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(chǎng)區域陰保系統已不能滿(mǎn)足管道智能化管理要求。通過(guò)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(yáng)極地床智能注水模塊等，實(shí)現了站場(chǎng)區域陰保系統自動(dòng)均衡控制、陽(yáng)極地床土壤環(huán)境自動(dòng)監測、陽(yáng)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(guān)鍵詞：壓氣站；區域陰極保護；智慧陰保系統；恒電位儀

站場(chǎng)區域陰極保護技術(shù)在國內的應用始于20世紀60年代，目前在油氣站場(chǎng)、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(mǎn)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(yáng)極替換原深井陽(yáng)極地床、柔性陽(yáng)極地床，在全站確定了30處陰保電位測試點(diǎn)，每處測試點(diǎn)埋設1只10 cm2帶防水開(kāi)關(guān)環(huán)形試片，能夠滿(mǎn)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(jiǎn)稱(chēng)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(diǎn)。

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(diǎn)均加裝智能電位采集設備，自動(dòng)采集陰保電位并上傳至遠程管理平臺，實(shí)現陰極保護效果自動(dòng)分析診斷，如圖 1所示。

圖 1 壓氣站智能電位采集設備現場(chǎng)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(chǎng)實(shí)時(shí)電位，結合智能控制算法，自動(dòng)調整恒電位儀輸出，實(shí)現陰極保護電位的自動(dòng)均衡控制。

（3）在遠程管理平臺部署“陽(yáng)極地床智能注水”模塊，在壓氣站4個(gè)陰極保護回路陽(yáng)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(yáng)極（預包裝高硅鑄鐵陽(yáng)極）周?chē)�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(yáng)極地床相關(guān)參數，配合智能水泵控制器，實(shí)現陽(yáng)極地床運行狀態(tài)檢測及自動(dòng)注水功能。

（4）在站內陰保電位關(guān)鍵測試點(diǎn)安裝10支高純鋅參比電極，測量長(cháng)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(diǎn)電位和恒電位儀運行參數按照一定的采樣頻率通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸上傳至遠程管理平臺。平臺自動(dòng)控制模塊根據各監測點(diǎn)的斷電電位和恒電位儀運行狀況，通過(guò)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(fā)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(guò)智能分析，控制站場(chǎng)恒電位儀的輸出電流，使電位滿(mǎn)足陰極保護準則要求，并按照預置值不斷優(yōu)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(fā)指令至恒電位儀。區域陰極保護監測點(diǎn)設定一個(gè)理想斷電電位，作為電位達標后的優(yōu)化目標。通過(guò)試片通斷法測量監測點(diǎn)斷電電位。三個(gè)主要工作參數通電時(shí)間、斷電時(shí)間、采樣點(diǎn)時(shí)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(guò)70%為觸發(fā)條件，結合回路電阻、陽(yáng)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(fā)至水泵控制器注水。

1.3  設施安裝

（1）每處測試點(diǎn)各安裝1臺智能電位采集儀，在收發(fā)球區、后空冷區、壓縮機區、過(guò)濾分離區、放空區各設置1只防爆接線(xiàn)箱，智能電位采集儀分區域置于防爆接線(xiàn)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(chǎng)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(cháng)效硫酸銅參比電極。

（2）在過(guò)濾分離區、收發(fā)球區、循環(huán)空冷區、后空冷區等每個(gè)陰保區域各安裝2支智能綜合采集儀，均安裝在防爆接線(xiàn)箱內，電源為場(chǎng)外市電供電。

（3）在陽(yáng)極地床附近安裝土壤環(huán)境三合一傳感器，并確認傳感器現場(chǎng)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(jiǎn)單的陽(yáng)極自動(dòng)注水系統。

2  系統應用

2.1  遠傳數據及查詢(xún)

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(xún)頁(yè)面查詢(xún)各參數測試數據。還可按照時(shí)間查詢(xún)各參數歷史數據并自動(dòng)生成時(shí)間—參數曲線(xiàn)，支持數據Excel表導出。

2.2  遠傳數據類(lèi)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(tài)、運行機號、采集時(shí)間、設備報警、偏離報警、通斷狀態(tài)等。數據采集時(shí)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(diǎn)的管網(wǎng)機構、采集點(diǎn)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(shí)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(wǎng)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(shí)間及歷史記錄查詢(xún)。

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

2.3  應用測試

壓氣站智慧陰保系統自2020年11月26日開(kāi)始運行，根據30處智能電位采集設備的斷電電位自動(dòng)調節站場(chǎng)恒電位儀輸出。如圖 4所示。區域陰保恒電位儀數據實(shí)時(shí)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(jìn)行邏輯計算，得出恒電位儀輸出電流調控參數，通過(guò)4G信號傳送至恒電位儀，自動(dòng)調節恒電位儀電流輸出。實(shí)現站場(chǎng)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(chǎng)電位情況實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調整。初始運行階段，由于現場(chǎng)陰保電位基本不達標，恒電位儀輸出增大。在監測點(diǎn)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(yǔ)

四道班壓氣站智慧陰保系統實(shí)現了區域陰保系統自動(dòng)均衡控制、陽(yáng)極地床土壤環(huán)境自動(dòng)監測、陽(yáng)極地床智能注水等功能，提升了站場(chǎng)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(wǎng)集團“打造智慧互聯(lián)大管網(wǎng)”戰略目標邁出了堅實(shí)的一步。

作者簡(jiǎn)介：劉翔，1986年生，大學(xué)本科，高級工程師，四道班壓氣站黨支部書(shū)記，主要從事油氣儲運工作。聯(lián)系方式： 18299818695 ，liuxiang02@pipechina.com.cn。