智能监测系统在老旧管道阴极保护系统中的应用

于立军

关键词：阴极保护;智能电位采集仪;保护电位;干扰电压

1 前言

随着我国油气管道事业的不断发展，油气管道存在的腐蚀问题逐渐引起人们的重视。目前，长输管道主要采用防腐层与阴极保护相结合的方式进行联合保护，阴极保护主要采用强制电流法进行保护。阴极保护系统能否正常运行，对管道的腐蚀防护起着重要作用。长期以来，阴极保护数据的测量主要靠人工定期巡检，通过万用表和便携式硫酸铜参比电极进行测量，但受测试环境的限制，数据准确性较差，且效率较低。同时，很多油气管道地处沙漠、深山等偏远地区，交通不便，人工测量困难;因此如何及时准确的测量管道阴极保护数据，成为一个亟需解决的问题。

随着科学技术的发展，阴极保护智能监测系统开始逐渐发展起来[3-4]，这些系统能够实现对管道阴极保护数据的自动化采集、上传及分析，解决了阴极保护系统管理的难题，极大的推动了阴极保护数据采集的自动化和智能化发展。目前，此项技术已经在国家大型油气管道项目中得到了推广应用（例如西气东输管道、中俄原油管道项、中缅管道等），取得了良好的效果，对阴极保护智能监测系统的发展提供了宝贵经验。

目前，国内各油田内集输管网和外输管网阴极保护主要采取牺牲阳极或强制电流法进行保护。阴极保护数据的采集主要依靠传统的人工方式进行。以笔者所在的某油田为例，众多的集输管道处于水田和湿地自然保护区内，阴极保护数据的测量只能在冬春两季进行，夏秋两季农作物的种植和丰沛的降水导致很多地区人员无法进入，阴极保护数据无法及时测量。同时，随着城市化的不断发展，各种轨道交通及高压输电线路的发展，导致杂散电流对管道的干扰越来越严重，由于杂散电流干扰的复杂性，人工定期采集数据很难反映管道受干扰的真实情况;因此，亟需对受杂散电流干扰的管道进行实时监测，掌握杂散电流对管道的影响规律，才能采取合理的防护措施。

2 阴极保护智能监测系统介绍

目前，经常采用阴极保护智能监测系统实现对阴极保护数据的自动采集及上传，系统主要包括智能电位采集系统、数据接收服务器及阴极保护智能监测软件平台组成 [1-2]。

2.1 智能电位采集系统

智能电位采集系统是阴极保护智能监测系统的核心部分，它负责对阴极保护数据进行自动化采集，采集数据通常包括管道的阴极保护电位、杂散电流、干扰电压等参数，并将数据通过公共通信网络发回数据接收服务器。智能电位采集系统主要包括数据采集终端、数据卡、测试桩、太阳能板（或电池）、极化探头等，由生产厂家以集成好的成品成套供货。

2.2 硬件要求

服务器硬件为普通计算机，能流畅运行win7系统及SQL Server等常用大型数据库，存储大小不小于500GB。

2.3 阴极保护智能监测软件平台

目前，不同厂家的软件有各有特色，但总体来说，智能监测软件平台都有一些共同特点，笔者通过分析不同厂家的软件平台，其共同特点主要有以下几点：

①软件平台在Windows或Linux系统下运行，采用图形汉字化界面，人机对话方式，操作简便;②软件平台一般采用B/S 架构，应能够将系统的客户端管理软件和服务程序软件分离，便于管理和维护，能够更好的支持网络环境的应用;③软件平台以地理信息系统（GIS）作为管理平台，以便能够更直接、形象地反应被保护管道的运行状况，方便地查看管道的走向以及环境地貌等情况，对管道进行准确定位;④当存在报警信息时，能够及时准确的反映报警监测点所在的位置;軟件可采用SQL Server等大型数据库，以保证数据的安全，并应具有足够的存储容量和具有远程访问的支持;⑤软件平台多包含专家故障诊断子系统，用于协助用户分析管道保护异常状况，并给出处理意见;且具有阴极保护专业知识库。此部分内容，不同厂家都具有自己的特色;⑥用户能通过电子地图，可以直观观察管道全线阴极保护状况，允许在地图上对报警点直接使用专家子系统进行诊断，并允许直接在地图上对监测点进行远程监控;⑦系统能自动存储阴极保护电位，并提供数据录入和统计分析功能。

3 应用实例

3.1 管道阴极保护现状

某油田外输管道长度约100km，管径D219×7，设计温度80℃，管道分两期建设，Ⅰ期建设管道长度64km，采用石油沥青防腐层;Ⅱ期建设管道长度36km，采用环氧粉末防腐层，管道沿线设置三座阴极保护站。

管道沿线部分地区为水田、河流等，存在多处直流干扰源;根据现场测试，管道与地铁交叉处直流干扰影响最为严重，干扰范围为-5.1V～+3.7V，影响范围约28km;管道沿线与高铁及高压铁塔交叉4次，交流干扰电压最大7.5V。

由于管道存在严重的直流干扰，参比电极的反馈电位受到严重干扰，恒电位仪只能在恒流状态运行;并且由于直流干扰电压的方向不稳定，正向和负向便宜都比较严重，导致管道面临严重的直流腐蚀风险，需要对管道的阴极保护运行状况进行实时监测。

3.2 阴极保护智能监测方案

由于管道存在较大范围的直流干扰及多处交流干扰，阴极保护实时监测方案如下：管道不存在干扰的地区，每5km设置1套智能电位采集系统;人员无法进入的地方每公里设置1套智能电位采集系统;杂散电流干扰严重的地方1～2km设置1套智能电位采集系统;采集数据上传到本地服务器上，通过配套的阴极保护智能监测软件平台进行数据记录和处理。

为了保证能够将阴极保护监测数据实施上传到本地服务器上，智能电位采集系统应具备以下功能：①智能电位采集系统电位采样范围为-3.500V～+3.500V，电位采样误差小于±10mV;交流干扰电压采样范围：0.0V～50.0V，

误差小于±100mV;②智能电位采集系统在设定状态下，自动定时采集电位数据;智能采集仪内部自带时钟，时钟误差每24h小于10s;③智能电位采集系统在设定状态下，自动定时将采集的电位数据通过无线通讯方式发送到监控中心;④智能电位采集系统的数据通讯采用GPRS/4G无线通讯技术，通过GPRS/4G将采集的电位数据发送到监控中心;⑤智能电位采集系统应考虑管道上雷击浪涌电压的影响，在管地电位输入装有有效的防雷击保护器，以避免由雷击引起各路元器件的破坏;⑥智能电位采集仪置于金属机壳内，此机壳具有足够的强度，机壳防护等级不低于IP65;⑦极化探头由极化试片、交流干扰试片、自腐蚀试片、参比电极、壳体及连接电缆等组成，极化探头的极化试片应满足以下要求：a.材质与管道材质匹配;b.交流极化试片裸露面积宜为1cm2;c.极化试片及自腐蚀试片裸露面积宜为6.5cm2-100cm2;d.导线与试片应有良好电气连接，防腐密封采用环氧树脂;e.极化探头的参比电极为饱和硫酸铜电极，且应避免参比电极漏液对测量参数造成的不利影响。

4结论

本文通过分析老旧管道阴极保护系统存在的问题，通过采用阴极保护智能监测系统对原有阴极保护系统进行改造，能够对管道阴极保护电位、干扰电压等数据进行自动采集及上传，实现了阴极保护数据的实时监测，对减缓管道的腐蚀具有重要意义。

参考文献：

[1]王宝珠，杜逸伟，郭志涛等.埋地金属管道阴极保护远程监控系统的设计[J]，河北工业大学学报，2017，46（1）：29-33.

[2]王爱玲，刘玉展，余东亮等.山区管道阴极保护智能采集监控管理系统应用[J]，设备与自动化（增刊1），2019-z1（38）：149-153.

[3]陈慧萍，马启强，张昆等.低功耗阴极保护智能电位采集在油气管道中的应用[J]，仪器仪表用户，2019，26（6）：45-48.

[4]杨彬，李孝莹.智能阴保监控系统的工程应用实例[J]，全面腐蚀控制，2017，31（10）：18-20.