機場供油管道陰極保護實時采集裝置開發

王寧 楊志遠

摘要：針對埋地金屬管道腐蝕嚴重，而我國陰極保護的評測方法多為人工巡檢，測量數據誤差大、數據不完備、查看不便的現狀，設計出一套金屬管道陰極保護數據遠程采集系統。設計了高精度的采集電路，通過GPRS的遠程傳輸方式，將埋地油氣管道的陰極保護電位參數采集后發回室內計算器。通過管道陰極保護電位采集管理軟件查看電位數據并對數據進行繪表制圖與存儲，獲得受保護管道的當前保護狀況，為管道的保護提供了重要依據。

關鍵詞：機場供油管道? ?陰極保護? ?遠程采集

一、前言

目前，埋地金屬管道廣泛應用于各種物料的運輸中，如成品油、天然氣、飲用水等。 埋地金屬管道長期埋于地下，環境條件差別巨大，會發生不同程度的腐蝕。據統計數據顯示，在我國每年因管道腐蝕造成的直接經濟損失約占國民經濟凈產值的3%～4%。埋地管道的腐蝕、穿孔、泄露不僅造成了油氣漏失，使運輸中斷，造成巨大的經濟損失，還易引發諸多安全問題，對環境造成破壞。尤其，在密布著大大小小航油輸送管道，安全等級要求更高的機場，更應拒絕因管道腐蝕帶來的損失。因此，對管道的保護非常重要。陰極保護主要包括兩種方法：犧牲陽極法和外加直電流法。國外多采用整流器提供陰保電流，而我國多采用恒電位儀和犧牲陽極結合的方式提供陰極保護電流。根據現行的陰極保護標準，陰極保護電位相對銅/硫酸銅飽和溶液參比電極應在-850mV～-1200mV之間;當上述準則難以達到時，可采用管道陰極極化電位差或去極化電位差大于100？mV作為判據。在油氣管道鋪設較為廣泛的情景下，傳統的檢測方法多用萬用表等儀器進行現場采集的人工巡檢方式，效率低誤差大，只能采集通電電位，無法采集陰極保護準則評判時的斷電電位，造成了陰極保護效果判斷的誤差，且人工匯總數據實時性差，查看不方便等。

綜上所述，需要研制一套油氣管道陰極保護數據遠程采集系統，用于實時查看、管理陰極保護數據，評價管道陰極保護狀態。

二、采集系統設計

（一）極化探頭

極化探頭我們選用型號為KT-JT。它能有效的消除由于存在土壤IR降、雜散電流等因素所引起的電位誤差，從而達到精確檢測被保護管道上的保護電位值。極化測試探頭是一種長效、高穩定、消除IR降的埋地鋼制管道陰極保護電位測量器件，主要適用于埋地鋼制管道腐蝕控制工程陰極保護電位的檢測與監測。探頭內，消除土壤介質中90%左右的IR降，使檢測和監測的保護電位結果更將準確可靠。本探頭的內置參比電極為銅/飽和硫酸銅電極。

極化探頭外部用絕緣外殼包裹，防止外界土壤中的雜散電流，二次電流等對管道極化電位測量構成影響。探頭下部外露與外界唯一溝通的路徑多孔篩，探頭內置參比電極，極化試片，自腐蝕試片等，用極化探頭測量大致分為兩階段，極化試片同管道的極化階段，以及極化試片同參比電極的測量階段。極化探頭埋在鋼制管道軸線相同高度處，要求掩埋土壤的溫度濕度相似，盡力靠近與鋼制管道 最相近的腐蝕環境，測量數據也最可靠。在極化階段，極化探頭內與極化試片相連接的導線與被測鋼制管道連接，等極化探頭極化完全之后，即此時極化試片的電位與被測管道電位相同時，斷開此導線與被測鋼制金屬管道的連接。在測量階段，把極化完全后的極化試片與萬能表的黑表筆相接，萬能表紅表筆與極化探頭內置參比電極相接的導線相連，此時，萬能表顯示的示數即為被測管道的極化電位。因為極化探頭在極化完全以后，電位會有衰減情況，時間越長，電位衰減越多，測量電位數據越易失真，所以需在極化階段完成之后，迅速用萬能表對極化試片的電位測量。現極化探頭已廣泛應用于測量鋼制管道在外加直流電作用下的極化電位，極化探頭沿管線埋布，并把極化探頭的接線處統一集中到沿線布設的測試樁進行測量。但現大多情況下仍舊采用人工測量，由工人師傅跋涉到沿線管道各個測試樁旁進行多遍測量，人工測量具有很多不可控的因素，比如具有偶然性，效率低誤差大，費時費力等。

（二）極化時間確定

采用具有人機交互界面的PLC一體時間繼電器，在針對采用不同鋼制的管材，不同極化電位的情況下對試片極化時間做出大量實驗測量，使其在極化階段時間內極化試片極化完全，對時間繼電器做出設置。若設置極化時間太短，極化試片極化不完全，但是試片在測量時不能夠準確反應現鋼制管道極化電位;若設置極化時間太長，降低了測量頻率，不能高效使用極化探頭進行測量，也降低了強制直流電站對保護電流輸入反饋改變的靈敏度。實驗采用8進8出具有邏輯運算能力的時間繼電器，將與極化試片相連的導線接入公共柱，將與鋼制管道相連的導線與常閉端相連，將極化探頭內置參比電極端接線端與萬能表串聯并常開端相連。極化時，極化試片與鋼制管道接通，極化試片極化開始;當時間繼電器設置極化時間結束時，極化試片與鋼制管道斷開，與參比電極接通（中間串聯萬能表），萬能表顯示極化電位示數，當時間繼電器設置測量時間結束時，又重回下一個極化階段，這樣周而復始，就完成了各個時間埋地鋼制管道極化電位的測量工作。

（三）數據傳輸及存儲

在前期用極化探頭測量管道極化電位之后，緊接著采用快速AD采集等模塊取代萬能表的位置，使其能夠獨立自主的對電位進行采集，將模擬的電壓量轉換成數字量，通過GPRS的遠程傳輸方式，將埋地油氣管道的陰極保護電位參數采集后發回室內轉入計算機中進行存儲繪圖等功能。數據采集管理軟件通過計算機串行口采集儀表測量數據并實時顯示、存儲，對存儲數據進行曲線分析、曲線打印、趨勢瀏覽、報表生成、報表編輯、報表打印、轉化生成TXT、EXCEL文件等。可得到數據采集的基本功能。