陰極保護(hù)系統(tǒng)信號(hào)傳輸問(wèn)題探討

寧海春，蔣光跡，郭惠麗，黃元和，閆紅霞

(中國(guó)石油化工股份有限公司中原油田普光分公司，四川達(dá)州636150)

天然氣管道外防腐蝕必須采取陰極保護(hù)技術(shù)［1-2］，普光氣田陰極保護(hù)系統(tǒng)是腐蝕防護(hù)的重要組成部分，它與管道外3PE涂層相輔相成，最大限度地減緩了電解質(zhì)對(duì)管線的腐蝕作用［3］。

陰極保護(hù)測(cè)試樁是防止埋地鋼管腐蝕的重要設(shè)備［4-7］，它主要用于陰極保護(hù)電位的測(cè)試及遠(yuǎn)傳，通過(guò)測(cè)試樁可以周期性測(cè)取管道陰極保護(hù)的各項(xiàng)參數(shù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和判斷腐蝕風(fēng)險(xiǎn)，掌握陰極保護(hù)系統(tǒng)的運(yùn)行情況，保證管道安全運(yùn)行。

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，普光氣田閥室陰極保護(hù)系統(tǒng)保護(hù)電位應(yīng)該先傳輸?shù)介y室遠(yuǎn)程終端控制系統(tǒng)(RTU)，再傳至中控室陰極保護(hù)智能監(jiān)測(cè)服務(wù)器。但目前大部分陰極保護(hù)測(cè)試樁的信號(hào)無(wú)法準(zhǔn)確傳輸?shù)街锌厥摇７治龊蟀l(fā)現(xiàn)，從閥室RTU到中控室的傳輸信號(hào)大部分正確，而陰極保護(hù)測(cè)試樁的參比電極到閥室RTU之間信號(hào)傳輸問(wèn)題嚴(yán)重。

1 陰極保護(hù)系統(tǒng)信號(hào)傳輸問(wèn)題

陰極保護(hù)站設(shè)置輸出信號(hào)及管道沿線保護(hù)電位，接入閥室RTU，再上傳至中控室陰極保護(hù)智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)服務(wù)器，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、分析、報(bào)警。陰極保護(hù)測(cè)試樁內(nèi)部為集成電路板，主要分為接線模塊、電源模塊、CU1模塊、傳感器模塊及安控模塊，接線模塊用于電源線、信號(hào)線、參比電極線等電路的接入或連接，電源模塊用于測(cè)試樁用電的傳輸，傳感器模塊的作用是將電位轉(zhuǎn)變?yōu)?～20 mA的電流信號(hào)(見(jiàn)圖1)。

圖1 陰極保護(hù)測(cè)試樁內(nèi)部結(jié)構(gòu)Fig.1 Internal structure of cathodic protection test piles

選擇7個(gè)陰極保護(hù)測(cè)試樁進(jìn)行測(cè)試，參比輸入和閥室RTU顯示值的數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

由表中數(shù)據(jù)可知，參比輸入測(cè)試值與RTU顯示值存在一定差值，說(shuō)明信號(hào)傳輸出現(xiàn)了問(wèn)題。

2 信號(hào)傳輸問(wèn)題分析

陰極保護(hù)測(cè)試樁內(nèi)部電子模塊信號(hào)傳輸過(guò)程為:24 V電源輸入到A和B，A和B分別為CU1和直流電壓傳感器提供15 V和24 V直流電源。參比輸入信號(hào)(電壓信號(hào))進(jìn)入CU1，通過(guò)CU1給直流電壓傳感器提供電壓信號(hào)，直流電壓傳感器輸出4～20 mA電流信號(hào)到閥室RTU，RTU顯示電壓信號(hào)，此顯示值應(yīng)與參比輸入信號(hào)實(shí)際值一致(見(jiàn)圖2)。

表1 參比輸入值與RTU顯示值對(duì)比Table 1 Contrast between reference electrode input value and RTU value V

圖2 陰極保護(hù)測(cè)試樁信號(hào)傳輸過(guò)程Fig.2 Signal transmission process of cathodic protection test piles

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試表明，從陰極保護(hù)測(cè)試樁輸出端到RTU之間的傳輸正常，問(wèn)題集中在陰極保護(hù)測(cè)試樁本身。表2～4為現(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)抽取幾個(gè)測(cè)試樁進(jìn)行測(cè)試的結(jié)果。

表2 陰極保護(hù)測(cè)試數(shù)據(jù)Table 2 Cathodic protection test data V

由表2可知，當(dāng)10號(hào)測(cè)試樁檢測(cè)時(shí)，直流電壓傳感器輸出電流是8.7 mA，折合成電壓為1.175 V，證明直流電壓傳感器有問(wèn)題，但RTU到中控室傳輸沒(méi)有問(wèn)題。11號(hào)測(cè)試樁應(yīng)該是RTU卡件有問(wèn)題。12號(hào)測(cè)試樁閥室電源模塊有問(wèn)題。同時(shí)說(shuō)明8號(hào)和9號(hào)測(cè)試樁基本正常。

對(duì)11號(hào)測(cè)試樁進(jìn)行進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)(信號(hào)源提供參比輸入電壓)，數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表3 11號(hào)測(cè)試樁陰極保護(hù)測(cè)試數(shù)據(jù)Table 3 Cathodic protection test data of 11#cathodic protection test pile V

由表3的數(shù)據(jù)可以得出，電壓傳感器輸出有問(wèn)題。

對(duì)1號(hào)測(cè)試樁進(jìn)行了進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)(信號(hào)源提供參比輸入電壓)，數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。

表4 8號(hào)測(cè)試樁陰極保護(hù)測(cè)試數(shù)據(jù)Table 4 Cathodic protection test data of 8#cathodic protection test pile V

表4的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)展示了8號(hào)陰極保護(hù)測(cè)試樁各器件的正常電器特性。

分析以上數(shù)據(jù)，說(shuō)明信號(hào)傳輸問(wèn)題主要集中在測(cè)試樁上。測(cè)試樁內(nèi)部進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換時(shí)，由于元件的問(wèn)題，使測(cè)試樁最后輸出信號(hào)與輸入信號(hào)不對(duì)應(yīng)，導(dǎo)致將錯(cuò)誤信號(hào)傳到RTU和中控室，當(dāng)然，也存在由于RTU機(jī)柜卡件問(wèn)題導(dǎo)致中控室信號(hào)錯(cuò)誤的情況(比如11號(hào)測(cè)試樁)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)查看，測(cè)試樁電路焊接質(zhì)量差，尤其是電源模塊和CU1部分，線路凌亂，嚴(yán)重影響了陰極保護(hù)系統(tǒng)信號(hào)傳輸問(wèn)題。

3 分析及解決方法

3.1 將測(cè)試器件安裝在室外測(cè)試箱中

3.1.1 將各測(cè)試器件組合成一個(gè)功能塊

選取質(zhì)量好的電器元件，組裝在一塊印刷線路板上(見(jiàn)圖3)，改造成便于檢查和更換的電路板，使線路清晰簡(jiǎn)潔，同時(shí)保證電器特性，使信號(hào)在各功能塊之間準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換，最后輸出為正確的信號(hào)。印刷線路板只測(cè)量輸入和輸出，就能斷定電路板是否正常(線路板上應(yīng)設(shè)置測(cè)試點(diǎn))，便于查找問(wèn)題。

圖3 功能塊設(shè)計(jì)圖Fig.3 Design diagram of function block

根據(jù)以上改造，可以有效解決信號(hào)傳輸問(wèn)題，并且傳輸一旦出現(xiàn)問(wèn)題，也可以方便查找問(wèn)題并整改。

3.1.2 用防爆膠泥封堵測(cè)試樁出口

在現(xiàn)場(chǎng)檢查過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)接線箱內(nèi)部有銹蝕，導(dǎo)線上有霉變產(chǎn)生，測(cè)試樁接線箱下部需要封堵(圖4)，以免潮氣進(jìn)入接線箱對(duì)電器元件造成不利影響。

圖4 測(cè)試樁需要封堵的部位Fig.4 Part of test pile needed to be blocked

3.1.3 接線箱內(nèi)放入干燥劑

為了保證接線箱內(nèi)干燥，建議在接線箱內(nèi)部放置少量干燥劑。

3.1.4 將接線箱的門(mén)嚴(yán)密關(guān)閉

為了防潮，現(xiàn)場(chǎng)接線箱的門(mén)需要嚴(yán)密關(guān)閉，可以采取增加橡膠密封圈的方法。但實(shí)際應(yīng)用中，部分陰極保護(hù)測(cè)試樁的門(mén)不能準(zhǔn)確合攏、關(guān)閉不嚴(yán)，以致潮氣從縫隙處進(jìn)入接線箱。

3.2 將測(cè)試器件安裝在閥室的機(jī)柜內(nèi)

如果將參比輸入信號(hào)直接引入機(jī)柜間，可以達(dá)到信號(hào)不會(huì)衰減的效果，且最好把測(cè)試器件做成卡件置于機(jī)柜間。既能有效保護(hù)電器元件免于環(huán)境影響，又能確保工作的穩(wěn)定性，延長(zhǎng)使用壽命。

通過(guò)對(duì)比分析各種方法，試驗(yàn)研究表明，將各測(cè)試器件組合成功能塊，最后再將功能塊安裝于閥室的機(jī)柜間。一方面能夠方便地查找出測(cè)試元件的故障，故障時(shí)換上新的備件即可解決問(wèn)題，另一方面能夠防止測(cè)試元件受潮，有效地解決了陰極保護(hù)系統(tǒng)信號(hào)問(wèn)題。

4 小結(jié)

普光氣田閥室陰極保護(hù)系統(tǒng)保護(hù)電位應(yīng)準(zhǔn)確傳到閥室RTU系統(tǒng)，再傳至中控室陰極保護(hù)智能監(jiān)測(cè)服務(wù)器，但目前大部分陰極保護(hù)測(cè)試樁的信號(hào)無(wú)法準(zhǔn)確傳輸?shù)街锌厥遥饕驗(yàn)樵艹保绊憸y(cè)量和傳輸。通過(guò)將各個(gè)測(cè)試器件組合成功能塊，再將功能塊安裝于閥室的機(jī)柜間，有效地保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。

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