谢闯1 王喜权2 于晶晶1 赵嘉程1 裴志钢1 胡伟杰2

1.北京管道石家庄输油气分公司；

2.北京管道内蒙古输油气分公司 

摘要：近年来因管道腐蚀防护不到位引发的安全事故频发。外加电流阴极保护被证明是油气管道经济有效的保护方式之一。为监测和评估阴极保护系统有效性，需要大量采集监测系统数据进行分析，数据时效性和准确性非常重要。介绍了阴极保护智能采集系统组成，常见故障排查分析，提出处置措施，为阴极保护系统有效运行提供参考。

关键词：阴极保护智能采集系统；故障分析；电位测试 

管道腐蚀是造成油气管道泄漏穿孔、引发火灾爆炸事故的主要原因之一[1]。对于电化学或化学腐蚀，通常采用管道外部3PE防腐层＋外加电流阴极保护方式进行防护，有研究证明阴极保护可大幅度减缓管道腐蚀速率，对管道腐蚀防护和安全运行有十分重要的意义[2]。为实时监控和准确评估阴极保护系统有效性，目前多用智能采集系统测试传输阴极保护系统参数。由于采集系统比较庞大，设备结构复杂，采集和检测过程诸多环节，容易发生异常和故障。本文对智能采集系统常见故障进行分析并提出相应的处置措施。

1  智能采集系统概述

1.1  智能采集系统组成

阴极保护智能采集系统主要由提供阴极保护外加电流的恒电位仪、沿线管道阴极保护参数智能采集装置和阴极保护数据远传终端组成。早期阴极保护通断电电位等参数需要专业人员到现场测试，近年来随着电工电子技术的飞速发展和4G、5G通讯技术的普及应用，阴极保护智能采集装置逐渐替代人工采集方式得以推广应用，现场自动采集管道沿线及区域阴极保护相关参数并传输到管理平台，实现实时监测和数据存储[3]。

智能采集系统由现场采集层、系统传输层和平台监测层组成（图 1）。采集层包括智能采集装置，如安装在沿线测试桩的智能采集仪，现场埋设的参比电极、试片等，组成测量回路测试和采集数据。传输层将采集的数据通过无线传输方式上传至管理平台。平台监测层根据采集的数据进行比对分析，发现异常自动报警。

图 1 智能采集系统结构示意图

1.2  数据采集原理

智能采集系统通过智能采集仪和极化探头测试管道阴极保护电位、阴极保护电流、杂散电流强度、土壤电阻率等相关参数，经过A/D转换器，将模拟信号转换成数字信号，再通过单片机对数字信号进行处理，将测试数据通过无线模块发送到远程管理平台服务器上存储（图 2）。智能采集系统可根据用户端或管理平台软硬件要求实现灵活、定制化参数测试与采集[4]。

图 2 智能采集系统测试原理示意图

2  主要故障分析及处置措施

2.1  智能测试桩故障

（1）传输过程。分为长期性和间歇性传输故障，智能采集系统显示联网异常或时断时续。原因主要有以下几种，电池欠压导致设备工作电压超出正常范围（电池欠压时系统会发出欠压报警）；采集仪所处地带位于通讯信号较弱地区； SIM卡欠费或者SIM卡接触不良导致信号传输失效；更换新设备后无线传输地址调试不匹配导致数据无法上传至服务器；数据采集存储地址与平台提供的服务器地址不一致；远传终端接线盒或天线与采集仪本体接线松动导致传输信号时断时续；因某种原因过载导致采集仪主板损坏；系统内部时钟模块供电状态异常等。

处置措施。若发现系统联网异常，可以从现场传输设备供电情况、现场接线情况、设备完好情况和通讯传输链路情况分别进行排查。首先确认现场通讯信号强度是否正常。其次则利用万用表核对现场电池电压，若不在正常范围则更换电池。若正常则查询采集仪功耗、采集模式及SIM卡费用，均正常则插拔或更换SIM卡，重启设备进行后台解绑和绑定。若通讯仍不恢复，排查远传系统各接线是否有松动。若硬件排查均无问题，则登陆管理平台查看现场存储地址与平台提供的服务器地址是否一致。以上均无异常则对内部时钟供电电池进行排查，于移动端调取系统采集仪内部系统时间，若已自动恢复为出场时间，则为内部时钟用纽扣电池故障，需更换电池并重新确认。

（2）采集过程。①断电电位异常、交流电流密度过大等。原因主要有采集仪断电电位采集回路失效导致无法断电，表现为测量的断电电位与通电电位时刻保持一致，系统显示断电电位异常且与通电电位相同；断电电位采集时长设置不合理导致断电电位过负发生过保护现象或因去极化导致电位偏正发生欠保护现象。

处置措施。首先观察电位趋势图，若通断电电位某一时刻起保持一致，则现场手动复测通断电电位，数值正常，则可以判断为采集仪回路无法断电导致不能正常测试断电电位。

②通断电电位同时产生较大偏移，系统产生断电电位异常报警。原因主要为长效参比电极电位不准、失效或因土壤中含氯离子等污染源导致参比失效。

处置措施。现场测试通断电电位并与平台检测结果对比复核（排除远传原因），数据一致则利用便携硫酸铜参比电极对现场参比电极进行校正，若参数超出正常范围则为参比电极失效或周围土壤过于干燥，可以加水湿润，如仍无法解决，则更换参比电极。

③通断电测量回路出现电位偏移，系统显示断电电位逐渐发生偏移并发生电位异常报警。原因为极化试片失效或者发生腐蚀，一般发生在土壤电阻率变化较大或者含有特殊成分等腐蚀性较强的土壤中。

处置措施。极化试片失效是一个长期缓慢的过程，现场核实时需要埋设新试片，待充分极化后，将新试片和参比电极组成回路测试断电电位，若电位恢复正常值则确认试片失效。

④试片接线、管道线松动或发生断裂导致测量的电位异常突变，该测量电位一般为金属自然电位，远远正于﹣0.85 V。

处置措施。对比阴极保护系统历史数据，若发现从某一时刻开始电位发生突变且接近去极化后的自然电位，则分别测试现场管道、试片和参比电极构成的回路，开挖排查接线故障。

⑤土壤电阻率过大导致断电电位偏正。原因为采集设备周边土壤环境所致。

处置措施。选择长效参比电极、试片与PVC管组合安装，安装点埋设膨润土，并定期浇水维护，改善监测点埋地环境土壤电阻率。阴极保护有效性判定要结合当地土壤电阻率。

（3）外界干扰。外部杂散电流或其他阴极保护系统干扰导致阴极保护电位异常。原因可能有以下几点，管道周边高压输电线路、电气化铁路、感应雷或管道开展PCM测试等，极易引起管道电位波动，智能采集仪测试的通电电位（偏正或偏负）、交流干扰电压（计算交流电流密度较大）异常。

处置措施。管道电位波动区域及时开展杂散电流干扰调查，找出电位波动真实原因，采取干扰防护措施。合理确定埋地长效参比电极、试片和PVC管组件的相对位置关系，减小管道周边干扰电流对长效参比电极的影响，降低环境干扰导致的测量误差。

2.2  远传终端故障

（1）硬件故障。主要集中在以下几个方面，电池电压低导致欠压报警；电池保险损坏导致系统联网异常；采集设备回路出现故障无法进行断电测试；系统接线虚接松动；设备休眠不启动导致系统数据无法上传等。

（2）软件传输故障。主要包括无线传输模块异常，类似于测试桩数据传输异常；现场设备存储地址和管理平台所用的通讯地址不匹配导致数据无法上传；无线传输设备和采集设备之间接触不良等。

由于远传终端数据传输原理与智能测试桩类似，故障排查方法和处置措施与智能测试桩相同。

3  结论

智能采集系统实现了阴极保护数据集中存储和参数实时监测，解决了测试工作量大、数据精度差等突出问题，降低了日常运行维护成本，提高了数据可靠性。介绍的智能采集系统常见故障、排查方法和处置措施，为阴极保护系统日常维护提供了经验。目前智能采集系统仍存在产品标准化程度低、智能化水平有限等缺点，大都停留在数据采集和存储阶段，故障诊断排查需要专业人员进行数据分析并到现场验证确定。未来针对数据智能分析、系统故障诊断还需加大应用研究。

参考文献：

[1]吴志平，陈振华，戴联双，胡亚博，毕武喜.油气管道腐蚀检测技术发展现状与思考[J].油气储运，2020，39(08)：851-860.

[2]丁友，赵庆华，冯伟章，蔡文彬，苏华东.埋地长输管道腐蚀原因及改进措施[J].油气储运，2002(10)：48-50.

[3]张海峰，蔡永军，李柏松，孙巍，王海明，杨喜良.智慧管道站场设备状态监测关键技术[J].油气储运，2018，37(08)：841-849.

[4]魏睛宇.数据处理概论[M].北京：中国统计出版社， 1994.1-5.

作者简介：谢闯，1994年生，硕士，助理工程师，2021年毕业于中国石油大学（北京），现主要从事管道管理工作。联系方式：18513584004，3906818@qq.com。