城市燃氣管道陰極保護電位遠程監測技術的應用研究

摘 要

摘要：本文介紹了陰極保護電位遠程監測技術在深圳市次高壓天然氣管線上的應用情況。該技術通過極化測試探頭與無線遠程監測終端結合，有效的監測管道極化電位，可實現實時、連續、
摘要：本文介紹了陰極保護電位遠程監測技術在深圳市次高壓天然氣管線上的應用情況。該技術通過極化測試探頭與無線遠程監測終端結合，有效的監測管道極化電位，可實現實時、連續、遠程監測管道陰極保護電位的真實狀態，實現對管線陰極保護的科學管理。
關鍵詞：燃氣管道；陰極保護；遠程監測
1 前言
    腐蝕是材料與環境相互作用而導致的失效[1]。根據工業發達國家的調查統計，每年因腐蝕造成的經濟損失約占國民生產總值的2%～4%[2]。陰極保護與涂層的聯合應用是國際上公認的埋地鋼質管道防蝕技術。根據現行國家標準[3]，管地界面極化電位是判斷陰極保護有效性的現行標準。然而由于現場條件的限制以及極化電位本身較難準確讀取等原因，在管道運行部門的日常管理中，通常是以管地通電電位來進行判斷陰極保護效果。通電電位值包含了極化電位和回路中的IR降，并不能真實的反映管地界面極化電位[4]，因而也無法準確的評價管道陰極保護的有效性。因此，準確便捷的測量和記錄極化電位對于保證陰極保護技術的有效實施具有非常重要的意義。
    為了更好地優化城市燃氣管道腐蝕控制的管理，根據GBT 21246—2007《埋地鋼質管道陰極保護參數測量方法》的相關要求，深圳市燃氣集團股份公司率先采用某型號的陰極保護電位遠程監測系統，在地鐵、高壓電塔等雜散電流干擾嚴重的區域，對次高壓天然氣管道陰極保護極化電位變化進行了測試和研究，并對采集的數據進行了校核，本文主要從陰極保護電位遠程監測系統的功能特點、應用效果等方面進行介紹和分析，為城市燃氣管道陰極保護電位監測技術的發展提供工程技術經驗。
2 陰極保護電位遠程監測系統
    埋地鋼質管道采用陰極保護后，因電流在土壤介質中的IR降及雜散電流的影響使得真實極化電位很難準確測量[5]。近年來，一種新興的陰極保護電位遠程監測技術發展受到人們的關注。該技術采用極化測試探頭代替傳統的參比電極，極化測試探頭能夠同時測量管道的自然腐蝕電位、通電電位、斷電電位，在測量中能夠使測量通道上的IR降減至極小(工程上可以忽略不計)且不受雜散干擾電流的影響，所以測量得到的斷電電位可以近似為極化電位。
2.1 系統的構成
    陰極保護電位遠程監測系統是集成了陰保檢測技術、智能儀表技術、無線通信技術和計算機網絡技術等多學科領域的數據監測系統。包括極化測試探頭、遠程檢測終端、GPRS網絡基站和主站服務器四部分。系統可以完成通道電位、自然腐蝕電位、極化電位(斷電電位)的自動檢測及預處理、無線數據傳輸和服務器數據管理等功能。系統拓撲結構如圖1所示：
 

2.2 系統功能特點
    (1) 自動完成自然腐蝕電位、通電電位和斷電電位的檢測、存儲和處理，檢測量程為-5V～+5V(可以擴展量程)，精度大于±5mV；
    (2) 按指令定時檢測數據，并通過GPRS無線網絡將數據發送到主站服務器，檢測周期可設置為“月、周、日、時、分”；
    (3) 控制中心的服務器可以統一接收和存儲監測數據，實現電位超標報警功能；
    (4) 通過局域網內安裝的客戶端軟件進行數據查詢和管理，對比不同時間的電位周期變化；
    (5) 由控制中心對遠程監測終端的運行參數進行管理，可設置參數包括終端描述符、檢測周期、斷電間隔等參數；
    (6) 采用電池供電，實現5年連續不間斷工作，遠程監測終端具有自動休眠和定時喚醒的節能功能；
    (7) 抗干擾能力強，可以應用在雜散電流干擾嚴重的區域。
3 工程應用
    深圳市次高壓天然氣管道全長150公里，采用規格15公斤鎂合金犧牲陽極的陰極保護方法，管道與地鐵、高壓電塔和交流電氣化鐵路平行或交叉的路段較多，受到交直流雜散電流干擾較為突出，現選取某段管道應用陰極保護電位遠程監測系統進行測試和研究，情況如下：
3.1 系統設備安裝
    安裝地點選在陰極保護測試樁附近，該測試樁位于公路旁邊，距電氣化鐵路200米，距高壓電塔50米，距地鐵2500米，是一處受雜散電流干擾較為典型的管段。首先將極化測試探頭、遠傳檢測終端(注意安裝電池)預埋在管道的正上方，埋深約為1.5米，遠傳檢測終端的天線引至測試樁頂部，便于數據無線傳輸，數據監控軟件安裝在公司的調度中心，安裝結構如圖2所示。
 

3.2 陰極保護電位遠程連續24小時監測
    為了全面掌握雜散電流干擾和電位變化波動情況，利用陰極保護電位遠傳監測系統對該次高壓管道進行24小時連續監測，時間選取為：10：30至第二天的10：30，測試內容為：管道的自然電位、通電電位、斷電電位，數據采集時間間隔為5秒，土壤環境為干燥，陰極保護系統運行正常。測試數據圖如圖3所示。
 

3.3 測試結果分析
    (1) 自然電位在-0.6V，由于自然電位的試片不與管道電連接，因此其不受管道中流入流出雜散電流的干擾，電位穩定，沒有波動，符合陰極保護理論。
    (2) 通電電位變化幅度在-3V～O.2V之間變化，波動范圍較大，電位波動高于斷電電位變化幅度，這是由于通電電位中包含雜散電流造成的IR降的影響，變化幅度從理論上要大于斷電電位。比較通電電位、斷電電位及自然腐蝕電位可見，在干擾嚴重時間段，斷電電位不達標，根據SYT0017—2006《埋地鋼質管道直流排流保護技術標準》的相關要求，需要排流處理。
    (3) 通過圖表不同時間段的數據分析可以看到，遠程監測系統可以實時、連續的監測一天24小時之內的自然電位、通電電位和斷電電位的變化情況，對管道安全穩定運行提供了科學的管理依據。
    (4) 通過連續監測可以看出，遠程監測終端能夠定時收集電位數據，在10：30至23：35及在6：30至10：30，管道通電電位和斷電電位均有較大的波動，其中通電電位的波動幅度明顯大于斷電電位，而在23：35至次日6：30時間段內，監測得到的管道通電電位及斷電電位數據穩定，通電電位負于斷電電位，二者存在20mV左右的電壓差。對照該測試點附近地鐵的運行時間表可見，每天地鐵的運行時間為從早上6：30至晚上23：30，從晚上23：30至次日6：30，處于停運時間，基本說明地鐵運行對管道造成了的雜散電流干擾。
    (5) 采用陰極保護電位遠程監測技術不僅可以全天候的實時監測管道電位，有效的客服了IR降對電位造成的干擾，準確的測量出管道斷電電位，排除了雜散電流造成的影響，便于管理者做出正確的判斷干擾源的位置和來源，具有非常好的應用價值。
4 結論
    采用遠傳監測技術結合極化測試探頭測試方法能夠自動采集管道陰極保護的通電電位、極化電位和自然腐蝕電位，數據準確、真實、可靠，不受天氣和時間的影響。對沿線管段的極化電位進行不間斷測量，通過系統終端將陰保數據傳輸到專職部門的服務器，管理方可以準確便捷的掌控全線陰極保護系統運行狀況，及時采取措施消除保護不達標的“死角”。對陰極保護數據進行科學的分析整理，從而對管道的陰保狀況進行全面了解和掌控。這對提高陰極保護水平，減少管道腐蝕，延長管道使用壽命有著積極意義，有效降低管道發生腐蝕失效事故的幾率，提高管道的安全運行水平，將帶來巨大的經濟效益和社會效益。
參考文獻：
[1] Peabody，A W管線腐蝕控制[M].吳建華等譯.北京：化學工業出版社.2004：1
[2] 胡士信.陰極保護工程手冊[M].北京：化學工業出版社(北京).1998：1.
[3] 胡十信，張本革，石薇等GB/T21448—2008埋地鋼質管道陰極保護技術規范[S].北京.中國標準出版社.2008
[4] 張平，秦興述，黃春蓉等GB/T21246—2007埋地鋼質管道陰極保護參數測量方法[S].北京.中國標準出版社.2008
 
(本文作者：安成名 深圳市燃氣集團股份有限公司 廣東深圳 518040)