淺述油氣礦中的智能陰極保護(hù)系統(tǒng)

李可

中邦恒晟有限公司 廣東 深圳 518109

1 智能陰極保護(hù)系統(tǒng)的建設(shè)背景及重要性

隨著社會的進(jìn)步與國家油氣工業(yè)的發(fā)展，埋地油氣管道所承載的油氣運(yùn)輸任務(wù)越來越重要，運(yùn)輸量越來越多，管道鋪設(shè)的規(guī)模也越來越大并且越來越復(fù)雜。油氣長輸管道的鋪設(shè)地區(qū)大多偏遠(yuǎn)，而陰極保護(hù)對管道的保護(hù)至關(guān)重要，所以日常的人工巡線、電位采集、設(shè)備檢修等工作必不可少，這些工作耗費(fèi)了大量的人力、物力和時間，并且：①人工監(jiān)測電位并通過手動調(diào)節(jié)電位來對管道進(jìn)行保護(hù)，沒有考慮溫度、土壤環(huán)境等時變因素對管道的動態(tài)干擾；②保護(hù)時效性差，不能及時發(fā)現(xiàn)問題，導(dǎo)致?lián)p失慘重；③整個過程人工監(jiān)測、調(diào)整，難免因為人員監(jiān)測采集技術(shù)差異造成數(shù)據(jù)不精準(zhǔn)，影響保護(hù)效果。

隨著數(shù)字化氣田建設(shè)工作的推進(jìn)，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(shí)現(xiàn)陰極保護(hù)電位智能遠(yuǎn)傳可以有效監(jiān)控陰保系統(tǒng)運(yùn)行狀況，形成實(shí)時的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，全面掌握陰保情況；同時通過數(shù)據(jù)分析、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范模型計算等技術(shù)手段，及時發(fā)現(xiàn)問題，調(diào)整運(yùn)行參數(shù)，確保陰極保護(hù)系統(tǒng)高效運(yùn)行。如此可以讓管道保護(hù)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(zhì)災(zāi)害防護(hù)、管道保護(hù)宣傳等工作中[1]。

2 智能陰極保護(hù)系統(tǒng)構(gòu)成

智能陰極保護(hù)監(jiān)測系統(tǒng)由智能陰保樁和智能陰保信息管理系統(tǒng)組成，智能陰保樁將監(jiān)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(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)上傳至DMZ區(qū)服務(wù)上，實(shí)現(xiàn)管線陰極保護(hù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)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(jìn)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(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、通訊模塊、電池等構(gòu)成。

2.1.2 實(shí)現(xiàn)功能：智能陰保樁通過對已有的陰保樁進(jìn)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(shù)據(jù)分析、A/D轉(zhuǎn)換存儲后上傳至位于云平臺中的管道綜合監(jiān)測模塊。

智能陰保樁具有監(jiān)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(shù)的能力。

①斷電電位測試方法：同時支持試片法與陰保機(jī)通斷測試法。②采集模式：間隔采集、定時采集、自動觸發(fā)采集等工作模式模式。③組網(wǎng)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(gòu)開發(fā)設(shè)計，可在不外加電源的狀態(tài)下長時間工作，電池設(shè)計工作壽命5年以上。⑤超高壓干擾自動觸發(fā)。如果設(shè)備處于非連續(xù)工作狀態(tài)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(fā)啟動該設(shè)備，按照預(yù)設(shè)頻率進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測[2]。

2.2 智能陰保信息管理系統(tǒng)

智能陰保信息管理系統(tǒng)需具備數(shù)據(jù)管理、設(shè)備管理、數(shù)據(jù)超限預(yù)警等功能。

2.2.1 數(shù)據(jù)管理。

2.2.1.1 采集及傳輸。需要采集的數(shù)據(jù)包括陰保樁的監(jiān)測數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)、通訊日志的信息。開發(fā)并預(yù)留與其他應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口，以備數(shù)據(jù)共享或與其他系統(tǒng)合并之用。監(jiān)測數(shù)據(jù)包含陰極保護(hù)智能監(jiān)測數(shù)據(jù)庫中的現(xiàn)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(shù)據(jù)；設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)指智能監(jiān)測設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)。

2.2.1.2 數(shù)據(jù)來源。本工程陰保監(jiān)測數(shù)據(jù)管理模塊現(xiàn)階段三類數(shù)據(jù)來源為：①現(xiàn)場智能陰極保護(hù)監(jiān)測點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)，通過讀取陰極保護(hù)電位數(shù)據(jù)庫而獲得數(shù)據(jù)；②陰保站恒電位儀輸出參數(shù)信息；③基礎(chǔ)屬性信息，通過讀取其他管理平臺而獲得數(shù)據(jù)。

2.2.1.3 數(shù)據(jù)處理。建立數(shù)據(jù)字典，對系統(tǒng)中使用的所有數(shù)據(jù)元素進(jìn)行定義，對數(shù)據(jù)項、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)流、數(shù)據(jù)存儲、處理邏輯、外部實(shí)體等進(jìn)行定義和描述。

采集到平臺管理模塊的數(shù)據(jù)都需要經(jīng)過數(shù)據(jù)編碼的轉(zhuǎn)換、補(bǔ)充、映射、轉(zhuǎn)換等數(shù)據(jù)清洗處理操作后方可入庫[3]。

2.2.2 設(shè)備管理?；拘畔⒐芾恚喊ㄊ占悄鼙O(jiān)測點(diǎn)的規(guī)格型號，生產(chǎn)信息，工作參數(shù)設(shè)置，設(shè)備標(biāo)識碼等信息。部署管理：包括將設(shè)備信息在二維地圖上進(jìn)行展示，并顯示對應(yīng)的管線、監(jiān)測點(diǎn)、供應(yīng)商等信息。運(yùn)行信息管理：統(tǒng)計監(jiān)測點(diǎn)型號及數(shù)量，監(jiān)測點(diǎn)故障統(tǒng)計，電池故障統(tǒng)計，維護(hù)情況統(tǒng)計等。電源管理：低電預(yù)警，可查看監(jiān)測點(diǎn)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(shù)，對于預(yù)警的設(shè)備信息需要在二維地圖上進(jìn)行動態(tài)標(biāo)識。

2.2.3 數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計、分析。通過每類表單的重要字段進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢。查詢條件設(shè)置靈活，可對單個或多個信息進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢。查詢結(jié)果能生成相應(yīng)的曲線和圖表信息。

統(tǒng)計分析能滿足技術(shù)管理人員分析判斷管線陰極保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行狀況的需求。系統(tǒng)內(nèi)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(jiān)測分析。對多個智能監(jiān)測設(shè)備采集數(shù)據(jù)以曲線和柱形圖進(jìn)行分析展示：①以智能監(jiān)測點(diǎn)為橫軸，監(jiān)測數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)進(jìn)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(shù)據(jù)分布。

2.2.3.2 單個智能設(shè)備監(jiān)測查詢分析。對單個智能監(jiān)測設(shè)備監(jiān)測采集的數(shù)據(jù)隨時間變化用曲線、柱形圖進(jìn)行展示。包括在多種模式下采集的數(shù)據(jù)在同一時間軸上的展示。

2.2.3.3 異常數(shù)據(jù)查詢。對單個監(jiān)測點(diǎn)獲取過來的異常數(shù)據(jù)可在選擇日期區(qū)間內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)展示[4]。

2.2.4 數(shù)據(jù)超限預(yù)警。當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)在預(yù)設(shè)閾值之外、設(shè)備狀態(tài)異常時，系統(tǒng)會啟動異常預(yù)警。①通過在管線地圖上單擊異常提示標(biāo)識可查看告警數(shù)據(jù)的類型、告警設(shè)備及對應(yīng)管線；②設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)異常告警，如電池將盡前告警、數(shù)據(jù)無法自動采集告警等；③在地圖顯示的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)告警顯示模式與監(jiān)測數(shù)據(jù)告警顯示模式要以不同方式進(jìn)行展示提醒，可以通過顏色或者標(biāo)識符號不同加以區(qū)分。