城市燃?xì)夤艿狸帢O保護(hù)電位遠(yuǎn)程監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用研究

摘 要

摘要：本文介紹了陰極保護(hù)電位遠(yuǎn)程監(jiān)測技術(shù)在深圳市次高壓天然氣管線上的應(yīng)用情況。該技術(shù)通過極化測試探頭與無線遠(yuǎn)程監(jiān)測終端結(jié)合，有效的監(jiān)測管道極化電位，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時、連續(xù)、
摘要：本文介紹了陰極保護(hù)電位遠(yuǎn)程監(jiān)測技術(shù)在深圳市次高壓天然氣管線上的應(yīng)用情況。該技術(shù)通過極化測試探頭與無線遠(yuǎn)程監(jiān)測終端結(jié)合，有效的監(jiān)測管道極化電位，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時、連續(xù)、遠(yuǎn)程監(jiān)測管道陰極保護(hù)電位的真實(shí)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對管線陰極保護(hù)的科學(xué)管理。
關(guān)鍵詞：燃?xì)夤艿?；陰極保護(hù)；遠(yuǎn)程監(jiān)測
1 前言
    腐蝕是材料與環(huán)境相互作用而導(dǎo)致的失效[1]。根據(jù)工業(yè)發(fā)達(dá)國家的調(diào)查統(tǒng)計，每年因腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失約占國民生產(chǎn)總值的2%～4%[2]。陰極保護(hù)與涂層的聯(lián)合應(yīng)用是國際上公認(rèn)的埋地鋼質(zhì)管道防蝕技術(shù)。根據(jù)現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)[3]，管地界面極化電位是判斷陰極保護(hù)有效性的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)。然而由于現(xiàn)場條件的限制以及極化電位本身較難準(zhǔn)確讀取等原因，在管道運(yùn)行部門的日常管理中，通常是以管地通電電位來進(jìn)行判斷陰極保護(hù)效果。通電電位值包含了極化電位和回路中的IR降，并不能真實(shí)的反映管地界面極化電位[4]，因而也無法準(zhǔn)確的評價管道陰極保護(hù)的有效性。因此，準(zhǔn)確便捷的測量和記錄極化電位對于保證陰極保護(hù)技術(shù)的有效實(shí)施具有非常重要的意義。
    為了更好地優(yōu)化城市燃?xì)夤艿栏g控制的管理，根據(jù)GBT 21246—2007《埋地鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)參數(shù)測量方法》的相關(guān)要求，深圳市燃?xì)饧瘓F(tuán)股份公司率先采用某型號的陰極保護(hù)電位遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)，在地鐵、高壓電塔等雜散電流干擾嚴(yán)重的區(qū)域，對次高壓天然氣管道陰極保護(hù)極化電位變化進(jìn)行了測試和研究，并對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行了校核，本文主要從陰極保護(hù)電位遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)的功能特點(diǎn)、應(yīng)用效果等方面進(jìn)行介紹和分析，為城市燃?xì)夤艿狸帢O保護(hù)電位監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展提供工程技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。
2 陰極保護(hù)電位遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)
    埋地鋼質(zhì)管道采用陰極保護(hù)后，因電流在土壤介質(zhì)中的IR降及雜散電流的影響使得真實(shí)極化電位很難準(zhǔn)確測量[5]。近年來，一種新興的陰極保護(hù)電位遠(yuǎn)程監(jiān)測技術(shù)發(fā)展受到人們的關(guān)注。該技術(shù)采用極化測試探頭代替?zhèn)鹘y(tǒng)的參比電極，極化測試探頭能夠同時測量管道的自然腐蝕電位、通電電位、斷電電位，在測量中能夠使測量通道上的IR降減至極小(工程上可以忽略不計)且不受雜散干擾電流的影響，所以測量得到的斷電電位可以近似為極化電位。
2.1 系統(tǒng)的構(gòu)成
    陰極保護(hù)電位遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)是集成了陰保檢測技術(shù)、智能儀表技術(shù)、無線通信技術(shù)和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多學(xué)科領(lǐng)域的數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)。包括極化測試探頭、遠(yuǎn)程檢測終端、GPRS網(wǎng)絡(luò)基站和主站服務(wù)器四部分。系統(tǒng)可以完成通道電位、自然腐蝕電位、極化電位(斷電電位)的自動檢測及預(yù)處理、無線數(shù)據(jù)傳輸和服務(wù)器數(shù)據(jù)管理等功能。系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示：
 

2.2 系統(tǒng)功能特點(diǎn)
    (1) 自動完成自然腐蝕電位、通電電位和斷電電位的檢測、存儲和處理，檢測量程為-5V～+5V(可以擴(kuò)展量程)，精度大于±5mV；
    (2) 按指令定時檢測數(shù)據(jù)，并通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)送到主站服務(wù)器，檢測周期可設(shè)置為“月、周、日、時、分”；
    (3) 控制中心的服務(wù)器可以統(tǒng)一接收和存儲監(jiān)測數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)電位超標(biāo)報警功能；
    (4) 通過局域網(wǎng)內(nèi)安裝的客戶端軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢和管理，對比不同時間的電位周期變化；
    (5) 由控制中心對遠(yuǎn)程監(jiān)測終端的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行管理，可設(shè)置參數(shù)包括終端描述符、檢測周期、斷電間隔等參數(shù)；
    (6) 采用電池供電，實(shí)現(xiàn)5年連續(xù)不間斷工作，遠(yuǎn)程監(jiān)測終端具有自動休眠和定時喚醒的節(jié)能功能；
    (7) 抗干擾能力強(qiáng)，可以應(yīng)用在雜散電流干擾嚴(yán)重的區(qū)域。
3 工程應(yīng)用
    深圳市次高壓天然氣管道全長150公里，采用規(guī)格15公斤鎂合金犧牲陽極的陰極保護(hù)方法，管道與地鐵、高壓電塔和交流電氣化鐵路平行或交叉的路段較多，受到交直流雜散電流干擾較為突出，現(xiàn)選取某段管道應(yīng)用陰極保護(hù)電位遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行測試和研究，情況如下：
3.1 系統(tǒng)設(shè)備安裝
    安裝地點(diǎn)選在陰極保護(hù)測試樁附近，該測試樁位于公路旁邊，距電氣化鐵路200米，距高壓電塔50米，距地鐵2500米，是一處受雜散電流干擾較為典型的管段。首先將極化測試探頭、遠(yuǎn)傳檢測終端(注意安裝電池)預(yù)埋在管道的正上方，埋深約為1.5米，遠(yuǎn)傳檢測終端的天線引至測試樁頂部，便于數(shù)據(jù)無線傳輸，數(shù)據(jù)監(jiān)控軟件安裝在公司的調(diào)度中心，安裝結(jié)構(gòu)如圖2所示。
 

3.2 陰極保護(hù)電位遠(yuǎn)程連續(xù)24小時監(jiān)測
    為了全面掌握雜散電流干擾和電位變化波動情況，利用陰極保護(hù)電位遠(yuǎn)傳監(jiān)測系統(tǒng)對該次高壓管道進(jìn)行24小時連續(xù)監(jiān)測，時間選取為：10：30至第二天的10：30，測試內(nèi)容為：管道的自然電位、通電電位、斷電電位，數(shù)據(jù)采集時間間隔為5秒，土壤環(huán)境為干燥，陰極保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行正常。測試數(shù)據(jù)圖如圖3所示。
 

3.3 測試結(jié)果分析
    (1) 自然電位在-0.6V，由于自然電位的試片不與管道電連接，因此其不受管道中流入流出雜散電流的干擾，電位穩(wěn)定，沒有波動，符合陰極保護(hù)理論。
    (2) 通電電位變化幅度在-3V～O.2V之間變化，波動范圍較大，電位波動高于斷電電位變化幅度，這是由于通電電位中包含雜散電流造成的IR降的影響，變化幅度從理論上要大于斷電電位。比較通電電位、斷電電位及自然腐蝕電位可見，在干擾嚴(yán)重時間段，斷電電位不達(dá)標(biāo)，根據(jù)SYT0017—2006《埋地鋼質(zhì)管道直流排流保護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》的相關(guān)要求，需要排流處理。
    (3) 通過圖表不同時間段的數(shù)據(jù)分析可以看到，遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)可以實(shí)時、連續(xù)的監(jiān)測一天24小時之內(nèi)的自然電位、通電電位和斷電電位的變化情況，對管道安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了科學(xué)的管理依據(jù)。
    (4) 通過連續(xù)監(jiān)測可以看出，遠(yuǎn)程監(jiān)測終端能夠定時收集電位數(shù)據(jù)，在10：30至23：35及在6：30至10：30，管道通電電位和斷電電位均有較大的波動，其中通電電位的波動幅度明顯大于斷電電位，而在23：35至次日6：30時間段內(nèi)，監(jiān)測得到的管道通電電位及斷電電位數(shù)據(jù)穩(wěn)定，通電電位負(fù)于斷電電位，二者存在20mV左右的電壓差。對照該測試點(diǎn)附近地鐵的運(yùn)行時間表可見，每天地鐵的運(yùn)行時間為從早上6：30至晚上23：30，從晚上23：30至次日6：30，處于停運(yùn)時間，基本說明地鐵運(yùn)行對管道造成了的雜散電流干擾。
    (5) 采用陰極保護(hù)電位遠(yuǎn)程監(jiān)測技術(shù)不僅可以全天候的實(shí)時監(jiān)測管道電位，有效的客服了IR降對電位造成的干擾，準(zhǔn)確的測量出管道斷電電位，排除了雜散電流造成的影響，便于管理者做出正確的判斷干擾源的位置和來源，具有非常好的應(yīng)用價值。
4 結(jié)論
    采用遠(yuǎn)傳監(jiān)測技術(shù)結(jié)合極化測試探頭測試方法能夠自動采集管道陰極保護(hù)的通電電位、極化電位和自然腐蝕電位，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、真實(shí)、可靠，不受天氣和時間的影響。對沿線管段的極化電位進(jìn)行不間斷測量，通過系統(tǒng)終端將陰保數(shù)據(jù)傳輸?shù)綄Ｂ毑块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，及時采取措施消除保護(hù)不達(dá)標(biāo)的“死角”。對陰極保護(hù)數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)的分析整理，從而對管道的陰保狀況進(jìn)行全面了解和掌控。這對提高陰極保護(hù)水平，減少管道腐蝕，延長管道使用壽命有著積極意義，有效降低管道發(fā)生腐蝕失效事故的幾率，提高管道的安全運(yùn)行水平，將帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
參考文獻(xiàn)：
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[3] 胡十信，張本革，石薇等GB/T21448—2008埋地鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)技術(shù)規(guī)范[S].北京.中國標(biāo)準(zhǔn)出版社.2008
[4] 張平，秦興述，黃春蓉等GB/T21246—2007埋地鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)參數(shù)測量方法[S].北京.中國標(biāo)準(zhǔn)出版社.2008
 
(本文作者：安成名 深圳市燃?xì)饧瘓F(tuán)股份有限公司 廣東深圳 518040)