基于GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)年帢O保護(hù)遠(yuǎn)程智能監(jiān)控技術(shù)在油氣管道上的應(yīng)用研究

【摘 ?要】隨著我國油氣管道建設(shè)運(yùn)行的快速發(fā)展，對管道安全運(yùn)行和智能化水平的要求不斷提高，陰極保護(hù)作為管道安全運(yùn)行的重要技術(shù)手段，如何準(zhǔn)確、高效的實(shí)現(xiàn)管道的通、斷電電位檢測對實(shí)現(xiàn)管道的安全運(yùn)行具有非常重要的意義。同時(shí)，針對長距離輸送成品油管道陰極保護(hù)數(shù)據(jù)人工測試效率低、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和可靠性差、無法實(shí)現(xiàn)同時(shí)檢測等諸多問題，引入了基于GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)年帢O保護(hù)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程智能監(jiān)控技術(shù)。實(shí)際應(yīng)用表明，陰極保護(hù)遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)對測試通、斷電電位，監(jiān)測管道交直流干擾、發(fā)現(xiàn)管道電位異常等都具有重要意義。

【關(guān)鍵詞】管道;陰極保護(hù);遠(yuǎn)程智能;檢測;系統(tǒng);應(yīng)用

1、概述

金嘉湖成品油管道位于江浙平原地區(qū)，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，水網(wǎng)密集，全線設(shè)有5座站場、6座截?cái)嚅y室和6座陰極保護(hù)站，管道采用外加電流陰極保護(hù)，土壤腐蝕性中等偏強(qiáng)。目前管道采用了數(shù)字管道管理系統(tǒng)加強(qiáng)對巡線員巡線軌跡、第三方施工等方面的規(guī)范管理;通過泄漏系統(tǒng)對打孔盜油及漏油情況加強(qiáng)監(jiān)管;通過紅外報(bào)警裝置和24小時(shí)視頻監(jiān)控加強(qiáng)對閥室進(jìn)行監(jiān)管。通過各類技防設(shè)施的投用，進(jìn)一步提高了管道的安全防范能力。

為保證輸油管道的安全、平穩(wěn)運(yùn)行，我們還需對陰極保護(hù)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行定期檢測，以全面掌握管道運(yùn)行狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)各類異常情況。但在實(shí)際檢測過程中，由于管道點(diǎn)多、線長，沿線地貌十分復(fù)雜，管道電位人工檢測往往效率很低，同時(shí)由于各檢測人員檢測水平差距，往往導(dǎo)致檢測數(shù)據(jù)可靠性較差，不能反映管道真實(shí)斷電電位，容易發(fā)生錯(cuò)誤判斷。另外，由于江浙地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，沿線高壓輸電線路、地鐵、高鐵等設(shè)施難免會(huì)與管道發(fā)生交叉、平行等情況，容易對管道造成交、直流干擾等影響，鑒于上述情況，特引入基于GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)年帢O保護(hù)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程智能監(jiān)控技術(shù)，隨時(shí)跟蹤管道的真實(shí)通、斷電電位及交流干擾情況，確保管道防腐層不發(fā)生腐蝕現(xiàn)象，是提高管道陰極保護(hù)數(shù)據(jù)檢測質(zhì)量和工作效率的重要手段。

為了更及時(shí)準(zhǔn)確的獲取管道沿線的陰極保護(hù)極化電位和通電電位，在金嘉湖成品油管道沿線加裝陰極保護(hù)極化探頭以及陰極保護(hù)數(shù)據(jù)自動(dòng)檢測和無線遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)，方便測試管道的斷電電位，使得管道的各項(xiàng)保護(hù)電位通過GPRS信號直接傳輸?shù)焦艿啦块T的管理計(jì)算機(jī)中，以避免電位無法及時(shí)準(zhǔn)確測量給管道管理帶來的巨大風(fēng)險(xiǎn)。

2、陰極保護(hù)遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成和安裝

陰極保護(hù)用遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)可完成陰極保護(hù)數(shù)據(jù)的自動(dòng)檢測、預(yù)處理、及無線傳輸功能。其構(gòu)成包括遠(yuǎn)程數(shù)傳終端、無線傳輸網(wǎng)絡(luò)和主站服務(wù)器三部分，現(xiàn)場測試樁安裝如圖1所示。

1）遠(yuǎn)程數(shù)傳終端

安裝在需要檢測的測試樁處，利用極化探頭和智能模塊實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測管道的通電電位、斷電電位、交流干擾電壓，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)及時(shí)對數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸。

2）無線傳輸網(wǎng)絡(luò)

基站提供GPRS網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)到有線互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)連接。

3）主站服務(wù)器

通過有線互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，利用計(jì)算機(jī)服務(wù)器監(jiān)控軟件、客戶端管理軟件實(shí)現(xiàn)對遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的接收、記錄和處理，并對終端數(shù)據(jù)進(jìn)行管理、分析。

在陰極保護(hù)的檢測中，遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)如下功能：①無線終端可自動(dòng)完成通/斷電位、交流電位和自然電位等檢測;②無線終端定時(shí)采集數(shù)據(jù)，并通過無線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)送到主站服務(wù)器;③服務(wù)器接收、顯示、存儲、查詢無線終端的數(shù)據(jù);④服務(wù)器可通知無線終端立即采集數(shù)據(jù)，各個(gè)無線終端會(huì)發(fā)送采集數(shù)據(jù)到服務(wù)器;⑤可通過短信設(shè)置工作參數(shù)，如斷電間隔、采樣周期等;⑥不工作的時(shí)候，無線終端休眠，定時(shí)喚醒開始采集數(shù)據(jù)。

2.1極化探頭

埋地鋼質(zhì)管道采用陰極保護(hù)后，因電流受土壤等介質(zhì)中的IR降及雜散電流影響使得極化電位很難準(zhǔn)確測量。目前消除IR降的常規(guī)測試方式是瞬間斷電法。所謂瞬間斷電法是指瞬間斷開陰極保護(hù)電流（此時(shí)電流I值為零）測量得到的斷電電位值。瞬間斷電法測得的斷電電位近似等于極化電位。

極化探頭能夠同時(shí)測量被保護(hù)管道的自腐蝕電位和斷電電位，在測量中能夠?qū)R降減至極?。üこ躺峡梢院雎圆挥?jì)）且不受雜散干擾電流的影響，所以，用極化探頭測量的斷電電位可以近似為極化電位。極化測試探頭由內(nèi)置參比電極、自然腐蝕測試試樣、極化測試試樣、電纜等部件組成，可在不斷開管道陰保系統(tǒng)連接的情況下實(shí)現(xiàn)自腐蝕電位及陰極保護(hù)極化電位測量，具有抗雜散電流能力強(qiáng)、服役壽命長及實(shí)地測量簡單方便等特點(diǎn)。探頭采用與待測管道材質(zhì)相同的試片模擬管道防腐層缺陷。其中試片直接與管道相連，所測電位代表類似土壤環(huán)境與相同通電電位狀況下管道的極化電位;自腐蝕試片不與管道連接，所測電位代表類似土壤環(huán)境中管道的自然腐蝕電位。極化測試探頭中試片尺寸小，參比電極又與試片通過合理結(jié)構(gòu)使之盡可能接近，斷開電流后，陰極保護(hù)電流及其它電流（雜散電流、平衡電流及大地電流）影響可消除，從理論上講，測量的電位即為管道保護(hù)的真實(shí)電位（具體原理圖見圖2）。

2.2遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)的安裝

遠(yuǎn)程檢測終端（即測試樁）需要安裝在已經(jīng)覆蓋GPRS網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域內(nèi)（即有穩(wěn)定的手機(jī)信號的區(qū)域），具體情況可以與網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商聯(lián)系。檢測時(shí)，遠(yuǎn)程終端自動(dòng)啟動(dòng)SIM卡，建立GPRS網(wǎng)絡(luò)連接，實(shí)現(xiàn)檢測數(shù)據(jù)的無線傳輸。遠(yuǎn)程檢測終端一般安置在野外，需要嚴(yán)格的防護(hù)處理，如防水、防腐等。

3 陰極保護(hù)遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

管道陰極保護(hù)系統(tǒng)是管道防腐的重要手段，受線路絕緣情況、恒電位儀工作情況、其他管道干擾、沿線電氣化鐵路、輸變電系統(tǒng)工作情況影響十分明顯;利用陰保遠(yuǎn)程智能系統(tǒng)，可以獲取管道陰極保護(hù)電位、交直流干擾的變化，借助該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)查詢和分析功能，分析解決管道陰極保護(hù)運(yùn)行過程中出現(xiàn)的各種問題，達(dá)到提高陰極保護(hù)管理水平的目標(biāo)。該系統(tǒng)運(yùn)行以來，也協(xié)助管理人員發(fā)現(xiàn)并解決了管道陰極保護(hù)運(yùn)行中出現(xiàn)的各種問題。

3.1陰極保護(hù)遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中的效果

陰極保護(hù)運(yùn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行在服務(wù)器上，客戶端采用基于Web方式進(jìn)行數(shù)據(jù)庫訪問，授權(quán)用戶無論何時(shí)何地都可以通過Internet網(wǎng)絡(luò)來查看、分析、下載各類檢測數(shù)據(jù)，高級用戶還可以修改檢測參數(shù)、時(shí)間等各項(xiàng)功能。同時(shí)，為了方便實(shí)用性，平臺還開放了安卓手機(jī)客戶端訪問，更加方便了戶外不受時(shí)間、地域限制的對各類檢測數(shù)據(jù)掌握，以便發(fā)現(xiàn)問題并及時(shí)采取措施。目前系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)監(jiān)控、查詢分析、專家對策、檔案管理、系統(tǒng)管理等各項(xiàng)功能。

鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)系統(tǒng)中，除了日常運(yùn)行所需要的陰極保護(hù)電流外，部分區(qū)域還不可避免的存在著交直流的雜散電流。來源主要有2中情況：直流雜散電流和交流雜散電流，將導(dǎo)致管道加快腐蝕、甚至在短時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)管道腐蝕穿孔現(xiàn)象，主要影響有：① 腐蝕減?。弘s散電流由管道缺陷流向土壤，造成管道Fe離子進(jìn)入土壤，導(dǎo)致金屬流失、壁厚減薄，甚至導(dǎo)致腐蝕穿孔。從電位值上表現(xiàn)為電位向正偏移;②涂層剝離：雜散電流從土壤流向管道，造成獲取電子的陰極反應(yīng)過程，在涂層表面形成堿性環(huán)境，造成涂層剝離。從電位值上表現(xiàn)為電位向負(fù)偏移。

1）利用監(jiān)控系統(tǒng)查看、分析管道直流干擾

浙蘇管道投產(chǎn)運(yùn)行后在2014年1月發(fā)生了管道受直流特高壓輸電線路的短時(shí)間干擾。正是由于陰極保護(hù)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)用，使我們第一時(shí)間掌握了管道全線各區(qū)段電位的受干擾情況，通過開展24小時(shí)連續(xù)監(jiān)測，讓我們獲得了大量完整的數(shù)據(jù)（如圖3），為問題的分析和處理提供了很好的技術(shù)支持。同時(shí)，通過我們與專業(yè)陰保單位和電力系統(tǒng)的深入溝通和技術(shù)研究，使我們在異常出現(xiàn)過程中就找到了問題原因——由于特高壓直流輸電線路宜華線路由雙極運(yùn)行改為單極運(yùn)行導(dǎo)致的。通過電力系統(tǒng)及時(shí)恢復(fù)工況確保了管道陰極保護(hù)的正常運(yùn)行。

2）利用監(jiān)控系統(tǒng)查看、分析管道交流干擾

管道交流干擾受電力輸送、電氣化鐵路等外在因素影響，具有不確定，需要全線普查和重點(diǎn)監(jiān)測才能發(fā)現(xiàn)管道交流干擾的嚴(yán)重程度。浙蘇管道全線交流干擾較低，僅有ZSSZ12測控點(diǎn)在4V左右（圖4）。為進(jìn)一步減小交流干擾對管道的影響，我們對ZSSZ12測控點(diǎn)附近進(jìn)行了交流排流，將4V的交流干擾降到了1V左右。

對于重點(diǎn)干擾區(qū)域，通過加密采集時(shí)間開展重點(diǎn)監(jiān)測。蘇南管道SNZJ06處測試樁采用間隔1s的加密監(jiān)測（圖4），通過進(jìn)一步分析SNZJ06、07、08號監(jiān)控點(diǎn)的變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)三點(diǎn)交流電壓變化規(guī)律相似。利用遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)的地圖瀏覽功能查看管道位置，發(fā)現(xiàn)三處位置交流距離鐵路較近，其交流干擾電壓變化劇烈，且有一定的周期性，通過排查后確定為電氣化鐵路運(yùn)行干擾導(dǎo)致，現(xiàn)場人工測量比對與系統(tǒng)自動(dòng)監(jiān)測一致。

3）利用系統(tǒng)查看、分析管道自腐蝕電位、極化電位情況

由于傳統(tǒng)的人力測試陰極保護(hù)各類參數(shù)存在諸多不利因素（圖6），通過陰極保護(hù)遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了管道極化電位的測試，為分析管道全線陰極保護(hù)情況提供強(qiáng)大、準(zhǔn)確技術(shù)支持，彌補(bǔ)了以前人工檢測通電電位數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確性。同時(shí)，每年6月定期檢測管道自然電位，由于時(shí)間短、線路長，而且檢測數(shù)據(jù)多，因此數(shù)據(jù)可靠性很差，通過陰保遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)，不但加密了檢測數(shù)據(jù)的數(shù)量，提高了數(shù)據(jù)的可靠性，為分析管道正常情況下的陰極保護(hù)情況提供了詳實(shí)的數(shù)據(jù)對比。

4）利用系統(tǒng)查看、分析各站的恒電位儀運(yùn)行情況

浙蘇管道沿線設(shè)有陰保站6座，各站恒電位儀相關(guān)數(shù)據(jù)必須到現(xiàn)場進(jìn)行查看，由于每天查看只有兩次，很難第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)恒電位儀實(shí)時(shí)故障，因此，將各站恒電位儀數(shù)據(jù)接入陰極保護(hù)智能監(jiān)控系統(tǒng)，將管道保護(hù)情況和恒電位儀數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)、分析，對發(fā)現(xiàn)和排除儀器故障，第一時(shí)間完成修復(fù)，確保管道不間斷陰極保護(hù)具有重要意義。

3.2遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性驗(yàn)證

管道在受到雜散電流的影響后，也有可能會(huì)對陰極保護(hù)無線遠(yuǎn)程終端監(jiān)測系統(tǒng)產(chǎn)出影響，導(dǎo)致采集的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，從而影響陰極保護(hù)效果的判定，為此我們對無線遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)準(zhǔn)確性進(jìn)行了數(shù)據(jù)驗(yàn)證。在現(xiàn)場利用數(shù)字式萬用表和無線通信設(shè)備對同一時(shí)間點(diǎn)的數(shù)字式萬用表數(shù)據(jù)和無線遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析（數(shù)據(jù)如圖7），陰極保護(hù)遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)和數(shù)字萬用表測得的通/斷電電位數(shù)據(jù)是很接近的，通電/斷電電位數(shù)據(jù)誤差基本在5%之內(nèi)，由于人工記錄的時(shí)間無法完全精確同步，所以，存在一定的人為引入誤差。這說明所采用的無線遠(yuǎn)傳系統(tǒng)測量結(jié)果是準(zhǔn)確的，相對于數(shù)字式萬用表測量，采用無線遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)在測量通/斷電電位時(shí)可避免人為讀數(shù)造成的誤差，在長時(shí)間連續(xù)監(jiān)測數(shù)據(jù)時(shí)能夠大大減少工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高效率，因此，對于雜散電流干擾區(qū)的測量，無線陰極保護(hù)遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)具有明顯優(yōu)勢。

3.3、需要注意的問題

1）系統(tǒng)運(yùn)行電池能提供的電量僅能供采集模塊工作大約2-3年;

2）GPRS信號差的地方會(huì)出現(xiàn)盲區(qū)，導(dǎo)致采集數(shù)據(jù)無法傳輸?shù)竭h(yuǎn)程服務(wù)器，特別是管道穿越山區(qū)、或者偏遠(yuǎn)地區(qū)等通信信號覆蓋比較差的地區(qū);

3）一次性投入較大，需要定期對監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行確認(rèn)，包括參比電極和測試儀表的準(zhǔn)確性等。

4、結(jié)論：

使用無線遠(yuǎn)傳技術(shù)結(jié)合極化測試探頭測試方法能夠自動(dòng)采集管道陰極保護(hù)通電電位、極化電位和自然腐蝕電位，可以幫助管理人員更好的掌控、分析陰極保護(hù)運(yùn)行狀況，幫助管理人員監(jiān)測、分析干擾情況。系統(tǒng)可以使管道陰極保護(hù)管理數(shù)字化、信息化，通過系統(tǒng)終端將陰保數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦艿啦块T的服務(wù)器，管理方可以準(zhǔn)確便捷的掌控全線陰極保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行狀況，及時(shí)采取措施消除保護(hù)不達(dá)標(biāo)的“死角”，進(jìn)一步提升管道的管理水平。本次研發(fā)的陰極保護(hù)遠(yuǎn)程監(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(shí)地查看各監(jiān)測點(diǎn)的狀況。對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，生成周報(bào)表、月報(bào)表、年報(bào)表、電位分布曲線圖，對數(shù)據(jù)建立數(shù)據(jù)庫進(jìn)行存儲、自動(dòng)備份，以備查詢。通過實(shí)時(shí)監(jiān)視。一旦有檢測站點(diǎn)出現(xiàn)故障，能產(chǎn)生相應(yīng)的報(bào)警信號，以便故障能及時(shí)排除。這對提高陰極保護(hù)水平、減少管道腐蝕、延長管線使用壽命有著重要意義，能有效的降低管道發(fā)生腐蝕事故的概率，提高管道安全運(yùn)行水平，帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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作者簡介：

傅軍杰、男、1983.8.3、2006.7、寧波大學(xué)、通信工程、大學(xué)本科、嘉興管道管理處、工程師、從事管道管道工作。

（作者單位：國家管網(wǎng)集團(tuán)華東公司嘉興管道管理處）