輸氣管線陰極保護在線監(jiān)控系統(tǒng)研究與應用*

(1.中國石油集團川慶鉆探工程有限公司工程技術(shù)研究院,陜西 西安 710018； 2.低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實驗室，陜西 西安 710018)

目前長慶油田伴生氣綜合利用輸送主要依靠長距離埋地管線來實現(xiàn),管材一般為鋼制螺旋焊管。由于輸氣管線均采用埋地方式鋪設(shè), 所以多選擇在人少、環(huán)保、少占耕地的地方,管線穿越地段地形復雜,土壤性質(zhì)各異,土壤對管道產(chǎn)生不同程度腐蝕[1]。伴生氣輸氣管線雖然采用了外防腐層保護，但近幾年因各種原因腐蝕嚴重，時常發(fā)生管道泄漏，造成環(huán)境污染。陰極保護措施是延長輸氣管線使用壽命,減少輸氣管線運行故障的有效手段。外加電流法在實施大范圍野外陰極保護時比較經(jīng)濟，但需要有專人管理維護，并需要有穩(wěn)定可靠的不間斷電源，需要對管線上裝有的陰極保護裝置實行不間斷監(jiān)測和控制。對輸氣管線陰極保護裝置的監(jiān)測與控制一般多由管道巡視員或維修工定期進行，隨著油田現(xiàn)代化管理水平不斷提高，迫切需要無人值守來替代人工巡檢[2]。

為此，研發(fā)了輸氣管線陰極保護在線監(jiān)控系統(tǒng)[3],實現(xiàn)了對配氣站輸氣管線進行強制電流陰極保護、減緩腐蝕、在值班室能對陰極保護恒電位和腐蝕電位進行在線監(jiān)測和控制的目的，收到了良好的經(jīng)濟效益[4]。

1 在線監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成

陰極保護是采用直流電源給被保護金屬通以陰極極化電流，使金屬表面陰極極化，當極化電位大于或等于腐蝕電池的開路電位時，被保護金屬停止腐蝕。通常情況下，保護電位為-1.15～-0.85 V(用硫酸銅參比電極測定)，可達到使金屬停止腐蝕。大于保護電位-0.85 V時，管線不受保護；小于最小保護電位-1.15 V時，開始析氫反應。輸氣管線陰極保護實現(xiàn)這一原理的過程是，直流恒電位儀電源負極與輸氣管線連接，正極與輔助陽極和深井接地陽極連接，從而構(gòu)成保護回路。外加電流法陰極保護方法具有較大的輸出功率，可以進行遠距離陽極配置，輸出電流連續(xù)可調(diào)、保護范圍大、不受環(huán)境電阻率限制、經(jīng)濟性好和保護裝置壽命長等優(yōu)點，使其在防腐蝕工程中越來越受到重視[5]。

輸氣管線陰極保護遠程在線監(jiān)控系統(tǒng)由外加電流法陰極保護在線防蝕儀和遠程監(jiān)控中心兩部分組成[6](見圖1)。

圖1 輸氣管線陰極保護在線監(jiān)控系統(tǒng)

2 在線監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

2.1 在線防蝕儀設(shè)計

在線防蝕儀主要由監(jiān)控陰極保護電流、恒電位和參比電位的儀表,可調(diào)式恒電位儀和遠程控制終端(RTU)模塊組成(見圖2)?？烧{(diào)式恒電位儀用于輸出連續(xù)調(diào)控直流電壓和電流，輸出電壓恒定，調(diào)壓安全，運行效率高；監(jiān)控儀表用于就地顯示陰極保護電流、恒電位和參比電位，并通過RS485接口將采集的陰極保護電流、恒電位和參比電位數(shù)據(jù)上傳至RTU模塊[7]；RTU模塊再將接收到的陰極保護電流、恒電位、參比電位和啟停信號數(shù)據(jù)通過專網(wǎng)傳送到監(jiān)控站內(nèi)，實現(xiàn)遠程在線監(jiān)控[8]，達到配氣站輸氣管線安全高效運行的目的。

圖2 陰極保護在線防蝕儀構(gòu)成

2.2 主要技術(shù)參數(shù)

(1)冷卻方式：風機溫控型風冷，電源內(nèi)部溫度高于60 ℃時，風扇開始運轉(zhuǎn)降溫；

(2)環(huán)境條件：溫度范圍-30～60 ℃，空氣相對濕度不超過85%；

(3)輸入電壓：(220±22) V,50 Hz；

(4)輸出電壓：0～30 V；

(5)輸出額定電流：30 A；

(6)通訊接口：RJ45。

2.3 在線遠程監(jiān)控中心設(shè)計

在線監(jiān)控中心作為操控終端，由計算機上的監(jiān)控軟件提供人機界面，通過專網(wǎng)接受陰極保護在線防蝕儀遠程控制終端傳來的陰極保護電流、恒電位、參比電位和遠程啟停數(shù)據(jù)，在監(jiān)控中心計算機上直接顯示陰極保護異常情況的分析和判斷，出現(xiàn)異常情況時，可以遠程關(guān)閉在線防蝕儀供電工作，正常時可以遠程啟動在線防蝕儀工作。監(jiān)測中心軟件的編制采用力控軟件編寫，力控軟件擁有友好的界面和強大的功能，提供了一個良好的Windows系統(tǒng)下的可視化開發(fā)環(huán)境[9]。油田專網(wǎng)通信速率高、穩(wěn)定性好，具有顯著的應用優(yōu)勢,對于保證整個輸氣管線電流陰極保護系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性具有重要意義[10]。

3 現(xiàn)場應用

自主研發(fā)的輸氣管線陰極保護在線監(jiān)控系統(tǒng)， 2016年6月在長慶油田第三采油廠伴生氣綜合利用輸氣管線上進行了現(xiàn)場應用, 該系統(tǒng)實現(xiàn)了長輸管道陰極保護狀況的在線檢測，同時可以通過在線監(jiān)控方式隨時監(jiān)視并調(diào)整防蝕儀的恒電位工作狀態(tài)，使得整個陰極保護系統(tǒng)處于最佳工作狀態(tài)。1年多的運行實踐表明，對配氣站輸氣管線進行強制電流陰極保護實現(xiàn)了防腐蝕的目的，實現(xiàn)了輸氣管線陰極保護的統(tǒng)一集中管理，提高了陰極保護管理的科學性、準確性和及時性，收到了良好的經(jīng)濟效益。

4 結(jié) 論

(1)對輸氣管線進行強制電流陰極保護實現(xiàn)了防腐蝕的目的，采用脈寬調(diào)制恒電位供電，克服了傳統(tǒng)型硅整流防蝕儀運行效率低、有振動噪聲和發(fā)熱浪費電能等缺點。

(2)輸氣管線陰極保護在線監(jiān)測系統(tǒng)采用人性化的操作和清晰的圖表，能夠直觀及時地查看各監(jiān)測點的狀況，以便能及時排除故障,對提高陰極保護水平、減少管線腐蝕及延長管線使用壽命有著積極意義。

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(編輯 張向陽)