机场供油管道阴极保护实时采集装置开发

王宁 杨志远

摘要：针对埋地金属管道腐蚀严重，而我国阴极保护的评测方法多为人工巡检，测量数据误差大、数据不完备、查看不便的现状，设计出一套金属管道阴极保护数据远程采集系统。设计了高精度的采集电路，通过GPRS的远程传输方式，将埋地油气管道的阴极保护电位参数采集后发回室内计算器。通过管道阴极保护电位采集管理软件查看电位数据并对数据进行绘表制图与存储，获得受保护管道的当前保护状况，为管道的保护提供了重要依据。

关键词：机场供油管道   阴极保护   远程采集

一、前言

目前，埋地金属管道广泛应用于各种物料的运输中，如成品油、天然气、饮用水等。 埋地金属管道长期埋于地下，环境条件差别巨大，会发生不同程度的腐蚀。据统计数据显示，在我国每年因管道腐蚀造成的直接经济损失约占国民经济净产值的3%～4%。埋地管道的腐蚀、穿孔、泄露不仅造成了油气漏失，使运输中断，造成巨大的经济损失，还易引发诸多安全问题，对环境造成破坏。尤其，在密布着大大小小航油输送管道，安全等级要求更高的机场，更应拒绝因管道腐蚀带来的损失。因此，对管道的保护非常重要。阴极保护主要包括两种方法：牺牲阳极法和外加直电流法。国外多采用整流器提供阴保电流，而我国多采用恒电位仪和牺牲阳极结合的方式提供阴极保护电流。根据现行的阴极保护标准，阴极保护电位相对铜/硫酸铜饱和溶液参比电极应在-850mV～-1200mV之间;当上述准则难以达到时，可采用管道阴极极化电位差或去极化电位差大于100？mV作为判据。在油气管道铺设较为广泛的情景下，传统的检测方法多用万用表等仪器进行现场采集的人工巡检方式，效率低误差大，只能采集通电电位，无法采集阴极保护准则评判时的断电电位，造成了阴极保护效果判断的误差，且人工汇总数据实时性差，查看不方便等。

綜上所述，需要研制一套油气管道阴极保护数据远程采集系统，用于实时查看、管理阴极保护数据，评价管道阴极保护状态。

二、采集系统设计

（一）极化探头

极化探头我们选用型号为KT-JT。它能有效的消除由于存在土壤IR降、杂散电流等因素所引起的电位误差，从而达到精确检测被保护管道上的保护电位值。极化测试探头是一种长效、高稳定、消除IR降的埋地钢制管道阴极保护电位测量器件，主要适用于埋地钢制管道腐蚀控制工程阴极保护电位的检测与监测。探头内，消除土壤介质中90%左右的IR降，使检测和监测的保护电位结果更将准确可靠。本探头的内置参比电极为铜/饱和硫酸铜电极。

极化探头外部用绝缘外壳包裹，防止外界土壤中的杂散电流，二次电流等对管道极化电位测量构成影响。探头下部外露与外界唯一沟通的路径多孔筛，探头内置参比电极，极化试片，自腐蚀试片等，用极化探头测量大致分为两阶段，极化试片同管道的极化阶段，以及极化试片同参比电极的测量阶段。极化探头埋在钢制管道轴线相同高度处，要求掩埋土壤的温度湿度相似，尽力靠近与钢制管道 最相近的腐蚀环境，测量数据也最可靠。在极化阶段，极化探头内与极化试片相连接的导线与被测钢制管道连接，等极化探头极化完全之后，即此时极化试片的电位与被测管道电位相同时，断开此导线与被测钢制金属管道的连接。在测量阶段，把极化完全后的极化试片与万能表的黑表笔相接，万能表红表笔与极化探头内置参比电极相接的导线相连，此时，万能表显示的示数即为被测管道的极化电位。因为极化探头在极化完全以后，电位会有衰减情况，时间越长，电位衰减越多，测量电位数据越易失真，所以需在极化阶段完成之后，迅速用万能表对极化试片的电位测量。现极化探头已广泛应用于测量钢制管道在外加直流电作用下的极化电位，极化探头沿管线埋布，并把极化探头的接线处统一集中到沿线布设的测试桩进行测量。但现大多情况下仍旧采用人工测量，由工人师傅跋涉到沿线管道各个测试桩旁进行多遍测量，人工测量具有很多不可控的因素，比如具有偶然性，效率低误差大，费时费力等。

（二）极化时间确定

采用具有人机交互界面的PLC一体时间继电器，在针对采用不同钢制的管材，不同极化电位的情况下对试片极化时间做出大量实验测量，使其在极化阶段时间内极化试片极化完全，对时间继电器做出设置。若设置极化时间太短，极化试片极化不完全，但是试片在测量时不能够准确反应现钢制管道极化电位;若设置极化时间太长，降低了测量频率，不能高效使用极化探头进行测量，也降低了强制直流电站对保护电流输入反馈改变的灵敏度。实验采用8进8出具有逻辑运算能力的时间继电器，将与极化试片相连的导线接入公共柱，将与钢制管道相连的导线与常闭端相连，将极化探头内置参比电极端接线端与万能表串联并常开端相连。极化时，极化试片与钢制管道接通，极化试片极化开始;当时间继电器设置极化时间结束时，极化试片与钢制管道断开，与参比电极接通（中间串联万能表），万能表显示极化电位示数，当时间继电器设置测量时间结束时，又重回下一个极化阶段，这样周而复始，就完成了各个时间埋地钢制管道极化电位的测量工作。

（三）数据传输及存储

在前期用极化探头测量管道极化电位之后，紧接着采用快速AD采集等模块取代万能表的位置，使其能够独立自主的对电位进行采集，将模拟的电压量转换成数字量，通过GPRS的远程传输方式，将埋地油气管道的阴极保护电位参数采集后发回室内转入计算机中进行存储绘图等功能。数据采集管理软件通过计算机串行口采集仪表测量数据并实时显示、存储，对存储数据进行曲线分析、曲线打印、趋势浏览、报表生成、报表编辑、报表打印、转化生成TXT、EXCEL文件等。可得到数据采集的基本功能。