智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在老舊管道陰極保護(hù)系統(tǒng)中的應(yīng)用

于立軍

關(guān)鍵詞：陰極保護(hù);智能電位采集儀;保護(hù)電位;干擾電壓

1 前言

隨著我國(guó)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(zhǎng)輸管道主要采用防腐層與陰極保護(hù)相結(jié)合的方式進(jìn)行聯(lián)合保護(hù)，陰極保護(hù)主要采用強(qiáng)制電流法進(jìn)行保護(hù)。陰極保護(hù)系統(tǒng)能否正常運(yùn)行，對(duì)管道的腐蝕防護(hù)起著重要作用。長(zhǎng)期以來，陰極保護(hù)數(shù)據(jù)的測(cè)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(jìn)行測(cè)量，但受測(cè)試環(huán)境的限制，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性較差，且效率較低。同時(shí)，很多油氣管道地處沙漠、深山等偏遠(yuǎn)地區(qū)，交通不便，人工測(cè)量困難;因此如何及時(shí)準(zhǔn)確的測(cè)量管道陰極保護(hù)數(shù)據(jù)，成為一個(gè)亟需解決的問題。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，陰極保護(hù)智能監(jiān)測(cè)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(duì)管道陰極保護(hù)數(shù)據(jù)的自動(dòng)化采集、上傳及分析，解決了陰極保護(hù)系統(tǒng)管理的難題，極大的推動(dòng)了陰極保護(hù)數(shù)據(jù)采集的自動(dòng)化和智能化發(fā)展。目前，此項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)在國(guó)家大型油氣管道項(xiàng)目中得到了推廣應(yīng)用（例如西氣東輸管道、中俄原油管道項(xiàng)、中緬管道等），取得了良好的效果，對(duì)陰極保護(hù)智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

目前，國(guó)內(nèi)各油田內(nèi)集輸管網(wǎng)和外輸管網(wǎng)陰極保護(hù)主要采取犧牲陽(yáng)極或強(qiáng)制電流法進(jìn)行保護(hù)。陰極保護(hù)數(shù)據(jù)的采集主要依靠傳統(tǒng)的人工方式進(jìn)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(hù)區(qū)內(nèi)，陰極保護(hù)數(shù)據(jù)的測(cè)量只能在冬春兩季進(jìn)行，夏秋兩季農(nóng)作物的種植和豐沛的降水導(dǎo)致很多地區(qū)人員無法進(jìn)入，陰極保護(hù)數(shù)據(jù)無法及時(shí)測(cè)量。同時(shí)，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(dǎo)致雜散電流對(duì)管道的干擾越來越嚴(yán)重，由于雜散電流干擾的復(fù)雜性，人工定期采集數(shù)據(jù)很難反映管道受干擾的真實(shí)情況;因此，亟需對(duì)受雜散電流干擾的管道進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，掌握雜散電流對(duì)管道的影響規(guī)律，才能采取合理的防護(hù)措施。

2 陰極保護(hù)智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)介紹

目前，經(jīng)常采用陰極保護(hù)智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)陰極保護(hù)數(shù)據(jù)的自動(dòng)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(wù)器及陰極保護(hù)智能監(jiān)測(cè)軟件平臺(tái)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(hù)智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心部分，它負(fù)責(zé)對(duì)陰極保護(hù)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)化采集，采集數(shù)據(jù)通常包括管道的陰極保護(hù)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(luò)發(fā)回?cái)?shù)據(jù)接收服務(wù)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(cè)試樁、太陽(yáng)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(wù)器硬件為普通計(jì)算機(jī)，能流暢運(yùn)行win7系統(tǒng)及SQL Server等常用大型數(shù)據(jù)庫(kù)，存儲(chǔ)大小不小于500GB。

2.3 陰極保護(hù)智能監(jiān)測(cè)軟件平臺(tái)

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

①軟件平臺(tái)在Windows或Linux系統(tǒng)下運(yùn)行，采用圖形漢字化界面，人機(jī)對(duì)話方式，操作簡(jiǎn)便;②軟件平臺(tái)一般采用B/S 架構(gòu)，應(yīng)能夠?qū)⑾到y(tǒng)的客戶端管理軟件和服務(wù)程序軟件分離，便于管理和維護(hù)，能夠更好的支持網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的應(yīng)用;③軟件平臺(tái)以地理信息系統(tǒng)（GIS）作為管理平臺(tái)，以便能夠更直接、形象地反應(yīng)被保護(hù)管道的運(yùn)行狀況，方便地查看管道的走向以及環(huán)境地貌等情況，對(duì)管道進(jìn)行準(zhǔn)確定位;④當(dāng)存在報(bào)警信息時(shí)，能夠及時(shí)準(zhǔn)確的反映報(bào)警監(jiān)測(cè)點(diǎn)所在的位置;軟件可采用SQL Server等大型數(shù)據(jù)庫(kù)，以保證數(shù)據(jù)的安全，并應(yīng)具有足夠的存儲(chǔ)容量和具有遠(yuǎn)程訪問的支持;⑤軟件平臺(tái)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(hù)異常狀況，并給出處理意見;且具有陰極保護(hù)專業(yè)知識(shí)庫(kù)。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(hù)狀況，允許在地圖上對(duì)報(bào)警點(diǎn)直接使用專家子系統(tǒng)進(jìn)行診斷，并允許直接在地圖上對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控;⑦系統(tǒng)能自動(dòng)存儲(chǔ)陰極保護(hù)電位，并提供數(shù)據(jù)錄入和統(tǒng)計(jì)分析功能。

3 應(yīng)用實(shí)例

3.1 管道陰極保護(hù)現(xiàn)狀

某油田外輸管道長(zhǎng)度約100km，管徑D219×7，設(shè)計(jì)溫度80℃，管道分兩期建設(shè)，Ⅰ期建設(shè)管道長(zhǎng)度64km，采用石油瀝青防腐層;Ⅱ期建設(shè)管道長(zhǎng)度36km，采用環(huán)氧粉末防腐層，管道沿線設(shè)置三座陰極保護(hù)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(chǎng)測(cè)試，管道與地鐵交叉處直流干擾影響最為嚴(yán)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(yán)重的直流干擾，參比電極的反饋電位受到嚴(yán)重干擾，恒電位儀只能在恒流狀態(tài)運(yùn)行;并且由于直流干擾電壓的方向不穩(wěn)定，正向和負(fù)向便宜都比較嚴(yán)重，導(dǎo)致管道面臨嚴(yán)重的直流腐蝕風(fēng)險(xiǎn)，需要對(duì)管道的陰極保護(hù)運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

3.2 陰極保護(hù)智能監(jiān)測(cè)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(hù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方案如下：管道不存在干擾的地區(qū)，每5km設(shè)置1套智能電位采集系統(tǒng);人員無法進(jìn)入的地方每公里設(shè)置1套智能電位采集系統(tǒng);雜散電流干擾嚴(yán)重的地方1～2km設(shè)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(wù)器上，通過配套的陰極保護(hù)智能監(jiān)測(cè)軟件平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄和處理。

為了保證能夠?qū)㈥帢O保護(hù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)施上傳到本地服務(wù)器上，智能電位采集系統(tǒng)應(yīng)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(shè)定狀態(tài)下，自動(dòng)定時(shí)采集電位數(shù)據(jù);智能采集儀內(nèi)部自帶時(shí)鐘，時(shí)鐘誤差每24h小于10s;③智能電位采集系統(tǒng)在設(shè)定狀態(tài)下，自動(dòng)定時(shí)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(shù)，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(yīng)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(hù)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(jī)殼內(nèi)，此機(jī)殼具有足夠的強(qiáng)度，機(jī)殼防護(hù)等級(jí)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(yīng)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(dǎo)線與試片應(yīng)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(yīng)避免參比電極漏液對(duì)測(cè)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(hù)系統(tǒng)存在的問題，通過采用陰極保護(hù)智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)原有陰極保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行改造，能夠?qū)艿狸帢O保護(hù)電位、干擾電壓等數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)采集及上傳，實(shí)現(xiàn)了陰極保護(hù)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)減緩管道的腐蝕具有重要意義。

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