CN103985243A - 用于埋地金属管道的阴极保护电位监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于埋地金属管道的阴极保护电位监测系统，包括监控中心和若干个数据采集终端，若干个数据采集终端分布于被测管道不同的测量位置，用于对被测管道上不同位置的电位进行测量，监控中心用于接收各个数据采集终端反馈的检测数据，并将检测数据存入数据库，用于实时数据显示和历史数据回调，同时再辅以监控中心的数据分析功能，实现信号的预测报警和管道的异常点定位等功能。采用本系统对埋地金属管道的阴极保护电位进行远程监测，相比人工定期巡检，更能够满足管道阴极保护参数实时检测的需要，同时还能够大幅提高检测效率，节省人工成本。

Description

用于埋地金属管道的阴极保护电位监测系统

技术领域

本发明涉及一种用于监测埋地金属管道防腐性能的监测设备，特别是涉及一种用于埋地金属管道的阴极保护电位监测系统。

 

背景技术

随着石油工业的发展，采用埋地金属管道进行燃气输送已成为国内天然气输送的一种重要方式，为了最大限度延长管道的使用寿命，保障管道的安全运营，必须提高管道的阴极保护效率，完善阴极保护措施，而对阴极保护状况的监测和对获取的数据进行准确分析至关重要。截止目前，国内大多数管线阴极保护数据的采集都是依靠人工巡线方法，依据国家标准《埋地钢质管道阴极保护技术规范》GB/T21448-2008的相关规定：强制电流系统的阴极保护每一个月至三个月进行一次常规功能检测，工作人员依次经过管道的各个测试 桩定期录取，采集阴极保护数据的方法仍未得到提高，难以满足管道阴极保护实时检测的需要，针对外加电流和牺牲阳极保护下的输气管线，研制一套能够对管道各个位置的电位进行远程监测并且具有实时数据显示、历史数据回调、分析预警和管道异常点定位等功能的在线监测系统是管线正常生产作业、消除安全隐患的重要保证。

 

发明内容

本发明的目的在于克服人工定期巡检效率低，不能满足管道阴极保护实时检测的需要，而提供一种用于埋地金属管道的阴极保护电位监测系统，该系统通过若干个数据采集终端对管道上不同位置的电位进行远程监测，并定期将检测数据传回监控中心，监控中心将数据存入数据库，用于实时数据显示、历史数据回调、分析预警和管道异常点定位。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：一种用于埋地金属管道的阴极保护电位监测系统，包括若干个用于对管道上不同位置的电位进行测量的数据采集终端以及用于接收各个数据采集终端反馈的检测数据的监控中心，所述数据采集终端包括极化探头、测试桩和电池组，所述测试桩的底部设置有数据采集器，所述数据采集器包括空心壳体以及封装在空心壳体内的数据采集电路，所述电池组用于为数据采集电路供电；所述数据采集电路包括电位采集电路、信号调理电路、单片机、RS-232接口芯片、GPRS模块和光耦继电器，所述电位采集电路的输入端有两个接线柱，所述极化探头内的极化试片和参比电极通过导线分别与两个接线柱连接，并且与极化试片对应的接线柱通过导线连接在管道的被测位置上，电位采集电路用于采集管道上被测位置的电位，并将采集得到电位值传送到信号调理电路；所述信号调理电路包括一级反向比例器和二级正向比例器，电位采集电路将采集的电位值经过一级反向比例器由负信号转换成正信号，再经过二级正向比例器放大调整后传送到单片机集成的A/D转换器进行A/D转换；单片机将经过运算处理后的电位值传送到RS-232接口芯片，RS-232接口芯片内置有监控中心的IP地址和监测点的编号，RS-232接口芯片将收到的电位值、监控中心的IP地址和监测点的编号打包后传送到GPRS模块，单片机通过光耦继电器控制GPRS模块的定时通断电，GPRS模块根据监控中心的IP地址定时将对应监测点的电位值传回监控中心，监控中心对接收到的数据按照内部设定程序进行分析、处理。

进一步，所述测试桩为玻璃钢材质的空心柱状体，测试桩的底部具有沿外壁向四周延伸而形成的矩形连接板，连接板上具有若干个螺栓孔；所述空心壳体上设置有若干个竖直向上延伸的螺杆，螺杆穿过各自对应的螺栓孔后通过螺母锁紧，使连接板和空心壳体连接起来。

进一步，所述测试桩上设置有可通过钥匙打开或关闭的测试门，所述测试门内设置有接线板，所述电位采集电路的两个接线柱通过导线连接在接线板上。

进一步，所述测试桩的顶部设置有天线，GPRS模块的引出线经接线板与天线连接。

本发明的有益效果在于：

本系统通过若干个数据采集终端对管道上不同位置的电位进行远程监测，并定期将检测数据传回监控中心，监控中心将数据存入数据库，用于实时数据显示和历史数据回调，同时再辅以监控中心的数据分析功能，实现信号的预测报警和管道的异常点定位等功能。相比人工定期巡检，本系统能够满足管道阴极保护参数实时检测的需要，同时还能够大幅提高检测效率，节省人工成本。

 

附图说明    

图1为本发明用于埋地金属管道的阴极保护电位监测系统的整体原理框图；

图2为本发明数据采集终端的结构图；

图3为本发明数据采集电路的原理框图；

图4为本发明信号调理电路的电路图。

 

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

图1是用于埋地金属管道的阴极保护电位监测系统的整体原理框图。本系统包括监控中心和若干个数据采集终端，若干个数据采集终端分布于被测管道3不同的测量位置，用于对被测管道3上不同位置的电位进行测量，监控中心用于接收各个数据采集终端反馈的检测数据，并将检测数据存入数据库，用于实时数据显示和历史数据回调，同时再辅以监控中心的数据分析功能，实现信号的预测报警和管道的异常点定位等功能。

图2是数据采集终端的结构图，图3是数据采集电路的原理图，图4是信号调理电路的电路图。数据采集终端包括极化探头2、测试桩1和电池组（图中未画出），测试桩1的底部设置有数据采集器4，数据采集器4包括采用不锈钢材质制成的空心壳体以及封装在空心壳体内的数据采集电路，数据采集电路包括电位采集电路、信号调理电路、单片机、RS-232接口芯片、GPRS模块和光耦继电器，电位采集电路的输入端有两个接线柱，极化探头2内的极化试片和参比电极通过导线5分别与两个接线柱连接，并且与极化试片对应的接线柱通过导线焊接在管道的被测位置上，此时极化试片受到与被测管道3同样程度的极化，测量时断开极化试片与被测管道的连接，切断极化试片的阴极保护电流，立即进行电位测量，得到极化试片的断电电位，此种测量方法称为极化探头法，由于采用极化探头来进行管道电位的测量属于本领域技术人员的公知常识，故在本文中不再进行赘述。

电位采集电路将采集得到的电位值传送到信号调理电路，在本实施例中，信号调理电路包括由运放LM358构成的一级反向比例器和二级正向比例器，电位采集电路将采集的电位值经过一级反向比例器由负信号转换成正信号，再经过二级正向比例器放大调整后传送到单片机集成的A/D转换器进行A/D转换；由于长输输气管道沿边没有交流电源，只能采用太阳能电池或高能电池工作，因此采集终端的功耗必须很低；此外，阴极保护的电位一般在-0.85V-1.50V之间，微小的电位变化反映的可能是比较大的防腐层脱落或其它变化，因此必须精确采样保护电位值，本实施例的单片机可采用MSP430，它不仅功耗低，而且内部集成了8路12位A/D，能够实现12位精度的模数转换，同时它还具有高速和通用的特点，可以选择P6.0-P6.7中的任意一个端口作为信号的输入，进行A/D转换。

单片机将经过运算处理后的电位值传送到RS-232接口芯片，根据各个监测点的不同，RS-232接口芯片内置有监控中心的IP地址和监测点的编号，RS-232接口芯片将收到的电位值、监控中心的IP地址和监测点的编号打包后传送到GPRS模块，GPRS模块根据监控中心的IP地址定时将各个监测点的电位值和编号传回监控中心。考虑到GPRS工作时功耗较大，因此设计了GPRS电源控制电路，采用光耦继电器AQV101，由单片机实现GPRS电源的打开和关闭；另外本实施例的RS-232接口芯片采用MAX3221，MAX3221作为单片机与GPRS之间的串行接口，空闲时，将MAX3221的16/FORCEON接低，进入关闭模式，收发器被关闭而且停止供电，从而进一步降低功耗。

用GPRS进行数据传输常用GPRS MODEM和GPRS DTU两种方式，GPRS MODEM是由GPRS部分和外围电路组成的调制解调器，可借助PC机的软硬件进行数据的接收和发送；GPRS DTU是指内部集成了通信协议可直接进行数据传输的单元，内部有嵌入式处理器，可方便进行数据传输，比较适合工业应用，因此本实施例选用GPRS DTU模块。

阴极保护参数远程监测的难点在于电路功耗的控制，长输管道一般处于野外环境，没有电源保障，要实现阴极保护参数的自动采集可采用太阳能电池作为电源，也可采用长效大功能电池组作为电源，而采用太阳能电源，设备和安装成本较高，维护非常困难，而且难以保障设备的完好；采用长效大功率电池组，成本较低，且安装方便，不易遭到破坏，因此本实施例采用长效大功能电池组，经测试，采用30安时高能铅酸电池，可以维持系统工作50000小时以上，即五年以上。

作为优选，测试桩1为玻璃钢材质的空心圆柱体，测试桩的底部具有沿外壁向四周延伸而形成的矩形连接板，连接板的四个角上具有螺栓孔，数据采集器4的空心壳体上设置有四个竖直向上延伸的螺杆，螺杆穿过各自对应的螺栓孔后通过螺母锁紧，使连接板和空心壳体连接起来。安装时，可首先按照要求进行接线，接线完成后，将数据采集器4连接在测试桩1的底部，最后再将极化探头2、电池组和测试桩1的下半部分埋在管道被测位置附近的土壤中。

作为优选，测试桩1上设置有可通过钥匙打开或关闭的测试门6，测试门6内设置有接线板，电位采集电路的两个接线柱通过导线连接在接线板上，采用此种设计可以人工通过电位表对管道被测位置的电位进行测量。

作为优选，测试桩1的顶部设置有天线7，GPRS模块的引出线经接线板与天线7连接，采用天线收发信号更有利于监控中心接收各个监测点传回的监测数据。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，尽管申请人参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种用于埋地金属管道的阴极保护电位监测系统，其特征在于，包括若干个用于对管道上不同位置的电位进行测量的数据采集终端以及用于接收各个数据采集终端反馈的检测数据的监控中心，所述数据采集终端包括极化探头、测试桩和电池组，所述测试桩的底部设置有数据采集器，所述数据采集器包括空心壳体以及封装在空心壳体内的数据采集电路，所述电池组用于为数据采集电路供电；所述数据采集电路包括电位采集电路、信号调理电路、单片机、RS-232接口芯片、GPRS模块和光耦继电器，所述电位采集电路的输入端有两个接线柱，所述极化探头内的极化试片和参比电极通过导线分别与两个接线柱连接，并且与极化试片对应的接线柱通过导线连接在管道的被测位置上，电位采集电路用于采集管道上被测位置的电位，并将采集得到电位值传送到信号调理电路；所述信号调理电路包括一级反向比例器和二级正向比例器，电位采集电路将采集的电位值经过一级反向比例器由负信号转换成正信号，再经过二级正向比例器放大调整后传送到单片机集成的A/D转换器进行A/D转换；单片机将经过运算处理后的电位值传送到RS-232接口芯片，RS-232接口芯片内置有监控中心的IP地址和监测点的编号，RS-232接口芯片将收到的电位值、监控中心的IP地址和监测点的编号打包后传送到GPRS模块，单片机通过光耦继电器控制GPRS模块的定时通断电，GPRS模块根据监控中心的IP地址定时将对应监测点的电位值传回监控中心，监控中心对接收到的数据按照内部设定程序进行分析、处理。

2.根据权利要求1所述的用于埋地金属管道的阴极保护电位监测系统，其特征在于，所述测试桩为玻璃钢材质的空心柱状体，测试桩的底部具有沿外壁向四周延伸而形成的矩形连接板，连接板上具有若干个螺栓孔；所述空心壳体上设置有若干个竖直向上延伸的螺杆，螺杆穿过各自对应的螺栓孔后通过螺母锁紧，使连接板和空心壳体连接起来。

3.根据权利要求2所述的用于埋地金属管道的阴极保护电位监测系统，其特征在于，所述测试桩上设置有可通过钥匙打开或关闭的测试门，所述测试门内设置有接线板，所述电位采集电路的两个接线柱通过导线连接在接线板上。

4.根据权利要求3所述的用于埋地金属管道的阴极保护电位监测系统，其特征在于，所述测试桩的顶部设置有天线，所述GPRS模块的引出线经接线板与天线连接。