阴极保护智能远程监控系统应用与发展

阴极保护智能远程监控系统应用与发展

周冰1,夏晓晖2,李凯3,董训长4,张旋2,曾路3,张北4

1 中国石油集团工程技术研究有限公司，天津，300451

2 中国石油天然气股份有限公司塔里木油田分公司泽普油气开发部，库尔勒，841000

3 中国石油天然气股份有限公司塔里木油田分公司哈得油气开发部，库尔勒，841000

4中国石油天然气股份有限公司塔里木油田分公司东河油气开发部，库尔勒，841000

摘要：本文详细介绍了阴极保护智能远程监控系统，并重点阐述了其发展现状和应用中存在的问题及发展趋势。该系统可以实现传统阴极保护系统的智能化升级改造，对阴极保护参数的实时在线监测、恒电位仪的远程调控以及阴极保护系统的故障报警及诊断。

关键词：阴极保护智能远程监控系统、远传远控、在线监测

1 前言

目前，阴极保护被广泛应用于油气田、长输管道、城市燃气、炼化等领域，其后期的运行维护以及测试需要投入大量的人力、物力。然而，传统的人工检测问题较多，如数据缺失，电位测试不准确，断电电位难以测试，无法实时监测，成本高等[1]。此外，随着智慧化油田、智能管网的发展，对阴极保护智能化提出了新的要求，实现阴极保护系统的智能化、数字化，有利于提高阴保实时检监测水平及数据采集的准确性，降低运维成本，提高管理水平，保障国家能源安全。

阴极保护智能远程监控系统（图1所示）主要由云端阴极保护数据管理系统、智能恒电位仪、智能测试桩和阳极系统组成，以地理信息系统（GIS）为管理平台，以MySQL数据库作为系统统一的数据库，以公共无线数据通讯（GPRS）和其他有线通讯相结合的方式为数据传输手段，基于云端的阴极保护数据管理具备远程数据采集、传输、接收、显示、处理、控制、数据分析、故障分析与处理等功能，实现阴极保护数据管理的网络化、智能化，实现低成本遥测和遥控，实现对管道等被保护体保护状况的在线检测，同时可以通过远程监控方式随时监视并调整恒电位仪的工作状态，配合阴极保护在线监控专家系统进行辅助分析。

图1 阴极保护智能远程监控系统示意图

2 发展现状

阴极保护智能远程监控系统通过GIS系统集成，数据采集分析，形成最终的集成结果。基于智能化管线统一GIS平台，支持各种设备设施在地图的显示和查询，能够显示数据采集设备的实时数据，包括时间、测量参数（恒电位仪的电压、电流、电位等，采集仪的通电电位、断电电位、自然电位、电压等）数据，自动报警状态显示。主要包括硬件和软件两部分。

2.1 硬件系统

阴极保护智能远程监控系统硬件部分主要是指智能采集模块（智能恒电位仪和智能测试桩），可以实现恒电位仪运行参数、测试桩处的通断电电位、自然电位、杂散电流情况、牺牲阳极状态等阴保参数的采集和远传。

阴极保护智能采集仪研究开始于20世纪90年代，最初的采集仪仅具备数据采集和存储功能，并不能实现无线传输功能[2]。21世纪初期，国内高校和各大研究院开始着力于智能采集仪的研制工作，开发的设备以单片机作为数据采集模块的控制核心，以通用分组无线服务技术（GPRS）作为传输模式，具备了基本的测试和传输功能 [3-4]。然而，数据的高频采集和传输导致了高能耗，因此前期的研制工作主要集中在降耗方面[5-6]。

目前，国内已实现了恒电位仪和测试桩的全面智能化升级[7-8]，可以实现测试桩处阴极保护参数以及恒电位仪运行状态的实时在线监测，并对恒电位仪运行参数进行远程调控。

2.2 软件系统

阴极保护智能远程监控系统软件部分以地理信息系统（GIS）为管理平台，以MySQL数据库作为系统统一的数据库，以公共无线数据通讯（GPRS）和其他有线通讯相结合的方式为数据传输手段，基于云端的阴极保护数据管理具备远程数据采集、传输、接收、显示、处理、控制、数据分析、故障分析与处理等功能，实现阴极保护数据管理的网络化、智能化，实现低成本遥测和遥控。主要包括四个模块：

（1）数据采集模块。实时自动对多处测试桩电位及多台恒电位仪电位进行采集，数据采集间隔可设置，报警信息可即时显示及查询。

（2）信息查询模块。可对查询数据按时间或区域进行查询，并统一生成相关报表，可保存为Execl格式进行打印。

（3）统计分析模块。对采集传输的数据进行统计分析整理，专家系统可以对数据进行分析，实现对故障特征、故障原因及处置方法的管理。

（4）远程控制模块。一是报警设置；二是恒电位仪的远程开关、模式切换及工作参数的远程设置。

4 存在问题及发展方向

4.1 存在问题

阴极保护智能远程监控系统在广泛推广应用的过程中，也出现了诸多问题，主要有两个方面：（1）系统可靠性差；（2）监测数据应用范围小。

可靠性问题主要集中在三部分：采集模块、供电模块和传输模块。采集模块是利用采集仪配合极化探头（长效参比电极+试片）来实现数据采集，受土壤温度、湿度、电阻率、PH值等环境影响较大，尤其是长效参比电极失效问题严重限制了阴极保护智能远程监控系统在干燥地区的使用。目前，主流供电模块理论工作时间可达8～10年，实际寿命仅有3-5年，在新疆等高温低温交替、昼夜温差大等苛刻的环境下，寿命更短。传输模块主要是网络信号质量、外界干扰等影响数据传输质量，造成的数据传输不及时、数据丢失、数据安全性问题。

监测数据主要包括测试桩通断电电位、自然电位、杂散电流情况、牺牲阳极状态等阴保参数和输出电压、输出电流、参比电位等恒电位仪运行参数。目前，阴极保护智能远程监控系统软件均可以实现对阴保参数的评估，但仅限于评价阴极保护电位达不达标以及恒电位仪是否正常运行。

4.2 发展方向

阴极保护智能远程监控系统存在的问题严重影响了其推广应用，其未来发展发现主要有一下几个方面：

（1）提升产品的标准化、规范化：国内阴极保护智能远程监控系统生产厂家众多，硬件和软件系统种类繁多，不同产品和系统之间兼容性差，给实际使用过程中造成麻烦。缺乏统一的行业标准进行规范管理。

（2）提高产品的稳定性：加强新材料研发，提升极化探头（长效参比电极+试片）的环境适应性；提升产品降耗能力，引进太阳能、风能等可持续续航电源，提升产品高低温等恶劣环境的稳定运行能力；着力解决无信号区域的信息传输问题，采用北斗、跳传等新传输技术保障通讯稳定。

（3）解决热点问题，助力智慧油田建设：开发交直流干扰监测评估预警技术、磁定位技术、土壤监测技术等，全面获取管道运行工况参数，结合管道本体、检测、环境等因素，综合评估管道风险，加强对高风险区的风险管控；推进系统嵌入智慧油田大数据库和云端，为智慧油田提供数据支持。

5 结论

（1）阴极保护智能远程监控系统的发展和应用实现了对阴极保护系统的智能化实时监测和管理，解决了传统人工运维的诸多弊端，提高了运维效率和管理水平，为油气田管道的智能化发展奠定了基础。

（2）阴极保护智能远程监控系统的可靠性和数据应用问题需进一步提高，行业的标准规范亟需制定，不断扩展功能模块，扩宽应用领域，助力智慧化油田建设。

参考文献

[1]吴锦强，赵康，李振军等. 阴极保护电位智能采集仪应用现状与展望[J]. 管道保护, 2020, 5.

[2]赵孝理. 埋地管道阴极保护参数的遥测[J].油气储运, 1993, 12(5): 29-33.292.

[3]张辉，尹明，张斌. 基于 GPRS 的阴极保护电位遥测系统设计[J].齐齐哈尔大学学报（自然科学版），2010，26（6）：1-4.

[4]沙宝良.埋地管道的防腐参数采集传输与防腐性能评价[D].大庆：东北石油大学，2013：48-52.

[5]张丽燕，林伟国，赵宗举. 超低功耗阴极保护电位无线遥测系统设计[J].电子测量与仪器学报，2008，22（4）：115-118.

[6]杨军强.长输油气管道阴极保护无线监控系统研制[D].西安：西安石油大学，2014：12-20.

[7]关维国，秦志猛，任国臣，鲁宝春.基于 GPRS 的输油管道阴极保护远程监测系统设计[J].计算机测量与控制，2015，23（8）：2736-2738，2752.

[8]平朝春. 石油管线阴极防腐保护控制及数据远传[D].青岛：中国石油大学，2009：31-35.