吳錦強1 趙康1 李振軍1 孫勤2

1.西部管道分公司； 2.青島雅合科技發(fā)展有限公司

摘  要：針對現行管道運營(yíng)維護對陰極保護電位智能采集系統的迫切需求，重點(diǎn)闡述了其技術(shù)發(fā)展、應用現狀，總結分析了存在的問(wèn)題，提出了研究重點(diǎn)和未來(lái)發(fā)展趨勢。陰極保護電位智能采集系統的應用為智能化管道發(fā)展奠定了基礎。

關(guān)鍵詞：陰極保護；智能采集；數據；硬件；軟件；監測

長(cháng)輸管線(xiàn)分布區域廣、地形復雜，采用陰極保護電位人工測量方式，存在測試數據不連續、周期長(cháng)、成本高且不能及時(shí)發(fā)現問(wèn)題等弱點(diǎn)。同時(shí)，隨著(zhù)高壓、特高壓交直流輸電工程的相繼建設投運，高鐵、地鐵線(xiàn)路快速增加，其對埋地長(cháng)輸管道、站內管網(wǎng)及設備的干擾問(wèn)題日益突出。因此，通過(guò) 集 成 陰 保 電 位 監 測 和 交 直 流 干 擾 參 數 監 測 技術(shù)、智能儀表技術(shù)、無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)和計算機網(wǎng)絡(luò )技術(shù)等，發(fā)展完善陰極保護電位智能采集系統具有重要意義。

1 發(fā)展現狀

陰極保護電位智能采集系統是利用測試樁處布置的采集儀，配合長(cháng)效參比、極化試片等埋地裝置，將陰極保護通斷電電位、交直流電流、交流電壓等數據實(shí)時(shí)上傳監測平臺，并進(jìn)行數據存儲、展示、統計、分析等的陰極保護管理系統。系統主要由硬件和軟件兩部分構成，硬件即電位采集儀和埋地傳感部件，負責數據的采集和傳輸；軟件即陰極保護電位監測、評價(jià)和預警系統，負責數據的解析、存儲、分析和展示。

1.1 硬件研制

10年前國內各大高校及研究院所的科研人員就開(kāi)展了陰極保護電位智能采集設備的硬件研制工作，主要解決基本的陰極保護通電電位采集和數據傳輸問(wèn)題。早期的工作雖然都有應用效果的描述，但是缺乏具體工況的介紹，也未進(jìn)行長(cháng)時(shí)間穩定性、可靠性的驗證，大部分可歸類(lèi)為原型機的開(kāi)發(fā)，為工業(yè)化應用提供了技術(shù)路線(xiàn)。

1.2 軟件開(kāi)發(fā)

周勇發(fā)等[1]以Simplicity協(xié)議棧為基礎，研制了一套無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )，用于將陰極保護電位等數據傳輸到計算機控制軟件。采用.NET平臺開(kāi)發(fā)的網(wǎng)絡(luò )控制軟件，可以通過(guò)該系統實(shí)現電位的自動(dòng)采集、處理和監控等功能。同時(shí)，設計研發(fā)的陰極保護數據上傳管理平臺，可以實(shí)現對數據的上傳、管理、可視化監控等。據此，實(shí)現了對數據的實(shí)時(shí)采集、及時(shí)上傳和有效管理，提高了陰極保護系統的智能化水平。

1.3 應用現狀

陰極保護電位智能采集系統早期在西氣東輸二線(xiàn)、中石化儲運公司等管線(xiàn)得到應用，至今已在國內各管道公司廣泛推廣，實(shí)現了對管道線(xiàn)路及區域陰極 保護的監測。隨著(zhù)計算機采集卡和高速芯片技術(shù)的進(jìn)步，采集儀在采集電位數據的同時(shí)，還能同時(shí)獲取電壓、電流等數據；以太網(wǎng)、超文本鏈接、無(wú)線(xiàn)通信等技術(shù)的應用，促進(jìn)了陰極保護電位智能采集系統的發(fā)展。目前采集設備功能更加強大，其可靠性有了較大提升，與國外同類(lèi)產(chǎn)品相比，部分指標處于領(lǐng)先地位。

薛光等[2]介紹了川氣東送管道分公司采用智能測試樁和陰極保護監測系統的效果，除了采用智能采集儀對測試樁處的電位進(jìn)行定時(shí)采集上傳外，還可將全線(xiàn)陰保站的輸出電壓、電流和保護電位、斷電電位等上傳到陰極保護監測系統，通過(guò)遠程控制功能及時(shí)調整恒電位儀的輸出參數，確保陰極保護系統處于最佳的工作狀態(tài)。

西部管道公司自西氣東輸二線(xiàn)應用以來(lái)，通過(guò)改進(jìn)原采集設備，跟蹤新技術(shù)發(fā)展，持續升級改造智能終端，系統技術(shù)水平和可靠性不斷提高。目前該公司陰極保護智能監控平臺已實(shí)現智能樁遠程升級、采樣頻率遠程設置、交直流電流密度采樣、恒電位儀遠程設置運行參數、衛星對時(shí)及遠控一鍵同步通斷、手機APP等功能。 2019年塔里木分公司全面實(shí)施了陰極保護升級管理試點(diǎn)應用，據測算，系統投用后每年可減少管道電位測試人員用工90人次，減少電位測試車(chē)輛90臺班，減少了陰極保護數據的人工測量誤差，降低了系統運行管理成本，提升了系統的自動(dòng)化管理水平、運行可靠率和準確性。

2 存在問(wèn)題

隨著(zhù)陰極保護智能采集系統的推廣應用，也暴露出了一些問(wèn)題，主要包括：運行故障率較高、監測數據不能完全滿(mǎn)足評價(jià)需求、分析評價(jià)軟件算法簡(jiǎn)單、數據管理平臺兼容性差等，反映了設備現狀與實(shí)際管理需求之間存在偏差，導致系統未能完全發(fā)揮應有的作用[3-4]。

其一，可靠性是系統面臨的主要問(wèn)題。系統可靠性由采集模塊、供電模塊和傳輸模塊的可靠性決定，影響采集模塊正常工作的主要因素是溫度、濕度等環(huán)境因素；供電模塊，各廠(chǎng)家系統功耗優(yōu)化技術(shù)存在差異，主流廠(chǎng)商可供采集模塊工作時(shí)間可達8～10年，部分廠(chǎng)商僅能達到3～5年；傳輸模塊，主要是網(wǎng)絡(luò )信號質(zhì)量、外界干擾等影響數據傳輸質(zhì)量，特別是野外環(huán)境存在信號盲區，導致數據無(wú)法傳輸到遠程服務(wù)器。

其二，監測數據應用是面臨的現實(shí)問(wèn)題。數據被采集后，進(jìn)入軟件系統供分析、計算和應用。當前大多數評價(jià)軟件能夠根據陰極保護判據分析監測數據是否達標，還需要將監測數據與人工采集數據整合進(jìn)行數據準確性、有效性、完整性分析，結合管道本體、檢測、環(huán)境等數據，開(kāi)展風(fēng)險分析，擴大數據應用，為管道企業(yè)數據集成提供支撐環(huán)境。

3 發(fā)展前景

為解決上述問(wèn)題，各研發(fā)和應用單位進(jìn)行了有益的嘗試，并取得了一定效果。一是提高設備的防水防塵水平，并在采集儀內部進(jìn)行溫度、濕度監測，提高系統自診斷能力；二是采用太陽(yáng)能、風(fēng)能等供電，對功耗進(jìn)行優(yōu)化，保證供電的可持續性；三是采用物聯(lián)網(wǎng)通訊、北斗衛星技術(shù)等覆蓋傳統信號盲區。未來(lái)，智能采集系統的發(fā)展主要有三個(gè)方面。

3.1 提高標準化程度和可靠性

推動(dòng)智能采集系統標準化設計，實(shí)現埋地裝置、供電模塊的通用化，采集到的數據符合統一的數據庫要求，并可以直接傳輸到統一的數據監測平臺，便于統一管理。重點(diǎn)提高供電、通訊等部件的可靠性。當前主流的高能電池供電主要應用于對采集頻率要求較低區域，因交直流干擾等對采集頻率要求高的區域以及低溫地區，應采用太陽(yáng)能電池、風(fēng)能供電、直流電源供電等，保障設備長(cháng)期穩定運行。在采用主流移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò )基礎上，針對信號覆蓋盲區，應發(fā)展北斗衛星通訊、物聯(lián)網(wǎng)通訊等，多渠道保障通訊順暢。

3.2 發(fā)揮系統監測技術(shù)作用

智能采集系統包含觸發(fā)監測功能，可進(jìn)行交直流干擾監測，當電位水平超過(guò)正常運行范圍，自動(dòng)觸發(fā)密集采集模式，及時(shí)捕捉動(dòng)態(tài)干擾信號；線(xiàn)路上多電位測量 臺采集設備同步采集通斷電電位，有利于判斷干擾范 圍、強度、流入流出位置，確定高風(fēng)險區并指導后期排流設計等工作。將智能采集系統得到的海量數據與日常管道運營(yíng)管理的難點(diǎn)、熱點(diǎn)問(wèn)題相結合，深化數據分析和應用，是未來(lái)一段時(shí)間需考慮的關(guān)鍵問(wèn)題。

3.3 提高管道智能化管理水平

智能采集系統利用其布點(diǎn)多、分布廣、供電持續、傳輸及時(shí)的優(yōu)勢，作為基礎可拓展地質(zhì)災害預警系統、安保視頻監控系統等。結合智慧管道“端+云+大數據”的體系架構集成管道全生命周期數據，整合第三方施工和交叉施工監測、泄漏監測、移動(dòng)巡檢、智能安防等技術(shù)，提供智能分析和決策支持，實(shí)現管道的可視化、網(wǎng)絡(luò )化、智能化管理，進(jìn)一步提高管道的智能化管理水平。

4 結語(yǔ)

陰極保護電位智能采集系統的發(fā)展與應用實(shí)現了陰極保護的集中監控與管理，成功解決了測量誤差大、檢測工作量大、人工成本高等問(wèn)題，降低了陰極保護運行維護成本，提高了數據采集的可靠性，能實(shí)時(shí)掌握管道陰極保護狀況和腐蝕狀況，提高了管道管理水平。應強化采集系統的可靠性和標準化，不斷拓寬其應用領(lǐng)域，為智慧管道建設提供強有力的支持。

參考文獻：

[1] 周勇發(fā). 基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的陰極保護電位采集系統[D]. 北京：北京郵電大學(xué)， 2011.

[2] 薛光，黃明軍. 管道工程智能測試樁和陰極保護監測系統[J]. 儀表電氣， 2011， 30(6)： 63-65.

[3] 黃景. 油氣管道陰極保護技術(shù)現狀與展望[J]. 石化技術(shù)， 2017(9)： 83.

[4] 沈飛軍，吳春，張超. 油氣管道陰極保護技術(shù)現狀與展望[J]. 化工設計通訊， 2017， 43(8)： 33.

作者簡(jiǎn)介：吳錦強，工學(xué)學(xué)士，高級工程師�，F任西部管道分公司安全副總監、總經(jīng)理助理兼管道處處長(cháng)，從事管道完整性管理工作。

通訊作者：李振軍，男，工程碩士，高級工程師，從事防腐管理工作。聯(lián)系方式： 0991-7561380，xbgdlizhj@petrochina.com.cn。