王愛玲 余東亮 朱建平 張晶 賀小康 孫海軍

國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)西南管道公司

摘要：陰極保護(hù)技術(shù)是抑制管道腐蝕的一種有效的電化學(xué)保護(hù)手段。相對(duì)傳統(tǒng)的人工測(cè)試方法，陰極保護(hù)參數(shù)智能采集監(jiān)控系統(tǒng)能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)分析，減小了測(cè)量誤差，能夠保證陰極保護(hù)有效性以降低腐蝕風(fēng)險(xiǎn)并節(jié)省大量人工成本。在西南山區(qū)管道現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明：系統(tǒng)能夠不間斷實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管道電位等各項(xiàng)參數(shù)，管理人員可以隨時(shí)掌握陰極保護(hù)狀況，及時(shí)分析整改異常情況，滿足企業(yè)日常管理要求，為山地管道陰保系統(tǒng)研究提供重要數(shù)據(jù)支持。

關(guān)鍵詞：陰極保護(hù)；山區(qū)管道；智能采集；管理系統(tǒng)

管道防腐措施一般采用防腐層結(jié)合陰極保護(hù)技術(shù)[1]，為了保證陰極保護(hù)的有效性，需要對(duì)管道陰極保護(hù)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并注意對(duì)陰極保護(hù)設(shè)備的管理。管網(wǎng)系統(tǒng)的普通測(cè)試樁一般只能采集數(shù)據(jù)，而不能遠(yuǎn)程傳輸數(shù)據(jù)[2]，每月一次的人工檢測(cè)無法對(duì)陰極保護(hù)各項(xiàng)參數(shù)實(shí)時(shí)、同步監(jiān)控，對(duì)陰極保護(hù)和腐蝕情況及時(shí)做出響應(yīng)。人工檢測(cè)數(shù)據(jù)誤差大、人工成本高，不能滿足現(xiàn)代企業(yè)管理的要求[3]。因此，提高陰極保護(hù)智能化管理成為必然趨勢(shì)。

1  應(yīng)用現(xiàn)狀

10年前國(guó)內(nèi)各大高校及研究院所的科研人員就開展了陰極保護(hù)電位智能采集設(shè)備的硬件研制工作，主要解決基本的陰極保護(hù)通電電位采集和數(shù)據(jù)傳輸問題。早期工作雖然都有應(yīng)用效果的描述，但是缺乏具體工況的介紹，也未進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定性、可靠性的驗(yàn)證，大部分可歸類為原型機(jī)的開發(fā)，為工業(yè)化應(yīng)用提供了技術(shù)路線。周勇發(fā)等[4]以Simplicity協(xié)議棧為基礎(chǔ)，研制了一套無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，用于將陰極保護(hù)電位等數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)控制軟件，同時(shí)設(shè)計(jì)研發(fā)的陰極保護(hù)數(shù)據(jù)上傳管理平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的上傳、管理、可視化監(jiān)控等。梁云[5]介紹了一套高性能智能化陰極保護(hù)系統(tǒng)，由管理中心、智能測(cè)試樁和外加電流系統(tǒng)組成，可以采集管道電位及交流干擾電壓。薛光等[6]介紹了川氣東送管道分公司采用智能測(cè)試樁和陰極保護(hù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的效果，除了采用智能采集儀對(duì)測(cè)試樁處的電位進(jìn)行定時(shí)采集上傳外，還可將全線陰保站的輸出電壓、電流和保護(hù)電位、斷電電位等上傳到陰極保護(hù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過遠(yuǎn)程控制功能及時(shí)調(diào)整恒電位儀的輸出參數(shù)，確保陰極保護(hù)系統(tǒng)處于最佳的工作狀態(tài)。川氣東送管道應(yīng)用了以GIS和GPRS為基礎(chǔ)的陰保在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過分析管道電位數(shù)據(jù)可遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)恒電位儀，使管道得到有效保護(hù)。楊彬[7]介紹了一套可以采集并傳輸管道電位的智能陰保系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)的可靠性問題進(jìn)行應(yīng)用案例介紹。長(zhǎng)慶油田某輸氣管線現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用了遠(yuǎn)程陰保監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[8]，該系統(tǒng)由監(jiān)測(cè)平臺(tái)和防蝕儀構(gòu)成[9]，可以采集并展示陰保電流和電位數(shù)據(jù)，結(jié)合專家系統(tǒng)便于分析陰保故障情況。

西南管道公司擁有超過一萬公里長(zhǎng)輸油氣管道。2018年以來著手建設(shè)陰極保護(hù)參數(shù)智能采集監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)，并在山區(qū)管道進(jìn)行了應(yīng)用推廣。建設(shè)了陰極保護(hù)參數(shù)自動(dòng)采集儀試驗(yàn)場(chǎng)、制定了陰極保護(hù)參數(shù)自動(dòng)采集儀技術(shù)規(guī)范，通過實(shí)時(shí)跟蹤調(diào)研國(guó)內(nèi)外新技術(shù)和發(fā)展趨勢(shì)，不斷改進(jìn)采集設(shè)備，持續(xù)升級(jí)改造系統(tǒng)終端，軟硬件技術(shù)水平和可靠性得到了提高。

2  系統(tǒng)組成及功能介紹

該系統(tǒng)以地理信息系統(tǒng)（GIS）為管理平臺(tái)，以MySQL數(shù)據(jù)庫作為統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫，以公共無線數(shù)據(jù)通訊（GPRS）和其他有線通訊相結(jié)合的方式為數(shù)據(jù)傳輸手段[10]，實(shí)現(xiàn)低成本遙測(cè)和遙控，如圖 1所示。系統(tǒng)主要由硬件和軟件兩部分構(gòu)成，硬件即陰極保護(hù)參數(shù)自動(dòng)采集儀和埋地傳感部件，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集和傳輸，并與系統(tǒng)平臺(tái)軟件開發(fā)數(shù)據(jù)接口實(shí)現(xiàn)交互兼容。即利用智能陰保測(cè)試樁處布置的采集儀，配合長(zhǎng)效參比、極化試片等埋地裝置，將管道陰極保護(hù)通電電位、試片斷電電位、管道交流干擾電壓、試片交流電流密度、試片直流電流密度、試片腐蝕速率等數(shù)據(jù)按設(shè)定要求進(jìn)行自動(dòng)采集、儲(chǔ)存、上傳監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、展示、統(tǒng)計(jì)、分析等。軟件即陰極保護(hù)電位監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)和預(yù)警系統(tǒng)，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的解析、存儲(chǔ)、分析和展示。其工作模式主要分為日常工作模式和雜散電流監(jiān)測(cè)模式。前者可根據(jù)實(shí)際需求遠(yuǎn)程設(shè)置采集時(shí)間間隔，每次采集一組數(shù)據(jù)。后者主要針對(duì)電氣化鐵路、城市軌道交通電流干擾或高壓直流接地極干擾等特殊情況，調(diào)整相關(guān)參數(shù)采集頻次，采集參數(shù)超過設(shè)定閾值自動(dòng)觸發(fā)該模式功能，干擾結(jié)束、電位偏移量回到正常范圍內(nèi)時(shí)，自動(dòng)恢復(fù)日常工作模式采集傳輸數(shù)據(jù)。

圖 1 陰極保護(hù)參數(shù)智能采集監(jiān)控系統(tǒng)拓?fù)鋱D

該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)管道陰極保護(hù)狀況的在線檢測(cè)，同時(shí)可以通過遠(yuǎn)程監(jiān)控方式隨時(shí)監(jiān)視并調(diào)整恒電位儀的工作狀態(tài)，使整個(gè)陰極保護(hù)系統(tǒng)處于最佳的工作狀態(tài)，起到最大限度的保護(hù)作用。

3  應(yīng)用分析

圖 2顯示在某一時(shí)間段某段山區(qū)管道受到高壓直流接地極干擾的情況，干擾持續(xù)時(shí)長(zhǎng)為48 min，干擾類型為接地極陽極運(yùn)行。從各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的電位變化（圖 2（a）、圖 2（b））來看，此次高壓直流干擾導(dǎo)致至少10處監(jiān)測(cè)點(diǎn)的管道電位相對(duì)于未發(fā)生干擾時(shí)出現(xiàn)了偏移，影響管段約為400 km。GD-K1155+801～GD-A#閥室-K1147 管段和GD-D#閥室-K854～GD-F#閥室-K734 管段為電流流出段，電位正向偏移，監(jiān)測(cè)點(diǎn)GD-D#閥室-K854的斷電電位正向偏移最大，最正通/斷電電位為﹣0.685 V/﹣0.834 V，斷電電位不滿足最小保護(hù)電位要求。GD-B#閥室-K1038～GD-C#閥室-K1016 管段為電流流入段，電位負(fù)向偏移，監(jiān)測(cè)點(diǎn) GD-B#閥室-K1038 的斷電電位負(fù)向偏移最大，最負(fù)通/斷電電位為﹣4.378 V/﹣1.291 V，斷電電位負(fù)于限制臨界電位。

圖 2 高壓直流干擾監(jiān)測(cè)

圖 3為某山區(qū)管段連續(xù)監(jiān)測(cè)的管道通/斷電電位隨時(shí)間變化曲線。從圖 3（a）可以看出，管段受到典型的動(dòng)態(tài)雜散電流干擾而電位波動(dòng)，每天夜間管道電位波動(dòng)消失。根據(jù)管段附近用電設(shè)施調(diào)查，可以判斷雜散電流來源為管道附近企業(yè)用電設(shè)備。圖 3（b）為管段K1062-K1168陰保監(jiān)測(cè)的曲線圖，可以看出越向下游方向，監(jiān)測(cè)點(diǎn)的波動(dòng)幅度越大，可以肯定雜散干擾也越大。

圖 3 陰極保護(hù)電位監(jiān)測(cè)曲線

4  結(jié)論及展望

陰極保護(hù)參數(shù)智能采集監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了油氣管道陰極保護(hù)的集中監(jiān)控與管理，提高了數(shù)據(jù)采集的可靠性，可實(shí)時(shí)掌握管道陰極保護(hù)狀況，解決了人工測(cè)量誤差大、檢測(cè)工作量大、成本高等問題，降低了陰極保護(hù)運(yùn)行維護(hù)成本，提高了管道智能化管理水平。隨著推廣應(yīng)用，也暴露出了一些問題，主要包括運(yùn)行故障率較高、分析評(píng)價(jià)軟件算法簡(jiǎn)單、數(shù)據(jù)管理平臺(tái)兼容性差、標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一等。今后在以下方面還有待提升。

一是提高系統(tǒng)的可靠性。系統(tǒng)可靠性由采集模塊、供電模塊和傳輸模塊的可靠性決定。提高設(shè)備的防水防塵水平，并在采集儀內(nèi)部進(jìn)行溫度、濕度監(jiān)測(cè)，提高系統(tǒng)自診斷能力。采用太陽能電池、風(fēng)能供電、直流電源供電等，保障設(shè)備長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。采用物聯(lián)網(wǎng)通訊、北斗衛(wèi)星技術(shù)等覆蓋傳統(tǒng)信號(hào)盲區(qū)。

二是提高標(biāo)準(zhǔn)化統(tǒng)一性。目前各個(gè)廠家軟硬件技術(shù)水平參差不齊，通訊協(xié)議不統(tǒng)一。建議推動(dòng)智能采集系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)埋地裝置、供電模塊的通用化，采集到的數(shù)據(jù)符合統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫要求，并可以直接傳輸?shù)浇y(tǒng)一的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)平臺(tái)，便于統(tǒng)一管理。

三是提高智能化管理。系統(tǒng)擁有分布點(diǎn)多、分布廣、供電持續(xù)、傳輸及時(shí)的優(yōu)勢(shì)，可與地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)控系統(tǒng)等實(shí)現(xiàn)接口互融互通。結(jié)合智慧管道“端+云+大數(shù)據(jù)”的體系架構(gòu)集成管道全生命周期數(shù)據(jù)，整合第三方施工和交叉施工監(jiān)測(cè)、泄漏監(jiān)測(cè)、移動(dòng)巡檢、智能安防等技術(shù)，提供智能分析和決策支持，實(shí)現(xiàn)管道的可視化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化管理，進(jìn)一步提高管道的智能化管理水平。

參考文獻(xiàn)： 

[1]胡生寶，陳星瑋.天然氣輸送管道的腐蝕及對(duì)策[J].化學(xué)工程與裝備，2019(03)：172-173.

[2]高曉洪.長(zhǎng)輸管道智能測(cè)試樁的研制[J].電子世界，2014(16)：324.

[3]門程，白冬軍，等.智能陰極保護(hù)采集監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用與發(fā)展[J].天然氣與石油，2014(05)：80-83.

[4]周勇發(fā). 基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的陰極保護(hù)電位采集系統(tǒng)[D]. 北京：北京郵電大學(xué)，2011.

[5]梁云，練宗源，戴慰慰，等.高效綠色能源智能陰極保護(hù)系統(tǒng)[J].全面腐蝕控制，2016，30(05)：9-11+86.

[6]薛光，黃明軍. 管道工程智能測(cè)試樁和陰極保護(hù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J]. 儀表電氣，2011，30(6)：63-65.

[7]楊彬，李孝瑩.智能陰保監(jiān)控系統(tǒng)的工程應(yīng)用實(shí)例[J].全面腐蝕控制，2017，31(10)：18-20.

[8]高寶元.輸氣管線陰極保護(hù)在線監(jiān)控系統(tǒng)研究與應(yīng)用[J].石油化工腐蝕與防護(hù)，2018，35(01)：35-37.

[9]王峰.強(qiáng)制電流陰極保護(hù)及智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J].油氣田地面工程，2008，27(07)：68+70.

[10]金海峰.陰極保護(hù)技術(shù)在石油化工設(shè)施中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].油氣田地面工程，2009，28 (9)：37-38．

作者簡(jiǎn)介：王愛玲，工程師，碩士，2013年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（華東）油氣儲(chǔ)運(yùn)專業(yè)，現(xiàn)主要從事長(zhǎng)輸油氣管道完整性專業(yè)方向的研究工作。聯(lián)系方式：028-62721631， wailing0612@163.com。