关于长庆气田阴极保护智能桩报警率过高的几点思考.pdf

石油工程建设工程管理D0I:10.3969/j.issn.1001-2206.2023.05.016关于长庆气田阴极保护智能桩报警率过高的几点思考毛丽，黄志，刘曼，孙银娟，高耘长庆工程设计有限公司，陕西西安7 1 0 0 1 8摘要：阴极保护智能测试桩是基于物联网信息技术的新兴产物，在长庆气田得到大量推广和应用。该技术在有效提升阴极保护系统智能化管理水平以及减少管道维护管理人力、物力的同时，运行中也发现存在一些问题，比如过高的报警率等。针对长庆气田智能测试桩报警率过高问题，探讨了通电电位控制法的影响，高含氧量和高土壤电阻率的影响，试片断电电位读取时刻的影响，测试试片材质、面积、埋设位置、埋设环境的影响，以及自然电位的误差等，并进行了论证。关键词：智能测试桩；试片断电法；欠保护报警Reflections on high alarm rate of cathodic protection intelligent pile in ChangqingGas FieldMAO Li,HUANG Zhi,LIU Man,SUN Yinjuan,GAO YunChangqing Engineering Design Co.,Ltd.,Xian 710018,ChinaAbstract:The cathodic protection intelligent test pile is a new product emerging from the Internet of Things technology,and has beenwidely popularized and applied in the Changqing Gas Field.This technology improves the intelligent management of cathodic protectionsystems and dramatically reduces the manpower and material resources of pipeline maintenance management.However,some problemsarise during the operation,such as high alarm rates.Thus,taking the high alarm rate of intelligent test pile in the Changqing gas field asthe topic,this paper discusses the effects of the electric potential control method,high oxygen content and soil resistivity,and readingtime of test segmental electric outage potential.Meanwhile,it analyzes and verifies the influence of the material,area,and burial locationand environment of the test segment,and natural potential errors.Keywords:intelligent test pile;test segmental electric outage method;underprotection alarm1智能桩应用存在的问题2022年1 0 月，长庆气田智能阴极保护系统平台（见图1）上线试运行，各采气单位已将5 49 套智能阴保测试桩有关数据接人平台。目前管道保护电位正常的智能桩为31 4个，整体正常率仅5 7%，异常智能桩2 35 个，其中欠保护2 2 0 个，过保护8个，掉线7 个，整体不合格率达到43%，欠保护率高达40%，见表1。目前报警频繁，报警率超高，导致平台整体使用率较低。2智能桩报警率过高的影响因素在使用中发现，智能测试桩不仅报警率过高，而且测得的自然电位普遍在-0.8 2 -0.7 5 V之间，严重偏离实际自然电位，针对智能桩目前存在的问题，经过初步调查和研究，对以下影响因素进行了分析 1-6 。2.1通电电位控制法的影响判断管道阴极保护是否保护充分，依据的是管道的断电电位。通常采用恒电位仪同步中断法，其测量过程中，需要同时中断与所测管道相关的所有有关电源。长庆气田管网纵横，为节省投资和管理费用，站外管道通过跨接方式形成区域阴保的模式，区域内阴极保护的相互关联性导致牵一发而动全身，根本无法做到同步中断所有恒电位仪，因此采用断电电位控制成为不可能，实际管理中普遍采用通电电位-1.1 5 -0.8 5 V控制法，除去IR（I 为电流、R为电阻）降后，极大可能导致欠保护，造成智能桩报警 7 。第49 卷第5 期87工程管理石油工程建设长庆气田管道智能阴极保护桩云管理平台公司、厂阴极保护总貌展示大屏实时监视保护状态CIS地图分布测试桩监视测试桩调参恒电位仪监视测试桩采集服务程序表1 长庆气田智能测试桩使用统计异常二级单位正常欠保护过保护掉线第一采气厂138第二采气厂36第三采气厂42第四采气厂39第五采气厂24第六采气厂35汇总314占比/%57.22.2高含氧量和高土壤电阻率的影响影响腐蚀有两个重要因素，即土壤电阻率以及氧的扩散和渗透。土壤电阻率是表征土壤导电性的指标，常用作判断土壤腐蚀性的标准。对于长庆气田所辖的靖边气田及苏里格气田，经现场测试表明，靖边气田土壤电阻率多数集中在1 0 0 2 0 0 Q，苏里格气田则集中在2 0 0 5 0 0。氧作为一种去极化剂，含氧量越高，管道表面越难以极化，极化电位越正。长庆气田所处区域大多为砂质土壤，透气性强，含氧量高，极化困难。同时，由于土质疏松，管道与土壤的有效接触面积变小，流入管道表面的电流减少，保护电流密度变大，恒电位仪输出电流偏高，IR降中的I必然变大。因此长庆气田在I和R双高的情况下，IR降问题格外突出，比如苏里格气田桃2-4站IR降甚至高达0.5 V左右。而长庆气田统一将最高保护电位控制在-1.1 5 V，除去如此高的IR降后，OFF断电电位很难到达阴极保护判断标准（-0.8 5 V），因报警管理测试桩报警恒电位仪报警RbbitMQ消息服务组件图1 长庆气田管道智能阴极保护管理平台此造成智能测试桩欠保护报警。2.3订试片断电电位读取时刻的影响总套数获得准确的断电电位，对于评价管道的阴极保护是否满足规范要求至关重要。断电电位的确601290533150394240220840.11.5历史查询测试桩历史恒电位仪历史通讯报文历史远程调参历史019916609805406766575491.3统计分析测试桩趋势分析管道保护趋势分析恒电位参数趋势恒电位仪档案配置站场档案配置MySq数据库恒电位采集服务服务程序定，与电位采集频率、测试仪表、测试人员的经验等息息相关，对于一条达标的阴极保护管道，采用不同的仪表或由不同人员进行测量，甚至可以得出完全相反的结论。GB/T214482017埋地钢质管道阴极保护技术规范中断电电位定义为“为测试无IR降电位，在回路电流中断短时间延迟后瞬间所测的电位”。那么到底哪个瞬间才对应真正的断电电位，目前防腐界对断电电位的定义、测量方法、读取频率并无统一的定义和方法。NACETM0497:2022埋地或水下金属管道系统阴极保护准则的测量技术规定断电电位测量时间以0.5 3s为宜。GB/T212462020埋地钢质管道阴极保护参数测量方法规定“应使用脉冲示波器或高速记录仪进行测量，核实影响大小和持续时间”“读取平缓的断电电位，同时应避免过度去极化”。李自力8 等认为采用试片断电法测量埋地管道的断电电位时，断电电位应在5 0 100ms之间读取，国内其他研究人员也建议将试片断电后5 0 ms或1 0 0 ms作为断电电位的读取时刻。目前智能测试桩不确定是否采用高速数据记录仪，也几乎不会有人去核实影响大小和持续时间，其OFF断电电位的读取时刻一般统一设置为30 0 ms，这极有可能过度去极化，造成智能桩读取的OFF断电电位比实际OFF断电电位偏正，从而造成智基础配置管道档案配置测试桩档案配置系统管理组织部门管理用户权限管理角解权限管理882023年1 0 月工程管理毛丽等：关于长庆气田阴极保护智能桩报警率过高的几点思考能桩因欠保护而报警。2.4测试试片的影响智能桩采用裸露的钢试片模拟管道防腐层破损点，通过测试桩引线与管道相连。其电位代表的是在相同土壤环境下，管道上与试片面积相同的防腐层破损点处的管道电位。如果试片的断电电位能够满足阴极保护准则要求，那么管道上小于试片面积的防腐层漏点也能得到有效保护 9 。但实际应用中，智能桩试片断电法的使用和极化电位的测试还存在很多不确定的影响因素，例如试片材质、形状、规格及埋设环境等 1 0 。1）试片材质的影响。电极电位是指金属离子进入电解质溶液后，在金属表面形成双电层时的电极特性。电极电位和金属的本性和介质特性有关，每一种金属都有自己的电极电位。长庆气田管道根据工艺需要，多选用L245N、L 2 45 NS、L360等不同材质的管道，而目前气田安装的智能测试桩，基本上统一选用了A3材质的试片，且打磨光滑，不管是材质元素含量、金相组织还是表面粗糙度等，只与实际管道相近而不完全相同，必然造成电极电位产生一定差异，其具体影响程度还有待进一步试验研究。2）试片面积的影响。试片面积将影响试片表面的电流密度。试片面积越大，表面电流密度越小，试片极化程度越低，极化电位越正。SY/T00292012埋地钢质检查片应用技术规范规定：“单个阴极保护电位检查片裸露面积尺寸应与调查区域中可能产生的防腐层最大缺陷接近，裸露面积宜为6.5 1 0 0 cm，三层PE防腐层管道宜取下限，对裸露和防腐层较差的管道宜取上限”。实际上，管道防腐层最大漏点的面积很难确定；而且采用大面积试片进行评价也过于保守，经济上不可行。因此，在实际应用中，试片大小的选择应考虑管道防腐层实际漏点面积大小，选取试验段开展防腐层破损点面积评价，统计不同面积防腐层漏点所占比率，选择占比最大的破损点面积作为适合管道测试试片的面积。针对环氧粉末和3LPE防腐管道，可以选择不同面积的试片。3）形状对试片极化电位的影响。由于边缘效应，试片周围的电流密度较中心位置更大，极化电位会更负。数据采集器和参比电极无法采集到试片各个点的电位，只能采集到整个试片的混合电位。现场试验表明，在相同环境条件下，30cm试片比6.5 cm试片电极电位可以偏正0.2 V左右，因此试片的形状和采集位置也可能造成测试电位的一定偏差。4）埋设位置的影响。试片埋设深度不同造成土壤含氧量及土壤疏松程度差异而导致电极电位不同，埋深较深的试片较埋深较浅的试片的极化电位应偏负，但差别不会太大；当试片与管道或试片与试片之间距离过近时，因阳极和阴极电压场的影响，也可能使测试数据偏正或偏负。3结束语长庆油田近年来逐步实施智能测试桩评价埋地管道阴极保护的有效性，目前在智能桩应用中还存在一些问题，后期需结合气田自然条件、工况，进一步开展科学研究，以期使存在的问题得到根本解决。参考文献1黄永昌.电化学保护技术及其应用第一讲电化学保护的理论基础 J.腐蚀与防护，2 0 0 0，2 1（3）：1 40-1 42.2唐勇，丁帅.长输油气管道阴极保护电位智能监测技术 J.天然气工业，2 0 2 2，42（5）：46.3】和宏伟，门程，白冬军，等，智能阴极保护采集监控系统的应用与发展 J.天然气与石油，2 0 1 4，32（5)：8 0-8 3.4陈江波.输油管道阴极保护监测传输系统及其应用 J.油气储运，2 0 1 5，34（5）：5 33-5 34.5杨彬，李孝莹.智能阴保监控系统的工程应用实例 J.全面腐蚀控制，2 0 1 7，31（1 0）：1 8-2 0.6赵君，刘春亮，徐华天，等试片断电电位测量方法及影响因素 J.油气储运，2 0 2 0，39（4)：441-445.7魏朕飞，胡上茂，姜志鹏，等，考虑广域地形条件的油气管道阴极保护电位分布特性研究 J.电镀与涂饰，2 0 2 3，42（1 0）：9-17.8李自力，崔涂，尚兴彬，等，长输管线阴极保护电位分布的数值模拟 J.腐蚀与防护，2 0 1 3，34（6）：46 8-47 0.9高宝元，高诗惠。输油管线阴极保护远程监控系统研究与应用J.石油化工自动化，2 0 2 1，5 7（3：8 4-8 6.10郝宏娜，李自力，王太源，等阴极保护数值模拟计算边界条件的确定 J.油气储运，2 0 1 1，30（7）：5 0 4-5 0 7.作者简介：毛丽（1 9 6 8 一），女，四川广安人，高级工程师，1 9 9 0 年毕业于兰州大学分析化学专业，现主要从事防腐保温方面的工作。Email:收日期：2 0 2 3-0 7-2 0第49 卷第5 期89