智能監測系統在老舊管道陰極保護系統中的應用

于立軍

關鍵詞：陰極保護;智能電位采集儀;保護電位;干擾電壓

1 前言

隨著我國油氣管道事業的不斷發展，油氣管道存在的腐蝕問題逐漸引起人們的重視。目前，長輸管道主要采用防腐層與陰極保護相結合的方式進行聯合保護，陰極保護主要采用強制電流法進行保護。陰極保護系統能否正常運行，對管道的腐蝕防護起著重要作用。長期以來，陰極保護數據的測量主要靠人工定期巡檢，通過萬用表和便攜式硫酸銅參比電極進行測量，但受測試環境的限制，數據準確性較差，且效率較低。同時，很多油氣管道地處沙漠、深山等偏遠地區，交通不便，人工測量困難;因此如何及時準確的測量管道陰極保護數據，成為一個亟需解決的問題。

隨著科學技術的發展，陰極保護智能監測系統開始逐漸發展起來[3-4]，這些系統能夠實現對管道陰極保護數據的自動化采集、上傳及分析，解決了陰極保護系統管理的難題，極大的推動了陰極保護數據采集的自動化和智能化發展。目前，此項技術已經在國家大型油氣管道項目中得到了推廣應用（例如西氣東輸管道、中俄原油管道項、中緬管道等），取得了良好的效果，對陰極保護智能監測系統的發展提供了寶貴經驗。

目前，國內各油田內集輸管網和外輸管網陰極保護主要采取犧牲陽極或強制電流法進行保護。陰極保護數據的采集主要依靠傳統的人工方式進行。以筆者所在的某油田為例，眾多的集輸管道處于水田和濕地自然保護區內，陰極保護數據的測量只能在冬春兩季進行，夏秋兩季農作物的種植和豐沛的降水導致很多地區人員無法進入，陰極保護數據無法及時測量。同時，隨著城市化的不斷發展，各種軌道交通及高壓輸電線路的發展，導致雜散電流對管道的干擾越來越嚴重，由于雜散電流干擾的復雜性，人工定期采集數據很難反映管道受干擾的真實情況;因此，亟需對受雜散電流干擾的管道進行實時監測，掌握雜散電流對管道的影響規律，才能采取合理的防護措施。

2 陰極保護智能監測系統介紹

目前，經常采用陰極保護智能監測系統實現對陰極保護數據的自動采集及上傳，系統主要包括智能電位采集系統、數據接收服務器及陰極保護智能監測軟件平臺組成 [1-2]。

2.1 智能電位采集系統

智能電位采集系統是陰極保護智能監測系統的核心部分，它負責對陰極保護數據進行自動化采集，采集數據通常包括管道的陰極保護電位、雜散電流、干擾電壓等參數，并將數據通過公共通信網絡發回數據接收服務器。智能電位采集系統主要包括數據采集終端、數據卡、測試樁、太陽能板（或電池）、極化探頭等，由生產廠家以集成好的成品成套供貨。

2.2 硬件要求

服務器硬件為普通計算機，能流暢運行win7系統及SQL Server等常用大型數據庫，存儲大小不小于500GB。

2.3 陰極保護智能監測軟件平臺

目前，不同廠家的軟件有各有特色，但總體來說，智能監測軟件平臺都有一些共同特點，筆者通過分析不同廠家的軟件平臺，其共同特點主要有以下幾點：

①軟件平臺在Windows或Linux系統下運行，采用圖形漢字化界面，人機對話方式，操作簡便;②軟件平臺一般采用B/S 架構，應能夠將系統的客戶端管理軟件和服務程序軟件分離，便于管理和維護，能夠更好的支持網絡環境的應用;③軟件平臺以地理信息系統（GIS）作為管理平臺，以便能夠更直接、形象地反應被保護管道的運行狀況，方便地查看管道的走向以及環境地貌等情況，對管道進行準確定位;④當存在報警信息時，能夠及時準確的反映報警監測點所在的位置;軟件可采用SQL Server等大型數據庫，以保證數據的安全，并應具有足夠的存儲容量和具有遠程訪問的支持;⑤軟件平臺多包含專家故障診斷子系統，用于協助用戶分析管道保護異常狀況，并給出處理意見;且具有陰極保護專業知識庫。此部分內容，不同廠家都具有自己的特色;⑥用戶能通過電子地圖，可以直觀觀察管道全線陰極保護狀況，允許在地圖上對報警點直接使用專家子系統進行診斷，并允許直接在地圖上對監測點進行遠程監控;⑦系統能自動存儲陰極保護電位，并提供數據錄入和統計分析功能。

3 應用實例

3.1 管道陰極保護現狀

某油田外輸管道長度約100km，管徑D219×7，設計溫度80℃，管道分兩期建設，Ⅰ期建設管道長度64km，采用石油瀝青防腐層;Ⅱ期建設管道長度36km，采用環氧粉末防腐層，管道沿線設置三座陰極保護站。

管道沿線部分地區為水田、河流等，存在多處直流干擾源;根據現場測試，管道與地鐵交叉處直流干擾影響最為嚴重，干擾范圍為-5.1V～+3.7V，影響范圍約28km;管道沿線與高鐵及高壓鐵塔交叉4次，交流干擾電壓最大7.5V。

由于管道存在嚴重的直流干擾，參比電極的反饋電位受到嚴重干擾，恒電位儀只能在恒流狀態運行;并且由于直流干擾電壓的方向不穩定，正向和負向便宜都比較嚴重，導致管道面臨嚴重的直流腐蝕風險，需要對管道的陰極保護運行狀況進行實時監測。

3.2 陰極保護智能監測方案

由于管道存在較大范圍的直流干擾及多處交流干擾，陰極保護實時監測方案如下：管道不存在干擾的地區，每5km設置1套智能電位采集系統;人員無法進入的地方每公里設置1套智能電位采集系統;雜散電流干擾嚴重的地方1～2km設置1套智能電位采集系統;采集數據上傳到本地服務器上，通過配套的陰極保護智能監測軟件平臺進行數據記錄和處理。

為了保證能夠將陰極保護監測數據實施上傳到本地服務器上，智能電位采集系統應具備以下功能：①智能電位采集系統電位采樣范圍為-3.500V～+3.500V，電位采樣誤差小于±10mV;交流干擾電壓采樣范圍：0.0V～50.0V，

誤差小于±100mV;②智能電位采集系統在設定狀態下，自動定時采集電位數據;智能采集儀內部自帶時鐘，時鐘誤差每24h小于10s;③智能電位采集系統在設定狀態下，自動定時將采集的電位數據通過無線通訊方式發送到監控中心;④智能電位采集系統的數據通訊采用GPRS/4G無線通訊技術，通過GPRS/4G將采集的電位數據發送到監控中心;⑤智能電位采集系統應考慮管道上雷擊浪涌電壓的影響，在管地電位輸入裝有有效的防雷擊保護器，以避免由雷擊引起各路元器件的破壞;⑥智能電位采集儀置于金屬機殼內，此機殼具有足夠的強度，機殼防護等級不低于IP65;⑦極化探頭由極化試片、交流干擾試片、自腐蝕試片、參比電極、殼體及連接電纜等組成，極化探頭的極化試片應滿足以下要求：a.材質與管道材質匹配;b.交流極化試片裸露面積宜為1cm2;c.極化試片及自腐蝕試片裸露面積宜為6.5cm2-100cm2;d.導線與試片應有良好電氣連接，防腐密封采用環氧樹脂;e.極化探頭的參比電極為飽和硫酸銅電極，且應避免參比電極漏液對測量參數造成的不利影響。

4結論

本文通過分析老舊管道陰極保護系統存在的問題，通過采用陰極保護智能監測系統對原有陰極保護系統進行改造，能夠對管道陰極保護電位、干擾電壓等數據進行自動采集及上傳，實現了陰極保護數據的實時監測，對減緩管道的腐蝕具有重要意義。

參考文獻：

[1]王寶珠，杜逸偉，郭志濤等.埋地金屬管道陰極保護遠程監控系統的設計[J]，河北工業大學學報，2017，46（1）：29-33.

[2]王愛玲，劉玉展，余東亮等.山區管道陰極保護智能采集監控管理系統應用[J]，設備與自動化（增刊1），2019-z1（38）：149-153.

[3]陳慧萍，馬啟強，張昆等.低功耗陰極保護智能電位采集在油氣管道中的應用[J]，儀器儀表用戶，2019，26（6）：45-48.

[4]楊彬，李孝瑩.智能陰保監控系統的工程應用實例[J]，全面腐蝕控制，2017，31（10）：18-20.