吳錦強(qiáng)1 趙康1 李振軍1 孫勤2

1.西部管道分公司； 2.青島雅合科技發(fā)展有限公司

摘  要：針對現(xiàn)行管道運(yùn)營維護(hù)對陰極保護(hù)電位智能采集系統(tǒng)的迫切需求，重點闡述了其技術(shù)發(fā)展、應(yīng)用現(xiàn)狀，總結(jié)分析了存在的問題，提出了研究重點和未來發(fā)展趨勢。陰極保護(hù)電位智能采集系統(tǒng)的應(yīng)用為智能化管道發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：陰極保護(hù)；智能采集；數(shù)據(jù)；硬件；軟件；監(jiān)測

長輸管線分布區(qū)域廣、地形復(fù)雜，采用陰極保護(hù)電位人工測量方式，存在測試數(shù)據(jù)不連續(xù)、周期長、成本高且不能及時發(fā)現(xiàn)問題等弱點。同時，隨著高壓、特高壓交直流輸電工程的相繼建設(shè)投運(yùn)，高鐵、地鐵線路快速增加，其對埋地長輸管道、站內(nèi)管網(wǎng)及設(shè)備的干擾問題日益突出。因此，通過 集 成 陰 保 電 位 監(jiān) 測 和 交 直 流 干 擾 參 數(shù) 監(jiān) 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，發(fā)展完善陰極保護(hù)電位智能采集系統(tǒng)具有重要意義。

1 發(fā)展現(xiàn)狀

陰極保護(hù)電位智能采集系統(tǒng)是利用測試樁處布置的采集儀，配合長效參比、極化試片等埋地裝置，將陰極保護(hù)通斷電電位、交直流電流、交流電壓等數(shù)據(jù)實時上傳監(jiān)測平臺，并進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲、展示、統(tǒng)計、分析等的陰極保護(hù)管理系統(tǒng)。系統(tǒng)主要由硬件和軟件兩部分構(gòu)成，硬件即電位采集儀和埋地傳感部件，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集和傳輸；軟件即陰極保護(hù)電位監(jiān)測、評價和預(yù)警系統(tǒng)，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的解析、存儲、分析和展示。

1.1 硬件研制

10年前國內(nèi)各大高校及研究院所的科研人員就開展了陰極保護(hù)電位智能采集設(shè)備的硬件研制工作，主要解決基本的陰極保護(hù)通電電位采集和數(shù)據(jù)傳輸問題。早期的工作雖然都有應(yīng)用效果的描述，但是缺乏具體工況的介紹，也未進(jìn)行長時間穩(wěn)定性、可靠性的驗證，大部分可歸類為原型機(jī)的開發(fā)，為工業(yè)化應(yīng)用提供了技術(shù)路線。

1.2 軟件開發(fā)

周勇發(fā)等[1]以Simplicity協(xié)議棧為基礎(chǔ)，研制了一套無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，用于將陰極保護(hù)電位等數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C(jī)控制軟件。采用.NET平臺開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)控制軟件，可以通過該系統(tǒng)實現(xiàn)電位的自動采集、處理和監(jiān)控等功能。同時，設(shè)計研發(fā)的陰極保護(hù)數(shù)據(jù)上傳管理平臺，可以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的上傳、管理、可視化監(jiān)控等。據(jù)此，實現(xiàn)了對數(shù)據(jù)的實時采集、及時上傳和有效管理，提高了陰極保護(hù)系統(tǒng)的智能化水平。

1.3 應(yīng)用現(xiàn)狀

陰極保護(hù)電位智能采集系統(tǒng)早期在西氣東輸二線、中石化儲運(yùn)公司等管線得到應(yīng)用，至今已在國內(nèi)各管道公司廣泛推廣，實現(xiàn)了對管道線路及區(qū)域陰極 保護(hù)的監(jiān)測。隨著計算機(jī)采集卡和高速芯片技術(shù)的進(jìn)步，采集儀在采集電位數(shù)據(jù)的同時，還能同時獲取電壓、電流等數(shù)據(jù)；以太網(wǎng)、超文本鏈接、無線通信等技術(shù)的應(yīng)用，促進(jìn)了陰極保護(hù)電位智能采集系統(tǒng)的發(fā)展。目前采集設(shè)備功能更加強(qiáng)大，其可靠性有了較大提升，與國外同類產(chǎn)品相比，部分指標(biāo)處于領(lǐng)先地位。

薛光等[2]介紹了川氣東送管道分公司采用智能測試樁和陰極保護(hù)監(jiān)測系統(tǒng)的效果，除了采用智能采集儀對測試樁處的電位進(jìn)行定時采集上傳外，還可將全線陰保站的輸出電壓、電流和保護(hù)電位、斷電電位等上傳到陰極保護(hù)監(jiān)測系統(tǒng)，通過遠(yuǎn)程控制功能及時調(diào)整恒電位儀的輸出參數(shù)，確保陰極保護(hù)系統(tǒng)處于最佳的工作狀態(tài)。

西部管道公司自西氣東輸二線應(yīng)用以來，通過改進(jìn)原采集設(shè)備，跟蹤新技術(shù)發(fā)展，持續(xù)升級改造智能終端，系統(tǒng)技術(shù)水平和可靠性不斷提高。目前該公司陰極保護(hù)智能監(jiān)控平臺已實現(xiàn)智能樁遠(yuǎn)程升級、采樣頻率遠(yuǎn)程設(shè)置、交直流電流密度采樣、恒電位儀遠(yuǎn)程設(shè)置運(yùn)行參數(shù)、衛(wèi)星對時及遠(yuǎn)控一鍵同步通斷、手機(jī)APP等功能。 2019年塔里木分公司全面實施了陰極保護(hù)升級管理試點應(yīng)用，據(jù)測算，系統(tǒng)投用后每年可減少管道電位測試人員用工90人次，減少電位測試車輛90臺班，減少了陰極保護(hù)數(shù)據(jù)的人工測量誤差，降低了系統(tǒng)運(yùn)行管理成本，提升了系統(tǒng)的自動化管理水平、運(yùn)行可靠率和準(zhǔn)確性。

2 存在問題

隨著陰極保護(hù)智能采集系統(tǒng)的推廣應(yīng)用，也暴露出了一些問題，主要包括：運(yùn)行故障率較高、監(jiān)測數(shù)據(jù)不能完全滿足評價需求、分析評價軟件算法簡單、數(shù)據(jù)管理平臺兼容性差等，反映了設(shè)備現(xiàn)狀與實際管理需求之間存在偏差，導(dǎo)致系統(tǒng)未能完全發(fā)揮應(yīng)有的作用[3-4]。

其一，可靠性是系統(tǒng)面臨的主要問題。系統(tǒng)可靠性由采集模塊、供電模塊和傳輸模塊的可靠性決定，影響采集模塊正常工作的主要因素是溫度、濕度等環(huán)境因素；供電模塊，各廠家系統(tǒng)功耗優(yōu)化技術(shù)存在差異，主流廠商可供采集模塊工作時間可達(dá)8～10年，部分廠商僅能達(dá)到3～5年；傳輸模塊，主要是網(wǎng)絡(luò)信號質(zhì)量、外界干擾等影響數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量，特別是野外環(huán)境存在信號盲區(qū)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)無法傳輸?shù)竭h(yuǎn)程服務(wù)器。

其二，監(jiān)測數(shù)據(jù)應(yīng)用是面臨的現(xiàn)實問題。數(shù)據(jù)被采集后，進(jìn)入軟件系統(tǒng)供分析、計算和應(yīng)用。當(dāng)前大多數(shù)評價軟件能夠根據(jù)陰極保護(hù)判據(jù)分析監(jiān)測數(shù)據(jù)是否達(dá)標(biāo)，還需要將監(jiān)測數(shù)據(jù)與人工采集數(shù)據(jù)整合進(jìn)行數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性、有效性、完整性分析，結(jié)合管道本體、檢測、環(huán)境等數(shù)據(jù)，開展風(fēng)險分析，擴(kuò)大數(shù)據(jù)應(yīng)用，為管道企業(yè)數(shù)據(jù)集成提供支撐環(huán)境。

3 發(fā)展前景

為解決上述問題，各研發(fā)和應(yīng)用單位進(jìn)行了有益的嘗試，并取得了一定效果。一是提高設(shè)備的防水防塵水平，并在采集儀內(nèi)部進(jìn)行溫度、濕度監(jiān)測，提高系統(tǒng)自診斷能力；二是采用太陽能、風(fēng)能等供電，對功耗進(jìn)行優(yōu)化，保證供電的可持續(xù)性；三是采用物聯(lián)網(wǎng)通訊、北斗衛(wèi)星技術(shù)等覆蓋傳統(tǒng)信號盲區(qū)。未來，智能采集系統(tǒng)的發(fā)展主要有三個方面。

3.1 提高標(biāo)準(zhǔn)化程度和可靠性

推動智能采集系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，實現(xiàn)埋地裝置、供電模塊的通用化，采集到的數(shù)據(jù)符合統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫要求，并可以直接傳輸?shù)浇y(tǒng)一的數(shù)據(jù)監(jiān)測平臺，便于統(tǒng)一管理。重點提高供電、通訊等部件的可靠性。當(dāng)前主流的高能電池供電主要應(yīng)用于對采集頻率要求較低區(qū)域，因交直流干擾等對采集頻率要求高的區(qū)域以及低溫地區(qū)，應(yīng)采用太陽能電池、風(fēng)能供電、直流電源供電等，保障設(shè)備長期穩(wěn)定運(yùn)行。在采用主流移動通訊網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，針對信號覆蓋盲區(qū)，應(yīng)發(fā)展北斗衛(wèi)星通訊、物聯(lián)網(wǎng)通訊等，多渠道保障通訊順暢。

3.2 發(fā)揮系統(tǒng)監(jiān)測技術(shù)作用

智能采集系統(tǒng)包含觸發(fā)監(jiān)測功能，可進(jìn)行交直流干擾監(jiān)測，當(dāng)電位水平超過正常運(yùn)行范圍，自動觸發(fā)密集采集模式，及時捕捉動態(tài)干擾信號；線路上多電位測量 臺采集設(shè)備同步采集通斷電電位，有利于判斷干擾范 圍、強(qiáng)度、流入流出位置，確定高風(fēng)險區(qū)并指導(dǎo)后期排流設(shè)計等工作。將智能采集系統(tǒng)得到的海量數(shù)據(jù)與日常管道運(yùn)營管理的難點、熱點問題相結(jié)合，深化數(shù)據(jù)分析和應(yīng)用，是未來一段時間需考慮的關(guān)鍵問題。

3.3 提高管道智能化管理水平

智能采集系統(tǒng)利用其布點多、分布廣、供電持續(xù)、傳輸及時的優(yōu)勢，作為基礎(chǔ)可拓展地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)、安保視頻監(jiān)控系統(tǒng)等。結(jié)合智慧管道“端+云+大數(shù)據(jù)”的體系架構(gòu)集成管道全生命周期數(shù)據(jù)，整合第三方施工和交叉施工監(jiān)測、泄漏監(jiān)測、移動巡檢、智能安防等技術(shù)，提供智能分析和決策支持，實現(xiàn)管道的可視化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化管理，進(jìn)一步提高管道的智能化管理水平。

4 結(jié)語

陰極保護(hù)電位智能采集系統(tǒng)的發(fā)展與應(yīng)用實現(xiàn)了陰極保護(hù)的集中監(jiān)控與管理，成功解決了測量誤差大、檢測工作量大、人工成本高等問題，降低了陰極保護(hù)運(yùn)行維護(hù)成本，提高了數(shù)據(jù)采集的可靠性，能實時掌握管道陰極保護(hù)狀況和腐蝕狀況，提高了管道管理水平。應(yīng)強(qiáng)化采集系統(tǒng)的可靠性和標(biāo)準(zhǔn)化，不斷拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域，為智慧管道建設(shè)提供強(qiáng)有力的支持。

參考文獻(xiàn)：

[1] 周勇發(fā). 基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的陰極保護(hù)電位采集系統(tǒng)[D]. 北京：北京郵電大學(xué)， 2011.

[2] 薛光，黃明軍. 管道工程智能測試樁和陰極保護(hù)監(jiān)測系統(tǒng)[J]. 儀表電氣， 2011， 30(6)： 63-65.

[3] 黃景. 油氣管道陰極保護(hù)技術(shù)現(xiàn)狀與展望[J]. 石化技術(shù)， 2017(9)： 83.

[4] 沈飛軍，吳春，張超. 油氣管道陰極保護(hù)技術(shù)現(xiàn)狀與展望[J]. 化工設(shè)計通訊， 2017， 43(8)： 33.

作者簡介：吳錦強(qiáng)，工學(xué)學(xué)士，高級工程師�，F(xiàn)任西部管道分公司安全副總監(jiān)、總經(jīng)理助理兼管道處處長，從事管道完整性管理工作。

通訊作者：李振軍，男，工程碩士，高級工程師，從事防腐管理工作。聯(lián)系方式： 0991-7561380，xbgdlizhj@petrochina.com.cn。