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        一種站場區(qū)域性陰極保護智能化管理系統(tǒng)

        2020-06-08 00:19:42方衛(wèi)林
        腐蝕與防護 2020年3期
        關(guān)鍵詞:站場陰極保護斷電

        方衛(wèi)林

        (中國石油西部管道公司,烏魯木齊 830000)

        陰極保護是保護埋地管道和設(shè)備免遭土壤腐蝕的一項有效技術(shù),在油田、長輸管線、罐區(qū)、站場、煉廠和燃氣管網(wǎng)等領(lǐng)域已有廣泛應(yīng)用。

        區(qū)域性陰極保護在我國的實踐開始于20世紀70年代初,勝利油田首先開展了區(qū)域性陰極保護技術(shù)的研究工作[1-3]。我國站場區(qū)域性陰極保護技術(shù)的推進相對滯后,隨著管線運行時間的增長,站場埋地管網(wǎng)和儲罐的腐蝕危害已日益嚴重。國內(nèi)油氣輸送站場內(nèi)部因陰極保護欠缺而導(dǎo)致的腐蝕事故時有發(fā)生[4-5],因此建立和完善站場內(nèi)保護對象的區(qū)域性陰極保護方案與有效管理思路,并利用先進手段實現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計與科學(xué)管理,顯得尤為重要和迫切[6-7]。

        本工作結(jié)合當(dāng)前陰極保護有效性測量方法存在的典型問題,針對同步通斷電位測試與數(shù)據(jù)采集自動化開展了智能化管理研究,并在西氣東輸管線的某站進行了實際應(yīng)用,以期為站場區(qū)域陰極保護技術(shù)的推進提供技術(shù)支持。

        1 站場區(qū)域性陰極保護系統(tǒng)的智能化管理方案及構(gòu)成

        為了實現(xiàn)對站場區(qū)域性陰極保護系統(tǒng)各設(shè)備的運行狀態(tài)參數(shù)及遍布站內(nèi)的電位數(shù)據(jù)采集工作進行信息化集中管理,本方案設(shè)計了陰極保護系統(tǒng)同步控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),其網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1所示。該架構(gòu)既可用于區(qū)域陰極保護系統(tǒng),也適用于長輸管道干線陰極保護系統(tǒng)。根據(jù)應(yīng)用功能,該架構(gòu)可劃分為設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。

        (1) 設(shè)備層主要包含系統(tǒng)中用于監(jiān)測及控制的相關(guān)儀器與設(shè)備,包括智能測試樁和智能恒電位儀。

        圖1 區(qū)域性陰極保護的智能化管理系統(tǒng)架構(gòu)Fig. 1 Architecture of smart management system for regional CP

        后者可自動將恒電位儀的運行數(shù)據(jù)傳輸至遠程服務(wù)器,并接受服務(wù)器的指令控制,且具有同步測試模式。

        (2) 網(wǎng)絡(luò)層主要包含提供數(shù)據(jù)通訊的傳輸網(wǎng)絡(luò)和實現(xiàn)同步通斷電位測試的同步授時網(wǎng)絡(luò)。

        (3) 應(yīng)用層提供用戶的交互界面。主要由部署在服務(wù)器上的軟件實現(xiàn),提供對設(shè)備層的遠程管理服務(wù)以及對遠傳數(shù)據(jù)的記錄和分析。

        該智能化管理方案(如圖1)在西氣東輸管線某站進行了實施,其安裝和部署的設(shè)備包括西二線分組和西三線分組。每個分組內(nèi)的智能測試樁用于陰極保護電位的采集與傳輸,智能恒電位儀提供外加電流陰極保護并可以實現(xiàn)運行數(shù)據(jù)的采集與傳輸。同時,該智能化管理系統(tǒng)還具有擴展功能,可對長輸管線的智能測試樁、智能恒電位儀進行并網(wǎng)管理?;谠摼W(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的系統(tǒng)可實現(xiàn)的功能包括恒電位儀的遠程監(jiān)測與同步控制、陰極保護電位同步采集和軟件系統(tǒng)的智能化管理三部分。

        1.1 恒電位儀的遠程監(jiān)測與同步控制

        基于本方案對某站的恒電位儀進行改造,改造后的恒電位儀具備完整的“采集+傳輸”的遠程監(jiān)測自動化機制,可以實現(xiàn)對輸出電壓、輸出電流和保護電位的自動采集與遠程傳輸。

        在進行陰極保護電位同步通斷測試時,恒電位儀遠控終端采用GPS同步,可實現(xiàn)對多臺恒電位儀輸出電路的瞬間斷開,且具有極高的同步精度。某站場區(qū)域內(nèi)的恒電位儀的斷電周期同步誤差可控制在1 ms內(nèi)。

        針對同步通斷測試的電位數(shù)據(jù)采集設(shè)置,管理系統(tǒng)中設(shè)計了兩種實現(xiàn)方式,分別為恒電位儀的本地設(shè)置方式和網(wǎng)站的遠程設(shè)置方式。兩種方式均能實現(xiàn)同步通斷測試。

        1.2 陰極保護同步數(shù)據(jù)采集

        區(qū)域陰極保護系統(tǒng)的電位監(jiān)測需要在固定區(qū)域內(nèi)安裝多處智能測試樁。本方案采用具有MESH組網(wǎng)功能的RF網(wǎng)絡(luò)完成區(qū)域內(nèi)智能測試樁所采集數(shù)據(jù)的傳輸,并通過路由器接入GPRS網(wǎng)絡(luò)(見圖 2)。智能測試樁數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與恒電位儀的同步通斷測試參數(shù)匹配后,自動完成同步運行和同步數(shù)據(jù)采集。

        圖2 區(qū)域性陰極保護的電位遠程監(jiān)測系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲圖Fig. 2 Network topology of potential remote monitoring system for regional CP

        智能測試樁的構(gòu)成包括同步采集儀、埋地極化試片和參比電極。智能測試樁能夠?qū)崿F(xiàn)三種電位采集方法:與恒電位儀同步的瞬時斷電法,同步試片斷電法和常規(guī)試片斷電法。

        1.3 陰極保護遠程管理軟件

        陰極保護遠程管理軟件提供對區(qū)域內(nèi)設(shè)備的遠程管理并能夠?qū)?shù)據(jù)進行記錄、存儲和分析,是智能化管理的應(yīng)用平臺。該管理軟件共分為七個顯示模塊,包括系統(tǒng)首頁、數(shù)據(jù)監(jiān)控、報警信息、查詢分析、專家對策、檔案管理和系統(tǒng)管理。管理軟件可以提供所轄區(qū)域陰極保護系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備的運行概況統(tǒng)計和報警設(shè)備信息統(tǒng)計,并通過超鏈接方式定位到數(shù)據(jù)瀏覽頁面,查看設(shè)備的數(shù)據(jù)信息,實現(xiàn)及時跟蹤和定位;此外,該軟件還提供地圖瀏覽、報警統(tǒng)計、報表打印和專家對策快捷方式。

        2 陰極保護智能化管理系統(tǒng)的應(yīng)用

        本工作在某站進行區(qū)域性陰極保護系統(tǒng)智能化管理的部署及試驗。該站場為西氣東輸管道二線、三線的合建站場,站場內(nèi)共布置了16處智能測試樁。通過安裝并調(diào)試恒電位儀遠控終端實現(xiàn)對站內(nèi)兩套四路恒電位儀(三用一備)的遠程監(jiān)控。

        2.1 陰極保護系統(tǒng)運行情況監(jiān)測

        通過管理軟件可以查看當(dāng)前恒電位儀的運行情況以及各監(jiān)測部位埋地管道的電位數(shù)據(jù)。圖3顯示了兩套多路恒電位儀的監(jiān)測數(shù)據(jù),包括輸出電流、輸出電壓、保護電位以及采集時間。圖4顯示了智能測試樁監(jiān)測的數(shù)據(jù),包括運行狀態(tài)、通電電位、管道斷電電位、同步試片斷電電位(或局部試片斷電電位)、交流電壓、供電電壓、采集模式以及采集時間。

        2.2 恒電位儀的同步通斷控制

        如前所述,恒電位儀可以接受本地控制和遠程控制的同步通斷設(shè)置,以任意一種方式發(fā)出控制指令后,區(qū)域內(nèi)全部恒電位儀均按照設(shè)定的同步參數(shù)運行。

        以圖5所示的遠程同步通斷控制為例,工作人員在西三線站內(nèi)用恒電位儀設(shè)置同步通斷參數(shù):11月16日11∶38啟動同步通斷,通斷周期為15 s,斷電間隔3 000 ms,15∶40∶59′停止同步通斷。數(shù)據(jù)采集的參數(shù)設(shè)置為通電電位在通電周期的第10 s,而斷電電位在斷電周期的第500 ms進行采集。根據(jù)該智能管理系統(tǒng)的參數(shù)協(xié)調(diào)機制,站內(nèi)西二線的恒電位儀遠控終端以及所有智能測試樁均按此參數(shù)設(shè)置進行通斷電電位測試。

        圖3 恒電位儀的狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)Fig. 3 Status monitoring data of CP potentiostat

        圖4 智能測試樁處的陰保電位監(jiān)測數(shù)據(jù)Fig. 4 CP potential monitoring data at smart station

        圖5 恒電位儀的遠程設(shè)置Fig. 5 Remote setting of CP potentiostat

        2.3 智能測試樁的運行情況分析

        由管理系統(tǒng)的網(wǎng)站中查得2016年11月16日1時至23時站內(nèi)各智能測試樁處的電位數(shù)據(jù),將數(shù)據(jù)導(dǎo)出后可進行橫向和縱向分析。

        選取西二線智能測試樁XD2-LMQ-CJY-13和西三線智能測試樁XD3-LMQ-CJY-08處的數(shù)據(jù)進行分析,其電位分布如圖6所示。由圖6可見:數(shù)據(jù)的同步采集時間與恒電位儀的通斷周期設(shè)置完全一致。

        對站內(nèi)16處智能測試樁處的電位進行分析,結(jié)果如圖7所示。

        圖7中的管道斷電電位是在同步瞬時斷電模式下測得的,即恒電位儀執(zhí)行同步通斷工作。測試結(jié)果顯示試片斷電電位和管道斷電電位存在一定差異,所有監(jiān)測點的試片斷電電位均比管道的斷電電位略負。這表明,在對區(qū)域陰極保護效果進行評價時,試片的斷電電位不能完全替代管道的斷電電位。因此,若測試條件無法滿足對恒電位儀和各測試點進行同步通斷操作,在評價區(qū)域陰極保護效果時,需要周期性采用管道斷電電位的實測值對試片斷電電位進行修正,然后再進行陰極保護效果評價。

        3 結(jié)論

        站場區(qū)域性陰極保護系統(tǒng)智能化管理方案實現(xiàn)了恒電位儀運行數(shù)據(jù)和測試樁數(shù)據(jù)的遠程監(jiān)測、恒電位儀同步通斷控制等功能。

        通過智能化管理,管理人員可以及時掌握區(qū)域性陰極保護系統(tǒng)的運行狀況;同步通斷測試方法內(nèi)嵌于系統(tǒng)中,為改善和提高陰極保護的測試及評價水平創(chuàng)造了良好條件,解決了陰保數(shù)據(jù)的測量方法合理性和時效性問題,還可將全部場站和線路的陰極保護系統(tǒng)進行同步數(shù)據(jù)采集,實現(xiàn)綜合測量與評估。

        (a) XD2-LMQ-CJY-13測試樁

        (b) XD3-LMQ-CJY-08測試樁圖6 智能測試樁監(jiān)測的陰極保護電位Fig. 6 CP potential monitored by smart station

        圖7 同步瞬間斷電法測得的陰保電位Fig. 7 CP potential measured by synchronous ON/OFF measurement

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