李磊 胡善煒 苑海超

北京管道河北輸油氣分公司

摘要：秦皇島分輸站實現(xiàn)了區(qū)域陰極保護恒電位儀運行數(shù)據(jù)、陰保電位數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程監(jiān)測，以及站場區(qū)域陰極保護系統(tǒng)的自動化測控管理，解決了恒電位儀同步通斷控制難題，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)處理的信息化和可視化，提高了站場區(qū)域陰極保護系統(tǒng)的管理水平。該方案經(jīng)現(xiàn)場應(yīng)用試驗，取得了良好的效果，可為站場區(qū)域陰極保護系統(tǒng)的建設(shè)提供參考。

關(guān)鍵詞：區(qū)域陰極保護；自動化；電位監(jiān)測；電位測試

目前站場區(qū)域陰極保護還存在一些瓶頸，如保護效果評價僅依靠有限的測量點來進行，由于受到現(xiàn)場測試空間和測試條件的限制，無法得到站場內(nèi)埋地管道各處的保護電位[1]。又如多路陰保系統(tǒng)同步通斷測試斷電電位時相互之間的干擾大，調(diào)試難度大，因此同步測試不能及時發(fā)現(xiàn)某些保護不足或過保護的部位并采取處置措施。近年來，隨著信息技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在油氣管道領(lǐng)域的推廣應(yīng)用，陰極保護數(shù)據(jù)的自動采集已具備了成熟的物理條件[2,3]。一些新建管道已考慮加入陰極保護電位數(shù)據(jù)自動采集設(shè)計，河北分公司也在所轄管道多處安裝智能電位采集儀。本文以秦皇島分輸站為例，介紹區(qū)域陰極保護自動化實施方案。

1  區(qū)域陰極保護自動化設(shè)計要點

秦皇島分輸站是永唐秦管道末站，站內(nèi)埋地管道及其外防腐層已服役多年。2020年開始區(qū)域陰極保護系統(tǒng)建設(shè)，同時實施區(qū)域陰保系統(tǒng)的恒電位儀數(shù)據(jù)、區(qū)域陰極保護監(jiān)測點數(shù)據(jù)自動采集和上傳。

站場管道通常密集布置，很難獲得均勻的陰極保護電流分布，也不容易像干線管道那樣確定保護末端，同一區(qū)域有可能同時存在過保護、欠保護問題。其腐蝕控制有效性的評價需要準(zhǔn)確、足量的測試數(shù)據(jù)，更關(guān)鍵的在于測試點的選取。為便于站內(nèi)作業(yè)、巡檢和工藝操作，站場內(nèi)通常設(shè)置簡易測試點并安裝參比管進行測試。

站場區(qū)域陰極保護系統(tǒng)的保護對象結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不同季節(jié)、溫度變化、降雨、場區(qū)噴灑水、維修改造擴建等都會影響系統(tǒng)運行和保護電流分布，因此需要及時獲得系統(tǒng)輸出和電位異常變化信息，系統(tǒng)同時具備監(jiān)和控的功能。

此外，為解決同步通斷恒電位儀測試斷電電位難題，參考線路陰極保護的方法采用試片法進行斷電電位測試。

2  電位測試自動化實施方案

2.1  開發(fā)/應(yīng)用多路電位采集儀

目前一套自動電位采集儀僅采集傳輸一處測試點數(shù)據(jù)，如果設(shè)置多個測試點就需要增加多套智能電位采集儀。自動采集樁過多會給站內(nèi)日常運行維護帶來影響且成本較高，制約了區(qū)域陰保系統(tǒng)自動監(jiān)測應(yīng)用。為解決這一問題，研制開發(fā)了一套可以同時測量12組電位的多路電位采集儀，將秦皇島站內(nèi)設(shè)置的10個測試點的長效參比電極、試片和管道測試線引到多路電位采集儀，實現(xiàn)多路區(qū)域陰極保護電位同步采集。同時選用最新智能多路恒電位儀，實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動上傳和遠(yuǎn)傳遠(yuǎn)控功能，可以根據(jù)電位測試數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程調(diào)整恒電位儀輸出。

2.2  區(qū)域埋地管道電位同步測試

按設(shè)定周期定時采集陰極保護電位數(shù)據(jù)并自動傳輸至服務(wù)器。數(shù)據(jù)采集周期和頻率可通過服務(wù)器遠(yuǎn)程設(shè)置，最長可每周采集一次，最短可每秒鐘采集一次。為節(jié)約能耗，非采集時間進入休眠模式。進行電位測量時，每處電位測試點安裝極化試片，可支持瞬間斷電法和試片斷電法的通斷電電位測量。

（1）啟用恒電位儀GPS同步通斷測試模式，各測試點按照設(shè)置自動測量電位并上傳數(shù)據(jù)至服務(wù)器。測量數(shù)據(jù)包括通電電位、瞬間斷電電位、試片斷電電位、交流電壓。

（2）定時采集模式使用試片斷電法采集數(shù)據(jù)，測量數(shù)據(jù)包括通電電位、斷電電位、試片斷電電位、交流電壓、電池電壓、信號強度等。

2.3  同步通斷數(shù)據(jù)測量的管理和分析

管理人員利用上級管道陰極保護管理系統(tǒng)中區(qū)域陰極保護系統(tǒng)模塊，對區(qū)域恒電位儀、自動電位采集儀工作模式進行遠(yuǎn)程調(diào)控，通過不同時間測試的斷電電位校正通電電位分布范圍。如圖 1所示， A至N為區(qū)域電位采集點， A點為整個區(qū)域斷電電位最負(fù)點（斷電電位不超過最大保護電位值），H點為整個區(qū)域斷電電位最正點。

圖 1 區(qū)域陰保各電位采集點示意圖

陰極保護管理系統(tǒng)遠(yuǎn)程調(diào)控區(qū)域恒電位儀至恒流工作模式，并進行多路同步中斷；遠(yuǎn)程調(diào)控區(qū)域電位采集儀至實時采集模式。若站場存在站內(nèi)外電連接，需解除電連接后再進行測試，若無法解除需將測試場站內(nèi)及其上下游線路恒電位儀遠(yuǎn)程調(diào)控為恒流工作模式，并進行同步中斷，通斷周期與區(qū)域通斷周期一致，同步通斷，記錄此時各電位采集點電位。

遠(yuǎn)程調(diào)整區(qū)域各恒電位儀輸出電流直到最正的H點斷電電位剛好達(dá)到最小保護電位，記錄此時H點通電電位為VON1，即為最小通電電位，該區(qū)域最小電流需求總量為I1。

遠(yuǎn)程調(diào)控區(qū)域各恒電位儀輸出電流直到該區(qū)域斷電電位最負(fù)的A點斷電電位剛好達(dá)到有效保護電位上限，記錄此時A點通電電位為VON2，即為通電電位上限，該區(qū)域最大電流需求總量為I2。

測試結(jié)束后可確認(rèn)，目前狀態(tài)下該區(qū)域各恒電位儀有效保護輸出電流總量范圍為：I1～I(xiàn)2，其中I1≥0 A；該區(qū)域通電電位范圍為：VON1～ VON2。

若想得到不同季節(jié)、時間情況下區(qū)域各恒電位儀有效保護輸出電流總量和通電電位范圍，需在每個季度至少進行一次24小時測試。

通過分析同步上傳的恒電位數(shù)據(jù)和區(qū)域陰極保護電位數(shù)據(jù)，進一步優(yōu)化恒電位儀的輸出參數(shù)使得區(qū)域陰極保護都達(dá)標(biāo)，調(diào)試后的參數(shù)如表 1所示，表 2為區(qū)域陰保測試點電位。

表 1 恒電位儀（ 50 V/30 A）輸出參數(shù)列表

表 2 區(qū)域陰保測試點電位記錄表

3  結(jié)論

（1）通過對秦皇島站內(nèi)區(qū)域恒電位儀、10個電位測試點數(shù)據(jù)自動上傳到管道陰極保護管理系統(tǒng)，可遠(yuǎn)程對站場區(qū)域陰極保護系統(tǒng)進行調(diào)整。

（2）區(qū)域陰極保護恒電位儀和測試點電位數(shù)據(jù)的自動化采集上傳，大大提高了調(diào)試的效率和準(zhǔn)確性，優(yōu)化了陰極保護系統(tǒng)的恒電位儀輸出。

（3）區(qū)域陰極保護電位測量受埋地管道分布、接地網(wǎng)和陽極地床等影響較大，在區(qū)域陰保電位自動采集的基礎(chǔ)上，可以進一步加強區(qū)域陰極保護電位測量方法的研究，得到有效區(qū)域陰極保護電位測量技術(shù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉權(quán).輸油氣站場陰極保護監(jiān)測技術(shù)預(yù)腐蝕特征研究[D].西安:西安石油大學(xué)，2015：55-63.

[2]董紹華.管道大數(shù)據(jù)決策支持技術(shù)[M].北京：科學(xué)出版社，2020:18-25.

[3]錢建華，年徹，杜威.管道智能化管理的發(fā)展趨勢及展望[J].油氣儲運，2021，40(2)：121-130.

作者簡介：李磊，1986年生，管道二級工程師（NACE CP3），主要從事管道本體管理工作。聯(lián)系方式：13223301915，lilei14@pipechina.com.cn。