油氣管道陰極保護(hù)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究

姜春龍

（大慶油田工程建設(shè)有限公司化建公司，黑龍江 大慶 163316）

0 引言

本文對(duì)油氣管道的陰極保護(hù)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行分析，因?yàn)槲覈?guó)油氣行業(yè)所面臨著油管腐蝕的問(wèn)題，這樣不利于我國(guó)油氣行業(yè)的健康發(fā)展，通過(guò)使用GPRS通信技術(shù)的條件下對(duì)陰極保護(hù)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互進(jìn)行研究，實(shí)現(xiàn)問(wèn)題的有效解決。

1 概論

我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷增長(zhǎng)，人們對(duì)石油的需求量是日漸增加，石油資源的開(kāi)采及新設(shè)輸油管道的數(shù)目也不斷提升。當(dāng)今的油氣運(yùn)輸可以借助管道來(lái)進(jìn)行運(yùn)輸，但所存在的問(wèn)題也是逐漸凸顯，比如管道受到腐蝕而造成管道受到破壞，油氣相關(guān)單位都對(duì)其腐蝕問(wèn)題進(jìn)行深入探討，如今的油氣管道安裝主要以地下敷設(shè)的方式進(jìn)行，因?yàn)榉笤O(shè)的區(qū)域不同和區(qū)域結(jié)構(gòu)不同，其管道出現(xiàn)腐蝕問(wèn)題也不盡相同。

根據(jù)管道腐蝕的問(wèn)題進(jìn)行探討，提出了如鑄造材質(zhì)、選料等問(wèn)題而形成管道腐蝕的程度不同，還有施工中的操作失誤而造成管道的防腐層被破壞，從而出現(xiàn)管道的腐蝕，當(dāng)涂層被破壞，管道外部會(huì)發(fā)生老化與剝落的現(xiàn)象，進(jìn)行讓腐蝕現(xiàn)象加劇，從而形成了“小陽(yáng)極”和“大陰極”，就是在防腐層上出現(xiàn)小的腐蝕點(diǎn)，從而形成了“孔蝕”，最終造成油管中的原油泄漏，造成極為嚴(yán)重的后果。本文將以陰極保護(hù)法對(duì)油氣管道腐蝕進(jìn)行深入研究。

2 陰極保護(hù)技術(shù)研究

2.1 陰極保護(hù)的原理

系統(tǒng)外部增加陰極電流會(huì)直接引發(fā)金屬的腐蝕，能在負(fù)面進(jìn)行移動(dòng)工作。金屬的腐蝕速率會(huì)導(dǎo)致腐蝕電流與陽(yáng)極氧化反應(yīng)的變小。對(duì)陰極電流進(jìn)行增加，能產(chǎn)生陰極化反應(yīng)，從而對(duì)金屬產(chǎn)生一定影響，金屬的電位會(huì)遷移到陽(yáng)極的初始電位，其中零值是金屬陽(yáng)極溶解的電流值，對(duì)微電池的腐蝕情況具有良好的解決效果，由此得出，運(yùn)用此方式，能對(duì)金屬起到保護(hù)作用。

圖1 陰極保護(hù)原理極化圖

由圖1所示，陽(yáng)極初始電位Ea處于金屬表面的腐蝕電池中，陰極的初始電位Ec也處于金屬表面的腐蝕電池中。在電流未流通時(shí)，S點(diǎn)只代表著腐蝕電池的陽(yáng)極極化曲線與陰極極化曲線的交界點(diǎn)，Ecorr表示為腐蝕電池的自腐蝕電位，處于S點(diǎn)的對(duì)應(yīng)電位，Icorr代表著自腐蝕電流。并且，金屬表面的陽(yáng)極溶劑在腐蝕電流的促進(jìn)下不會(huì)停止運(yùn)作。金屬也會(huì)受到陰極的保護(hù)，腐蝕性將得到良好控制。

腐蝕電流可以用I=（E陰-E陽(yáng)）/R的公式表示。

2.2 陰極保護(hù)法

陰極保護(hù)是電化學(xué)的一種保護(hù)方式，它的作用原理為對(duì)外電流作用在被腐蝕的金屬結(jié)構(gòu)表面，其保護(hù)的結(jié)構(gòu)是陰極，確保金屬腐蝕的電子不會(huì)出現(xiàn)位移的現(xiàn)象。金屬也不會(huì)被腐蝕，這種方法也是陰極保護(hù)技術(shù)的種類。

2.3 陰極保護(hù)電源的基本需求

圖2為陰極保護(hù)控制系統(tǒng)的示意圖，也是陰極保護(hù)對(duì)直流電源的供給的重點(diǎn)。

圖2 陰極保護(hù)控制系統(tǒng)示意圖

陰極保護(hù)電源的性質(zhì)，能將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)殛帢O保護(hù)所需的直流電。主電路、電流檢測(cè)、控制電流組合而成，將主電路進(jìn)行轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化出電壓與直流電流，控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)將由控制電路進(jìn)行掌控，并能根據(jù)系統(tǒng)工作狀態(tài)進(jìn)行靈活調(diào)整，從而產(chǎn)生特有的脈沖，有效保護(hù)電源系統(tǒng)。對(duì)系統(tǒng)的電源內(nèi)部進(jìn)行合理掌控，并對(duì)內(nèi)部器件進(jìn)行合理的布局，保障主電路的功能滿足系統(tǒng)需求，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的輸入輸出功率，能讓陰極保護(hù)電源穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，還能將控制與檢測(cè)電路進(jìn)行合理應(yīng)用，對(duì)系統(tǒng)起到保護(hù)的作用。

3 油氣管道陰極保護(hù)設(shè)備設(shè)計(jì)研究

3.1 油氣管道陰極保護(hù)設(shè)備硬件設(shè)計(jì)

控制模塊是陰極保護(hù)設(shè)備硬件的重要部分，其原理能調(diào)整各模塊。主控制模塊的質(zhì)量直接影響著系統(tǒng)的所有設(shè)備。因此，加強(qiáng)對(duì)主控制模塊的研究與監(jiān)控是必然的。

控制芯片的選擇要考慮其整體的性能，以工程的實(shí)際情況為依據(jù)進(jìn)行選擇。文章中所提到的PIC單片機(jī)芯片是一種可編程控制中心，需要其他設(shè)備與芯片的輔助才能實(shí)現(xiàn)運(yùn)行。

單片機(jī)的指令比較簡(jiǎn)單，兼容性與運(yùn)行速度都比較突出，單片機(jī)的成本比較可觀，具有超高的性價(jià)比，單片機(jī)的運(yùn)用十分廣泛，比如電腦、汽車(chē)、智能設(shè)備等都應(yīng)用單片機(jī)進(jìn)行性能控制。當(dāng)今的單片及種類繁多，比如MCS-51系列單片機(jī)、ARM、STM32等，PIC單片機(jī)的特點(diǎn)有以下幾種。

（1）PIC單片機(jī)的指令是被簡(jiǎn)化的，但所含的代碼數(shù)目至少35個(gè)，并且DNA指令功能也十分強(qiáng)大。其基礎(chǔ)指令在20條左右，代碼處于執(zhí)行狀態(tài)，運(yùn)行效果較快，在開(kāi)發(fā)中容易被調(diào)用；

（2）MCS-51系列單片機(jī)擁有111條指令，指令數(shù)量眾多，執(zhí)行還比較復(fù)雜，因此在開(kāi)發(fā)中容易出現(xiàn)問(wèn)題；

（3）PIC單片機(jī)有4中尋址方式，分別為直接尋址、立即數(shù)尋址、寄存器間接尋址和位尋址。但和MCS-51系列單片機(jī)相較，卻有明顯的差異，因其具有7種以上的尋址方式；

（4）PIC單片機(jī)的代碼壓縮率很大，單字節(jié)方面都能存儲(chǔ)1024條指令，51系列單片機(jī)能存儲(chǔ)600條左右的指令[1]。

3.2 無(wú)線通信技術(shù)

無(wú)線通信技術(shù)是以電磁波為基礎(chǔ)進(jìn)行研究的，伴隨著其不斷的創(chuàng)新，該技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)迅猛，在生活工作中得到廣泛應(yīng)用。

3.3 GPRS通信技術(shù)

GPRS是當(dāng)今科技時(shí)代的產(chǎn)物，它能提供語(yǔ)音通話、SMS短信、數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)GPRS都能提供，圖3、圖4所示為GPRS無(wú)線數(shù)據(jù)的傳輸?shù)倪^(guò)程，能從整體上看出基站系統(tǒng)（BSS）、GPRS服務(wù)支持節(jié)點(diǎn)（SGSN）等等，并能實(shí)現(xiàn)與因特網(wǎng)絡(luò)的連接，實(shí)現(xiàn)GPRS模塊與服務(wù)器點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接[1]。

圖3 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的分類

圖4 GPRS接入公網(wǎng)的過(guò)程圖

4 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)陰極保護(hù)數(shù)據(jù)的采集工作還是采用定期人工錄入的方式來(lái)進(jìn)行，該方式的缺陷是效率過(guò)低，難以實(shí)現(xiàn)管線的基本運(yùn)行需求。因此，需加強(qiáng)對(duì)油氣管道陰極保護(hù)技術(shù)的研究力度，合理分析陰極保護(hù)的基本原理與無(wú)線傳輸?shù)耐ㄓ嵲怼?/p>