CN104967108A - 一种油水井套管阴极保护防蚀仪直流供电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种油水井套管阴极保护防蚀仪直流供电系统，包括开关电源模块直流供电系统和RTU模块，开关电源模块直流供电系统并联电连接有电压监控仪表，电压监控仪表电连接RTU模块，RTU模块电连接电流监控仪表，所述开关电源模块用于输出连续调控直流电压；所述电压监控仪表和电流监控仪表用于就地显示直流电压和电流，本发明实现了数字化远程监控做到真正的无人值守，保证了阴极保护系统控制参数的真实性，打雷闪电时不烧毁极保护系统；采用脉宽调制方式进行分流，运行效率高；不需要专门配电房减少了初期投入费用；达到了油水井套管不被腐蚀而长期安全高效运行的目标。
Description
技术领域
本发明涉及防蚀仪直流供电系统，尤其涉及一种油水井套管阴极保护防蚀仪直流供电系统。
背景技术
油水井套管腐蚀产生的原因是实质是在钢铁表面产生原电池作用的电化学腐蚀，钢铁表面各部分其电位是不完全相同的，电位较高的部分形成阴极区，发生的是阴极反应；电位较低的部分形成阳极区，发生的是阳极反应。阳极区发生金属电离后产生的电子转移到阴极区发生阴极反应，离子在电解质溶液中的流动构成了局部腐蚀电池。对于整个井身套管，由于地下各层水质矿化度、酸碱度、微生物等含量的不同，将形成不同的阴极区和阳极区。这样在套管表面的腐蚀将表现为因钢管表面不同而形成的无数微腐蚀电池和套管所处地层不同而形成的宏观腐蚀电池双重作用，套管壁表面铁原子失去电子成为铁离子而发生腐蚀。随着腐蚀电池的进行，套管壁逐渐减薄，甚至穿孔。长庆油田公司每年新增套损井100多口，并且近年来还有加快的趋势。
阴极保护是采用直流电源给被保护金属通以阴极极化电流，使金属表面阴极极化，当极化电位大于或等于腐蚀电池的开路电位时，金属腐蚀电池阴阳二极的电极电位相等或更负，被保护金属停止腐蚀。
为适应油田外部恶劣环境，增加运行可靠性并降低成本，丛式井组阴极保护工艺采取以井组为单元，以套管为重点建立阴极保护系统。丛式井组阴极保护实现这一原理的过程是，直流电源负极与各单井套管连接，直流电源正极与深井接地阳极连接，从而构成保护回路。
阴极保护最重要设备是阴极保护防蚀仪，长庆油田公司历年已建一千二百多个阴极保护单元，每个单元需要1台配电柜、1台硅整流防蚀仪、1台直流分配柜，三个柜体，占地面积大，设备重达600多公斤，需建专门的配电房，搬运费力。硅整流防蚀仪直流供电运行效率低，采用瓷盘电阻器进行分流浪费电能严重，用调压器调电压冒火花不安全，分流柜电流相互牵制难以调整需要的电流。安装井场分布区域广，山高路远，还没有专职人员巡查管理。因各种原因，每年有相当一部分防蚀仪损坏，需要大量维修费。特别是雷雨天，不及时关闭，会造成阴极保护防蚀仪雷击破坏，如果管理跟不上，管理人员长期不知道，结果造成阴极保护防蚀仪不能给油水井套管提供阴极保护电流, 套管得不到保护将发生腐蚀；当阴极保护防蚀仪给套管提供的阴极保护电流过大时, 油水井外防腐层会发生析氢剥离，同时还不能满足现阶段长庆油田数字化建设发展的要求。
发明内容
为了克服现有方法中不能数字化远程监控的问题，本发明提供一种油水井套管阴极保护防蚀仪直流供电系统，本发明结构新颖，并实现了数字化远程监控，做到真正的无人值守，保证了阴极保护系统控制参数的真实性，打雷闪电时不烧毁极保护系统；不需要瓷盘电阻器进行分流，运行效率高；不需要专门配电房，减少了初期投入费用；达到了油水井套管不被腐蚀而长期安全高效运行的目标。
本发明采用的技术方案为：
一种油水井套管阴极保护防蚀仪直流供电系统，包括开关电源模块直流供电系统和RTU模块，开关电源模块直流供电系统并联电连接有电压监控仪表，电压监控仪表电连接RTU模块，RTU模块电连接电流监控仪表，所述开关电源模块用于输出连续调控直流电压；所述电压监控仪表和电流监控仪表用于就地显示直流电压和电流，并通过RS485接口将从电压监控仪表和电流监控仪表采集到的电压、电流数据上传至RTU模块；所述RTU模块接收电压监控仪表和电流监控仪表显示的电压、电流和启停信号数据通过无线发射器传输到监控站内，实现数字化远程监控；
所述开关电源模块直流供电系统包括四个开关电源模块，四个开关电源模块正极连接在一起，通过导线与阳极井连接；在每个开关电源模块的正极端安装有整流二极管模块，在开关电源模块外接可调电阻器RT；设置四个电压表分别测量四个开关电源模块输出的直流电压，与开关电源模块串联设置有分流器RF，分流器RF并联设置有电流表，采用分流器RF配合电流表来测各支路电流。
所述的整流二极管模块型号选为SSKKD70-16：额定电压为1600V,电流为70A。
所述开关电源模块为可调开关电源模块。
所述开关电源模块型号为SZH60—18，输入电压为AC220V±20%，输出最大电压为60V,额定电流为18A。
所述四个开关电源模块正极连接在一起，通过16m2的导线与阳极井连接。
本发明的有益效果为：
1、由于采用开关电源模块供电，调压采用脉宽调制并采用正极连接在一起运行，克服了硅整流防蚀仪直流供电系统运行效率低，浪费电能严重的问题。
2、实现了数字化远程对现场阴极保护防蚀仪直流供电系统的总电流、分支电流、运行工况等重要数据实时监测，打雷闪电时，可远程关闭阴极保护系统，不被烧坏，事后可以远程启动阴极保护系统，真正达到油水井套管不被腐蚀。对阴极保护重要数据采集的真实性，做到真正的无人值守，解决现场管理跟不上大难题有着重要意义，为油田油水井套管阴极保护系统正常化生产提供了可靠的远程监控设备。
3、本发明中，整流二极管模块型号选为SSKKD70-16：额定电压为1600V,电流为70A，这样的设置方式最为安全。
附图说明
下面将结合说明书附图对本发明作进一步的详细说明：
图1是本发明防蚀仪直流供电系统电路图。
图2是本发明工作原理示意图。
具体实施方式
实施例1：
为了克服现有方法中不能数字化远程监控和效率低的问题，本发明提供如图1、图2所示的一种油水井套管阴极保护防蚀仪直流供电系统，本发明结构新颖，并实现了数字化远程监控，做到真正的无人值守，保证了阴极保护系统控制参数的真实性，打雷闪电时不烧毁极保护系统；不需要瓷盘电阻器进行分流，运行效率高；不需要专门配电房，减少了初期投入费用；达到了油水井套管不被腐蚀而长期安全高效运行的目标。
一种油水井套管阴极保护防蚀仪直流供电系统，包括开关电源模块直流供电系统和RTU模块，开关电源模块直流供电系统并联电连接有电压监控仪表，电压监控仪表电连接RTU模块，RTU模块电连接电流监控仪表，所述开关电源模块用于输出连续调控直流电压；所述电压监控仪表和电流监控仪表用于就地显示直流电压和电流，并通过RS485接口将从电压监控仪表和电流监控仪表采集到的电压、电流数据上传至RTU模块；所述RTU模块接收电压监控仪表和电流监控仪表显示的电压、电流和启停信号数据通过无线发射器传输到监控站内，实现数字化远程监控。
所述开关电源模块直流供电系统包括四个开关电源模块，四个开关电源模块正极连接在一起，通过导线与阳极井连接；在每个开关电源模块的正极端安装有整流二极管模块，在开关电源模块外接可调电阻器RT；设置四个电压表分别测量四个开关电源模块输出的直流电压，与开关电源模块串联设置有分流器RF，分流器RF并联设置有电流表，采用分流器RF配合电流表来测各支路电流。
所述的整流二极管模块型号选为SSKKD70-16：额定电压为1600V,电流为70A。
所述开关电源模块为可调式直流开关电源模块。
所述开关电源模块型号为SZH60—18，输入电压为AC220V±20%，输出最大电压为60V,额定电流为18A。
所述四个开关电源模块正极连接在一起，通过16m2的导线与阳极井连接所述的整流二极管模块型号选为SSKKD70-16：额定电压为1600V,电流为70A，这样的设置方式最为安全。
如图1所示，直流供电系统由四个开关电源模块组成的，四个电源正极连接在一起，用一根16m2导线与阳极井连接。为了防止电流因丛式井井下位置不同而造成电流分布不均衡、井间电位不平衡，防止开关电源模块高电压输出的电流倒罐到电压低开关电源模块里而被烧坏，必须在四个开关电源模块的正极端加整流二极管模块，由于整流二极管模块具有隔直导交作用，所以加整流二极管模块，可以防止高电压开关电源模块输出电流倒罐到低电压开关电源模块里而被烧坏。四个整流二极管模块分别加在第一开关电源模块、第二开关电源模块、第三开关电源模块、第四开关电源模块的电源正极输出端，目的是防止高电压开关电源模块高流出电流倒罐到低电压开关电源模块里而被烧坏。
本实施例中第一开关电源模块、第二开关电源模块、第三开关电源模块、第四开关电源模块都是直流开关电源模块。
本实施例中使用的整流二极管模块型号选为SSKKD70-16：额定电压为1600V,电流为70A,但正常只能用到20A，否则长时间烧坏二极管模块。由于开关电源模块输出，额定电流为18A，电压最大为60V，所以选用整流二极管模块SSKKD70-16使用通过18A最安全经济。
所述开关电源模块为可调式直流开关电源模块。
所述开关电源模块型号为SZH60—18，输入电压为AC220V±20%，输出最大电压为60V,额定电流为18A。
由于丛式井井下位置不同而造成电流分布不均衡、井间电位不平衡，所以四个开关电源模块输出电压必须制做成可调式，外接可调电阻器RT，四个可调电阻器RT1、RT2、RT3、RT4根据所需情况调节，使开关电源模块输出电压0～60V,输出最大电流18A；电压表V1、电压表V2、电压表V3、电压表V4分别测量第一开关电源模块、第二开关电源模块、第三开关电源模块、第四开关电源模块输出的直流电压，由于一般的电流表只能测0～5A，要测5A以上的电流，所以只能加分流器RF，四个分流器RF1、RF2、RF3、RF4间接测量直流电流。分流器RF1、RF2、RF3、RF4配合电流表A1、电流表A2、电流表A3、电流表A4用来测各支路电流。
工作原理如下：
本申请用工业级微电脑及电气元件组成的检测控制单元对直流电源模块进行控制，输出连续调控的直流电压，用特制的电压电流监控组合表就地显示出控制直流电压和电流，并通过标准RS485接口将采集数据上传RTU模块，RTU模块再将上传数据和启停信号通过无线方式传输到井场数字化建设好的网络交换机位置，网络交换机位置增加1套无线接收装置，数据通过RJ45接口传输到交换机，然后通过已有网络传输回站内，实现数字化远程监控。
所述的整流二极管模块型号选为SSKKD70-16，额定电压为1600V,电流为70A。
所述监控仪表包括电压监控仪和电流监控仪。
RTU模块英文全称 Remote Terminal Unit，中文全称为远程终端控制系统。RUT具有的特点是：1：通讯距离较长 2：用于各种恶劣的工业现场 2：模块结构化设计，便于扩展。4：在具有遥信、遥测、遥控领域的水利，电力调度，市政调度等行业广泛使用。RTU 产品目前与无线设备，工业TCP/IP产品结合使用，正在发挥越来越大的作用。
实施例2：基于实施例1的基础上，本实施例中所述直流供电系统分为四个支路。
第一分支分路直流供电控制电路：第一开关电源模块，通过外接可调电阻器RT1调节输出0～60V电压,电流最大输出为18A，第一个整流二极管模块负极和第一开关电源模块正极端相连，第一个整流二极管模块正极和负载RL1一端相连，负载RL1另一端和分流器RF1一端相连，分流器RF1另一端和第一开关电源模块负极相连，电压表V1正端接第一开关电源模块正极端，负端接第一开关电源模块负极端，电流表A1正极端和分流器RF1正极端相连，电流表A1负极端和分流器RF1负极相连，接入AC220V后，对现场负载RL1（1Ω～4Ω）提供8A～10A电流。
第二分支分路直流供电控制电路：第二开关电源模块，通过外接可调电阻器RT2调节输出0～60V电压,电流最大输出为18A，第二个整流二极管模块负极和第二开关电源模块正极相连，第二个整流二极管模块正极和负载RL2一端相连，负载RL2另一端和分流器RF2一端相连，分流器RF2另一端和第二开关电源模块负极端相连，电压表V2正端接第二开关电源模块正极端，电压表V2负端接第二开关电源模块负极端，电流表A2正极端和分流器RF2正极端相连，电流表A2负极端和分流器RF2负极相连，接入AC220V后，对现场负载RL2（1Ω～4Ω）提供8A～10A电流。
第三分支分路直流供电控制电路：第三开关电源模块，通过外接可调电阻器RT3调节输出0～60V电压,电流最大输出为18A，第三个整流二极管模块负极和第三开关电源模块正极端相连，第三个整流二极管模块正极和负载RL3一端相连，负载RL3另一端和分流器RF3一端相连，分流器RF3另一端和第三开关电源模块负极端相连，电压表V3正端接第三开关电源模块正极端，负端接第三开关电源模块负极端，电流表A3正极端和分流器RF3正极端相连，电流表A1负极端和分流器RF3负极相连，接入AC220V后，对现场负载RL3（1Ω～4Ω）提供8A～10A电流。
第四分支分路直流供电控制电路：第四开关电源模块，通过外接可调电阻器RT4调节输出0～60V电压,电流最大输出为18A，第四个整流二极管模块负极和第四开关电源模块正极端相连，第四个整流二极管模块正极和负载RL4一端相连，负载RL4另一端和分流器RF4一端相连，分流器RF4另一端和第四开关电源模块负极端相连，电压表V4正端接第四开关电源模块正极端，负端接第四开关电源模块负极端，电流表A4正极端和分流器RF4正极端相连，电流表A4负极端和分流器RF4负极相连，接入AC220V后，对现场负载RL4（1Ω～4Ω）提供8A～10A电流。
通过这四支直流供电控制电路电源正极端连接组成防蚀仪直流供电系统。
开关电源模块主要技术参数:
1、输入电源：AC220V±20%；
2、输出电源电压：DC0～60V；
3、输出额定电流：18A；
4、环境温度使用范围： -20℃～70℃；
5、工作效率：90%；
6、输出保护：短路保护和过载保护；
7、散热方式：自冷加风冷（风机温控，50℃启动）。
8、电位器： 外接式。
本实施例中，电压监控仪表电连接保护油水井管套，这样直流电源给被保护油水井套管金属通以阴极极化电流，使油水井套管金属表面阴极极化，当极化电位大于或等于腐蚀电池的开路电位时，油水井套管金属腐蚀电池阴阳二极的电极电位相等或更负，被保护金属停止腐蚀。
Claims (5)
1.一种油水井套管阴极保护防蚀仪直流供电系统，其特征在于：包括开关电源模块直流供电系统和RTU模块，开关电源模块直流供电系统并联电连接有电压监控仪表，电压监控仪表电连接RTU模块，RTU模块电连接电流监控仪表，所述开关电源模块用于输出连续调控直流电压；所述电压监控仪表和电流监控仪表用于就地显示直流电压和电流，并通过RS485接口将从电压监控仪表和电流监控仪表采集到的电压、电流数据上传至RTU模块；所述RTU模块接收电压监控仪表和电流监控仪表显示的电压、电流和启停信号数据通过无线发射器传输到监控站内，实现数字化远程监控；
所述开关电源模块直流供电系统包括四个开关电源模块，四个开关电源模块正极连接在一起，通过导线与阳极井连接；在每个开关电源模块的正极端安装有整流二极管模块，在开关电源模块外接可调电阻器RT；设置四个电压表分别测量四个开关电源模块输出的直流电压，与开关电源模块串联设置有分流器RF，分流器RF并联设置有电流表，采用分流器RF配合电流表来测各支路电流。
2.根据权利要求1所述的一种油水井套管阴极保护防蚀仪直流供电系统，其特征在于：所述的整流二极管模块型号选为SSKKD70-16：额定电压为1600V,电流为70A。
3. 根据权利要求1所述的一种油水井套管阴极保护防蚀仪直流供电系统，其特征在于：所述开关电源模块为可调式直流开关电源模块。
4.根据权利要求1所述的一种油水井套管阴极保护防蚀仪直流供电系统，其特征在于：所述开关电源模块型号为SZH60—18，输入电压为AC220V±20%，输出最大电压为60V,额定电流为18A。
5.根据权利要求1所述的一种油水井套管阴极保护防蚀仪直流供电系统，其特征在于：所述四个开关电源模块正极连接在一起，通过16m2导线与阳极井连接。
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