浅述油气矿中的智能阴极保护系统

李可

中邦恒晟有限公司 广东 深圳 518109

1 智能阴极保护系统的建设背景及重要性

随着社会的进步与国家油气工业的发展，埋地油气管道所承载的油气运输任务越来越重要，运输量越来越多，管道铺设的规模也越来越大并且越来越复杂。油气长输管道的铺设地区大多偏远，而阴极保护对管道的保护至关重要，所以日常的人工巡线、电位采集、设备检修等工作必不可少，这些工作耗费了大量的人力、物力和时间，并且：①人工监测电位并通过手动调节电位来对管道进行保护，没有考虑温度、土壤环境等时变因素对管道的动态干扰；②保护时效性差，不能及时发现问题，导致损失惨重；③整个过程人工监测、调整，难免因为人员监测采集技术差异造成数据不精准，影响保护效果。

随着数字化气田建设工作的推进，油气田公司及油气矿对于管道信息化管理工作提出了新的要求。一方面实现阴极保护电位智能远传可以有效监控阴保系统运行状况，形成实时的监控网络，全面掌握阴保情况；同时通过数据分析、标准规范模型计算等技术手段，及时发现问题，调整运行参数，确保阴极保护系统高效运行。如此可以让管道保护人力资源分配更为合理，将人力更多的安排到沿线施工、地质灾害防护、管道保护宣传等工作中[1]。

2 智能阴极保护系统构成

智能阴极保护监测系统由智能阴保桩和智能阴保信息管理系统组成，智能阴保桩将监测管道的通电电位、断电电位、自然电位、交直流电流、交直流干扰电位和土壤温湿度等数据通过网络上传至DMZ区服务上，实现管线阴极保护系统数据的在线检测、自动传输以及智能分析。

2.1 智能阴保桩

2.1.1 智能阴保桩在阴保桩原有桩体进行替换改造，保持原有阴保桩可人工测量的功能，智能阴保桩主要由：传感器采集端、数模转换模块、通讯模块、电池等构成。

2.1.2 实现功能：智能阴保桩通过对已有的阴保桩进行改造，通过管道上已有的阴保接线温湿度传感器及各种试片相连综合比对、数据分析、A/D转换存储后上传至位于云平台中的管道综合监测模块。

智能阴保桩具有监测管道的通电电位、断电电位、自然电位、交/直流电流、交/直流干扰电位和土壤温湿度等参数的能力。

①断电电位测试方法：同时支持试片法与阴保机通断测试法。②采集模式：间隔采集、定时采集、自动触发采集等工作模式模式。③组网方式：NB-IOT、GPRS/3G/4G、LORA、NBIOT+LORA……④供电形式：锂电池供电，采集器采用超低功耗架构开发设计，可在不外加电源的状态下长时间工作，电池设计工作寿命5年以上。⑤超高压干扰自动触发。如果设备处于非连续工作状态时，具备超高压干扰的侦测能力，并且在侦测到超高压干扰时，自动触发启动该设备，按照预设频率进行数据监测[2]。

2.2 智能阴保信息管理系统

智能阴保信息管理系统需具备数据管理、设备管理、数据超限预警等功能。

2.2.1 数据管理。

2.2.1.1 采集及传输。需要采集的数据包括阴保桩的监测数据、设备状态、通讯日志的信息。开发并预留与其他应用系统的数据接口，以备数据共享或与其他系统合并之用。监测数据包含阴极保护智能监测数据库中的现场采集的通电电位、极化电位、交流干扰电压和直流电流、交流电流数据；设备状态数据指智能监测设备的运行状态数据。

2.2.1.2 数据来源。本工程阴保监测数据管理模块现阶段三类数据来源为：①现场智能阴极保护监测点采集的数据，通过读取阴极保护电位数据库而获得数据；②阴保站恒电位仪输出参数信息；③基础属性信息，通过读取其他管理平台而获得数据。

2.2.1.3 数据处理。建立数据字典，对系统中使用的所有数据元素进行定义，对数据项、数据结构、数据流、数据存储、处理逻辑、外部实体等进行定义和描述。

采集到平台管理模块的数据都需要经过数据编码的转换、补充、映射、转换等数据清洗处理操作后方可入库[3]。

2.2.2 设备管理。基本信息管理：包括收集智能监测点的规格型号，生产信息，工作参数设置，设备标识码等信息。部署管理：包括将设备信息在二维地图上进行展示，并显示对应的管线、监测点、供应商等信息。运行信息管理：统计监测点型号及数量，监测点故障统计，电池故障统计，维护情况统计等。电源管理：低电预警，可查看监测点电池电量剩余比例及估算出剩余电池电量的剩余使用天数，对于预警的设备信息需要在二维地图上进行动态标识。

2.2.3 数据查询、统计、分析。通过每类表单的重要字段进行数据查询。查询条件设置灵活，可对单个或多个信息进行数据查询。查询结果能生成相应的曲线和图表信息。

统计分析能满足技术管理人员分析判断管线阴极保护系统运行状况的需求。系统内的查询分析报表提供多种主题、多种维度、多种图形展示方式以供使用人员灵活使用。

功能列表如下：

2.2.3.1 阴保段监测分析。对多个智能监测设备采集数据以曲线和柱形图进行分析展示：①以智能监测点为横轴，监测数据为纵轴，对某一时间的通电电位、极化电位、直流电流、交流电压、交流电流数据进行展示； ②可以对选择的时间段，每一时间展示一条线，集中分析展示一段时间的变化趋势对比；③可以通过表格的形式，集中显示一段时间的异常数据分布。

2.2.3.2 单个智能设备监测查询分析。对单个智能监测设备监测采集的数据随时间变化用曲线、柱形图进行展示。包括在多种模式下采集的数据在同一时间轴上的展示。

2.2.3.3 异常数据查询。对单个监测点获取过来的异常数据可在选择日期区间内进行数据展示[4]。

2.2.4 数据超限预警。当监测数据在预设阈值之外、设备状态异常时，系统会启动异常预警。①通过在管线地图上单击异常提示标识可查看告警数据的类型、告警设备及对应管线；②设备运行状态异常告警，如电池将尽前告警、数据无法自动采集告警等；③在地图显示的设备运行状态告警显示模式与监测数据告警显示模式要以不同方式进行展示提醒，可以通过颜色或者标识符号不同加以区分。