输气管线阴极保护在线监控系统研究与应用*

(1.中国石油集团川庆钻探工程有限公司工程技术研究院,陕西 西安 710018； 2.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室，陕西 西安 710018)

目前长庆油田伴生气综合利用输送主要依靠长距离埋地管线来实现,管材一般为钢制螺旋焊管。由于输气管线均采用埋地方式铺设, 所以多选择在人少、环保、少占耕地的地方,管线穿越地段地形复杂,土壤性质各异,土壤对管道产生不同程度腐蚀[1]。伴生气输气管线虽然采用了外防腐层保护，但近几年因各种原因腐蚀严重，时常发生管道泄漏，造成环境污染。阴极保护措施是延长输气管线使用寿命,减少输气管线运行故障的有效手段。外加电流法在实施大范围野外阴极保护时比较经济，但需要有专人管理维护，并需要有稳定可靠的不间断电源，需要对管线上装有的阴极保护装置实行不间断监测和控制。对输气管线阴极保护装置的监测与控制一般多由管道巡视员或维修工定期进行，随着油田现代化管理水平不断提高，迫切需要无人值守来替代人工巡检[2]。

为此，研发了输气管线阴极保护在线监控系统[3],实现了对配气站输气管线进行强制电流阴极保护、减缓腐蚀、在值班室能对阴极保护恒电位和腐蚀电位进行在线监测和控制的目的，收到了良好的经济效益[4]。

1 在线监控系统构成

阴极保护是采用直流电源给被保护金属通以阴极极化电流，使金属表面阴极极化，当极化电位大于或等于腐蚀电池的开路电位时，被保护金属停止腐蚀。通常情况下，保护电位为-1.15～-0.85 V(用硫酸铜参比电极测定)，可达到使金属停止腐蚀。大于保护电位-0.85 V时，管线不受保护；小于最小保护电位-1.15 V时，开始析氢反应。输气管线阴极保护实现这一原理的过程是，直流恒电位仪电源负极与输气管线连接，正极与辅助阳极和深井接地阳极连接，从而构成保护回路。外加电流法阴极保护方法具有较大的输出功率，可以进行远距离阳极配置，输出电流连续可调、保护范围大、不受环境电阻率限制、经济性好和保护装置寿命长等优点，使其在防腐蚀工程中越来越受到重视[5]。

输气管线阴极保护远程在线监控系统由外加电流法阴极保护在线防蚀仪和远程监控中心两部分组成[6](见图1)。

图1 输气管线阴极保护在线监控系统

2 在线监控系统设计

2.1 在线防蚀仪设计

在线防蚀仪主要由监控阴极保护电流、恒电位和参比电位的仪表,可调式恒电位仪和远程控制终端(RTU)模块组成(见图2)。可调式恒电位仪用于输出连续调控直流电压和电流，输出电压恒定，调压安全，运行效率高；监控仪表用于就地显示阴极保护电流、恒电位和参比电位，并通过RS485接口将采集的阴极保护电流、恒电位和参比电位数据上传至RTU模块[7]；RTU模块再将接收到的阴极保护电流、恒电位、参比电位和启停信号数据通过专网传送到监控站内，实现远程在线监控[8]，达到配气站输气管线安全高效运行的目的。

图2 阴极保护在线防蚀仪构成

2.2 主要技术参数

(1)冷却方式：风机温控型风冷，电源内部温度高于60 ℃时，风扇开始运转降温；

(2)环境条件：温度范围-30～60 ℃，空气相对湿度不超过85%；

(3)输入电压：(220±22) V,50 Hz；

(4)输出电压：0～30 V；

(5)输出额定电流：30 A；

(6)通讯接口：RJ45。

2.3 在线远程监控中心设计

在线监控中心作为操控终端，由计算机上的监控软件提供人机界面，通过专网接受阴极保护在线防蚀仪远程控制终端传来的阴极保护电流、恒电位、参比电位和远程启停数据，在监控中心计算机上直接显示阴极保护异常情况的分析和判断，出现异常情况时，可以远程关闭在线防蚀仪供电工作，正常时可以远程启动在线防蚀仪工作。监测中心软件的编制采用力控软件编写，力控软件拥有友好的界面和强大的功能，提供了一个良好的Windows系统下的可视化开发环境[9]。油田专网通信速率高、稳定性好，具有显著的应用优势,对于保证整个输气管线电流阴极保护系统运行的稳定性和可靠性具有重要意义[10]。

3 现场应用

自主研发的输气管线阴极保护在线监控系统， 2016年6月在长庆油田第三采油厂伴生气综合利用输气管线上进行了现场应用, 该系统实现了长输管道阴极保护状况的在线检测，同时可以通过在线监控方式随时监视并调整防蚀仪的恒电位工作状态，使得整个阴极保护系统处于最佳工作状态。1年多的运行实践表明，对配气站输气管线进行强制电流阴极保护实现了防腐蚀的目的，实现了输气管线阴极保护的统一集中管理，提高了阴极保护管理的科学性、准确性和及时性，收到了良好的经济效益。

4 结 论

(1)对输气管线进行强制电流阴极保护实现了防腐蚀的目的，采用脉宽调制恒电位供电，克服了传统型硅整流防蚀仪运行效率低、有振动噪声和发热浪费电能等缺点。

(2)输气管线阴极保护在线监测系统采用人性化的操作和清晰的图表，能够直观及时地查看各监测点的状况，以便能及时排除故障,对提高阴极保护水平、减少管线腐蚀及延长管线使用寿命有着积极意义。

[1] 杨全安，李琼伟，何志武.长庆油田丛式井组套管的阴极保护[J].腐蚀与防护，2000，21(8):370-372.

[2] 倪瑛，邵守彬，于建军.防腐与检测技术在油田中的应用[J].油气田地面工程，2007，26(8):51-61.

[3] 高宝元.水源井套管防蚀阴极保护在线远程监控系统应用研究[J].石油化工自动化，2017,53(1)：51-53.

[4] 武烈.我国阴极保护技术的发展及高新技术化的探索[J].腐蚀与防护，2006，27(3):136-139.

[5] 高宝元.丛式井组套管阴极保护数字化监测仪研制与应用[J].石油化工腐蚀与防护，2017,34(4)：15-17.

[6] 王峰.强制电流阴极保护及智能监测系统 [J].油气田地面工程，2008,27(7)：68,70.

[7] 李晔，袁学民，赵柱.在线分析仪表的选择与应用[J].石油化工自动化，2012,48(4)：70-73.

[8] 金海峰.阴极保护技术在石油化工设施中的设计与应用[J].油气田地面工程，2009，28(9):37-38.

[9] 张新华，王燕.阴极保护监测系统在油田站场的应用[J].石油化工腐蚀与防护，2008,25(2)：59-61.

[10] 杨永刚，王宝明，杨孝刚，等.丛式井组套管阴极保护新技术研究与应用[J].石油化工应用，2013，13(3):69-72.

(编辑 张向阳)