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(qū)域陰保系統(tǒng)已不能滿足管道智能化管理要求。通過(guò)加裝智能電位采集設(shè)備和高純鋅參比電極，在陰極保護(hù)系統(tǒng)遠(yuǎn)程管理平臺(tái)部署陰極保護(hù)智慧控制模塊、陽(yáng)極地床智能注水模塊等，實(shí)現(xiàn)了站場(chǎng)區(qū)域陰保系統(tǒng)自動(dòng)均衡控制、陽(yáng)極地床土壤環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)、陽(yáng)極地床智能注水等功能，達(dá)到了智慧陰保系統(tǒng)建設(shè)預(yù)期目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：壓氣站；區(qū)域陰極保護(hù)；智慧陰保系統(tǒng)；恒電位儀

站場(chǎng)區(qū)域陰極保護(hù)技術(shù)在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用始于20世紀(jì)60年代，目前在油氣站場(chǎng)、調(diào)壓站等管道腐蝕防護(hù)中得到了廣泛應(yīng)用。但傳統(tǒng)的區(qū)域陰保系統(tǒng)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(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)，采用104支預(yù)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(cè)試點(diǎn)，每處測(cè)試點(diǎn)埋設(shè)1只10 cm2帶防水開(kāi)關(guān)環(huán)形試片，能夠滿足全站斷電電位測(cè)試需要。改造后陰保系統(tǒng)運(yùn)行正常，陰極保護(hù)有效率達(dá)100%。2019年底，塔里木輸油氣分公司“陰極保護(hù)系統(tǒng)遠(yuǎn)程管理平臺(tái)”（以下簡(jiǎn)稱遠(yuǎn)程管理平臺(tái)）建成。四道班壓氣站被列為智慧陰保系統(tǒng)建設(shè)與應(yīng)用試點(diǎn)。

1  智慧陰保系統(tǒng)建設(shè)

1.1  建設(shè)內(nèi)容

（1）壓氣站30處陰保電位測(cè)試點(diǎn)均加裝智能電位采集設(shè)備，自動(dòng)采集陰保電位并上傳至遠(yuǎn)程管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)陰極保護(hù)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(shè)備現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置

（2）在遠(yuǎn)程管理平臺(tái)部署“陰極保護(hù)智能控制”模塊，監(jiān)測(cè)站場(chǎng)實(shí)時(shí)電位，結(jié)合智能控制算法，自動(dòng)調(diào)整恒電位儀輸出，實(shí)現(xiàn)陰極保護(hù)電位的自動(dòng)均衡控制。

（3）在遠(yuǎn)程管理平臺(tái)部署“陽(yáng)極地床智能注水”模塊，在壓氣站4個(gè)陰極保護(hù)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(cè)量輔助陽(yáng)極（預(yù)包裝高硅鑄鐵陽(yáng)極）周圍土壤的溫度、濕度、土壤電阻率等并上傳至遠(yuǎn)程管理平臺(tái)。遠(yuǎn)程管理平臺(tái)根據(jù)陰極保護(hù)回路電阻及陽(yáng)極地床相關(guān)參數(shù)，配合智能水泵控制器，實(shí)現(xiàn)陽(yáng)極地床運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)及自動(dòng)注水功能。

（4）在站內(nèi)陰保電位關(guān)鍵測(cè)試點(diǎn)安裝10支高純鋅參比電極，測(cè)量長(zhǎng)效硫酸銅參比電極與高純鋅參比電極電位差并上傳至遠(yuǎn)程管理平臺(tái)，以驗(yàn)證高純鋅參比電極電位穩(wěn)定性。

1.2  控制架構(gòu)及運(yùn)行邏輯

（1）控制架構(gòu)。站內(nèi)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)電位和恒電位儀運(yùn)行參數(shù)按照一定的采樣頻率通過(guò)無(wú)線傳輸上傳至遠(yuǎn)程管理平臺(tái)。平臺(tái)自動(dòng)控制模塊根據(jù)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的斷電電位和恒電位儀運(yùn)行狀況，通過(guò)智能算法計(jì)算出各路恒電位儀輸出的調(diào)整量，再將調(diào)整指令下發(fā)至對(duì)應(yīng)的恒電位儀，恒電位儀根據(jù)指令修正相應(yīng)的輸出參數(shù)。如圖 2所示。

圖 2 壓氣站智慧陰保系統(tǒng)控制架構(gòu)

（2）調(diào)整原則。采用區(qū)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，使電位滿足陰極保護(hù)準(zhǔn)則要求，并按照預(yù)置值不斷優(yōu)化，最終達(dá)到均衡控制的目的。

（3）主控邏輯。恒電位儀以恒電流模式運(yùn)行，系統(tǒng)給每路恒電位儀輸出配置初始運(yùn)行電流（即預(yù)置電流）并下發(fā)指令至恒電位儀。區(qū)域陰極保護(hù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)定一個(gè)理想斷電電位，作為電位達(dá)標(biāo)后的優(yōu)化目標(biāo)。通過(guò)試片通斷法測(cè)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)斷電電位。三個(gè)主要工作參數(shù)通電時(shí)間、斷電時(shí)間、采樣點(diǎn)時(shí)間間隔可以在遠(yuǎn)程管理平臺(tái)設(shè)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(jié)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(shè)施安裝

（1）每處測(cè)試點(diǎn)各安裝1臺(tái)智能電位采集儀，在收發(fā)球區(qū)、后空冷區(qū)、壓縮機(jī)區(qū)、過(guò)濾分離區(qū)、放空區(qū)各設(shè)置1只防爆接線箱，智能電位采集儀分區(qū)域置于防爆接線箱內(nèi)。如圖 3所示。

圖 3 智能電位采集儀及防爆箱安裝示例

現(xiàn)場(chǎng)參比管內(nèi)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(zhǎng)效硫酸銅參比電極。

（2）在過(guò)濾分離區(qū)、收發(fā)球區(qū)、循環(huán)空冷區(qū)、后空冷區(qū)等每個(gè)陰保區(qū)域各安裝2支智能綜合采集儀，均安裝在防爆接線箱內(nèi)，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(rèn)傳感器現(xiàn)場(chǎng)安裝位置和埋設(shè)深度。

（4）在區(qū)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(nèi)現(xiàn)有綠化灌溉系統(tǒng)，設(shè)計(jì)建造一套簡(jiǎn)單的陽(yáng)極自動(dòng)注水系統(tǒng)。

2  系統(tǒng)應(yīng)用

2.1  遠(yuǎn)傳數(shù)據(jù)及查詢

站內(nèi)所有測(cè)試數(shù)據(jù)均上傳至遠(yuǎn)程管理平臺(tái)，可在平臺(tái)統(tǒng)計(jì)查詢頁(yè)面查詢各參數(shù)測(cè)試數(shù)據(jù)。還可按照時(shí)間查詢各參數(shù)歷史數(shù)據(jù)并自動(dòng)生成時(shí)間—參數(shù)曲線，支持?jǐn)?shù)據(jù)Excel表導(dǎo)出。

2.2  遠(yuǎn)傳數(shù)據(jù)類型

（1）恒電位儀參數(shù)。包括恒電位儀的回路編號(hào)、恒電位儀編號(hào)、通電電位、斷電電位（若有）、輸出電壓、輸出電流、回路電阻、運(yùn)行模式、預(yù)置值、運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行機(jī)號(hào)、采集時(shí)間、設(shè)備報(bào)警、偏離報(bào)警、通斷狀態(tài)等。數(shù)據(jù)采集時(shí)間可在5 min～24 h范圍內(nèi)遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)控制。

（2）測(cè)試樁運(yùn)行數(shù)據(jù)。包括采集點(diǎn)的管網(wǎng)機(jī)構(gòu)、采集點(diǎn)編號(hào)、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(shè)備溫度、電池電壓、測(cè)試時(shí)間、電位報(bào)警、干擾報(bào)警等。

（3）陰保區(qū)域土壤檢測(cè)數(shù)據(jù)。包括管網(wǎng)機(jī)構(gòu)、采集儀編號(hào)、里程、土壤電阻率、土壤體積含水率、土壤pH、土壤溫度、測(cè)試時(shí)間及歷史記錄查詢。

（4）智能水泵控制器狀態(tài)數(shù)據(jù)。包括水泵控制器編號(hào)、在線狀態(tài)、最后通訊時(shí)間及注水狀態(tài)。

2.3  應(yīng)用測(cè)試

壓氣站智慧陰保系統(tǒng)自2020年11月26日開(kāi)始運(yùn)行，根據(jù)30處智能電位采集設(shè)備的斷電電位自動(dòng)調(diào)節(jié)站場(chǎng)恒電位儀輸出。如圖 4所示。區(qū)域陰保恒電位儀數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳至遠(yuǎn)程管理平臺(tái)，智能電位采集數(shù)據(jù)每5 min上傳一次。遠(yuǎn)程管理平臺(tái)智慧控制模塊根據(jù)上傳的陰保電位與陰極保護(hù)系統(tǒng)達(dá)標(biāo)電位（﹣0.85 VCSE至﹣1.20 VCSE）進(jìn)行邏輯計(jì)算，得出恒電位儀輸出電流調(diào)控參數(shù)，通過(guò)4G信號(hào)傳送至恒電位儀，自動(dòng)調(diào)節(jié)恒電位儀電流輸出。實(shí)現(xiàn)站場(chǎng)陰極保護(hù)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(jù)現(xiàn)場(chǎng)電位情況實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整。初始運(yùn)行階段，由于現(xiàn)場(chǎng)陰保電位基本不達(dá)標(biāo)，恒電位儀輸出增大。在監(jiān)測(cè)點(diǎn)電位極化完成后，恒電位儀輸出電流降低，基本趨于穩(wěn)定。恒電位儀輸出電流的變化符合陰極保護(hù)電位控制的變化趨勢(shì)，相比于傳統(tǒng)的恒電流控制更為合理。

圖 4 恒電位儀輸出電流變化

3  結(jié)語(yǔ)

四道班壓氣站智慧陰保系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了區(qū)域陰保系統(tǒng)自動(dòng)均衡控制、陽(yáng)極地床土壤環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)、陽(yáng)極地床智能注水等功能，提升了站場(chǎng)區(qū)域陰保智能化管理水平，被命名為陰極保護(hù)遠(yuǎn)程智慧管理示范站，向國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)“打造智慧互聯(lián)大管網(wǎng)”戰(zhàn)略目標(biāo)邁出了堅(jiān)實(shí)的一步。

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