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(shí)現(xiàn)了區(qū)域陰極保護(hù)恒電位儀運(yùn)行數(shù)據(jù)、陰保電位數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，以及站場(chǎng)區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)的自動(dòng)化測(cè)控管理，解決了恒電位儀同步通斷控制難題，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)處理的信息化和可視化，提高了站場(chǎng)區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)的管理水平。該方案經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用試驗(yàn)，取得了良好的效果，可為站場(chǎng)區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)的建設(shè)提供參考。

關(guān)鍵詞：區(qū)域陰極保護(hù)；自動(dòng)化；電位監(jiān)測(cè)；電位測(cè)試

目前站場(chǎng)區(qū)域陰極保護(hù)還存在一些瓶頸，如保護(hù)效果評(píng)價(jià)僅依靠有限的測(cè)量點(diǎn)來進(jìn)行，由于受到現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試空間和測(cè)試條件的限制，無法得到站場(chǎng)內(nèi)埋地管道各處的保護(hù)電位[1]。又如多路陰保系統(tǒng)同步通斷測(cè)試斷電電位時(shí)相互之間的干擾大，調(diào)試難度大，因此同步測(cè)試不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)某些保護(hù)不足或過保護(hù)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(hù)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集已具備了成熟的物理?xiàng)l件[2,3]。一些新建管道已考慮加入陰極保護(hù)電位數(shù)據(jù)自動(dòng)采集設(shè)計(jì)，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(hù)自動(dòng)化實(shí)施方案。

1  區(qū)域陰極保護(hù)自動(dòng)化設(shè)計(jì)要點(diǎn)

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(hù)系統(tǒng)建設(shè)，同時(shí)實(shí)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(hù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集和上傳。

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

站場(chǎng)區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)的保護(hù)對(duì)象結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不同季節(jié)、溫度變化、降雨、場(chǎng)區(qū)噴灑水、維修改造擴(kuò)建等都會(huì)影響系統(tǒng)運(yùn)行和保護(hù)電流分布，因此需要及時(shí)獲得系統(tǒng)輸出和電位異常變化信息，系統(tǒng)同時(shí)具備監(jiān)和控的功能。

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

2  電位測(cè)試自動(dòng)化實(shí)施方案

2.1  開發(fā)/應(yīng)用多路電位采集儀

目前一套自動(dòng)電位采集儀僅采集傳輸一處測(cè)試點(diǎn)數(shù)據(jù)，如果設(shè)置多個(gè)測(cè)試點(diǎn)就需要增加多套智能電位采集儀。自動(dòng)采集樁過多會(huì)給站內(nèi)日常運(yùn)行維護(hù)帶來影響且成本較高，制約了區(qū)域陰保系統(tǒng)自動(dòng)監(jiān)測(cè)應(yīng)用。為解決這一問題，研制開發(fā)了一套可以同時(shí)測(cè)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(gè)測(cè)試點(diǎn)的長(zhǎng)效參比電極、試片和管道測(cè)試線引到多路電位采集儀，實(shí)現(xiàn)多路區(qū)域陰極保護(hù)電位同步采集。同時(shí)選用最新智能多路恒電位儀，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)上傳和遠(yuǎn)傳遠(yuǎn)控功能，可以根據(jù)電位測(cè)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(cè)試

按設(shè)定周期定時(shí)采集陰極保護(hù)電位數(shù)據(jù)并自動(dòng)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(zhǎng)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(shí)間進(jìn)入休眠模式。進(jìn)行電位測(cè)量時(shí)，每處電位測(cè)試點(diǎn)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(cè)量。

（1）啟用恒電位儀GPS同步通斷測(cè)試模式，各測(cè)試點(diǎn)按照設(shè)置自動(dòng)測(cè)量電位并上傳數(shù)據(jù)至服務(wù)器。測(cè)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(shí)采集模式使用試片斷電法采集數(shù)據(jù)，測(cè)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(hào)強(qiáng)度等。

2.3  同步通斷數(shù)據(jù)測(cè)量的管理和分析

管理人員利用上級(jí)管道陰極保護(hù)管理系統(tǒng)中區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)模塊，對(duì)區(qū)域恒電位儀、自動(dòng)電位采集儀工作模式進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)控，通過不同時(shí)間測(cè)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(diǎn)， A點(diǎn)為整個(gè)區(qū)域斷電電位最負(fù)點(diǎn)（斷電電位不超過最大保護(hù)電位值），H點(diǎn)為整個(gè)區(qū)域斷電電位最正點(diǎn)。

圖 1 區(qū)域陰保各電位采集點(diǎn)示意圖

陰極保護(hù)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(jìn)行多路同步中斷；遠(yuǎn)程調(diào)控區(qū)域電位采集儀至實(shí)時(shí)采集模式。若站場(chǎng)存在站內(nèi)外電連接，需解除電連接后再進(jìn)行測(cè)試，若無法解除需將測(cè)試場(chǎng)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(jìn)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(shí)各電位采集點(diǎn)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(diǎn)斷電電位剛好達(dá)到最小保護(hù)電位，記錄此時(shí)H點(diǎn)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(diǎn)斷電電位剛好達(dá)到有效保護(hù)電位上限，記錄此時(shí)A點(diǎn)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(cè)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(hù)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(shí)間情況下區(qū)域各恒電位儀有效保護(hù)輸出電流總量和通電電位范圍，需在每個(gè)季度至少進(jìn)行一次24小時(shí)測(cè)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(hù)電位數(shù)據(jù)，進(jìn)一步優(yōu)化恒電位儀的輸出參數(shù)使得區(qū)域陰極保護(hù)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(cè)試點(diǎn)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(cè)試點(diǎn)電位記錄表

3  結(jié)論

（1）通過對(duì)秦皇島站內(nèi)區(qū)域恒電位儀、10個(gè)電位測(cè)試點(diǎn)數(shù)據(jù)自動(dòng)上傳到管道陰極保護(hù)管理系統(tǒng)，可遠(yuǎn)程對(duì)站場(chǎng)區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整。

（2）區(qū)域陰極保護(hù)恒電位儀和測(cè)試點(diǎn)電位數(shù)據(jù)的自動(dòng)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(hù)系統(tǒng)的恒電位儀輸出。

（3）區(qū)域陰極保護(hù)電位測(cè)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(dòng)采集的基礎(chǔ)上，可以進(jìn)一步加強(qiáng)區(qū)域陰極保護(hù)電位測(cè)量方法的研究，得到有效區(qū)域陰極保護(hù)電位測(cè)量技術(shù)。

參考文獻(xiàn)：

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[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(shì)及展望[J].油氣儲(chǔ)運(yùn)，2021，40(2)：121-130.

作者簡(jiǎn)介：李磊，1986年生，管道二級(jí)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。