輸油管線陰極保護(hù)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)研究與應(yīng)用

高寶元，高詩惠

(1. 中國石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司 鉆采工程技術(shù)研究院， 陜西 西安 710018；2. 低滲透油氣田勘探開發(fā)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(hù)，但因各種原因，近幾年腐蝕嚴(yán)重，時常發(fā)生管線漏泄油情況，不僅造成環(huán)境污染，還會發(fā)生安全事故。輸油管線陰極保護(hù)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(fā)了輸油管線陰極保護(hù)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)[2]，實現(xiàn)了對輸油管線陰極保護(hù)，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(xiàn)陰極保護(hù)數(shù)據(jù)記錄、設(shè)備操控和恒電位控制，收到了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

1 陰極保護(hù)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)構(gòu)成

輸油管線陰極保護(hù)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)由陰極保護(hù)在線監(jiān)控柜和遠(yuǎn)程監(jiān)控中心兩部分組成[3]。

輸油管線陰極保護(hù)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)工作原理如圖1所示。陰極保護(hù)在線監(jiān)控柜的電源負(fù)極與輸油管線連接，電源正極與陽極井連接，通過大地構(gòu)成輸油管線陰極保護(hù)回路。

1.2 陰極保護(hù)遠(yuǎn)程在線監(jiān)控柜設(shè)計

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

直流恒電源由可調(diào)式開關(guān)電源組成，根據(jù)輸油管線陰極保護(hù)的需要，可以輸出連續(xù)調(diào)控的恒定直流電壓和電流，運行效率高。智能監(jiān)控儀表用于就地顯示陰極保護(hù)電流、電壓和電位值，并通過RS-485接口將采集的陰極保護(hù)電流、電壓和電位值數(shù)據(jù)上傳至遠(yuǎn)程控制終端(RTU)模塊；RTU模塊再將接收到的陰極保護(hù)電流、電壓和電位值數(shù)據(jù)通過專用網(wǎng)絡(luò)上傳到監(jiān)控中心內(nèi)，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，達(dá)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(hù)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)組成示意

圖2 輸油管線陰極保護(hù)遠(yuǎn)程在線監(jiān)控柜架構(gòu)示意

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

RTU模塊是將CPU，模擬量輸入，開關(guān)量輸入，開關(guān)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(wěn)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(hù)電流、電壓和電位數(shù)值實時上傳到遠(yuǎn)程控制中心，實現(xiàn)無人值守，保證了陰極保護(hù)系統(tǒng)控制參數(shù)的真實性，提高陰極保護(hù)運行效率，提升了監(jiān)控安全的能力，符合油田發(fā)展的需求[7]。

1.3 陰極保護(hù)遠(yuǎn)程監(jiān)控中心

陰極保護(hù)遠(yuǎn)程監(jiān)控中心框架如圖3所示。主要由RTU模塊、油田專用光纖、數(shù)字化無線網(wǎng)絡(luò)、防火墻、監(jiān)控交換機以及控制終端等部分組成。遠(yuǎn)程監(jiān)控柜發(fā)送的電流、電壓以及電位數(shù)據(jù)，被RTU模塊所接收；采集后的數(shù)據(jù)通過油田專用光纖傳輸至數(shù)字化無線網(wǎng)絡(luò)；用以接收并處理數(shù)字化無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)碾娏?、電壓和電位?shù)據(jù)，進(jìn)行監(jiān)控分析，識別出有效數(shù)據(jù)，采用防火墻過濾和屏蔽非法數(shù)據(jù)；將防火墻處理后的電流和電壓數(shù)據(jù)通過不同網(wǎng)線上傳至監(jiān)控交換機；由監(jiān)控交換機處理后的數(shù)據(jù)，發(fā)送至遠(yuǎn)程啟停陰極保護(hù)的控制終端[8]。

2 輸油管線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)實施及應(yīng)用

輸油管線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)2019年6月在長慶油田某輸油管線上進(jìn)行了現(xiàn)場應(yīng)用，通過遠(yuǎn)程監(jiān)控方式隨時監(jiān)控輸油管線陰極保護(hù)電位工作狀態(tài)，使得整個陰極保護(hù)系統(tǒng)處于最佳的工作狀態(tài)，防止了輸油管線腐蝕。該系統(tǒng)實現(xiàn)了對輸油管線的陰極保護(hù)，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(jīng)濟(jì)效益[10]。

輸油管線陰極保護(hù)遠(yuǎn)程監(jiān)控步驟實施如下：

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

2)RTU模塊接收電流數(shù)據(jù)和電壓、電位數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)通過無線的方式上傳至無線網(wǎng)絡(luò)中。

3)數(shù)字化無線網(wǎng)絡(luò)再將采集數(shù)據(jù)通過油田專網(wǎng)光纖上傳至防火墻，經(jīng)過防火墻加工處理后送到監(jiān)控交換機，監(jiān)控交換機進(jìn)一步將處理好的數(shù)據(jù)經(jīng)過網(wǎng)線送入控制終端，實現(xiàn)輸油管線陰極保護(hù)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

圖3 輸油管線陰極保護(hù)遠(yuǎn)程監(jiān)控中心示意

其中，RTU模塊將電壓、電位和電流數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)字化無線網(wǎng)絡(luò)交換機。

遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)通信速率高、穩(wěn)定性好，有著顯著的應(yīng)用優(yōu)勢。這對于保證整個輸油管線陰極保護(hù)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性具有重要意義[11]。

3 結(jié)束語

采用輸油管線陰極保護(hù)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：

1)輸油管線陰極保護(hù)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(hù)范圍大、不受環(huán)境電阻率限制、經(jīng)濟(jì)性好以及陰極保護(hù)在線裝置壽命長等優(yōu)點，使其在防腐工程中越來越受到重視。

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

3)該系統(tǒng)組網(wǎng)方便、數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定可靠，能夠直觀及時地查看各監(jiān)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(hù)水平、減少管線腐蝕、延長管線使用壽命有著積極意義[11]。