刘翔 黄守斌

西部管道塔里木输油气分公司四道班压气站

摘要：目前站场区域阴保系统已不能满足管道智能化管理要求。通过加装智能电位采集设备和高纯锌参比电极，在阴极保护系统远程管理平台部署阴极保护智慧控制模块、阳极地床智能注水模块等，实现了站场区域阴保系统自动均衡控制、阳极地床土壤环境自动监测、阳极地床智能注水等功能，达到了智慧阴保系统建设预期目标。

关键词：压气站；区域阴极保护；智慧阴保系统；恒电位仪

站场区域阴极保护技术在国内的应用始于20世纪60年代，目前在油气站场、调压站等管道腐蚀防护中得到了广泛应用。但传统的区域阴保系统已不能满足管道日益智能化管理要求。2019年，四道班压气站改造了原区域阴极保护系统，采用104支预包装高硅铸铁阳极替换原深井阳极地床、柔性阳极地床，在全站确定了30处阴保电位测试点，每处测试点埋设1只10 cm2带防水开关环形试片，能够满足全站断电电位测试需要。改造后阴保系统运行正常，阴极保护有效率达100%。2019年底，塔里木输油气分公司“阴极保护系统远程管理平台”（以下简称远程管理平台）建成。四道班压气站被列为智慧阴保系统建设与应用试点。

1  智慧阴保系统建设

1.1  建设内容

（1）压气站30处阴保电位测试点均加装智能电位采集设备，自动采集阴保电位并上传至远程管理平台，实现阴极保护效果自动分析诊断，如图 1所示。

图 1 压气站智能电位采集设备现场设置

（2）在远程管理平台部署“阴极保护智能控制”模块，监测站场实时电位，结合智能控制算法，自动调整恒电位仪输出，实现阴极保护电位的自动均衡控制。

（3）在远程管理平台部署“阳极地床智能注水”模块，在压气站4个阴极保护回路阳极地床安装8套智能综合采集仪，配合三合一传感器测量辅助阳极（预包装高硅铸铁阳极）周围土壤的温度、湿度、土壤电阻率等并上传至远程管理平台。远程管理平台根据阴极保护回路电阻及阳极地床相关参数，配合智能水泵控制器，实现阳极地床运行状态检测及自动注水功能。

（4）在站内阴保电位关键测试点安装10支高纯锌参比电极，测量长效硫酸铜参比电极与高纯锌参比电极电位差并上传至远程管理平台，以验证高纯锌参比电极电位稳定性。

1.2  控制架构及运行逻辑

（1）控制架构。站内各监测点电位和恒电位仪运行参数按照一定的采样频率通过无线传输上传至远程管理平台。平台自动控制模块根据各监测点的断电电位和恒电位仪运行状况，通过智能算法计算出各路恒电位仪输出的调整量，再将调整指令下发至对应的恒电位仪，恒电位仪根据指令修正相应的输出参数。如图 2所示。

图 2 压气站智慧阴保系统控制架构

（2）调整原则。采用区域输出智能控制逻辑，通过智能分析，控制站场恒电位仪的输出电流，使电位满足阴极保护准则要求，并按照预置值不断优化，最终达到均衡控制的目的。

（3）主控逻辑。恒电位仪以恒电流模式运行，系统给每路恒电位仪输出配置初始运行电流（即预置电流）并下发指令至恒电位仪。区域阴极保护监测点设定一个理想断电电位，作为电位达标后的优化目标。通过试片通断法测量监测点断电电位。三个主要工作参数通电时间、断电时间、采样点时间间隔可以在远程管理平台设定。

（4）智能注水。以恒电位仪输出电压超过70%为触发条件，结合回路电阻、阳极地床附近土壤电阻率、含水率等，判断是否需要注水，随后将注水指令下发至水泵控制器注水。

1.3  设施安装

（1）每处测试点各安装1台智能电位采集仪，在收发球区、后空冷区、压缩机区、过滤分离区、放空区各设置1只防爆接线箱，智能电位采集仪分区域置于防爆接线箱内。如图 3所示。

图 3 智能电位采集仪及防爆箱安装示例

现场参比管内各安装1支极化试片、1支自腐蚀试片、1支交流干扰试片及1支长效硫酸铜参比电极。

（2）在过滤分离区、收发球区、循环空冷区、后空冷区等每个阴保区域各安装2支智能综合采集仪，均安装在防爆接线箱内，电源为场外市电供电。

（3）在阳极地床附近安装土壤环境三合一传感器，并确认传感器现场安装位置和埋设深度。

（4）在区域阴保智能综合采集仪附近位置安装高纯锌参比电极。

（5）基于站内现有绿化灌溉系统，设计建造一套简单的阳极自动注水系统。

2  系统应用

2.1  远传数据及查询

站内所有测试数据均上传至远程管理平台，可在平台统计查询页面查询各参数测试数据。还可按照时间查询各参数历史数据并自动生成时间—参数曲线，支持数据Excel表导出。

2.2  远传数据类型

（1）恒电位仪参数。包括恒电位仪的回路编号、恒电位仪编号、通电电位、断电电位（若有）、输出电压、输出电流、回路电阻、运行模式、预置值、运行状态、运行机号、采集时间、设备报警、偏离报警、通断状态等。数据采集时间可在5 min～24 h范围内远程调节控制。

（2）测试桩运行数据。包括采集点的管网机构、采集点编号、通电电位、断电电位、自然电位、交流干扰电压、交流电流、交流电流密度、直流电流、直流电流密度、设备温度、电池电压、测试时间、电位报警、干扰报警等。

（3）阴保区域土壤检测数据。包括管网机构、采集仪编号、里程、土壤电阻率、土壤体积含水率、土壤pH、土壤温度、测试时间及历史记录查询。

（4）智能水泵控制器状态数据。包括水泵控制器编号、在线状态、最后通讯时间及注水状态。

2.3  应用测试

压气站智慧阴保系统自2020年11月26日开始运行，根据30处智能电位采集设备的断电电位自动调节站场恒电位仪输出。如图 4所示。区域阴保恒电位仪数据实时上传至远程管理平台，智能电位采集数据每5 min上传一次。远程管理平台智慧控制模块根据上传的阴保电位与阴极保护系统达标电位（﹣0.85 VCSE至﹣1.20 VCSE）进行逻辑计算，得出恒电位仪输出电流调控参数，通过4G信号传送至恒电位仪，自动调节恒电位仪电流输出。实现站场阴极保护恒电位仪输出的智慧控制模式。

从图 4可以看出，恒电位仪输出电流根据现场电位情况实时动态调整。初始运行阶段，由于现场阴保电位基本不达标，恒电位仪输出增大。在监测点电位极化完成后，恒电位仪输出电流降低，基本趋于稳定。恒电位仪输出电流的变化符合阴极保护电位控制的变化趋势，相比于传统的恒电流控制更为合理。

图 4 恒电位仪输出电流变化

3  结语

四道班压气站智慧阴保系统实现了区域阴保系统自动均衡控制、阳极地床土壤环境自动监测、阳极地床智能注水等功能，提升了站场区域阴保智能化管理水平，被命名为阴极保护远程智慧管理示范站，向国家管网集团“打造智慧互联大管网”战略目标迈出了坚实的一步。

作者简介：刘翔，1986年生，大学本科，高级工程师，四道班压气站党支部书记，主要从事油气储运工作。联系方式： 18299818695 ，liuxiang02@pipechina.com.cn。