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管道研究

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阴极保护电位智能采集技术应用现状与展望

来源:《管道保护》杂志 作者:吴锦强;赵康;李振军;孙勤 时间:2020-9-17 阅读:

吴锦强1 赵康1 李振军1 孙勤2

1.西部管道分公司; 2.青岛雅合科技发展有限公司


摘  要:针对现行管道运营维护对阴极保护电位智能采集系统的迫切需求,重点阐述了其技术发展、应用现状,总结分析了存在的问题,提出了研究重点和未来发展趋势。阴极保护电位智能采集系统的应用为智能化管道发展奠定了基础。

关键词:阴极保护;智能采集;数据;硬件;软件;监测

 

 

长输管线分布区域广、地形复杂,采用阴极保护电位人工测量方式,存在测试数据不连续、周期长、成本高且不能及时发现问题等弱点。同时,随着高压、特高压交直流输电工程的相继建设投运,高铁、地铁线路快速增加,其对埋地长输管道、站内管网及设备的干扰问题日益突出。因此,通过 集 成 阴 保 电 位 监 测 和 交 直 流 干 扰 参 数 监 测 技术、智能仪表技术、无线通信技术和计算机网络技术等,发展完善阴极保护电位智能采集系统具有重要意义。

1 发展现状

阴极保护电位智能采集系统是利用测试桩处布置的采集仪,配合长效参比、极化试片等埋地装置,将阴极保护通断电电位、交直流电流、交流电压等数据实时上传监测平台,并进行数据存储、展示、统计、分析等的阴极保护管理系统。系统主要由硬件和软件两部分构成,硬件即电位采集仪和埋地传感部件,负责数据的采集和传输;软件即阴极保护电位监测、评价和预警系统,负责数据的解析、存储、分析和展示。

1.1 硬件研制

10年前国内各大高校及研究院所的科研人员就开展了阴极保护电位智能采集设备的硬件研制工作,主要解决基本的阴极保护通电电位采集和数据传输问题。早期的工作虽然都有应用效果的描述,但是缺乏具体工况的介绍,也未进行长时间稳定性、可靠性的验证,大部分可归类为原型机的开发,为工业化应用提供了技术路线。

1.2 软件开发

周勇发等[1]以Simplicity协议栈为基础,研制了一套无线传感器网络,用于将阴极保护电位等数据传输到计算机控制软件。采用.NET平台开发的网络控制软件,可以通过该系统实现电位的自动采集、处理和监控等功能。同时,设计研发的阴极保护数据上传管理平台,可以实现对数据的上传、管理、可视化监控等。据此,实现了对数据的实时采集、及时上传和有效管理,提高了阴极保护系统的智能化水平。

1.3 应用现状

阴极保护电位智能采集系统早期在西气东输二线、中石化储运公司等管线得到应用,至今已在国内各管道公司广泛推广,实现了对管道线路及区域阴极 保护的监测。随着计算机采集卡和高速芯片技术的进步,采集仪在采集电位数据的同时,还能同时获取电压、电流等数据;以太网、超文本链接、无线通信等技术的应用,促进了阴极保护电位智能采集系统的发展。目前采集设备功能更加强大,其可靠性有了较大提升,与国外同类产品相比,部分指标处于领先地位。

薛光等[2]介绍了川气东送管道分公司采用智能测试桩和阴极保护监测系统的效果,除了采用智能采集仪对测试桩处的电位进行定时采集上传外,还可将全线阴保站的输出电压、电流和保护电位、断电电位等上传到阴极保护监测系统,通过远程控制功能及时调整恒电位仪的输出参数,确保阴极保护系统处于最佳的工作状态。

西部管道公司自西气东输二线应用以来,通过改进原采集设备,跟踪新技术发展,持续升级改造智能终端,系统技术水平和可靠性不断提高。目前该公司阴极保护智能监控平台已实现智能桩远程升级、采样频率远程设置、交直流电流密度采样、恒电位仪远程设置运行参数、卫星对时及远控一键同步通断、手机APP等功能。 2019年塔里木分公司全面实施了阴极保护升级管理试点应用,据测算,系统投用后每年可减少管道电位测试人员用工90人次,减少电位测试车辆90台班,减少了阴极保护数据的人工测量误差,降低了系统运行管理成本,提升了系统的自动化管理水平、运行可靠率和准确性。

2 存在问题

随着阴极保护智能采集系统的推广应用,也暴露出了一些问题,主要包括:运行故障率较高、监测数据不能完全满足评价需求、分析评价软件算法简单、数据管理平台兼容性差等,反映了设备现状与实际管理需求之间存在偏差,导致系统未能完全发挥应有的作用[3-4]

其一,可靠性是系统面临的主要问题。系统可靠性由采集模块、供电模块和传输模块的可靠性决定,影响采集模块正常工作的主要因素是温度、湿度等环境因素;供电模块,各厂家系统功耗优化技术存在差异,主流厂商可供采集模块工作时间可达8~10年,部分厂商仅能达到3~5年;传输模块,主要是网络信号质量、外界干扰等影响数据传输质量,特别是野外环境存在信号盲区,导致数据无法传输到远程服务器。

其二,监测数据应用是面临的现实问题。数据被采集后,进入软件系统供分析、计算和应用。当前大多数评价软件能够根据阴极保护判据分析监测数据是否达标,还需要将监测数据与人工采集数据整合进行数据准确性、有效性、完整性分析,结合管道本体、检测、环境等数据,开展风险分析,扩大数据应用,为管道企业数据集成提供支撑环境。

3 发展前景

为解决上述问题,各研发和应用单位进行了有益的尝试,并取得了一定效果。一是提高设备的防水防尘水平,并在采集仪内部进行温度、湿度监测,提高系统自诊断能力;二是采用太阳能、风能等供电,对功耗进行优化,保证供电的可持续性;三是采用物联网通讯、北斗卫星技术等覆盖传统信号盲区。未来,智能采集系统的发展主要有三个方面。

3.1 提高标准化程度和可靠性

推动智能采集系统标准化设计,实现埋地装置、供电模块的通用化,采集到的数据符合统一的数据库要求,并可以直接传输到统一的数据监测平台,便于统一管理。重点提高供电、通讯等部件的可靠性。当前主流的高能电池供电主要应用于对采集频率要求较低区域,因交直流干扰等对采集频率要求高的区域以及低温地区,应采用太阳能电池、风能供电、直流电源供电等,保障设备长期稳定运行。在采用主流移动通讯网络基础上,针对信号覆盖盲区,应发展北斗卫星通讯、物联网通讯等,多渠道保障通讯顺畅。

3.2 发挥系统监测技术作用

智能采集系统包含触发监测功能,可进行交直流干扰监测,当电位水平超过正常运行范围,自动触发密集采集模式,及时捕捉动态干扰信号;线路上多电位测量 台采集设备同步采集通断电电位,有利于判断干扰范 围、强度、流入流出位置,确定高风险区并指导后期排流设计等工作。将智能采集系统得到的海量数据与日常管道运营管理的难点、热点问题相结合,深化数据分析和应用,是未来一段时间需考虑的关键问题。

3.3 提高管道智能化管理水平

智能采集系统利用其布点多、分布广、供电持续、传输及时的优势,作为基础可拓展地质灾害预警系统、安保视频监控系统等。结合智慧管道“端+云+大数据”的体系架构集成管道全生命周期数据,整合第三方施工和交叉施工监测、泄漏监测、移动巡检、智能安防等技术,提供智能分析和决策支持,实现管道的可视化、网络化、智能化管理,进一步提高管道的智能化管理水平。

4 结语

阴极保护电位智能采集系统的发展与应用实现了阴极保护的集中监控与管理,成功解决了测量误差大、检测工作量大、人工成本高等问题,降低了阴极保护运行维护成本,提高了数据采集的可靠性,能实时掌握管道阴极保护状况和腐蚀状况,提高了管道管理水平。应强化采集系统的可靠性和标准化,不断拓宽其应用领域,为智慧管道建设提供强有力的支持。

 

参考文献:

[1] 周勇发. 基于无线传感器网络的阴极保护电位采集系统[D]. 北京:北京邮电大学, 2011.

[2] 薛光,黄明军. 管道工程智能测试桩和阴极保护监测系统[J]. 仪表电气, 2011, 30(6): 63-65.

[3] 黄景. 油气管道阴极保护技术现状与展望[J]. 石化技术, 2017(9): 83.

[4] 沈飞军,吴春,张超. 油气管道阴极保护技术现状与展望[J]. 化工设计通讯, 2017, 43(8): 33.

 

作者简介:吴锦强,工学学士,高级工程师。现任西部管道分公司安全副总监、总经理助理兼管道处处长,从事管道完整性管理工作。

通讯作者:李振军,男,工程硕士,高级工程师,从事防腐管理工作。联系方式: 0991-7561380,xbgdlizhj@petrochina.com.cn。

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