一種陰極保護現場在線監測與評價的方法
2023-10-31 09:46:12 1
一種陰極保護現場在線監測與評價的方法
【專利摘要】一種陰極保護現場在線監測與評價的方法，為高危石油天然氣輸送站場埋地管道等設施陰極保護系統的狀態進行監測和效果評價，步驟：一，採用埋地飽和硫酸銅參比電極和現場埋地管道作為陰極保護電位監測器；二，採用數據電纜將監測器的陰極保護信號傳輸到站外的接收器；三，陰極保護電位信號通過AD轉換、通訊器與計算機進行數據傳輸；四、軟體系統實時在線監測陰極保護的電位值和電流值；五、設定有效的陰極保護電位範圍；六、實時判斷監測陰極保護電位的有效性，並給出評價結果；七，評價結果異常時進行預警，針對常見問題給出處理方案。通用性好；自動化程度高；監測精度高；預警及時。
【專利說明】一種陰極保護現場在線監測與評價的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於腐蝕與防護【技術領域】，具體涉及一種適合高危天然氣輸送站場陰極保護現場在線監測與評價的方法。
【背景技術】
[0002]在石油、天然氣儲運中，所用的設備，如管道大多數埋設在地面以下，遭受土壤介質的腐蝕；儲存石油儲罐的罐底也和土壤介質接觸，受土壤介質的腐蝕。鋼質管道和儲罐在土壤環境中的腐蝕非常嚴重，一旦因腐蝕產生穿孔，導致洩漏事故，會產生巨大的經濟損失，需要停輸對設備進行檢修和維修，輸送介質的洩露對環境也造成了嚴重地汙染。例如，2013年國內發生的中石化青島「 11.12」輸油管爆炸事故，造成62人遇難、136人受傷，直接經濟損失7.5億元，事故的起因為輸油管道與排水渠交匯處管道腐蝕變薄而破裂。為了防止輸送或儲存石油、天然氣金屬設備的腐蝕所引起的洩漏事故，許多企業採取定期更換設備；不少單位開展了金屬設備的腐蝕研究試驗，採取了一定的防護措施。
[0003]目前，對管道、儲罐這些埋地的金屬設備採用高分子材料塗覆層和陰極保護的聯合防護措施。塗覆層以隔斷金屬設備與土壤介質的接觸，減少裸露金屬表面的面積，降低陰極保護的總電流；陰極保護對這些埋地金屬設備施加相對地(土壤介質)更負的電位，使金屬設備處於不發生腐蝕的電位範圍，這種保護可保護塗覆層不可避免存在的針孔、長期使用老化引起的開裂、各種機械損傷產生的裸露金屬表面。由於塗覆層與這些埋地設備的建設同步，以後的檢測和維修困難，所以聯合防護措施的關鍵是保證陰極保護的有效性。
[0004]要保證陰極保護的有效性，必須保證:(I)陰極保護設備不間斷地運行；(2)被保護管道各點的電位時刻處在有效的保護電位範圍內。要做到這2點，需要對典型部位的保護電位進行檢測並進行評 價，及時發現問題，及時解決。
[0005]目前陰極保護電位的檢測採用人工的定期檢測，合適的檢測周期為I個月。檢測周期過長，難以保證陰極保護的有效性，檢測時間過短，檢測費用劇增，不經濟。對於天然氣輸送站場這樣高危險地方，頻繁的人工檢測對站場帶來一定的不安全因素，不能滿足對然氣輸送站場特殊的安全要求。
[0006]隨著時間的延長，埋地管道的塗層吸水、老化和破損都會影響陰極保護電位，引起陰極保護電位的下降，使得部分埋地管道等設施會保護不足。同時，也可能引起不同埋地管道間的幹擾，影響陰極保護系統的有效性。由於天然氣輸送站場的空間狹小，管道和閥門的維修、擴改建工程的施工均會對現有的陰極保護系統的保護電位產生一定的影響，均需要對埋地管道的保護電位及時地進行檢測，發現陰極保護不足或過保護的情況，而人工的檢測是難以及時發現這些問題。
[0007]人工檢測結果的評價往往是由經驗來確定，不太準確，難以反映陰極保護的具體情況。檢測人員的更換，往往對檢測結果的評價帶來困難，對陰極保護的歷史結果更難評價。
[0008]為了解決高危天然氣輸送站場埋地管道陰極保護狀態人工檢測的不足，不及時、不安全、難評價，本發明具體涉及一種陰極保護現場在線監測與評價的方法，為高危石油天然氣輸送站場陰極保護系統的狀態進行監測和效果評價，以保證陰極保護系統的有效性和天然氣輸送站場的安全。
【發明內容】
[0009]本發明的目的在於提供一種陰極保護現場在線監測與評價的方法，作為高危天然氣輸送站場埋地管道等設施陰極保護狀態、典型監測點陰極保護電位的監測與評價手段，實時在線監測這些數據並與給定的有效陰極保護電位範圍進行對比，並進行評價和給出評價結果，及時發現陰極保護系統存在的問題和發送預警信息，保證陰極保護系統有效運行，從而有效地抑制管道材料在土壤環境中的陽極氧化反應，防止或減緩埋地管道等的土壤腐蝕，防止腐蝕引發的洩露等事故，也達到延長管道等在腐蝕性環境中使用壽命的目的。自動化程度高，節省管理成本；監測精度高，評價結果準確；預警及時，保證陰極保護的有效性。
[0010]為了實現上述目的，本發明採用的技術方案為:一種陰極保護現場在線監測與評價的方法，包括以下步驟:
第一、將埋地飽和硫酸銅參比電極和現場埋地管道作為陰極保護電位監測器，二者組成一個雙電極系統，當給管道施加陰極保護時，管道裸露表面在土壤環境中雙電層的電位朝負方向移動，該電位的測量是相對埋地飽和硫酸銅參比電極；
第二、將監測器上的陰極保護電位信號傳輸到站外的接收器，在接收器的輸出端輸出陰極保護電位的模擬值，所輸出的陰極保護電位與電化學規定相差一個負號，即輸出為正值，每個監測點的陰極保護電位為共地輸出信號；
第三、監測器的輸出陰極保護電位信號與AD轉換器輸入端連接，AD轉換器輸出端於數據通訊器的輸入端連接，數據通訊器的輸出端通過9針串口引線連接到計算機COM串行數據通訊埠，以供計算機軟體系統定時採集現場的陰極保護電位信號；
第四、用陰極保護電位監測軟體系統實時在線監測陰極保護的電位信號，運行監測軟體MCPL05，程序運行流程為:1)設置陰極保護數據監測的定時器，按24小時採集1000次計算，定時器的間隔為1.44分鐘；2)定時器發出數據採集指令，通過計算機COM串行數據通訊埠和數據通訊器傳送到AD轉換器，AD轉換器將監測器的輸出陰極保護電位信號轉換為數字量；3)數字量通過數據通訊器和計算機COM串行數據通訊埠送入計算機進行數據採集，得到的二進位數據流；4)將採集到的二進位數據轉換為十進位數據；5)十進位數據以數據和曲線的方式通過計算機屏幕顯示，每天進行一次數據保存，完成一次數據採集、數據處理和結果評價後，再發送指令，進行第二次數據採集，如此循環，連續數據採集設定為10年；
第五、設定陰極保護的有效電位範圍，包括確定陰極保護的有效電位範圍和向監測軟體輸入陰極保護的有效電位範圍，應用瞬斷電位法確定埋地管道監測點陰極保護的有效電位範圍，方法為:調整陰極保護恆電位儀的陰極保護電位值稍高於正常的值如1300mV，極化10小時保證陰極保護系統處於穩定狀態，在監測軟體MCPL05上打開瞬斷電位測量子程序開始測試，測試軟體記 錄陰極保護電位隨時間的變化，5~10分鐘後關閉陰極保護恆電位儀，在斷電點監測的陰極保護電位值突然下降後緩慢隨時間衰減，等待12~24小時後，陰極保護的效應完全消失，此時測量的管道電位值為埋地管道的自腐蝕電位值Vam，曲線上斷電前的陰極保護電位為Vp，斷電後陰極保護電位突然降低到V。，差值(vp-v。)稱為管道-土壤界面的IR降V(IR)= Vp-Vc, IR降因不起陰極保護作用需要去除，必須在確定陰極保護的有效電位範圍時考慮，則確定的陰極保護有效電位範圍的下限值為V(IR)+ VCOEE+100mV,上限值V (IR)+ νωκκ+200πιν，得到有效電位範圍後，將該有效電位保存在計算機硬碟上，監測軟體啟動時會自動讀入該有效電位範圍作為陰極保護效果評價的準則，監測軟體每進行一次數據採集和處理後，會將陰極保護電位的監測值與該效電位範圍值進行對比，判斷陰極保護的有效性。
[0011]第六、實時判斷監測陰極保護的有效性，給出評價結果，具體做法是:將採集到的陰極保護電位值與該有效電位範圍進行對比，如果監測的陰極保護電位在該有效電位範圍內，則判定評價結果為有效保護；如果監測的陰極保護電位處於有效電位範圍上限+50mV範圍內，則評價結果為過保護；如果監測的陰極保護電位處於有效電位範圍下限_50mV範圍內，則評價結果為欠保護；如果監測的陰極保護電位低於有效電位範圍下限_50mV，則評價結果為欠保護 需要調整；如果監測的陰極保護電位高於有效電位範圍上限+50mV，則評價結果為過保護需要調整，實時評價的結果以文字方式在計算機屏幕上顯示；
第七，評價結果異常時進行預警，針對常見問題給出處理方案，如果評價結果為欠保護需要調整或過保護需要調整，則監測軟體自動發出預警信息，預警的方法有2種:一是將預警信息通過電子郵件發送到管理人員郵箱；二是將預警信息通過與計算機連接的簡訊貓以手機簡訊的方式通知管理人員。
[0012]本發明的有益效果是:
由於本發明採用了以上方法對高危天然氣輸送站場埋地管道等設施的陰極保護電位及陰極保護狀態進行現場在線監測，能實時監測埋地管道陰極保護的電位值及陰極保護的電流值，並對監測值進行評價，直觀通過計算機屏幕顯示監測數據和評價結果，當陰極保護系統的評價結果出現異常時通過電子郵件和手機簡訊進行預警，達到對現場埋地管道陰極保護實行精細管理的目的，由於監測、評價與預警是靠軟體自動完成，節省了人力，提高評價的精度，能及時實現預警，保證了現場陰極保護系統的有效運行，阻滯了埋地管道的土壤腐蝕，防止了腐蝕引起洩露事故的發生，保證了高危天然氣站場的安全生產。
[0013]本發明具有便於實現，效果顯著，便於推廣，具有較大的工程潛力等優點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1為本發明的系統框圖。
[0015]圖2為本發明的數據採集流程圖。
[0016]圖3為本發明的瞬斷電位測試曲線示意圖，其中圖3 Ca)為瞬斷電位測試曲線斷電點曲線圖；圖3 (b)為瞬斷電位測試軟體截圖。
[0017]圖4為實施例一中恆電位儀輸出電流隨監測時間的變化曲線。
[0018]圖5為實施例一中典型監測點陰極保護電位值隨監測時間的變化曲線。
[0019]圖6為實施例二中典型恆電位儀輸出電流隨監測時間的變化曲線。
[0020]圖7為實施例二中典型監測點陰極保護電位值隨監測時間的變化曲線。
【具體實施方式】[0021]下面結合實施例對本發明作進一步詳細說明。
[0022]實施例一
陝京管線二線末站採育分輸站，位於北京市大興區採育鎮，站內天然氣輸送區面積大約有1200 m2,埋地管道21條，管徑在Φ33.7 πιπmΦ1016 mm範圍，應用了本發明的一種陰極保護現場在線監測與評價的方法。
[0023]參照圖1，一種陰極保護現場在線監測與評價的方法，包括有如下步驟:
第一，根據採育站埋地管道的分布和陰極接線點的位置，選擇11個監測點，在每個監測點開挖1.2m深的參比電極坑，在距離管道表面約0.4m處放置長效飽和硫酸銅電極I支，在管道上焊接一根監測導線，參比電極引線和監測導線組成陰極保護電位監測器，將每個監測點監測器的2根引線與RVVP2X0.5電纜連接，引出到站外辦公區的陰極保護間；
第二，將每個監測點的電纜連接到站外辦公區陰極保護間的陰極保護電位接收器輸入端，在接收器的輸出端輸出陰極保護電位的模擬值，所輸出的陰極保護電位與電化學規定相差一個負號，即輸出為正值，每個監測點的陰極保護電位為共地輸出信號；
第三，將陰極保護電位接收器的輸出端與12位AD轉換器(AD轉換器型號為HT-TX301)連接，將陰極保護電位的模擬值轉換為數字量，AD轉換器的數據線與數據通訊器(數據通訊器型號為YD7688)連接，數據通訊器採用標準9針數據線連接到計算機的COMl串行接口 ；第四，由陰極保護電位監測軟體系統，按設定每監測點每天監測1000個數據的要求，每隔1.44分鐘實時監測這些陰極保護數據，運行監測軟體MCPL05，參照圖2，程序運行流程為:1)設置一個時間間隔為1.44分鐘定時器，即每1.44分鐘進行一次陰極保護電位信號的採集；2)定時器發出數據採 集指令，通過計算機COM串行數據通訊埠和數據通訊器傳送到AD轉換器，AD轉換器將監測器的輸出陰極保護電位信號轉換為數字量；3)AD轉換器轉換的數字量再通過數據通訊器和計算機COM串行數據通訊埠送入計算機進行數據採集，得到的二進位數據流；4)將採集到的二進位數據轉換為十進位數據，即陰極保護的電位值；5)十進位數據以數據和曲線的方式在計算機屏幕顯示，並進行評價，評價結果以文字方式在計算機屏幕顯示，完成一次數據採集、數據處理和結果評價後，再發送指令，進行第二次數據採集，如此循環連續進行監測和評價，每天進行一次數據保存，將監測的陰極保護電位、電流值、評價結果和對應的監測時刻以數據文件的方式保存在計算機硬碟上，連續數據採集設定為10年；
第五，應用瞬斷電位法確定埋地管道監測點陰極保護的有效電位範圍，方法為:調整陰極保護恆電位儀的陰極保護電位為1300mV，極化10小時後，運行瞬斷電位測量子程序開始測試並記錄陰極保護電位隨時間的變化(參見圖3)，5^10分鐘後關閉陰極保護恆電位儀，在斷電點監測的陰極保護電位值突然下降後緩慢隨時間衰減，等待12~24小時後，瞬斷電位曲線上讀取自腐蝕電位值V。.、IR降V(IR)= Vp-Vc,由V(IR)+ VCOEE+100mV計算陰極保護有效電位範圍的下限，由V(IR)+ VCOEE+200mV計算陰極保護有效電位範圍的上限，將該有效電位範圍的下限和上限值通過監測軟體MCPL05以數據文件的方式保存在計算機硬碟上，考慮管道表面狀態的變化，一年進行一次陰極保護有效電位範圍測試，監測軟體啟動時會自動讀入該有效電位範圍作為陰極保護效果評價的準則，監測軟體每進行一次數據採集和處理後，會將陰極保護電位的監測值與該效電位範圍值進行對比，判斷陰極保護的有效性。
[0024]表1為採育站11個站內陰極保護監測點對應的有效電位範圍的下限和上限值；
【權利要求】
1.一種陰極保護現場在線監測與評價的方法，其特徵在於，包括以下步驟: 第一、將埋地飽和硫酸銅參比電極和現場埋地管道作為陰極保護電位監測器，二者組成一個雙電極系統，當給管道施加陰極保護時，管道裸露表面在土壤環境中雙電層的電位朝負方向移動，該電位的測量是相對埋地飽和硫酸銅參比電極； 第二、將監測器上的陰極保護電位信號傳輸到站外的接收器，在接收器的輸出端輸出陰極保護電位的模擬值，所輸出的陰極保護電位與電化學規定相差一個負號，即輸出為正值，每個監測點的陰極保護電位為共地輸出信號； 第三、監測器的輸出陰極保護電位信號與AD轉換器輸入端連接，AD轉換器輸出端於數據通訊器的輸入端連接，數據通訊器的輸出端通過9針串口引線連接到計算機COM串行數據通訊埠，以供計算機軟體系統定時採集現場的陰極保護電位信號； 第四、用陰極保護電位監測軟體系統實時在線監測陰極保護的電位信號，運行監測軟體MCPL05，程序運行流程為:1)設置陰極保護數據監測的定時器，按24小時採集1000次計算，定時器的間隔為1.44分鐘；2)定時器發出數據採集指令，通過計算機COM串行數據通訊埠和數據通訊器傳送到AD轉換器，AD轉換器將監測器的輸出陰極保護電位信號轉換為數字量；3)數字量通過數據通訊器和計算機COM串行數據通訊埠送入計算機進行數據採集，得到的二進位數據流；4)將採集到的二進位數據轉換為十進位數據；5)十進位數據以數據和曲線的方式通過計算機屏幕顯示，每天進行一次數據保存，完成一次數據採集、數據處理和結果評價後，再發送指令，進行第二次數據採集，如此循環，連續數據採集設定為10年； 第五、設定陰極保護的有效電位範圍，包括確定陰極保護的有效電位範圍和向監測軟體輸入陰極保護的有效電位範圍，應用瞬斷電位法確定埋地管道監測點陰極保護的有效電位範圍，方法為:調整陰極保護恆電位儀的陰極保護電位值稍高於正常的值如1300mV，極化10小時保證陰極保護系統處於穩定狀態，在監測軟體MCPL05上打開瞬斷電位測量子程序開始測試，測試軟體記`錄陰極保護電位隨時間的變化，5~10分鐘後關閉陰極保護恆電位儀，在斷電點監測的陰極保護電位值突然下降後緩慢隨時間衰減，等待12~24小時後，陰極保護的效應完全消失，此時測量的管道電位值為埋地管道的自腐蝕電位值Vam，曲線上突降低電位(Vp-Ve)稱為管道-土壤界面的IR降V (IR)= Vp-Vc, IR降因不起陰極保護作用需要去除，必須在確定陰極保護的有效電位範圍時考慮，則確定的陰極保護有效電位範圍的下限值為V(IR)+ Vcoee+IOOmV,上限值V(IR)+ νωκκ+200πιν，得到有效電位範圍後，將該有效電位保存在計算機硬碟上，監測軟體啟動時會自動讀入該有效電位範圍作為陰極保護效果評價的準則，監測軟體每進行一次數據採集和處理後，會將陰極保護電位的監測值與該效電位範圍值進行對比，判斷陰極保護的有效性； 第六、實時判斷監測陰極保護的有效性，給出評價結果，具體做法是:將採集到的陰極保護電位值與該有效電位範圍進行對比，如果監測的陰極保護電位在該有效電位範圍內，則判定評價結果為有效保護；如果監測的陰極保護電位處於有效電位範圍上限+50mV範圍內，則評價結果為過保護；如果監測的陰極保護電位處於有效電位範圍下限_50mV範圍內，則評價結果為欠保護；如果監測的陰極保護電位低於有效電位範圍下限_50mV，則評價結果為欠保護需要調整；如果監測的陰極保護電位高於有效電位範圍上限+50mV，則評價結果為過保護需要調整，實時評價的結果以文字方式在計算機屏幕上顯示；第七，評價結果異常時進行預警，針對常見問題給出處理方案，如果評價結果為欠保護需要調整或過保護需要調整，則監測軟體自動發出預警信息，預警的方法有2種:一是將預警信息通過電子郵件發送到管理人員郵箱；二是將預警信息通過與計算機連接的簡訊貓以手機簡訊的方式通知 管 理人員。
【文檔編號】C23F13/22GK103866330SQ201410089663
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年3月12日 優先權日:2014年3月12日
【發明者】王榮, 雒設計, 許天旱, 葛愛天, 劉權, 董邵華 申請人:西安石油大學