階段，以及極化試片同參比電極的測量階段。極化探頭埋在鋼制管道軸線相同高度處，要求掩埋土壤的溫度濕度相似，盡力靠近與鋼制管道 最相近的腐蝕環(huán)境，測量數(shù)據(jù)也最可靠。在極化階段，極化探頭內(nèi)與極化試片相連接的導(dǎo)線與被測鋼制管道連接，等極化探頭極化完全之后，即此時極化試片的電位與被測管道電位相同時，斷開此導(dǎo)線與被測鋼制金屬管道的連接。在測量階段，把極化完全后的極化試片與萬能表的黑表筆相接，萬能表紅表筆與極化探頭內(nèi)置參比電極相接的導(dǎo)線相連，此時，萬能表顯示的示數(shù)即為被測管道的極化電位。因為極化探頭在極化完全以后，電位會有衰減情況，時間越長，電位衰減越多，測量電位數(shù)據(jù)越易失真，所以需在極化階段完成之后，迅速用萬能表對極化試片的電位測量?，F(xiàn)極化探頭已廣泛應(yīng)用于測量鋼制管道在外加直流電作用下的極化電位，極化探頭沿管線埋布，并把極化探頭的接線處統(tǒng)一集中到沿線布設(shè)的測試樁進行測量。但現(xiàn)大多情況下仍舊采用人工測量，由工人師傅跋涉到沿線管道各個測試樁旁進行多遍測量，人工測量具有很多不可控的因素，比如具有偶然性，效率低誤差大，費時費力等。

（二）極化時間確定

采用具有人機交互界面的PLC一體時間繼電器，在針對采用不同鋼制的管材，不同極化電位的情況下對試片極化時間做出大量實驗測量，使其在極化階段時間內(nèi)極化試片極化完全，對時間繼電器做出設(shè)置。若設(shè)置極化時間太短，極化試片極化不完全，但是試片在測量時不能夠準(zhǔn)確反應(yīng)現(xiàn)鋼制管道極化電位;若設(shè)置極化時間太長，降低了測量頻率，不能高效使用極化探頭進行測量，也降低了強制直流電站對保護電流輸入反饋改變的靈敏度。實驗采用8進8出具有邏輯運算能力的時間繼電器，將與極化試片相連的導(dǎo)線接入公共柱，將與鋼制管道相連的導(dǎo)線與常閉端相連，將極化探頭內(nèi)置參比電極端接線端與萬能表串聯(lián)并常開端相連。極化時，極化試片與鋼制管道接通，極化試片極化開始;當(dāng)時間繼電器設(shè)置極化時間結(jié)束時，極化試片與鋼制管道斷開，與參比電極接通（中間串聯(lián)萬能表），萬能表顯示極化電位示數(shù)，當(dāng)時間繼電器設(shè)置測量時間結(jié)束時，又重回下一個極化階段，這樣周而復(fù)始，就完成了各個時間埋地鋼制管道極化電位的測量工作。

（三）數(shù)據(jù)傳輸及存儲

在前期用極化探頭測量管道極化電位之后，緊接著采用快速AD采集等模塊取代萬能表的位置，使其能夠獨立自主的對電位進行采集，將模擬的電壓量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，通過GPRS的遠程傳輸方式，將埋地油氣管道的陰極保護電位參數(shù)采集后發(fā)回室內(nèi)轉(zhuǎn)入計算機中進行存儲繪圖等功能。數(shù)據(jù)采集管理軟件通過計算機串行口采集儀表測量數(shù)據(jù)并實時顯示、存儲，對存儲數(shù)據(jù)進行曲線分析、曲線打印、趨勢瀏覽、報表生成、報表編輯、報表打印、轉(zhuǎn)化生成TXT、EXCEL文件等。可得到數(shù)據(jù)采集的基本功能。