輸氣管線陰極保護(hù)在線監(jiān)控系統(tǒng)研究與應(yīng)用*

(1.中國(guó)石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司工程技術(shù)研究院,陜西 西安 710018； 2.低滲透油氣田勘探開(kāi)發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710018)

目前長(zhǎng)慶油田伴生氣綜合利用輸送主要依靠長(zhǎng)距離埋地管線來(lái)實(shí)現(xiàn),管材一般為鋼制螺旋焊管。由于輸氣管線均采用埋地方式鋪設(shè), 所以多選擇在人少、環(huán)保、少占耕地的地方,管線穿越地段地形復(fù)雜,土壤性質(zhì)各異,土壤對(duì)管道產(chǎn)生不同程度腐蝕[1]。伴生氣輸氣管線雖然采用了外防腐層保護(hù)，但近幾年因各種原因腐蝕嚴(yán)重，時(shí)常發(fā)生管道泄漏，造成環(huán)境污染。陰極保護(hù)措施是延長(zhǎng)輸氣管線使用壽命,減少輸氣管線運(yùn)行故障的有效手段。外加電流法在實(shí)施大范圍野外陰極保護(hù)時(shí)比較經(jīng)濟(jì)，但需要有專人管理維護(hù)，并需要有穩(wěn)定可靠的不間斷電源，需要對(duì)管線上裝有的陰極保護(hù)裝置實(shí)行不間斷監(jiān)測(cè)和控制。對(duì)輸氣管線陰極保護(hù)裝置的監(jiān)測(cè)與控制一般多由管道巡視員或維修工定期進(jìn)行，隨著油田現(xiàn)代化管理水平不斷提高，迫切需要無(wú)人值守來(lái)替代人工巡檢[2]。

為此，研發(fā)了輸氣管線陰極保護(hù)在線監(jiān)控系統(tǒng)[3],實(shí)現(xiàn)了對(duì)配氣站輸氣管線進(jìn)行強(qiáng)制電流陰極保護(hù)、減緩腐蝕、在值班室能對(duì)陰極保護(hù)恒電位和腐蝕電位進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)和控制的目的，收到了良好的經(jīng)濟(jì)效益[4]。

1 在線監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成

陰極保護(hù)是采用直流電源給被保護(hù)金屬通以陰極極化電流，使金屬表面陰極極化，當(dāng)極化電位大于或等于腐蝕電池的開(kāi)路電位時(shí)，被保護(hù)金屬停止腐蝕。通常情況下，保護(hù)電位為-1.15～-0.85 V(用硫酸銅參比電極測(cè)定)，可達(dá)到使金屬停止腐蝕。大于保護(hù)電位-0.85 V時(shí)，管線不受保護(hù)；小于最小保護(hù)電位-1.15 V時(shí)，開(kāi)始析氫反應(yīng)。輸氣管線陰極保護(hù)實(shí)現(xiàn)這一原理的過(guò)程是，直流恒電位儀電源負(fù)極與輸氣管線連接，正極與輔助陽(yáng)極和深井接地陽(yáng)極連接，從而構(gòu)成保護(hù)回路。外加電流法陰極保護(hù)方法具有較大的輸出功率，可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離陽(yáng)極配置，輸出電流連續(xù)可調(diào)、保護(hù)范圍大、不受環(huán)境電阻率限制、經(jīng)濟(jì)性好和保護(hù)裝置壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，使其在防腐蝕工程中越來(lái)越受到重視[5]。

輸氣管線陰極保護(hù)遠(yuǎn)程在線監(jiān)控系統(tǒng)由外加電流法陰極保護(hù)在線防蝕儀和遠(yuǎn)程監(jiān)控中心兩部分組成[6](見(jiàn)圖1)。

圖1 輸氣管線陰極保護(hù)在線監(jiān)控系統(tǒng)

2 在線監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 在線防蝕儀設(shè)計(jì)

在線防蝕儀主要由監(jiān)控陰極保護(hù)電流、恒電位和參比電位的儀表,可調(diào)式恒電位儀和遠(yuǎn)程控制終端(RTU)模塊組成(見(jiàn)圖2)。可調(diào)式恒電位儀用于輸出連續(xù)調(diào)控直流電壓和電流，輸出電壓恒定，調(diào)壓安全，運(yùn)行效率高；監(jiān)控儀表用于就地顯示陰極保護(hù)電流、恒電位和參比電位，并通過(guò)RS485接口將采集的陰極保護(hù)電流、恒電位和參比電位數(shù)據(jù)上傳至RTU模塊[7]；RTU模塊再將接收到的陰極保護(hù)電流、恒電位、參比電位和啟停信號(hào)數(shù)據(jù)通過(guò)專網(wǎng)傳送到監(jiān)控站內(nèi)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程在線監(jiān)控[8]，達(dá)到配氣站輸氣管線安全高效運(yùn)行的目的。

圖2 陰極保護(hù)在線防蝕儀構(gòu)成

2.2 主要技術(shù)參數(shù)

(1)冷卻方式：風(fēng)機(jī)溫控型風(fēng)冷，電源內(nèi)部溫度高于60 ℃時(shí)，風(fēng)扇開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)降溫；

(2)環(huán)境條件：溫度范圍-30～60 ℃，空氣相對(duì)濕度不超過(guò)85%；

(3)輸入電壓：(220±22) V,50 Hz；

(4)輸出電壓：0～30 V；

(5)輸出額定電流：30 A；

(6)通訊接口：RJ45。

2.3 在線遠(yuǎn)程監(jiān)控中心設(shè)計(jì)

在線監(jiān)控中心作為操控終端，由計(jì)算機(jī)上的監(jiān)控軟件提供人機(jī)界面，通過(guò)專網(wǎng)接受陰極保護(hù)在線防蝕儀遠(yuǎn)程控制終端傳來(lái)的陰極保護(hù)電流、恒電位、參比電位和遠(yuǎn)程啟停數(shù)據(jù)，在監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)上直接顯示陰極保護(hù)異常情況的分析和判斷，出現(xiàn)異常情況時(shí)，可以遠(yuǎn)程關(guān)閉在線防蝕儀供電工作，正常時(shí)可以遠(yuǎn)程啟動(dòng)在線防蝕儀工作。監(jiān)測(cè)中心軟件的編制采用力控軟件編寫，力控軟件擁有友好的界面和強(qiáng)大的功能，提供了一個(gè)良好的Windows系統(tǒng)下的可視化開(kāi)發(fā)環(huán)境[9]。油田專網(wǎng)通信速率高、穩(wěn)定性好，具有顯著的應(yīng)用優(yōu)勢(shì),對(duì)于保證整個(gè)輸氣管線電流陰極保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性具有重要意義[10]。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

自主研發(fā)的輸氣管線陰極保護(hù)在線監(jiān)控系統(tǒng)， 2016年6月在長(zhǎng)慶油田第三采油廠伴生氣綜合利用輸氣管線上進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用, 該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)輸管道陰極保護(hù)狀況的在線檢測(cè)，同時(shí)可以通過(guò)在線監(jiān)控方式隨時(shí)監(jiān)視并調(diào)整防蝕儀的恒電位工作狀態(tài)，使得整個(gè)陰極保護(hù)系統(tǒng)處于最佳工作狀態(tài)。1年多的運(yùn)行實(shí)踐表明，對(duì)配氣站輸氣管線進(jìn)行強(qiáng)制電流陰極保護(hù)實(shí)現(xiàn)了防腐蝕的目的，實(shí)現(xiàn)了輸氣管線陰極保護(hù)的統(tǒng)一集中管理，提高了陰極保護(hù)管理的科學(xué)性、準(zhǔn)確性和及時(shí)性，收到了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié) 論

(1)對(duì)輸氣管線進(jìn)行強(qiáng)制電流陰極保護(hù)實(shí)現(xiàn)了防腐蝕的目的，采用脈寬調(diào)制恒電位供電，克服了傳統(tǒng)型硅整流防蝕儀運(yùn)行效率低、有振動(dòng)噪聲和發(fā)熱浪費(fèi)電能等缺點(diǎn)。

(2)輸氣管線陰極保護(hù)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用人性化的操作和清晰的圖表，能夠直觀及時(shí)地查看各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的狀況，以便能及時(shí)排除故障,對(duì)提高陰極保護(hù)水平、減少管線腐蝕及延長(zhǎng)管線使用壽命有著積極意義。

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(編輯 張向陽(yáng))