劉翔 黃守斌

西部管道塔里木輸油氣分公司四道班壓氣站

摘要：目前站場區域陰保系統已不能滿足管道智能化管理要求。通過加裝智能電位采集設備和高純鋅參比電極，在陰極保護系統遠程管理平臺部署陰極保護智慧控制模塊、陽極地床智能注水模塊等，實現了站場區域陰保系統自動均衡控制、陽極地床土壤環境自動監測、陽極地床智能注水等功能，達到了智慧陰保系統建設預期目標。

關鍵詞：壓氣站；區域陰極保護；智慧陰保系統；恒電位儀

站場區域陰極保護技術在國內的應用始于20世紀60年代，目前在油氣站場、調壓站等管道腐蝕防護中得到了廣泛應用。但傳統的區域陰保系統已不能滿足管道日益智能化管理要求。2019年，四道班壓氣站改造了原區域陰極保護系統，采用104支預包裝高硅鑄鐵陽極替換原深井陽極地床、柔性陽極地床，在全站確定了30處陰保電位測試點，每處測試點埋設1只10 cm2帶防水開關環形試片，能夠滿足全站斷電電位測試需要。改造后陰保系統運行正常，陰極保護有效率達100%。2019年底，塔里木輸油氣分公司“陰極保護系統遠程管理平臺”（以下簡稱遠程管理平臺）建成。四道班壓氣站被列為智慧陰保系統建設與應用試點。

1  智慧陰保系統建設

1.1  建設內容

（1）壓氣站30處陰保電位測試點均加裝智能電位采集設備，自動采集陰保電位并上傳至遠程管理平臺，實現陰極保護效果自動分析診斷，如圖 1所示。

圖 1 壓氣站智能電位采集設備現場設置

（2）在遠程管理平臺部署“陰極保護智能控制”模塊，監測站場實時電位，結合智能控制算法，自動調整恒電位儀輸出，實現陰極保護電位的自動均衡控制。

（3）在遠程管理平臺部署“陽極地床智能注水”模塊，在壓氣站4個陰極保護回路陽極地床安裝8套智能綜合采集儀，配合三合一傳感器測量輔助陽極（預包裝高硅鑄鐵陽極）周圍土壤的溫度、濕度、土壤電阻率等并上傳至遠程管理平臺。遠程管理平臺根據陰極保護回路電阻及陽極地床相關參數，配合智能水泵控制器，實現陽極地床運行狀態檢測及自動注水功能。

（4）在站內陰保電位關鍵測試點安裝10支高純鋅參比電極，測量長效硫酸銅參比電極與高純鋅參比電極電位差并上傳至遠程管理平臺，以驗證高純鋅參比電極電位穩定性。

1.2  控制架構及運行邏輯

（1）控制架構。站內各監測點電位和恒電位儀運行參數按照一定的采樣頻率通過無線傳輸上傳至遠程管理平臺。平臺自動控制模塊根據各監測點的斷電電位和恒電位儀運行狀況，通過智能算法計算出各路恒電位儀輸出的調整量，再將調整指令下發至對應的恒電位儀，恒電位儀根據指令修正相應的輸出參數。如圖 2所示。

圖 2 壓氣站智慧陰保系統控制架構

（2）調整原則。采用區域輸出智能控制邏輯，通過智能分析，控制站場恒電位儀的輸出電流，使電位滿足陰極保護準則要求，并按照預置值不斷優化，最終達到均衡控制的目的。

（3）主控邏輯。恒電位儀以恒電流模式運行，系統給每路恒電位儀輸出配置初始運行電流（即預置電流）并下發指令至恒電位儀。區域陰極保護監測點設定一個理想斷電電位，作為電位達標后的優化目標。通過試片通斷法測量監測點斷電電位。三個主要工作參數通電時間、斷電時間、采樣點時間間隔可以在遠程管理平臺設定。

（4）智能注水。以恒電位儀輸出電壓超過70%為觸發條件，結合回路電阻、陽極地床附近土壤電阻率、含水率等，判斷是否需要注水，隨后將注水指令下發至水泵控制器注水。

1.3  設施安裝

（1）每處測試點各安裝1臺智能電位采集儀，在收發球區、后空冷區、壓縮機區、過濾分離區、放空區各設置1只防爆接線箱，智能電位采集儀分區域置于防爆接線箱內。如圖 3所示。

圖 3 智能電位采集儀及防爆箱安裝示例

現場參比管內各安裝1支極化試片、1支自腐蝕試片、1支交流干擾試片及1支長效硫酸銅參比電極。

（2）在過濾分離區、收發球區、循環空冷區、后空冷區等每個陰保區域各安裝2支智能綜合采集儀，均安裝在防爆接線箱內，電源為場外市電供電。

（3）在陽極地床附近安裝土壤環境三合一傳感器，并確認傳感器現場安裝位置和埋設深度。

（4）在區域陰保智能綜合采集儀附近位置安裝高純鋅參比電極。

（5）基于站內現有綠化灌溉系統，設計建造一套簡單的陽極自動注水系統。

2  系統應用

2.1  遠傳數據及查詢

站內所有測試數據均上傳至遠程管理平臺，可在平臺統計查詢頁面查詢各參數測試數據。還可按照時間查詢各參數歷史數據并自動生成時間—參數曲線，支持數據Excel表導出。

2.2  遠傳數據類型

（1）恒電位儀參數。包括恒電位儀的回路編號、恒電位儀編號、通電電位、斷電電位（若有）、輸出電壓、輸出電流、回路電阻、運行模式、預置值、運行狀態、運行機號、采集時間、設備報警、偏離報警、通斷狀態等。數據采集時間可在5 min～24 h范圍內遠程調節控制。

（2）測試樁運行數據。包括采集點的管網機構、采集點編號、通電電位、斷電電位、自然電位、交流干擾電壓、交流電流、交流電流密度、直流電流、直流電流密度、設備溫度、電池電壓、測試時間、電位報警、干擾報警等。

（3）陰保區域土壤檢測數據。包括管網機構、采集儀編號、里程、土壤電阻率、土壤體積含水率、土壤pH、土壤溫度、測試時間及歷史記錄查詢。

（4）智能水泵控制器狀態數據。包括水泵控制器編號、在線狀態、最后通訊時間及注水狀態。

2.3  應用測試

壓氣站智慧陰保系統自2020年11月26日開始運行，根據30處智能電位采集設備的斷電電位自動調節站場恒電位儀輸出。如圖 4所示。區域陰保恒電位儀數據實時上傳至遠程管理平臺，智能電位采集數據每5 min上傳一次。遠程管理平臺智慧控制模塊根據上傳的陰保電位與陰極保護系統達標電位（﹣0.85 VCSE至﹣1.20 VCSE）進行邏輯計算，得出恒電位儀輸出電流調控參數，通過4G信號傳送至恒電位儀，自動調節恒電位儀電流輸出。實現站場陰極保護恒電位儀輸出的智慧控制模式。

從圖 4可以看出，恒電位儀輸出電流根據現場電位情況實時動態調整。初始運行階段，由于現場陰保電位基本不達標，恒電位儀輸出增大。在監測點電位極化完成后，恒電位儀輸出電流降低，基本趨于穩定。恒電位儀輸出電流的變化符合陰極保護電位控制的變化趨勢，相比于傳統的恒電流控制更為合理。

圖 4 恒電位儀輸出電流變化

3  結語

四道班壓氣站智慧陰保系統實現了區域陰保系統自動均衡控制、陽極地床土壤環境自動監測、陽極地床智能注水等功能，提升了站場區域陰保智能化管理水平，被命名為陰極保護遠程智慧管理示范站，向國家管網集團“打造智慧互聯大管網”戰略目標邁出了堅實的一步。

作者簡介：劉翔，1986年生，大學本科，高級工程師，四道班壓氣站黨支部書記，主要從事油氣儲運工作。聯系方式： 18299818695 ，liuxiang02@pipechina.com.cn。