CN110512215B - 一种分布式易拆卸管道阴极保护及监控系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种分布式易拆卸管道阴极保护及监控系统。所述系统包括太阳能发电与储能单元、恒电位输出单元、参比电极、辅助阳极地床、数据传输单元、上位机、测试桩；太阳能发电与储能单元给恒电位输出单元供电；恒电位输出单元的阴极经测试桩连接管道，阳极连接辅助阳极地床，恒电位输出单元的测量口连接参比电极，获得保护电位，恒电位输出单元通过与数据传输单元相连，实现与上位机的信息传输。本发明能够实时将恒电位数据远传至固定IP的数据监控中心，监控中心将每个被保护站点的数据记录并保存。所述系统采用分布式易拆卸阴极保护系统，可以解决管线部分区段保护缺失问题，能有效保护管线距离1km‑3km，弥补了大型阴极保护站的不足，且成本较低。

Description

一种分布式易拆卸管道阴极保护及监控系统
技术领域
本发明涉及一种基于太阳能供电的管道阴极保护系统，尤其是采用恒电位保护管线阴极并实时监控管线腐蚀情况的管理系统。
背景技术
目前，输油输气的管线阴极保护装置及其管理系统往往采用固定式站房管理，具有输出功率大、保护距离长的特点。但是单站投资成本较高，不仅需要大型设备，还需要配套的土建房建。在实际应用中存在部分区域阴极保护效果不好的问题，站房式的阴极保护站没有办法解决，目前一般在保护效果不佳的管线附近埋设活性镁棒等金属棒的方式延缓腐蚀，但是成本高且效果不理想，比如无法判断何时需要更换活性金属棒，如果不及时更换会导致管线加速腐蚀。
发明内容
为了克服现有的高成本固定式站房管理、管线阴极保护效果不佳以及无法判断其被腐蚀情况等问题，本发明提供一种分布式易拆卸管道阴极保护及监控系统，便携式、低成本、小型化、易安装，在没有市电的情况下采用太阳能供电，而且能够实时监控管线腐蚀速率。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种分布式易拆卸管道阴极保护及监控系统，包括太阳能发电与储能单元、恒电位输出单元、参比电极、辅助阳极地床、数据传输单元、上位机、测试桩；
太阳能发电与储能单元给恒电位输出单元供电；
恒电位输出单元的阴极经测试桩连接管道，阳极连接辅助阳极地床，
恒电位输出单元的测量口连接参比电极，获得保护电位，
恒电位输出单元通过与数据传输单元相连，实现与上位机的信息传输。
所述的太阳能发电与储能单元包括太阳能电池板、充放电控制器和蓄电池，充放电控制器分别连接太阳能电池板和蓄电池。
所述的恒电位输出单元包括数据采集电路、比较放大电路和反馈控制电路，数据采集电路获得原始电位信号，将该原始电位信号与基准电压（800-1000mV）进行对比，获得保护电位，并将对比结果输出给比较放大电路，通过反馈控制电路使恒电位输出等于基准电压信号，从而实现管道阴极的恒电位保护。
所述的恒电位输出单元和数据传输单元封装集成。
所述的系统，与大型阴极保护站配合使用。
所述的系统，多个系统配合使用，布设间隔距离1km-3km。
本发明的有益效果是，采用分布式阴极保护系统，可以解决管线部分区段保护缺失问题，能够有效保护管线距离1km-3km，弥补了大型阴极保护站的不足，且成本较低，应用前景乐观。
附图说明
图1是阴极保护装置及其管理系统构成图。
图中，太阳能发电与储能单元1、电池板1.1、充放电控制器1.2和蓄电池1.3、恒电位输出单元2、数据采集电路2.1、比较放大电路2.2、反馈控制电路2.3、参比电极3、辅助阳极地床4、管道5、数据传输单元6、上位机7、测试桩8；虚线箭头代表电流方向，GND代表电路板接地，V代表电压输出。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步阐述。
如图1所示，一种分布式易拆卸管道阴极保护及监控系统，包括太阳能发电与储能单元1、恒电位输出单元2、参比电极3、辅助阳极地床4、数据传输单元6、上位机7、测试桩8；
太阳能发电与储能单元1给恒电位输出单元2供电；
恒电位输出单元2的阴极经测试桩8连接管道5，阳极连接辅助阳极地床4，
恒电位输出单元2的测量口连接参比电极3，获得保护电位，
恒电位输出单元2通过与数据传输单元6相连，实现与上位机7的信息传输。
如图1所示，所述的太阳能发电与储能单元1 包括太阳能电池板1.1、充放电控制器1.2和蓄电池1.3。所述的恒电位输出单元2包括数据采集电路2.1、比较放大电路2.2和反馈控制电路2.3。
工作时，将太阳能电池板1.1连接充放电控制器1.2和蓄电池1.3，将充放电控制器1.2、恒电位输出单元2、数据传输单元6封装集成，恒电位输出单元2通过数据采集电路2.1获得原始电位信号，将该电位值与基准电压进行对比，并将对比结果输出给比较放大电路2.2，通过反馈控制电路2.3使恒电位输出等于基准电压信号，从而实现管道阴极的恒电位保护。
应用实施例
一种采用所述的系统进行管道阴极保护及监控的方法，将太阳能电池板1.1接到充放电控制器1.2和蓄电池1.3，将充放电控制器1.2、恒电位输出单元2、数据传输单元6封装到同一个箱子挂在测试桩上，利用参比电极3监测被保护管道5的电位，根据各参比电极反馈的电位，通过电位的分布间接评定管道涂层的质量状况，对系统进行调整，使其达到最佳保护状态。辅助电极在系统运行后需进行极化10-20天，获得稳定的数据。
步骤如下：
根据不同的地理条件、土壤环境、管道材料等，在输油或输气管道沿线布设管道保护系统，选用不同的辅助阳极地床，布设间隔距离1km-3km，在特殊或极端环境下可加密布设该系统，与当地大型阴极保护站可配合使用。
基于恒电位输出单元2中的比较放大电路2.1输出的电信号，将其与基准电压信号的对比，获得并记录初始参数值，并将多个不同保护系统的初始值进行对比，将数据通过数据传输单元6传输到上位机7，作为原始参数记录并保存。
传输过程采用的串口转网口不局限于有线网口，还包括基于网络通讯的串口转wifi，比如将上述方案中的串口转网口模块替换为串口转wifi模块。核心是将对外接SD卡或者串口的依赖，转化为不增加现场工程量的前提下，利用已有网络布线实现和串口升级效果相同的升级。
根据用户使用需求，系统可合并增加压力、温度等传感器，并将获得的电信号数据集成到恒电位输出单元2，上传至上位机7，从而实现大数据融合。
在天然气输气管道沿线间隔距离3km布设1个管道保护系统，选用深井阳极地床，布设，阳极选用细长型的钛铂合金氧化物，降低回路电阻。参比电极选用长效铜-饱和硫酸铜参比电极，埋在距通电点水平方向200-300mm的位置，埋藏深度位于冻土层以下。
采用太阳能蓄电池供电。管线阴极保护所需电压较低，仅0.25V~3.0V，电流密度较小(土壤中钢铁管线仅为16mA/m2)，因此可以将太阳能电池作为管线阴极保护的供电电源。按照恒电位仪20V 3A的最大输出计算，保护24小时需要输出功耗为：20V×3A×24h =1440Wh。按照每天有效光照6小时计算，太阳能的转化功率为1440Wh÷6h = 240W，考虑到蓄电池的放电深度85%和损耗系统90%，实际应考虑的太阳能功率为240W÷80%÷90% = 297W。按照当前主流的300W 24V太阳能电池板计算，需要1块电池板。选型的详细参数如下表1：表1
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE002
300W 24V太阳能电池板的充电电流为300W÷24V = 12.5A，放电电流为3A，因此选用的太阳能充放电控制权的输入额定电流不低于12.5V、输出电流不低于3A，选型如下如下表2：
表2
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE004
对于阴极保护供电系统的蓄电池选择，应注意选择能耐高温及低温的产品，并埋设于地下，提高充放电效率和使用寿命。上述计算了太阳能电池板每天发电量为300W×6h= 1800Wh，换算成Ah为1800Wh÷24v = 75Ah，可以选用100Ah的蓄电池组。
恒电位仪电路，将参比信号与基准信号（-1.15V）进行对比，并将对比结果输出给比较放大电路，使恒电位输出等于基准电压信号，从而实现恒电位保护。输入电压24V，输出电压20V 3A，具备RS232接口，可以与远传系统连接，发送数据到监控中心。一般认为, 在实际安装的太阳能阴极保护系统中，如果被保护金属的电位极化后比极化前(没有通电时的电位) 降低0.25V -3.0V，就可以达到完全保护。
远程数据传输设备可采用具备RS232接口的宏电DTU 7710型号，具体参数如下表3：
表3
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE006
监控中心利用数据传输设备将实时恒电位数据远传至固定IP的数据中心（上位机），数据中心将每个站点的数据记录并保存。

Claims (2)

1.一种分布式易拆卸管道阴极保护及监控系统，其特征在于，包括太阳能发电与储能单元（1）、恒电位输出单元（2）、参比电极（3）、辅助阳极地床（4）、数据传输单元（6）、上位机（7）、测试桩（8）；
太阳能发电与储能单元（1）给恒电位输出单元（2）供电；
恒电位输出单元（2）的阴极经测试桩（8）连接管道（5），阳极连接辅助阳极地床（4），
恒电位输出单元（2）的测量口连接参比电极（3），获得保护电位，
恒电位输出单元（2）通过与数据传输单元（6）相连，实现与上位机（7）的信息传输；
所述的恒电位输出单元（2）包括数据采集电路（2.1）、比较放大电路（2.2）和反馈控制电路（2.3），数据采集电路（2.1）获得原始电位信号，将该原始电位信号与基准电压进行对比，获得保护电位，并将对比结果输出给比较放大电路（2.2），通过反馈控制电路（2.3）使恒电位输出等于基准电压信号，从而实现管道阴极的恒电位保护；
所述的恒电位输出单元（2）和数据传输单元（6）封装集成；
所述的系统与大型阴极保护站配合使用；
多个系统配合使用时，布设间隔距离1km-3km。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的太阳能发电与储能单元（1） 包括太阳能电池板（1.1）、充放电控制器（1.2）和蓄电池（1.3），充放电控制器（1.2）分别连接太阳能电池板（1.1）和蓄电池（1.3）。
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