王爱玲 余东亮 朱建平 张晶 贺小康 孙海军

国家管网集团西南管道公司

摘要：阴极保护技术是抑制管道腐蚀的一种有效的电化学保护手段。相对传统的人工测试方法，阴极保护参数智能采集监控系统能实时监测分析，减小了测量误差，能够保证阴极保护有效性以降低腐蚀风险并节省大量人工成本。在西南山区管道现场应用表明：系统能够不间断实时监测管道电位等各项参数，管理人员可以随时掌握阴极保护状况，及时分析整改异常情况，满足企业日常管理要求，为山地管道阴保系统研究提供重要数据支持。

关键词：阴极保护；山区管道；智能采集；管理系统

管道防腐措施一般采用防腐层结合阴极保护技术[1]，为了保证阴极保护的有效性，需要对管道阴极保护状态进行监测，并注意对阴极保护设备的管理。管网系统的普通测试桩一般只能采集数据，而不能远程传输数据[2]，每月一次的人工检测无法对阴极保护各项参数实时、同步监控，对阴极保护和腐蚀情况及时做出响应。人工检测数据误差大、人工成本高，不能满足现代企业管理的要求[3]。因此，提高阴极保护智能化管理成为必然趋势。

1  应用现状

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。周勇发等[4]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，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。梁云[5]介绍了一套高性能智能化阴极保护系统，由管理中心、智能测试桩和外加电流系统组成，可以采集管道电位及交流干扰电压。薛光等[6]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。川气东送管道应用了以GIS和GPRS为基础的阴保在线监测系统，通过分析管道电位数据可远程调节恒电位仪，使管道得到有效保护。杨彬[7]介绍了一套可以采集并传输管道电位的智能阴保系统，对系统的可靠性问题进行应用案例介绍。长庆油田某输气管线现场应用了远程阴保监测系统[8]，该系统由监测平台和防蚀仪构成[9]，可以采集并展示阴保电流和电位数据，结合专家系统便于分析阴保故障情况。

西南管道公司拥有超过一万公里长输油气管道。2018年以来着手建设阴极保护参数智能采集监控系统平台，并在山区管道进行了应用推广。建设了阴极保护参数自动采集仪试验场、制定了阴极保护参数自动采集仪技术规范，通过实时跟踪调研国内外新技术和发展趋势，不断改进采集设备，持续升级改造系统终端，软硬件技术水平和可靠性得到了提高。

2  系统组成及功能介绍

该系统以地理信息系统（GIS）为管理平台，以MySQL数据库作为统一数据库，以公共无线数据通讯（GPRS）和其他有线通讯相结合的方式为数据传输手段[10]，实现低成本遥测和遥控，如图 1所示。系统主要由硬件和软件两部分构成，硬件即阴极保护参数自动采集仪和埋地传感部件，负责数据的采集和传输，并与系统平台软件开发数据接口实现交互兼容。即利用智能阴保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，将管道阴极保护通电电位、试片断电电位、管道交流干扰电压、试片交流电流密度、试片直流电流密度、试片腐蚀速率等数据按设定要求进行自动采集、储存、上传监控系统平台，并进行数据存储、展示、统计、分析等。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。其工作模式主要分为日常工作模式和杂散电流监测模式。前者可根据实际需求远程设置采集时间间隔，每次采集一组数据。后者主要针对电气化铁路、城市轨道交通电流干扰或高压直流接地极干扰等特殊情况，调整相关参数采集频次，采集参数超过设定阈值自动触发该模式功能，干扰结束、电位偏移量回到正常范围内时，自动恢复日常工作模式采集传输数据。

图 1 阴极保护参数智能采集监控系统拓扑图

该系统实现了对管道阴极保护状况的在线检测，同时可以通过远程监控方式随时监视并调整恒电位仪的工作状态，使整个阴极保护系统处于最佳的工作状态，起到最大限度的保护作用。

3  应用分析

图 2显示在某一时间段某段山区管道受到高压直流接地极干扰的情况，干扰持续时长为48 min，干扰类型为接地极阳极运行。从各监测点的电位变化（图 2（a）、图 2（b））来看，此次高压直流干扰导致至少10处监测点的管道电位相对于未发生干扰时出现了偏移，影响管段约为400 km。GD-K1155+801～GD-A#阀室-K1147 管段和GD-D#阀室-K854～GD-F#阀室-K734 管段为电流流出段，电位正向偏移，监测点GD-D#阀室-K854的断电电位正向偏移最大，最正通/断电电位为﹣0.685 V/﹣0.834 V，断电电位不满足最小保护电位要求。GD-B#阀室-K1038～GD-C#阀室-K1016 管段为电流流入段，电位负向偏移，监测点 GD-B#阀室-K1038 的断电电位负向偏移最大，最负通/断电电位为﹣4.378 V/﹣1.291 V，断电电位负于限制临界电位。

图 2 高压直流干扰监测

图 3为某山区管段连续监测的管道通/断电电位随时间变化曲线。从图 3（a）可以看出，管段受到典型的动态杂散电流干扰而电位波动，每天夜间管道电位波动消失。根据管段附近用电设施调查，可以判断杂散电流来源为管道附近企业用电设备。图 3（b）为管段K1062-K1168阴保监测的曲线图，可以看出越向下游方向，监测点的波动幅度越大，可以肯定杂散干扰也越大。

图 3 阴极保护电位监测曲线

4  结论及展望

阴极保护参数智能采集监控系统实现了油气管道阴极保护的集中监控与管理，提高了数据采集的可靠性，可实时掌握管道阴极保护状况，解决了人工测量误差大、检测工作量大、成本高等问题，降低了阴极保护运行维护成本，提高了管道智能化管理水平。随着推广应用，也暴露出了一些问题，主要包括运行故障率较高、分析评价软件算法简单、数据管理平台兼容性差、标准不统一等。今后在以下方面还有待提升。

一是提高系统的可靠性。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。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。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。采用物联网通讯、北斗卫星技术等覆盖传统信号盲区。

二是提高标准化统一性。目前各个厂家软硬件技术水平参差不齐，通讯协议不统一。建议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。

三是提高智能化管理。系统拥有分布点多、分布广、供电持续、传输及时的优势，可与地质灾害预警系统、视频监控系统、应力应变监控系统等实现接口互融互通。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。

参考文献： 

[1]胡生宝，陈星玮.天然气输送管道的腐蚀及对策[J].化学工程与装备，2019(03)：172-173.

[2]高晓洪.长输管道智能测试桩的研制[J].电子世界，2014(16)：324.

[3]门程，白冬军，等.智能阴极保护采集监控系统的应用与发展[J].天然气与石油，2014(05)：80-83.

[4]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.

[5]梁云，练宗源，戴慰慰，等.高效绿色能源智能阴极保护系统[J].全面腐蚀控制，2016，30(05)：9-11+86.

[6]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.

[7]杨彬，李孝莹.智能阴保监控系统的工程应用实例[J].全面腐蚀控制，2017，31(10)：18-20.

[8]高宝元.输气管线阴极保护在线监控系统研究与应用[J].石油化工腐蚀与防护，2018，35(01)：35-37.

[9]王峰.强制电流阴极保护及智能监测系统[J].油气田地面工程，2008，27(07)：68+70.

[10]金海峰.阴极保护技术在石油化工设施中的设计与应用[J].油气田地面工程，2009，28 (9)：37-38．

作者简介：王爱玲，工程师，硕士，2013年毕业于中国石油大学（华东）油气储运专业，现主要从事长输油气管道完整性专业方向的研究工作。联系方式：028-62721631， wailing0612@163.com。