浅谈牺牲阳极远程测量系统的应用

上海大众燃气有限公司 朱 云

浅谈牺牲阳极远程测量系统的应用

上海大众燃气有限公司 朱 云

牺牲阳极远程测量系统是以地理信息系统(GIS)为基础平台，以公共无线数据通讯方式(GPRS)为数据传输手段，配合辅助决策分析功能，实现对燃气管网阴极保护运行情况的在线不间断检测，能有效地实时监测杂散电流对阴极保护的影响，而且其对测量、采集、传输、发布、报警等数据处理的自动化程度高，无需人工干预，降低了人工测量的成本以及事故安全隐患。

牺牲阳极 埋地钢管 极化探头 无线数据采集

0 引言

城市燃气管网是现代社会中一个重要的基础设施，它的安全运行保障了城市有效和高质量的运作，是整个社会生存和发展所必须具有的物质基础之一，起着能源供应和传输的作用。随着城市燃气供应和燃气管网规模的不断扩大，如何应对社会的发展，更好地服务于社会，满足燃气行业“安全用气，优质服务”的要求，燃气输配面临管理上的更高要求和严峻考验，科学、和谐、长效管理，防患于未然，已经作为一个全新的课题出现在燃气行业里。

赵仙童扭身抱住了砖子，失声痛哭着说，我该死，我该死，我怎么变得这么坏，我怎么这么毒，我不会是被生活压力压变态了吧，你说我怎么能下得了手打你，我怎么能让你自己打自己，我不是人，我不该怀疑你睡那些脏女人，你那么洁身自好，怎么可能睡那些女人呢？

燃气行业绝大部分的资产为燃气管线，是燃气行业的生命线，燃气管线的安全取决于管线的防护手段和检测水平。随着城市天然气化进程的加速钢管长度不断增加，但是钢管的易腐蚀，尤其电化学腐蚀使得钢管防腐成为世界性的难题，对于钢管我们采用牺牲阳极法的阴极保护来对钢管进行防腐，极化电位的测量是实施这种阴极保护技术获得重要控制参数的手段与方法。

上海市南地区2015年5月对煤气中压管道进行氮气置换，结束了使用150年的人工煤气迎来全天然气时代，但是腐蚀是影响天然气输气管道系统可靠性及使用寿命的主要因素，根据资料统计，外壁腐蚀又是管道损坏的最重要影响因素，所以对天然气管道的防腐蚀检测和管道的阴极保护是天然气管道安全高效管理的重要手段，也是天然气管道顺利运行的重要保证。

1 现状与分析

上海燃气行业埋地钢管的阴极保护主要技术是用牺牲阳极法来防止钢管腐蚀，对于牺牲阳极电位的测量是实施这种技术最重要的控制参数，天然气管线的阴极保护效果的本质是电位测试方法的有效性以及数据分析方法的科学性。当能直接测试出阴极保护电位，则容易控制管道腐蚀。

1.1 牺牲阳极随着钢管增加逐年增加

燃气行业绝大部分的资产为燃气管线，是燃气行业的生命线，随着“十二五计划”城市天然气化进程的加速，每年仅市南地区就有十几万户人工煤气用户转为天然气用户，至2015年5月钢管累计长度达1 030 km，对于地下钢管的阴极防护主要均采用牺牲阳极法的阴极保护来防止钢管道腐蚀。

1.2 工作量逐年增加

现在燃气钢管上的牺牲阳极测试数据是全面检测以及年度监测必需提供的重要数据，而且须提供牺牲阳极欠保护、过保护、相关数据，但一年两次的测量只能记录测量时刻的电位情况不能反映全年的牺牲阳极工作情况，这种测量方式仅能满足模糊的定性管理，无法满足管道的阴极保护系统电位欠保护、过保护所需的定量管理要求。

表1 历年牺牲阳极净增数、保养天数与人员配备

1.3 一年两次的牺牲阳极测量

我们市南地区每半年对牺牲阳极进行一次测量，有阴极保护的管道上仅用管道对电解质电位达到较低电位(-850～1 200 mV)来保护管道，仍会发生较为严重的腐蚀，其主要原因是阴极保护的失效。同时，天然气管线阴极保护电位是一个动态变化参数，每一条管线的在不同时期、不同位置的情况都不相同，依靠纸张方式的资料记录无法准确反映埋设钢管阴极防护，不能对每条管线的阴极保护情况进行横向、纵向的对比分析，从而不能掌握管线阴极保护效果的动态变化情况。

1.4 现牺牲阳极测量无法满足检测的要求

燃气行业埋地钢管的阴极保护均采用牺牲阳极法，牺牲阳极管理中的开路电位、闭路电位，虽然采用了极化探头测量还是需要测量人员现场操作，随着天气转换的逐渐完成牺牲阳极数量增加数也历年减少，但是绝对数还是不断增加，截止2015年5月现有的钢管管线上安装了3 642组牺牲阳极，见表1。

综上所述，为了获得详细的测量数据须进行24小时自动测量监测，人工测量显然不行了，远程测量系统是我们可以尝试的一个选择。

2 远程测量系统组成与特点

随着信息技术的发展无线数据传输也得到空前发展，我们选择较成熟且容易实现的基于 GPRS无线数据传输的牺牲阳极数据远程监测量系统，网络拓扑见图1。

图1 牺牲阳极数据远程监测系统网络拓扑

牺牲阳极数据远程监测量系统是监测系统是以地理信息系统(GIS)为基础平台，以公共无线数据通讯方式(GPRS)和有线远程通讯方式为数据传输手段，配合辅助决策分析功能，实现对牺牲阳极保护电位在线24小时检测从而反映埋设钢管管道的阴极保护况，通过科学分析统计功能找出欠保护和过保护情况，通过公共无线数据通讯方式(GPRS)以及INTERNET网络提醒人工干预排除故障，最终确保牺牲阳极阴极保护系统处于最佳工作状态。

整个系统基本包括测量传输模块、信息收集保存分析模块以及终端发布接收模块三大子模块，做到硬件数据采集、数据收集保存及分析，处理信息的发布与接收相对独立，仅以符合我们燃气行业数据接口标准要求作为纽带，做到无论在哪个模块进行技术升级均不会对其他模块产生致命性的影响，也就是实现每个模块可以各自分别升级。

2.1 测量传输模块

该模块具体由无线数据采集和控制终端(RTU)来实现，是集成了模拟和数字信号采集、过程 IO控制和无线数据通信诸功能于一体的高性能测控装置，可以直接接入标准变送器信号或仪表输出的模拟信号、电平信号、脉冲信号等，并可以输出数字量逻辑控制电平控制外围继电器和磁保持继电器。

2.1.1 工作原理

无线数据采集和控制终端(RTU)(见图2)主要包括：电源管理单元、输入处理单元、运放处理单元、存储单元、无线通信单元、中心控制单元。

图2 无线数据采集和控制终端(RTU)功能示意

“匚，受物之器，象形，凡匚之属皆从匚，读若方”（《说文·匚部》）。 “方，併船也，象两舟省，总头形。凡方之属皆从方。”（《说文·方部》）

(5)打开手机网络通讯进入手机终端控制平台，进入终端服务程序核实上传得数据。

图3 无线数据采集和控制终端(RTU)测量回路示意

从图3无线数据采集和控制终端(RTU)测量回路示意图中可见，RTU实现了对牺牲阳极组的4个支路电流、1个总路电流、一个保护电位的同步测量。

果皮处理：清水浸泡黄豆适量，用柚子皮、橙子皮包住黄豆后，置于电饭锅里蒸40 min左右，然后接入0.8%纳豆菌后发酵并后熟。

2.1.2 主要工作特性

支持在线和离线两种模式，通过GPRS无线通信技术定时上线、永久在线的两种工作方式，远程传输采集燃气管网阴极保护测试桩数据，超低功耗，采用可充电锂电池供电，电容量：2年以上；使用离线模式，具有具备阴极保护点位测量，数据准确，精度保证在±10 mV以内，每天按照设定的(1～90 min)时间采集1次；在GPRS通讯方式下，通讯信号质量不高的区域通常设备最多尝试3次连接，为有效保证采集的数据及时上传到服务器，在设备下次登录服务器时采集仪会把以前没有上传的数据一起传到监控中心，从而保证数据的连续性和完整性；采用休眠／采集／通讯交替的工作方式，大部分时间采集仪处于休眠状态。为适应我们埋设在地下的要求其有密闭坚固的外壳并可以防水防潮，能够工作在恶劣的环境中，数据共享，系统预留标准数据接口，方便与GIS系统对接共享，还有辅助功能：阴极保护异常短信报警功能、锂电池电压低短信报警等。

2.1.3 安装与使用

无线数据采集和控制终端(RTU)的数据采集须和长效参比电极配合，我们选择抗干扰强稳定性好的KR2型极化探头作为测量信号源。

“摸”、“取”、“摸”仅三个动词就把鲁达的慷慨豪爽、史进的坦诚爽快、李忠的精细小气淋漓尽致地展现在读者面前。名著就是这样，只要细读品味，语言的珍珠随处可见，名著的魅力也就显现了出来。

2.1.3.1 KR2型极化探头安装

(1)由于KR2型极化探头测量线长度为5 m，所以距离测试装距离不宜太远，同时考虑管道施工要求则定安装位置距离管线0.3～2 m，埋深与管线同层湿润土壤内(约0.8 m)。

(2)安装流程。使用前先除掉电极底部盐桥孔上的保护胶带，露出底部的多孔陶瓷(须事先在水中(推荐用蒸馏水)浸泡24 h以上)。①专用填料包布袋里装入部分填料放入KR2型极化探头，再装入填料包裹极化探头，扎紧口袋。②放入事先挖好的基坑内，并倒水浸透。③穿线(由于有护套可以直接埋设在泥土里，若砖石较多应作穿管防护)④判断线性：1根测量线、1根参比线、1根极化线。

2.1.3.2 无线数据采集和控制终端(RTU)安装

采集器平时处于休眠状态，通过设定的时间，定时唤醒并采集管道上的电位传输到监控服务器；采集管道电位的同时能够滤除干扰电压，取到正确的管道电位。每个智能采集仪配备一张支持GPRS功能的手机卡，采集的数据通过无线通信单元传送到INTERNET网络上，接收地址就是监控中心的公网IP，监控中心服务器电脑安装有配套的监控软件，监控软件在收到数据后进行解密，只有符合通讯协议并解密成功的数据才被记录并存储下来，从而完成的数据的采集、传输、存储。

(1)拆除原牺牲阳极测试板，理出导线并判断线性即4个阳极线(ABCD)和阴保线E。

管理系统采用多用户操作管理模式，同时还提供管道、路段和牺牲阳极检测桩的基本信息维护和查询功能，管道外防护层检测数据维护和图形分析功能。阴极保护管理系统的功能结构如图3所示。

2.1.3.3 现场进行数据测试和通信测试

(1)开启手机APP软件蓝牙连接RTU。

(2)设置数据采集频率、传输频率。

(3)现场读取牺牲阳极采集数据在手机界面显示实时数据。

(4)首次上传测量数据到服务器。

上述细节例证固然反映了史诗所受的佛教影响，然而这些例子在贯穿整部史诗的宗教思想中不能说占据了“主导”地位，占“主导”地位的，是与重大情节密切相关的。

无线数据采集和控制终端(RTU)测量回路见图3。

2.1.4 日常维护故障处理

(1)由于采用埋地安装，设备安装前应全部密封灌胶，并进行模拟测试，正常后进行埋设。

(2)定期检查手机卡费用是否欠费，以免因欠费而影响数据的传输。

(3)按照巡检要求定期检查外露的测试接点是否完好，井盖标志颜色、字体是否脱落，及时进行补漆，井盖是否松动或缺失，进行固定和修补，保持周边场地平整。

该模块具体由终端机以及手机或其他智能设备来实现(见图5)。

(4)定期派技术人员到现场进行数据测试和通信测试。

2.2 信息收集保存分析模块

该模块是可以与现在运行的GIS系统的进行数据交互的管理系统，体系结构采用了目前最先进的纯B/S的体系结构，它以WEB服务器和数据库服务器为中心，以广泛使用的INTERNET浏览器为用户界面，具有界面美观、安装维护方便、可控性强和操作简便的独特优势。

那天领导当众讽刺了我，同事们都笑出了眼泪。领导并没有恶意，仅仅是拿我的高度近视眼寻开心而已。反倒是我觉得自己活得窝囊，看不开这件小事。

(2)按线序连接5根牺牲阳极线、3根计划探头线。

图3 管理系统功能结构

2.2.1 数据凸显实用性

管理系统以数据为处理中心，专注于牺牲阳极电位数据以及钢管外防腐层破损情况的录入、导入、存储和分析，抛弃了与阴极保护效果评价关系不大的其他因素，简化了系统，使系统运行的初始化工作量降到最低限度。在功能和界面设计上充分考虑了数据录入的方便性和快捷性，数据显示的直观性和全面性，在操作模式上充分考虑了人机交互的方便性和操作人员的习惯，使系统具有极强的实用性。

(3)验证氯气是否具有漂白性,要对比验证干燥氯气和湿润氯气有无漂白性,因此Ⅰ处应为湿润的有色布条,Ⅱ处应为干燥剂,Ⅲ处应为干燥的有色布条,U形管中应用固体干燥剂。

2.2.2 建立多渠道采集互通数据功能

管理系统在功能上采用模块化的结构设计，使系统的功能可以不断扩充，在数据库结构设计时充分考虑了与其它系统的数据库接口，增强了管理系统从多渠道采集数据的可扩展性，系统数据均可来自GIS系统以及其他相关系统同时可以动态交互信息。管道基础数据、路段基本信息表、数据来自GIS系统，牺牲阳极基本数据表来自设备管理系统的牺牲阳极管理子系统，外防腐层检测数据来自来自外防腐层检测数据库，牺牲阳极监测动态数据来自无线数据采集和控制终端(RTU)自动上传的测量数据。

管理系统多渠道采集互通数据，动态交互信息，见图4所示。

图4 管理系统动态交互信息示意

2.2.3 实现专家级别的保护效果

管理系统代码实现上广泛采用了IE浏览器中最专业的DOM模型，使程序在IE客户端的表现具有原来在C/S模式下才能具有的专业水准。系统的保护状况数字分析模块允许用户统计指定时间段中，某管道或某管段或某检测点的所有检测电位中属于过保护、保护、欠保护占百分比(判断标准见表2)。

表2 统计指标标准

当用户在本模块的时间范围输入域中输入时间范围，给定某条管道，或展开管道点击某条管段，或展开管段点击某个检测桩，程序即开始进行统计分析，如果过保护或欠过保护保护状态的检测次数不为零，则对原因进行分析，并提出改进的建议。在保护电位的分析上内嵌了阴极保护防腐领域长期积累得来的专家知识，使本系统已经初具专家系统的特色，充分体现了管理系统应用于阴极保护效果评价的专业性。

板涧河水库混凝土面板堆石坝，最大坝高85.0 m，总库容3 336万m3，大坝为2级建筑物，溢洪道和泄洪洞为3级建筑物，补水泵站为2级建筑物。大坝总布置充分利用地形、地质条件，合理选择了混凝土面板堆石坝、大坝边坡、坝体分区及坝料设计符合规范要求。大坝趾板、面板混凝土设计指标符合规范规定。坝基开挖及基础处理设计合理。泄水建筑物布置与消能方式适应坝址地形地质条件，是合理的。

2.3 终端发布接收模块

“互联网＋”概念是由2012年易观国际提出，其核心理念是将互联网技术与工业及服务业相融合，其关键是创新[13]。“互联网＋”通过发挥在生产要素配置中的优化和集成作用，提升实体经济的创新生产力[14]。2015年3月，李克强总理在政府工作报告中首次提出“互联网＋”行动计划，要求利用互联网技术带动传统产业升级创造新业态。目前“互联网＋”作为一种创新的信息技术手段，已经渗透到各领域产业，与其他产业的融合不仅是现代产业体系的结构特征，也是现代产业升级发展的趋势。

图5 智能手机接收信息

其主要功能：

本研究采用多种类型的测序数据，首次完成了单叶省藤和黄藤染色体水平基因组的组装，2种棕榈藤的基因组作为重要的参考基因组，将有助于促进其他藤种的从头基因组测序组装和重测序研究，同时通过与不同物种进行比较研究，为物种进化研究提供证据。借助两种棕榈藤高质量基因组数据，使木质素生物合成通路关键基因的鉴定更加便捷，这些候选基因对棕榈藤的生长发育非常重要。本研究为进一步对棕榈藤及相关物种基因组的研究奠定了基础。

(1)接受报警，可以以短信等形式接受故障信息。

正因为该类小额诉讼程序具有非正式性，所以如果当事人对小额速裁判决有异议的，可以在收到速裁书后15日内向基层第一审法院依法提起正式的第一审诉讼。原缴纳的诉讼费用可以计入一审诉讼费用，并补足余额。［4］

(2)可以通过计算机、智能手机或其他智能设备

以网页浏览的形式能快速查询分析数据。

含多端柔性互联装置的交直流混合配电网协调控制方法//张学,裴玮,范士雄,孔力,邓卫,黄仁乐//(7):185

(3)通过服务器向RTU发出控制指令实现远程控制。

3 效果与比较

在国内只有长输管道对埋地钢管外加电流的方式保护的管地电位测量有监测系统，对于城市埋地钢管采用牺牲阳极保护的阴极防护现在采取人工的方式1年2次测量检查牺牲阳极工况。下面就人工测量、管地电位监测和牺牲阳极远程监测进行比较见表3～4。

水库安装橡胶坝后，蓄水能力增强，可增加库容447万m3，年弃水量相应减小，径流利用率为60%，利用率仍然不高。水库下游原设有一座高6 m、长86 m的溢流坝。将此溢流坝改建加高，仍采用开敞溢流型式，结构简单、管理方便。如此既可增加水资源利用率，解决水库库容减小的问题，还可以起到缓洪、滞洪作用，减轻河道负担。

表3 测量使用范围对照

表4 测量数据情况对照

从表3、表4中可见牺牲阳极远程监测系统无论是否在杂散电流干扰区域都能准确地测量每年超过32万次是人工测量的26万倍，是管地电位监测的3.2倍，而且可以同步测量电压和电流功能上超过管地电位监测。可以将牺牲阳极的保护电流的数据和同步测量到的牺牲阳极保护电位进行比较判断该管段受到杂散电流影响的程度，同时可以检验排流措施的实施效果，是以往监测设备无法完成和实现的。

4 结语

燃气输配管理考虑的是安全供气、稳定供气，防患于未然，保障人民生命财产的安全，保证老百姓的生活用气和企事业生产运作的正常进行，这也是燃气企业应尽的社会职责。

使用牺牲阳极测试数据远程监测系统，采集处理实际在役管道的阴极保护及相关数据, 测量数据数据可实现每分钟测量一次，来替代每年测量二次的人工数据测量，数据采集量提高 26多万倍可以让我们即时准确的掌握管道阴极防护工作状态以及监控突发钢管阴极保护故障状态(阴极保护屏蔽、杂散电流干扰等)，有原先模糊的定性管理向科学的定量管理迈进。

实现埋地钢管阴极牺牲阳极保护电位及保护电流自动同步测量、远程传输、实时监测以及计算机自动分析，发现故障自动报警以及在手机通讯网络中广播发布故障信息，请求故障人工干预，在管道附属设备里首次实现遥测和自动报警，从技术层面上解决人工测量的人为误差，杜绝人为虚假数据。

现牺牲阳极测量一年2次需486个工作日，10个人分两档两部施工车工作一年，若实现牺牲阳极远程测量系统可以将管理人员减少8人，也无需人工测量，人工以及车辆的使用台班节约费用人工8×16万元=128万元，车辆486×450元=21.87万元，每年人工以及车辆的费用减少149.87万元。届时测量、采集、传输、发布、报警等数据处理自动化程度高无需人工干预，解决人工测量的人工、车辆成本以及事故安全隐患。

通过服务器计算机智能处理，对管道阴极保护系统电位欠保护进行分析，发布故障信息，对干扰电流统计分析得到危险性比较高的管段,有针对性地提前维护、防止可能的事故损失,有助于提高阴极保护管道的管理质量,提高阴极保护的工作效率。

Discussion on the Application of Sacrificial Anode Remote Measurement System

Shanghai Dazhong Gas Co., Ltd. Zhu Yun

s:Sacrificial Anode Remote Measurement System is based on Geographic Information System (GIS)as the basic platform, with General Packet Radio Service (GPRS) as a means of data transmission and with auxiliary decision analysis function. It realizes 24-hour uninterrupted detection for the gas steel pipe with sacrificial anodic protection system. Meanwhile the real-time monitoring of the influence of stray current on cathodic protection is solved effectively. Its measurement, acquisition transmission, publishing, alarm and other data processing contains a high degree of automation without human intervention, which greatly controls the labor costs, vehicle costs and accident safety hazards on manual measurement.

Sacrificial anode, Underground steel pipe, Polarization probe, Wireless Data Acquisition