埋地天然气管道阴极保护电位遥测系统及其应用.pdf

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1、第 4 9卷第 1 期 2 0 1 2年 2月 化工设备与管道 P R OC E S S E Q UI P ME NT&P I P I NG 、 ， 0 1 4 9 NO1 Fe b 201 2 埋地天然气管道阴极保护电位遥测系统及其应用 李月娥， 舒江 ( 上海海隆石油管材研究所，上海2 0 0 9 4 9) 摘要：阐述 了在上海天然气高压管道上进行电位遥测的活动，介绍了一种基于微功耗技术设计的数据远 程遥控 和传输 系统 的结构组成、配置和功能。通过遥测 系统对杂散 电流干扰下的管地电位测试分析及采 取的排 流措施。实践表明：该 系统对杂散 电流的实时监测效果显著，适用 于天然 气管道杂散

2、 电流干扰 下 的管道 电位测量 。 关键词：遥测 系统；杂散 电流；实时采集；微功耗技 术 中图分类号 ：T Q 0 5 0 9 ；T H 7 3 文献标识码 ：A 文章编号 ：1 0 0 9 3 2 8 1 ( 2 0 1 2 ) 0 1 0 0 5 卜0 3 埋地天然气管道现多采用外 防腐层和外加阴极 保护电流的联合方式防止腐蚀发生，由于管道埋设环 境复杂，往往会受到周围土壤中杂散电流的干扰和腐 蚀。杂散 电流是一种流动于规定的回路以外的电流。 当直流大电流沿地面敷设的轨道流动时，直流电流除 了在轨道上流动，还会泄漏到大地，在大地的金属管 道上流动，然后回到电源。这部分泄漏 的电流称为

3、杂散电流 I -2 。常见的杂散电流干扰源包括直流电气化 铁路、高压输电线路、阴极保护系统等。杂散电流的 腐蚀比一般土壤更为激烈，破坏性更大，严重威胁管 道的运行安全，因此杂散电流的危害是不容忽视的 口 。 近年来，上海浦东地区钢管腐蚀情况有所加重，尤其 是轨道交通 2号线沿线世纪大道下的D N 3 0 0 钢管已 发生近 1 0次腐蚀泄漏事故，造成的直接或间接损失高 达 2 0 0 万元 【4 】 。为了有效 地 防止埋 地金属管 线免遭 杂 散电流的腐蚀破坏， 必须对杂散电流进行实时监测 5 - 7 1 。 1 杂散 电流检测及评价方法 地铁等城市轨道交通产生的杂散电流大小与分布 与整流变

4、电站的位置、馈电方式、运行负荷以及钢轨 的接地电阻等因素有关，土壤电阻率对其也有较大的 影 响，有些管 线可能会受 到直流 和交 流的交 互干扰， 在这样复杂的因素下测定杂散电流是很困难的。现有 的测试方法主要是通过管地电位的测试和土壤电位梯 度的测试来判断交流和直流的干扰程度。对于管地电 位的测试一般采用数字式万用表，人工现场测试记录 数据，这种测试方法很难实现 2 4 h连续测试电位，耗 时耗力，效率低，对人员的技术要求高，即使能够 2 4 h 采集电位，但其数据记录、分析和处理也相当复杂， 给杂散电流的干扰测试及分析带来很大的难度，不利 于掌握杂散电流的干扰规律以及分析判断和进一步制 定

5、有效的排流防护措施。我公司开发的阴极保护电位 遥测系统解决了这一问题，不但实现管地电位现场实 时 2 4 h检测采集储存而且能够通过 G P R S短信的功能 进行远距离数据传输，经过数据管理中心平台进行数 据接收、处理分析，客户可以登录平台远程访问，实 现无人检测的自动化远程管理。杂散电流的检测可以 通过传统的测试仪器数字式万用表。 2 系统介绍 阴极保护监测系统主要由 O R I E N T A L系列无线 通信传输遥测遥控终端监测设备、 M2 M( 机器对机器 1 无线通信业务系统和数据监控 中心数据服务器等软 硬件组成 ，遥测系统主要由以下几个部分组成。 2 1 微功耗数据采集器MC

6、E 一 3 目前，人工录取阴极保护电位一般只采集通电 电位。由于 I R降的存在，采用通电电位评价管道的 阴极保护效果常常会发生欠保护的状况，从而造成 安全隐患 。随着对长输管道阴极保护研究的进一步深 人，只有采用断电电位才能准确评价阴极保护效果 收稿 日期 ：2 O l 1 - 0 6 0 2 ； 修 回 日期 ：2 O l 1 - 0 7 2 8 作者简 介 ：李月娥 ( 1 9 7 2 ) ，女 ，安徽省宿州市人，工程师、腐蚀 中级技师。主要从事埋地天然气管道腐蚀与防护研究 工作 。 5 2 化工设备与管道 第 4 9 卷第 1 期 已经形成了共识。国内外对断电电位的采集，通常 采用在一

7、段长输管道两端 的恒电位仪输出端安装带 有 G P S时钟的断流器，设定好通断规律后，由专业 人员巡线进行专门的断电电位测试，因此很难实现经 常性的测量。目前，这类断流器国内尚无成熟产品， 完全依赖进 口，价格昂贵，操作比较复杂，必须由专 业技术人员进行操作。因此绝大多数长输管线的断电 电位不能实现长期定时监测，只能临时检测或者隔较 长时间才检测一次。此外，近年来还出现了带有断流 器的恒电位仪，但由于不能保证时钟同步，只能对单 向送电的长输管道由人1 二 进行断电电位检测。微功耗 采集器能够实现 自动检测阴极保护断电电位的功能， 将更有利于准确评价长输管道的阴极保护效果。该采 集器可装在管道的

8、阴极保护测试桩内，直接和管道的 电缆进行连接，外置天线可以方便固定在测试桩上。 2 2 同步 断流器S C A 3 标准 s Y T o 0 2 3 9 7 埋地钢质管道阴极保护参 数测试方法中要求采用断电法测试断电电位时，整 个系统的所有恒电位仪必须进行通 1 2 S ，断 3 S 的间 歇工作，其同步时间误差小于 0 1 S 。同步断流器接收 G P S中的时钟信号，按照设定时间和规律控制中断恒 电位仪的输出。其执行器件采用固态继电器，整个系 统同步时间远远小于标准中 0 1 S 的要求。 2 3 手持 式数据 交换仪HC A 3 手持式数据交换仪是由巡线工操作，用于在微 功耗数据采集器和

9、数据传输设备之间进行数据交换 。 2 4 阴极保护数 据管理系统 数据接收处理系统将从 MO D E M 接收到的数据 转换成 S Q L S E R V E R的数据库接 口，再 由阴极保护 数据管理系统进行统一管理和分析。阴极保护数据管 理系统基于一个生产作业区的规模考虑，具备数据管 理、数据分析、数据备份等功能。目的是为了减少管 理层的重复劳动， 提高工作效率。客户通过远程访问， 可以浏览数据处理结果，该系统可与管网管理软件 S C A D A系统兼容。 3 遥测系统的工程应用 3 1 遥测 终端装 置的现场安装 遥测系统终端测试设备现场可安装于测试桩内， 其接线通过测试桩内的电缆实现和

10、长效参 比电极和 管道的连接，发射接受天线固定于测试桩上。安装示 意如 图 1 所示 。 端测试设备 比电极 图1 遥测装置测试连接示意 3 2遥测及应 用 上海天然气高压管 网某段天然气埋地管道是 2 0 0 3年投入运行，设计压力 1 6 MP a ，管径为 D 8 1 3 1 1 1 1 3 3 ，材质为 X5 2 螺旋焊缝钢管，外涂层为 3 P E ，管 线采用外加电流与临时牺牲 阳极联合保护方式，该 段天然气管道总长 1 7 k m，主要沿上海外环 A2 0绿 化带敷设，沿线约有 1 0 k m与高压电力线平行敷设 。 上海轨道交通 7 号线和 1 1 号线与管道交叉通过 ，1 2

11、桩 附近 2 0 m有 A 2 0公路加油站。我们利用遥测装 置对管道的自然电位和阴极保护电位进行 2 4 h 遥测 ， 结果如图 2 、图 3 所示，其中自然电位的遥测是在阴 极保护站恒电位仪保护电流断开 2 4 h 后进行 。 c 图2 排流前管道自然电位的遥测 图3 排流前管道阴极保护 电位遥测 管道受到杂散电流干扰 的重要标志是管地电位 是否稳定，管道受到的直流干扰程度可以用 自然电位 2 0 1 2年 2月 李月娥，等 埋地天然气管道阴极保护电位遥测系统及其应用 的正向偏移进行判断。自然电位和因保护电位遥测 表明管地电位都处于较大的波动状态，说明管道受 到杂散 电流的干扰。从 自然电

12、位的遥测图上可以看 出管地 自然电位最大正向偏移达 5 0 0 mV，根据 S Y T 0 0 1 7 -2 0 0 6 规定：当管道任意点上的管地电位较 自 然电位偏移大于 2 0 0 m V时，管道受强的直流干扰 ， 根据标准规定应采取相应的排流措施。 4排流措 施 依据对管地电位的遥测结果和分析，我们选择 了 6 个排流点， 分别安装极性排流器和嵌位式排流器 。 排流器的接地极采用接地性能 良好 的高硅铸铁阳极 ， 数量为 1 0支，接地极 的接地 电阻为 0 7 1 0 Q，符 合规定要求 。排流后的电位遥测结果如图 4所示。 图4 排流后管道阴极保护电位遥测 从 图 4看出实施排流后

13、，阴极保护管地电位波 动幅度明显减小，正电位已经消除，管地电位基本控 制在规定的保护范围内，取得了较好的排流效果 。 5结论 综上所述，该阴极保护电位遥测系统的测试优 势是显而易见的，该系统不仅具有技术先进、性能稳 定、数据采集高速密集，耗电量小等优点，而且可方 便远程登录访问，真正实现了管道数据采集、分析处 理、远程访问、系统兼容的优点 ，可极大提高天然气 管网的现代化管理水平。随着城市输气管道网络建设 规模不断发展，阴极保护系统的运用将越来越广泛。 我们在运用远程技术监控阴极保护系统上进行了有 益的尝试，若该项技术运用于长距离的输送管线上， 其综合效果将更为显著。 参 考 文 献 1 秦国

14、治，丁良棉，田志明管道防腐蚀技术 M 北京：化 学工业版社 ，2 0 0 3 许建国 浅谈杂散电流监测系统组成设计 铁道机车车辆， 2 0 0 5 ( 3 ) ： 6 5 6 8 高延宁，王凤军，王志刚，等 长输管线杂散电流腐蚀检测 与防护 J 油气田地面工程，2 0 0 2 ， 2 l ( 3 ) ： 2 5 2 6 陈 志光 ，秦朝 葵 ，计 雪松 上海轨 道交通 2号线杂 散 电流 监测系统及应用 城市轨道交通研究 ，2 0 0 8( 9 ) ： 5 4 5 6 李言涛 ，吴茂涛 ，郑凤 ，等 管道杂散 电流监测及川西气 田 监测实例 J J 全面腐蚀控制，2 0 1 0 ( 1 ) ：

15、 2 5 2 8 周 德敏 ，何仁 洋，刘 长征 ，等 关 于埋地 管道 企业 开展 管 道检验检测的思考及建议 J 石油化工设备技术，2 0 1 0 ， 31 f 1 1 ： 5 7 6 3 马红杰 埋地水管道 泄漏检 测方 法及应 用 f J 石油化工设 备， 2 0 1 0 ，3 9 ( 增 ) ： 5 2 5 4 Ca t ho d i c Pr o t e c t i o n Po t e nt i a l Re m o t e M e a s ur e S ys t e m f o r Bu r i e d Na t ur a l G a s Pi pi n g a nd I t

16、s Appl i c a t i o n LIYu e - e ， SHU J i a ng ( S h a n g h a i Ha i l o n g P e t r o l e u m P i p e Ma t e r i a l R e s e a r c h I n s t i t u t e , S h a n g h a i 2 0 0 9 4 9 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： T h e p o t e n t i a l r e m o t e me a s u r e me n t f o r h i g h p r e s s u r e

17、n a t u r a l g a s p i p i n g i n S h a n g h a i wa s d e s c r i b e d i n t h i s a r t i c l e T h e s y s t e m s t r u c t u r e ， c o n fi g u r a t i o n a n d f u n c t i o n o f r e mo t e c o n t r o l d a t a t r a n s mi t s y s t e m ， wh i c h i s d e s i g n e d b a s e d o n mi c

18、r o - c o n s u mp t i o n e l e c t r o n i c t e c h n o l o g y , wa s i n t r o d u c e d By u s i n g t h i s t e l e me t r y s y s t e m ， t h e p i p i n g g r o u n d p o t e n t i a l d i s t u r b e d b y s tra y c u r r e n t i s me a - s u r e d a n d a n a l y z e d I t h a s b e e n s

19、 h o wn f r o m p r a c t i c e t h a t u s i n g t h i s s y s t e m for r e a l t i me mo n i t o ri n g s t r a y c u r r e n t i s p r o mi n e n t l y e f - f e c t i v e ， t h u s ， i t i s a p p l i c a b l e t o s t r a y c u r r e n t d i s t u r b e d p o t e n t i a l o f n a tur a l g a s p i p i n g K e y wo r d s ： t e l e m e t r y s y s t e m；s t r a y c u r r e n t ；r e a l - t i me a c q u i s i t i o n ；mi c r o - c o n s u mp t i o n e l e c t r o n i c t e c h n o l o g y 2 3 4 5 6 7