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)現了區域陰極保護恒電位儀運行數據、陰保電位數據的遠程監測，以及站場(chǎng)區域陰極保護系統的自動(dòng)化測控管理，解決了恒電位儀同步通斷控制難題，實(shí)現了數據處理的信息化和可視化，提高了站場(chǎng)區域陰極保護系統的管理水平。該方案經(jīng)現場(chǎng)應用試驗，取得了良好的效果，可為站場(chǎng)區域陰極保護系統的建設提供參考。

關(guān)鍵詞：區域陰極保護；自動(dòng)化；電位監測；電位測試

目前站場(chǎng)區域陰極保護還存在一些瓶頸，如保護效果評價(jià)僅依靠有限的測量點(diǎn)來(lái)進(jìn)行，由于受到現場(chǎng)測試空間和測試條件的限制，無(wú)法得到站場(chǎng)內埋地管道各處的保護電位[1]。又如多路陰保系統同步通斷測試斷電電位時(shí)相互之間的干擾大，調試難度大，因此同步測試不能及時(shí)發(fā)現某些保護不足或過(guò)保護的部位并采取處置措施。近年來(lái)，隨著(zhù)信息技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在油氣管道領(lǐng)域的推廣應用，陰極保護數據的自動(dòng)采集已具備了成熟的物理條件[2,3]。一些新建管道已考慮加入陰極保護電位數據自動(dòng)采集設計，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，介紹區域陰極保護自動(dòng)化實(shí)施方案。

1  區域陰極保護自動(dòng)化設計要點(diǎn)

秦皇島分輸站是永唐秦管道末站，站內埋地管道及其外防腐層已服役多年。2020年開(kāi)始區域陰極保護系統建設，同時(shí)實(shí)施區域陰保系統的恒電位儀數據、區域陰極保護監測點(diǎn)數據自動(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電流分布，也不容易像干線(xiàn)管道那樣確定保護末端，同一區域有可能同時(shí)存在過(guò)保護、欠保護問(wèn)題。其腐蝕控制有效性的評價(jià)需要準確、足量的測試數據，更關(guān)鍵的在于測試點(diǎn)的選取。為便于站內作業(yè)、巡檢和工藝操作，站場(chǎng)內通常設置簡(jiǎn)易測試點(diǎn)并安裝參比管進(jìn)行測試。

站場(chǎng)區域陰極保護系統的保護對象結構復雜，不同季節、溫度變化、降雨、場(chǎng)區噴灑水、維修改造擴建等都會(huì )影響系統運行和保護電流分布，因此需要及時(shí)獲得系統輸出和電位異常變化信息，系統同時(shí)具備監和控的功能。

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

2  電位測試自動(dòng)化實(shí)施方案

2.1  開(kāi)發(fā)/應用多路電位采集儀

目前一套自動(dòng)電位采集儀僅采集傳輸一處測試點(diǎn)數據，如果設置多個(gè)測試點(diǎn)就需要增加多套智能電位采集儀。自動(dòng)采集樁過(guò)多會(huì )給站內日常運行維護帶來(lái)影響且成本較高，制約了區域陰保系統自動(dòng)監測應用。為解決這一問(wèn)題，研制開(kāi)發(fā)了一套可以同時(shí)測量12組電位的多路電位采集儀，將秦皇島站內設置的10個(gè)測試點(diǎn)的長(cháng)效參比電極、試片和管道測試線(xiàn)引到多路電位采集儀，實(shí)現多路區域陰極保護電位同步采集。同時(shí)選用最新智能多路恒電位儀，實(shí)現數據自動(dòng)上傳和遠傳遠控功能，可以根據電位測試數據遠程調整恒電位儀輸出。

2.2  區域埋地管道電位同步測試

按設定周期定時(shí)采集陰極保護電位數據并自動(dòng)傳輸至服務(wù)器。數據采集周期和頻率可通過(guò)服務(wù)器遠程設置，最長(cháng)可每周采集一次，最短可每秒鐘采集一次。為節約能耗，非采集時(shí)間進(jìn)入休眠模式。進(jìn)行電位測量時(shí)，每處電位測試點(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量。

（1）啟用恒電位儀GPS同步通斷測試模式，各測試點(diǎn)按照設置自動(dòng)測量電位并上傳數據至服務(wù)器。測量數據包括通電電位、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據，測量數據包括通電電位、斷電電位、試片斷電電位、交流電壓、電池電壓、信號強度等。

2.3  同步通斷數據測量的管理和分析

管理人員利用上級管道陰極保護管理系統中區域陰極保護系統模塊，對區域恒電位儀、自動(dòng)電位采集儀工作模式進(jìn)行遠程調控，通過(guò)不同時(shí)間測試的斷電電位校正通電電位分布范圍。如圖 1所示， A至N為區域電位采集點(diǎn)， A點(diǎn)為整個(gè)區域斷電電位最負點(diǎn)（斷電電位不超過(guò)最大保護電位值），H點(diǎn)為整個(gè)區域斷電電位最正點(diǎn)。

圖 1 區域陰保各電位采集點(diǎn)示意圖

陰極保護管理系統遠程調控區域恒電位儀至恒流工作模式，并進(jìn)行多路同步中斷；遠程調控區域電位采集儀至實(shí)時(shí)采集模式。若站場(chǎng)存在站內外電連接，需解除電連接后再進(jìn)行測試，若無(wú)法解除需將測試場(chǎng)站內及其上下游線(xiàn)路恒電位儀遠程調控為恒流工作模式，并進(jìn)行同步中斷，通斷周期與區域通斷周期一致，同步通斷，記錄此時(shí)各電位采集點(diǎn)電位。

遠程調整區域各恒電位儀輸出電流直到最正的H點(diǎn)斷電電位剛好達到最小保護電位，記錄此時(shí)H點(diǎn)通電電位為VON1，即為最小通電電位，該區域最小電流需求總量為I1。

遠程調控區域各恒電位儀輸出電流直到該區域斷電電位最負的A點(diǎn)斷電電位剛好達到有效保護電位上限，記錄此時(shí)A點(diǎn)通電電位為VON2，即為通電電位上限，該區域最大電流需求總量為I2。

測試結束后可確認，目前狀態(tài)下該區域各恒電位儀有效保護輸出電流總量范圍為：I1～I2，其中I1≥0 A；該區域通電電位范圍為：VON1～ VON2。

若想得到不同季節、時(shí)間情況下區域各恒電位儀有效保護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)測試。

通過(guò)分析同步上傳的恒電位數據和區域陰極保護電位數據，進(jìn)一步優(yōu)化恒電位儀的輸出參數使得區域陰極保護都達標，調試后的參數如表 1所示，表 2為區域陰保測試點(diǎn)電位。

表 1 恒電位儀（ 50 V/30 A）輸出參數列表

表 2 區域陰保測試點(diǎn)電位記錄表

3  結論

（1）通過(guò)對秦皇島站內區域恒電位儀、10個(gè)電位測試點(diǎn)數據自動(dòng)上傳到管道陰極保護管理系統，可遠程對站場(chǎng)區域陰極保護系統進(jìn)行調整。

（2）區域陰極保護恒電位儀和測試點(diǎn)電位數據的自動(dòng)化采集上傳，大大提高了調試的效率和準確性，優(yōu)化了陰極保護系統的恒電位儀輸出。

（3）區域陰極保護電位測量受埋地管道分布、接地網(wǎng)和陽(yáng)極地床等影響較大，在區域陰保電位自動(dòng)采集的基礎上，可以進(jìn)一步加強區域陰極保護電位測量方法的研究，得到有效區域陰極保護電位測量技術(shù)。

參考文獻：

[1]劉權.輸油氣站場(chǎng)陰極保護監測技術(shù)預腐蝕特征研究[D].西安:西安石油大學(xué)，2015：55-63.

[2]董紹華.管道大數據決策支持技術(shù)[M].北京：科學(xué)出版社，2020:18-25.

[3]錢(qián)建華，年徹，杜威.管道智能化管理的發(fā)展趨勢及展望[J].油氣儲運，2021，40(2)：121-130.

作者簡(jiǎn)介：李磊，1986年生，管道二級工程師（NACE CP3），主要從事管道本體管理工作。聯(lián)系方式：13223301915，lilei14@pipechina.com.cn。