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管道研究

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珠三角地区管道阴极保护智能监测应用探索

来源:《管道保护》2021年第4期 作者:谢成 刘军 陈少松 易晓明 时间:2021-7-21 阅读:

谢成1 刘军1 陈少松2 易晓明2

1.国家管网集团华南分公司; 2.北京安科腐蚀技术有限公司


摘要:从珠三角地区油气管道服役环境存在多种电干扰源的背景出发,分析了管道外腐蚀检测常规做法存在的不足,针对复杂电干扰问题提出了运用智能监测解决方案,并在试验段进行了工程实践探索。通过总结实施效果,指出未来管道阴极保护智能监测技术的发展方向。

关键词:油气管道;阴极保护;腐蚀检测;智能监测;杂散电流干扰

 

油气管道腐蚀是一个慢变量,需要长期跟踪监测和及时治理,防患于未然。管道腐蚀具有隐蔽性,不易检测发现,现有技术手段,都是基于风险的概率检测,存在漏检误判,一旦管道失效,将造成严重的安全事故或生态环境破坏。

目前珠三角地区大型基础设施建设正处于高速发展期,高压交流和直流输电、高铁、地铁等线路多与管道接近、并行或交叉,成为造成埋地管道腐蚀加速和运行安全风险的主要杂散电流干扰源。

1  管道杂散电流干扰现状

在珠三角地区,华南分公司运营管道超过1300余公里,区域内有20多条地铁线路,造成的动态杂散电流干扰强度及腐蚀风险世界罕见,管地电位波动高达±30 VCSE以上,个别地段管道局部腐蚀壁厚损失接近70%,腐蚀速率最高达0.56 mm/a。

广东省内有6处高压直流输电系统的大型接地极,监测数据显示,接地极造成的干扰电压最高304 V,为目前监测到的国内最高干扰电位值。根据模拟计算,接地极在单极大地返回运行模式下引起管地电位偏移2 V的范围几乎覆盖全省范围。此外,还存在大量高压交流输电线和交流电气化铁路等多种干扰源同时影响一条管道,以及更多复杂干扰源未被发现的情况。

2  管道外腐蚀检测

管道外腐蚀检测主要通过定期检验、日常人工巡检的方法。按照标准要求,新建管道1~3 年内完成基线检测,随后每 5 年定期开展外腐蚀直接评价(ECDA)。定期检验结合日常人工巡检的方法可评估管道外防腐层质量、阴极保护有效性、杂散电流干扰情况等,并结合防腐层破损处的开挖调查,对管体腐蚀缺陷及环境腐蚀性进行直接检测和评价。

随着管道运行年限增加,防腐层老化、剥离、破损及杂散电流干扰问题越来越突出。无论从时间还是地域维度看,管道腐蚀点都不是平均分布的,定期检验和日常人工巡检很难及时发现全部外腐蚀缺陷,存在较高的漏检概率和局限性。

(1)在时间维度上,人工检测只能选取某个时间段操作,采集数据是不连续的,难以全时覆盖并达到暂态级(秒级~分钟级),而地铁和高压直流接地极等干扰具有暂态特征,因此很难捕捉到完整的干扰信息。

(2)从地域维度看,管道是敷设在不同地域的线性资产,达成覆盖全线检测不遗漏的成本和难度都很高;过去采取抽样的办法,很好地平衡了检测成本和检测目的的关系,但只要是抽样就存在着漏检和误判风险。

(3)人工巡检和人工记录数据的方式很难保证数据质量,专家普遍会质疑这类数据的真实可靠性,为后期评价带来困扰。

3  智能化解决方案

3.1  阴极保护智能监测系统

阴极保护智能监测系统架构包括三层,即感知层、传输层和分析层。

(1)感知层:以智能测试桩的形式布设于管道路由沿线,其内部安装自动采集仪,配合长效参比、极化试片等,实现对阴极保护电位、交流电压、直流电流、交流电流、腐蚀速率、土壤特征等相关参数的自动采集,并将采集数据进行临时存储或通过无线模块实时上传客户端软件管理平台。

(2)传输层:数据传输网络一方面将采集仪采集的数据通过特定方式和固定协议传送给远端服务器系统并进行存储,另一方面可以将客户端发出的指令发送给采集仪,控制采集仪的工作方式。目前可以使用的无线数据传输方式包括移动通信网络、卫星通信、低功耗无线网络等,也可以使用管道沿线的伴行光纤实现数据有线传输。

(3)分析层:包括客户端管理平台的各项分析功能组件。管理平台软件作为在线阴极保护评价工具,能把从远程采集得到的阴极保护各项参数按照标准要求进行判定、分析并给出预警。当系统发出预警时,软件可指明故障原因、时间、地点,并将这些信息写入数据库,方便查阅和存档,为维保工作提供依据。

3.2  系统实施情况

2018年至2020年,华南分公司选取受杂散电流干扰严重的某试验管段,共安装智能测试桩300多套、智能抗干扰恒电位仪13套、腐蚀探头19套,对管道的通电电位、断电电位、交流电压等参数进行持续监测,用于评估阴极保护运行情况以及受交直流杂散电流干扰影响的程度,较全面采集了管道外腐蚀风险的相关信息。

(1)试验管段地铁杂散电流干扰监测。HD段与深圳地铁2号线平行并交叉,HD46+469、 HD45+076、HD47+310位于管线与地铁交叉位置,受地铁杂散电流干扰严重,测得通电电位波动范围为﹣7.31 V~3.35 V,平均值﹣1.81 V~﹣0.91 V,断电电位波动范围为﹣1.53 V~0.24 V,平均值﹣1.24 V ~﹣0.65 V。

(2)试验管段交流干扰监测。HD管段HD62+743智能测试桩监测到暂态交流干扰电压峰值达到20.71 Vac,高于15 Vac,立即提醒现场作业时做好安全防护。BD段BD21#智能桩监测到稳态交流干扰电流密度达到57.21 A/m2,交流腐蚀风险等级为中等,随即启动密间隔数据采集模式,对其趋势变化进行持续监测。

(3)DP管段绝缘接头状态对管道电位的影响。2019年12月25日12时,试验管段DP69、DP76、DP82智能测试桩监测到管道通/断电电位出现同步正向偏移,经核实,系因PH管道PS阀室绝缘接头失效,DP管道与下游PH管道现场跨接连通所致(图 1)。



图 1 试验管段DP段智能测试桩电位图


(4)邻近管道恒电位仪运行状态对管道电位的影响。2020年6月8日至6月11日,DP61智能测试桩通/断电电位正向偏移且IR降发生明显变化,经核实,为DP管段邻近管道2#阀室恒电位仪意外停机所致(图 2)。



图 2 智能测试桩通/断电电位图


3.3  实施效果

(1)能够持续实时监测阴极保护设备的运行状态并获取关键信息,及时发现阴极保护设备运行故障及保护效能下降情况,极大地缩短故障定位、诊断及通知的时间延迟。对系统和关键位置实现远程监测,确保阴保系统运行有效性,有利于强化保护性能的长期知识积累。远程便捷优化或修改阴极保护运行参数,减少或逐步取代定期现场数据采集工作,总体降低设备全周期维护费用等。

(2)智能监测系统在及时准确捕捉干扰信息方面独具优势。新一代智能监测设备包含触发监测功能,当交直流干扰电位水平超过正常运行范围时,可以自动触发密集采集模式,及时捕捉到动态干扰信号。多台采集设备同步采集通断电电位,有利于判断干扰的范围、强度、流入流出位置,确定高风险区并指导后期的排流设计等工作。

(3)智能监测系统与腐蚀速率测试结合,可以实时监测管道腐蚀情况;与恒电位仪控制系统结合,根据智能监测系统监测并及时确定的管道欠保护位置、受干扰情况,通过设计算法可优化区域阴极保护系统;通过监测定向钻管段等位置,结合电流环或其他电流测试技术手段,可用于评价防腐层质量和穿越段管道的真实阴极保护水平等。

3.4  系统存在的问题

在成本费用约束下,智能测试桩优先用于杂散电流干扰严重管段,在接近干扰源的位置分布相对密集,而在远离干扰源的位置则覆盖率较低。恒电位仪与管道沿线测试桩的智能化程度仍不匹配,因此,很多管道并未真正建立起具有自动调控和联动机制的阴极保护智能监测系统。目前监测系统对管道腐蚀本身的监测仍非常少,系统积累的大量数据尚未充分挖掘利用,与智能管道的目标仍有相当差距。分公司阴极保护智能管理系统中,仅有13套恒电位仪具有远程传输功能。为实现对管道阴极保护效果进行全面分析评价,下一步将对恒电位仪进行智能化改造,使其具有远程监控功能;改进试验段安装的腐蚀探头使其具备远程传输功能,从而实现快速适时综合评估。

4  改进方向

(1)运用机器学习,实现自动分析和自动生成报告。感知层设备每天采集和需处理的数据达几十万条,解决数据不断积累靠人工分析费时耗力和不可持续难题;深入挖掘数据价值,建立新模型,以辅助管理人员高效准确识别并预测腐蚀风险;自动诊断系统故障,实现无需人工干预的智能管控。

(2)接入多种感知设备,包括牺牲阳极测试站、排流测试桩、交流缓解测试桩、跨接测试桩、绝缘接头测试桩等,实现管道外腐蚀防护全场景的互联互通。

(3)整合多维度、全时域和全地域的管道数据,实现基础信息同步化和一致性。

 


作者简介:谢成,1980年生,国家管网集团华南公司资产完整性管理部经理,高级工程师,目前主要从事管道完整性管理及外管道管理工作。联系方式:13533075570,xiecheng@pipechina.com.cn。

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