阴极保护智能化监控技术在埋地燃气管道中的应用.pdf
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1、 2023 年 第 4 期Pipeline Technique and Equipment7 收稿日期:2022-04-03阴极保护智能化监控技术在埋地燃气管道中的应用吴 婷,卢俊文,王肖逸,湛立宁,周璐璐,陈 敏(河北省特种设备监督检验研究院唐山分院,河北唐山 063000)摘要:为提高埋地燃气管道阴极保护参数的测试效率及数据可追溯性,解决人工测试不到位、不能及时调节运行参数的问题,通过对阴极保护测试桩的硬件设计、数据接收及管理系统的软件开发、恒电位仪输出参数的远程控制,研制出一套阴极保护智能化监控系统。应用结果表明,智能化监控与人工测试数据相对误差最大值为 1.79%,实现了阴极保护的通电
2、电位、断电电位、自然电位的自动采集和存储,并用系统软件分析测试数据是否符合标准要求,为埋地燃气管道阴极保护的管理提供了数据支持。关键词:埋地管道;阴极保护;智能测试;极化电位;性能测试中图分类号:TE8;TP311 文献标识码:A 文章编号:1004-9614(2023)04-0007-04Application of Cathodic Protection Intelligent Monitoring Technology in Buried Gas PipelineWU Ting,LU Junwen,WANG Xiaoyi,ZHAN Lining,ZHOU Lulu,CHEN Min(He
3、bei Special Equipment and Inspection Institute Tangshan Branch,Tangshan 063000,China)Abstract:To improve the testing efficiency and data traceability of cathodic protection parameters for buried gas pipelines,and to solve the problems of inadequate manual testing and inability to adjust operating pa
4、rameters timely,a cathodic protection intelligent monitoring system was developed by designing the hardware of the cathodic protection testing pile,developing software for data reception and management systems,and remotely controlling the output parameters of the potentiostat.The application results
5、 show that the maximum relative error between intelligent monitoring and manual testing data is 1.79%,achieving automat-ic collection and storage of the on potential,off potential,and natural potential of cathodic protection.The system software is used to analyze whether the testing data meets the s
6、tandard requirements,providing data support for the management of cathodic protection of buried gas pipelines.Keywords:buried pipeline;cathodic protection;intelligent test;polarization potential;performance test0 引言阴极保护措施是人为给管道施加电流,使管道作为电化学反应的阴极被保护起来,避免了管道作为阳极受到电化学腐蚀1。为了检测阴极保护运行参数和保护效果,必须沿管道长度 12 km
7、 范围内安装 1支阴极保护测试桩。对阴极保护参数的测试通常为人工操作,一般每 0.5 a 或每月测量 1 次,不能做到实时监控,不易及时发现问题,检测效率低、数据可靠性差且不可追溯2。为此开发了阴极保护参数自动采集系统,通过极化探头、无线传输模块和监控主机实现了阴极保护参数的采集与存储、分析与处理、信息反馈的智能化,做到了连续监测,保证了数据采集的及时性和准确性,有助于提高阴极保护的管理水平。1 智能化监控系统组成1.1 智能化监控的框架结构智能化监控系统的硬件由智能化测试桩、智能恒电位仪、监控主机组成,软件由测试程序、传输程序、接收程序及分析软件组成。其中智能化测试桩的数据由 GPRS 无线
8、传输,阴极保护间的恒电位仪数据通过有线或无线网络传输,为了统一授时并确定地理位置,在智能化测试桩及恒电位仪中分别设置 GPS 定位模块3。为配合智能测试桩的定点测试,恒电位仪向 8 第 4 期管道输送保护电流的同时,完成输出参数及地理位置上传。监控主机设置在控制门站,通过 GPRS 无线网络或有线网络接收测试数据。图1 为阴极保护智能监控系统结构。图 1 阴极保护智能监控系统结构数据测试开始时,由监控主机分别向测试桩和恒电位仪统一授时,智能测试桩完成通电电位、自然电位的测试,恒电位仪自动记录输出电流、输出电压数值,监控主机接收到数据后自动切断恒电位仪的电源输出,开始测试断电电位数据,将测试数据
9、及地理位置上传给监控主机,监控软件将接收数据与设定的标准数据进行比对,若测试数据正常则本次测试结束,若测试数据不在标准范围内,系统自动计算出恒电位仪正确的输出参数,并自动向恒电位仪发出指令,恒电位仪重新调整输出参数后,智能测试桩也开始重新测试各项参数,并传回监控主机,直至测试数据在标准范围内为止4。图 2 为阴极保护智能化监控流程。1.2 智能测试桩智能测试桩由极化探头(含参比电极、极化试片、自腐蚀试片)、智能电位采集仪、专用电池组成;智能电位采集仪内装有测试模块、定位模块(GPS)、无线传输模块,并固定于测试桩主体内;极化探头中含有极化试片与自腐蚀试片,并埋设在管道附近,极化试片通过测试桩与
10、埋地管道用电缆连接,且在电缆可见端部标示出电流方向;专用电池安装在测试桩主体内与智能电位采集仪连接5。图 3 为阴极保护智能测试桩。1.3 智能恒电位仪恒电位仪向埋地管道人为施加外部电流,负极连图 2 阴极保护智能化监控流程图 3 阴极保护智能测试桩接埋地管道,正极连接辅助阳极,在土壤这种特殊电解质中,埋地管道和辅助阳极自然组成了电化学反应电池,在电流的闭路循环中,管道阴极接受电流免受腐蚀,同时也不会牺牲辅助阳极,只消耗外部电源为管道提供保护电流6。为实现阴极保护参数自动测试,采用高频开关恒电位仪,外网交流电经过 2 次整流滤波后变为稳定输出的直流电。可以依据阴极保护所需电流的大小,自动调节整
11、流滤波电路的导通时间及交流电压的脉宽,控制输出直流电的幅值7。2 智能化监控系统的功能2.1 极化电位、通电电位及自然电位的测量极化电位是管道通电后在自然电位基础上被阴极极化后的电位,因为管道通电后土壤电阻会产生 IR 第 4 期吴婷等:阴极保护智能化监控技术在埋地燃气管道中的应用9 压降,不能测出极化电位的真实数值,只有在断电状态下测出的断电电位才与极化电位等值。其方法是引入极化探头(带参比电极、极化试片),瞬间断开管道与试片的电路连接,电流归零以后就消除了土壤 IR降及杂散电流干扰,在断电后 0.120.5 s 时间内测量,即可获得准确的极化电位。应根据管道外防腐层状态选择检查试片的尺寸,
12、试片裸露面积与防腐层可能产生的最大缺陷相近,一般为 6.5100 cm2,3PE 防腐层应选 6.5 cm2的圆形试片,试片必须选用与管道相同的材料、相同的土壤环境,以便测试数据能代表管道状态8。通电电位是恒电位仪正常供电状态下测出的管地电位,它包含土壤 IR 降及杂散电流干扰电位,与管道的保护电位不是等值,在极化试片通电状态下即可测出通电电位数值。自然电位也称自腐蚀电位,是在没有外界电流干扰时,埋地管道与土壤电解质之间的电位,可以通过极化探头中的自腐蚀试片与参比电极连线后测量。2.2 测试数据的分析监控主机利用系统软件对接收数据进行分析,与系统中设置的标准数据值进行比对,从而判断测试的通电电
13、位、断电电位数据,管地电位偏移值是否在规定范围内,并按照管线里程自动形成测试曲线,当超出规定范围时自动报警,并显示地理坐标位置,提醒管理人员对该段管道检查。另外可以通过监控主机软件对历史数据分析,以便了解管道的完整保护状况。阴极保护电位是管道极化电位,是管道被极化后在断电状态下测试的电位,GB/T 214482017埋地钢质管道阴极保护技术规范规定,阴极保护电位在-0.85-1.2 V 之间,管道才能得到有效保护。当保护电位低于-1.2 V 时,导致过保护的管道外防腐层剥离;当保护电位高于-0.85 V 时,处于高电位的管道不能接收到足够保护电流,将遭受土壤的电化学腐蚀9。GB/T 19285
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