城市燃气管道阴极保护电位远程监测技术的应用研究

摘 要

摘要：本文介绍了阴极保护电位远程监测技术在深圳市次高压天然气管线上的应用情况。该技术通过极化测试探头与无线远程监测终端结合，有效的监测管道极化电位，可实现实时、连续、
摘要：本文介绍了阴极保护电位远程监测技术在深圳市次高压天然气管线上的应用情况。该技术通过极化测试探头与无线远程监测终端结合，有效的监测管道极化电位，可实现实时、连续、远程监测管道阴极保护电位的真实状态，实现对管线阴极保护的科学管理。
关键词：燃气管道；阴极保护；远程监测
1 前言
    腐蚀是材料与环境相互作用而导致的失效[1]。根据工业发达国家的调查统计，每年因腐蚀造成的经济损失约占国民生产总值的2%～4%[2]。阴极保护与涂层的联合应用是国际上公认的埋地钢质管道防蚀技术。根据现行国家标准[3]，管地界面极化电位是判断阴极保护有效性的现行标准。然而由于现场条件的限制以及极化电位本身较难准确读取等原因，在管道运行部门的日常管理中，通常是以管地通电电位来进行判断阴极保护效果。通电电位值包含了极化电位和回路中的IR降，并不能真实的反映管地界面极化电位[4]，因而也无法准确的评价管道阴极保护的有效性。因此，准确便捷的测量和记录极化电位对于保证阴极保护技术的有效实施具有非常重要的意义。
    为了更好地优化城市燃气管道腐蚀控制的管理，根据GBT 21246—2007《埋地钢质管道阴极保护参数测量方法》的相关要求，深圳市燃气集团股份公司率先采用某型号的阴极保护电位远程监测系统，在地铁、高压电塔等杂散电流干扰严重的区域，对次高压天然气管道阴极保护极化电位变化进行了测试和研究，并对采集的数据进行了校核，本文主要从阴极保护电位远程监测系统的功能特点、应用效果等方面进行介绍和分析，为城市燃气管道阴极保护电位监测技术的发展提供工程技术经验。
2 阴极保护电位远程监测系统
    埋地钢质管道采用阴极保护后，因电流在土壤介质中的IR降及杂散电流的影响使得真实极化电位很难准确测量[5]。近年来，一种新兴的阴极保护电位远程监测技术发展受到人们的关注。该技术采用极化测试探头代替传统的参比电极，极化测试探头能够同时测量管道的自然腐蚀电位、通电电位、断电电位，在测量中能够使测量通道上的IR降减至极小(工程上可以忽略不计)且不受杂散干扰电流的影响，所以测量得到的断电电位可以近似为极化电位。
2.1 系统的构成
    阴极保护电位远程监测系统是集成了阴保检测技术、智能仪表技术、无线通信技术和计算机网络技术等多学科领域的数据监测系统。包括极化测试探头、远程检测终端、GPRS网络基站和主站服务器四部分。系统可以完成通道电位、自然腐蚀电位、极化电位(断电电位)的自动检测及预处理、无线数据传输和服务器数据管理等功能。系统拓扑结构如图1所示：
 

2.2 系统功能特点
    (1) 自动完成自然腐蚀电位、通电电位和断电电位的检测、存储和处理，检测量程为-5V～+5V(可以扩展量程)，精度大于±5mV；
    (2) 按指令定时检测数据，并通过GPRS无线网络将数据发送到主站服务器，检测周期可设置为“月、周、日、时、分”；
    (3) 控制中心的服务器可以统一接收和存储监测数据，实现电位超标报警功能；
    (4) 通过局域网内安装的客户端软件进行数据查询和管理，对比不同时间的电位周期变化；
    (5) 由控制中心对远程监测终端的运行参数进行管理，可设置参数包括终端描述符、检测周期、断电间隔等参数；
    (6) 采用电池供电，实现5年连续不间断工作，远程监测终端具有自动休眠和定时唤醒的节能功能；
    (7) 抗干扰能力强，可以应用在杂散电流干扰严重的区域。
3 工程应用
    深圳市次高压天然气管道全长150公里，采用规格15公斤镁合金牺牲阳极的阴极保护方法，管道与地铁、高压电塔和交流电气化铁路平行或交叉的路段较多，受到交直流杂散电流干扰较为突出，现选取某段管道应用阴极保护电位远程监测系统进行测试和研究，情况如下：
3.1 系统设备安装
    安装地点选在阴极保护测试桩附近，该测试桩位于公路旁边，距电气化铁路200米，距高压电塔50米，距地铁2500米，是一处受杂散电流干扰较为典型的管段。首先将极化测试探头、远传检测终端(注意安装电池)预埋在管道的正上方，埋深约为1.5米，远传检测终端的天线引至测试桩顶部，便于数据无线传输，数据监控软件安装在公司的调度中心，安装结构如图2所示。
 

3.2 阴极保护电位远程连续24小时监测
    为了全面掌握杂散电流干扰和电位变化波动情况，利用阴极保护电位远传监测系统对该次高压管道进行24小时连续监测，时间选取为：10：30至第二天的10：30，测试内容为：管道的自然电位、通电电位、断电电位，数据采集时间间隔为5秒，土壤环境为干燥，阴极保护系统运行正常。测试数据图如图3所示。
 

3.3 测试结果分析
    (1) 自然电位在-0.6V，由于自然电位的试片不与管道电连接，因此其不受管道中流入流出杂散电流的干扰，电位稳定，没有波动，符合阴极保护理论。
    (2) 通电电位变化幅度在-3V～O.2V之间变化，波动范围较大，电位波动高于断电电位变化幅度，这是由于通电电位中包含杂散电流造成的IR降的影响，变化幅度从理论上要大于断电电位。比较通电电位、断电电位及自然腐蚀电位可见，在干扰严重时间段，断电电位不达标，根据SYT0017—2006《埋地钢质管道直流排流保护技术标准》的相关要求，需要排流处理。
    (3) 通过图表不同时间段的数据分析可以看到，远程监测系统可以实时、连续的监测一天24小时之内的自然电位、通电电位和断电电位的变化情况，对管道安全稳定运行提供了科学的管理依据。
    (4) 通过连续监测可以看出，远程监测终端能够定时收集电位数据，在10：30至23：35及在6：30至10：30，管道通电电位和断电电位均有较大的波动，其中通电电位的波动幅度明显大于断电电位，而在23：35至次日6：30时间段内，监测得到的管道通电电位及断电电位数据稳定，通电电位负于断电电位，二者存在20mV左右的电压差。对照该测试点附近地铁的运行时间表可见，每天地铁的运行时间为从早上6：30至晚上23：30，从晚上23：30至次日6：30，处于停运时间，基本说明地铁运行对管道造成了的杂散电流干扰。
    (5) 采用阴极保护电位远程监测技术不仅可以全天候的实时监测管道电位，有效的客服了IR降对电位造成的干扰，准确的测量出管道断电电位，排除了杂散电流造成的影响，便于管理者做出正确的判断干扰源的位置和来源，具有非常好的应用价值。
4 结论
    采用远传监测技术结合极化测试探头测试方法能够自动采集管道阴极保护的通电电位、极化电位和自然腐蚀电位，数据准确、真实、可靠，不受天气和时间的影响。对沿线管段的极化电位进行不间断测量，通过系统终端将阴保数据传输到专职部门的服务器，管理方可以准确便捷的掌控全线阴极保护系统运行状况，及时采取措施消除保护不达标的“死角”。对阴极保护数据进行科学的分析整理，从而对管道的阴保状况进行全面了解和掌控。这对提高阴极保护水平，减少管道腐蚀，延长管道使用寿命有着积极意义，有效降低管道发生腐蚀失效事故的几率，提高管道的安全运行水平，将带来巨大的经济效益和社会效益。
参考文献：
[1] Peabody，A W管线腐蚀控制[M].吴建华等译.北京：化学工业出版社.2004：1
[2] 胡士信.阴极保护工程手册[M].北京：化学工业出版社(北京).1998：1.
[3] 胡十信，张本革，石薇等GB/T21448—2008埋地钢质管道阴极保护技术规范[S].北京.中国标准出版社.2008
[4] 张平，秦兴述，黄春蓉等GB/T21246—2007埋地钢质管道阴极保护参数测量方法[S].北京.中国标准出版社.2008
 
(本文作者：安成名 深圳市燃气集团股份有限公司 广东深圳 518040)