一种站场区域性阴极保护智能化管理系统

2020-06-08方卫林

腐蚀与防护 2020年3期

方卫林

(中国石油西部管道公司，乌鲁木齐 830000)

阴极保护是保护埋地管道和设备免遭土壤腐蚀的一项有效技术，在油田、长输管线、罐区、站场、炼厂和燃气管网等领域已有广泛应用。

区域性阴极保护在我国的实践开始于20世纪70年代初，胜利油田首先开展了区域性阴极保护技术的研究工作[1-3]。我国站场区域性阴极保护技术的推进相对滞后，随着管线运行时间的增长，站场埋地管网和储罐的腐蚀危害已日益严重。国内油气输送站场内部因阴极保护欠缺而导致的腐蚀事故时有发生[4-5]，因此建立和完善站场内保护对象的区域性阴极保护方案与有效管理思路，并利用先进手段实现优化设计与科学管理，显得尤为重要和迫切[6-7]。

本工作结合当前阴极保护有效性测量方法存在的典型问题，针对同步通断电位测试与数据采集自动化开展了智能化管理研究，并在西气东输管线的某站进行了实际应用,以期为站场区域阴极保护技术的推进提供技术支持。

1 站场区域性阴极保护系统的智能化管理方案及构成

为了实现对站场区域性阴极保护系统各设备的运行状态参数及遍布站内的电位数据采集工作进行信息化集中管理，本方案设计了阴极保护系统同步控制与数据采集系统，其网络架构如图1所示。该架构既可用于区域阴极保护系统，也适用于长输管道干线阴极保护系统。根据应用功能，该架构可划分为设备层、网络层和应用层。

(1) 设备层主要包含系统中用于监测及控制的相关仪器与设备，包括智能测试桩和智能恒电位仪。

图1 区域性阴极保护的智能化管理系统架构Fig. 1 Architecture of smart management system for regional CP

后者可自动将恒电位仪的运行数据传输至远程服务器，并接受服务器的指令控制，且具有同步测试模式。

(2) 网络层主要包含提供数据通讯的传输网络和实现同步通断电位测试的同步授时网络。

(3) 应用层提供用户的交互界面。主要由部署在服务器上的软件实现，提供对设备层的远程管理服务以及对远传数据的记录和分析。

该智能化管理方案(如图1)在西气东输管线某站进行了实施，其安装和部署的设备包括西二线分组和西三线分组。每个分组内的智能测试桩用于阴极保护电位的采集与传输，智能恒电位仪提供外加电流阴极保护并可以实现运行数据的采集与传输。同时，该智能化管理系统还具有扩展功能，可对长输管线的智能测试桩、智能恒电位仪进行并网管理。基于该网络架构的系统可实现的功能包括恒电位仪的远程监测与同步控制、阴极保护电位同步采集和软件系统的智能化管理三部分。

1.1 恒电位仪的远程监测与同步控制

基于本方案对某站的恒电位仪进行改造，改造后的恒电位仪具备完整的“采集+传输”的远程监测自动化机制，可以实现对输出电压、输出电流和保护电位的自动采集与远程传输。

在进行阴极保护电位同步通断测试时，恒电位仪远控终端采用GPS同步，可实现对多台恒电位仪输出电路的瞬间断开，且具有极高的同步精度。某站场区域内的恒电位仪的断电周期同步误差可控制在1 ms内。

针对同步通断测试的电位数据采集设置，管理系统中设计了两种实现方式，分别为恒电位仪的本地设置方式和网站的远程设置方式。两种方式均能实现同步通断测试。

1.2 阴极保护同步数据采集

区域阴极保护系统的电位监测需要在固定区域内安装多处智能测试桩。本方案采用具有MESH组网功能的RF网络完成区域内智能测试桩所采集数据的传输，并通过路由器接入GPRS网络(见图 2)。智能测试桩数据采集系统与恒电位仪的同步通断测试参数匹配后，自动完成同步运行和同步数据采集。

图2 区域性阴极保护的电位远程监测系统网络拓扑图Fig. 2 Network topology of potential remote monitoring system for regional CP

智能测试桩的构成包括同步采集仪、埋地极化试片和参比电极。智能测试桩能够实现三种电位采集方法：与恒电位仪同步的瞬时断电法，同步试片断电法和常规试片断电法。

1.3 阴极保护远程管理软件

阴极保护远程管理软件提供对区域内设备的远程管理并能够对数据进行记录、存储和分析，是智能化管理的应用平台。该管理软件共分为七个显示模块，包括系统首页、数据监控、报警信息、查询分析、专家对策、档案管理和系统管理。管理软件可以提供所辖区域阴极保护系统内各设备的运行概况统计和报警设备信息统计，并通过超链接方式定位到数据浏览页面，查看设备的数据信息，实现及时跟踪和定位；此外，该软件还提供地图浏览、报警统计、报表打印和专家对策快捷方式。

2 阴极保护智能化管理系统的应用

本工作在某站进行区域性阴极保护系统智能化管理的部署及试验。该站场为西气东输管道二线、三线的合建站场，站场内共布置了16处智能测试桩。通过安装并调试恒电位仪远控终端实现对站内两套四路恒电位仪(三用一备)的远程监控。

2.1 阴极保护系统运行情况监测

通过管理软件可以查看当前恒电位仪的运行情况以及各监测部位埋地管道的电位数据。图3显示了两套多路恒电位仪的监测数据，包括输出电流、输出电压、保护电位以及采集时间。图4显示了智能测试桩监测的数据，包括运行状态、通电电位、管道断电电位、同步试片断电电位(或局部试片断电电位)、交流电压、供电电压、采集模式以及采集时间。

2.2 恒电位仪的同步通断控制

如前所述，恒电位仪可以接受本地控制和远程控制的同步通断设置，以任意一种方式发出控制指令后，区域内全部恒电位仪均按照设定的同步参数运行。

以图5所示的远程同步通断控制为例，工作人员在西三线站内用恒电位仪设置同步通断参数：11月16日11∶38启动同步通断，通断周期为15 s，断电间隔3 000 ms，15∶40∶59′停止同步通断。数据采集的参数设置为通电电位在通电周期的第10 s，而断电电位在断电周期的第500 ms进行采集。根据该智能管理系统的参数协调机制，站内西二线的恒电位仪远控终端以及所有智能测试桩均按此参数设置进行通断电电位测试。

图3 恒电位仪的状态监测数据Fig. 3 Status monitoring data of CP potentiostat

图4 智能测试桩处的阴保电位监测数据Fig. 4 CP potential monitoring data at smart station

图5 恒电位仪的远程设置Fig. 5 Remote setting of CP potentiostat

2.3 智能测试桩的运行情况分析

由管理系统的网站中查得2016年11月16日1时至23时站内各智能测试桩处的电位数据，将数据导出后可进行横向和纵向分析。

选取西二线智能测试桩XD2-LMQ-CJY-13和西三线智能测试桩XD3-LMQ-CJY-08处的数据进行分析，其电位分布如图6所示。由图6可见：数据的同步采集时间与恒电位仪的通断周期设置完全一致。

对站内16处智能测试桩处的电位进行分析，结果如图7所示。

图7中的管道断电电位是在同步瞬时断电模式下测得的，即恒电位仪执行同步通断工作。测试结果显示试片断电电位和管道断电电位存在一定差异，所有监测点的试片断电电位均比管道的断电电位略负。这表明，在对区域阴极保护效果进行评价时，试片的断电电位不能完全替代管道的断电电位。因此，若测试条件无法满足对恒电位仪和各测试点进行同步通断操作，在评价区域阴极保护效果时，需要周期性采用管道断电电位的实测值对试片断电电位进行修正，然后再进行阴极保护效果评价。