油氣管道陰極保護在線監測系統研究

姜春龍

（大慶油田工程建設有限公司化建公司，黑龍江 大慶 163316）

0 引言

本文對油氣管道的陰極保護在線監測系統進行分析，因為我國油氣行業所面臨著油管腐蝕的問題，這樣不利于我國油氣行業的健康發展，通過使用GPRS通信技術的條件下對陰極保護在線監測系統的數據交互進行研究，實現問題的有效解決。

1 概論

我國經濟的不斷增長，人們對石油的需求量是日漸增加，石油資源的開采及新設輸油管道的數目也不斷提升。當今的油氣運輸可以借助管道來進行運輸，但所存在的問題也是逐漸凸顯，比如管道受到腐蝕而造成管道受到破壞，油氣相關單位都對其腐蝕問題進行深入探討，如今的油氣管道安裝主要以地下敷設的方式進行，因為敷設的區域不同和區域結構不同，其管道出現腐蝕問題也不盡相同。

根據管道腐蝕的問題進行探討，提出了如鑄造材質、選料等問題而形成管道腐蝕的程度不同，還有施工中的操作失誤而造成管道的防腐層被破壞，從而出現管道的腐蝕，當涂層被破壞，管道外部會發生老化與剝落的現象，進行讓腐蝕現象加劇，從而形成了“小陽極”和“大陰極”，就是在防腐層上出現小的腐蝕點，從而形成了“孔蝕”，最終造成油管中的原油泄漏，造成極為嚴重的后果。本文將以陰極保護法對油氣管道腐蝕進行深入研究。

2 陰極保護技術研究

2.1 陰極保護的原理

系統外部增加陰極電流會直接引發金屬的腐蝕，能在負面進行移動工作。金屬的腐蝕速率會導致腐蝕電流與陽極氧化反應的變小。對陰極電流進行增加，能產生陰極化反應，從而對金屬產生一定影響，金屬的電位會遷移到陽極的初始電位，其中零值是金屬陽極溶解的電流值，對微電池的腐蝕情況具有良好的解決效果，由此得出，運用此方式，能對金屬起到保護作用。

圖1 陰極保護原理極化圖

由圖1所示，陽極初始電位Ea處于金屬表面的腐蝕電池中，陰極的初始電位Ec也處于金屬表面的腐蝕電池中。在電流未流通時，S點只代表著腐蝕電池的陽極極化曲線與陰極極化曲線的交界點，Ecorr表示為腐蝕電池的自腐蝕電位，處于S點的對應電位，Icorr代表著自腐蝕電流。并且，金屬表面的陽極溶劑在腐蝕電流的促進下不會停止運作。金屬也會受到陰極的保護，腐蝕性將得到良好控制。

腐蝕電流可以用I=（E陰-E陽）/R的公式表示。

2.2 陰極保護法

陰極保護是電化學的一種保護方式，它的作用原理為對外電流作用在被腐蝕的金屬結構表面，其保護的結構是陰極，確保金屬腐蝕的電子不會出現位移的現象。金屬也不會被腐蝕，這種方法也是陰極保護技術的種類。

2.3 陰極保護電源的基本需求

圖2為陰極保護控制系統的示意圖，也是陰極保護對直流電源的供給的重點。

圖2 陰極保護控制系統示意圖

陰極保護電源的性質，能將交流電轉變為陰極保護所需的直流電。主電路、電流檢測、控制電流組合而成，將主電路進行轉化，轉化出電壓與直流電流，控制系統的工作狀態將由控制電路進行掌控，并能根據系統工作狀態進行靈活調整，從而產生特有的脈沖，有效保護電源系統。對系統的電源內部進行合理掌控，并對內部器件進行合理的布局，保障主電路的功能滿足系統需求，達到標準的輸入輸出功率，能讓陰極保護電源穩定運轉，還能將控制與檢測電路進行合理應用，對系統起到保護的作用。

3 油氣管道陰極保護設備設計研究

3.1 油氣管道陰極保護設備硬件設計

控制模塊是陰極保護設備硬件的重要部分，其原理能調整各模塊。主控制模塊的質量直接影響著系統的所有設備。因此，加強對主控制模塊的研究與監控是必然的。

控制芯片的選擇要考慮其整體的性能，以工程的實際情況為依據進行選擇。文章中所提到的PIC單片機芯片是一種可編程控制中心，需要其他設備與芯片的輔助才能實現運行。

單片機的指令比較簡單，兼容性與運行速度都比較突出，單片機的成本比較可觀，具有超高的性價比，單片機的運用十分廣泛，比如電腦、汽車、智能設備等都應用單片機進行性能控制。當今的單片及種類繁多，比如MCS-51系列單片機、ARM、STM32等，PIC單片機的特點有以下幾種。

（1）PIC單片機的指令是被簡化的，但所含的代碼數目至少35個，并且DNA指令功能也十分強大。其基礎指令在20條左右，代碼處于執行狀態，運行效果較快，在開發中容易被調用；

（2）MCS-51系列單片機擁有111條指令，指令數量眾多，執行還比較復雜，因此在開發中容易出現問題；

（3）PIC單片機有4中尋址方式，分別為直接尋址、立即數尋址、寄存器間接尋址和位尋址。但和MCS-51系列單片機相較，卻有明顯的差異，因其具有7種以上的尋址方式；

（4）PIC單片機的代碼壓縮率很大，單字節方面都能存儲1024條指令，51系列單片機能存儲600條左右的指令[1]。

3.2 無線通信技術

無線通信技術是以電磁波為基礎進行研究的，伴隨著其不斷的創新，該技術的發展趨勢迅猛，在生活工作中得到廣泛應用。

3.3 GPRS通信技術

GPRS是當今科技時代的產物，它能提供語音通話、SMS短信、數據通信業務GPRS都能提供，圖3、圖4所示為GPRS無線數據的傳輸的過程，能從整體上看出基站系統（BSS）、GPRS服務支持節點（SGSN）等等，并能實現與因特網絡的連接，實現GPRS模塊與服務器點對點的連接[1]。

圖3 無線網絡的分類

圖4 GPRS接入公網的過程圖

4 結語

我國陰極保護數據的采集工作還是采用定期人工錄入的方式來進行，該方式的缺陷是效率過低，難以實現管線的基本運行需求。因此，需加強對油氣管道陰極保護技術的研究力度，合理分析陰極保護的基本原理與無線傳輸的通訊原理。